Kuvittele, että olet ambulanssin kuljettaja ja sinun täytyy ajaa suurella nopeudella autojen täynnä olevan suuren kaupungin kaduilla. Kuvittele nyt, että olet yksi väkijoukosta jalkakäytävällä. Seisoit risteyksessä ja odotat hetkeä, jolloin voit ylittää kadun. Mutta ensin sinun on ohitettava kilpa-ambulanssi.
Hänen sireeninsa möly kuullaan kaukaa. Mutta omituinen asia on, että mitä lähemmäksi punaisella ristillä oleva auto ajaa ylöspäin, sitä korkeammaksi sireenin ääni tulee. Kun auto alkaa liikkua, sama asia toistuu, mutta päinvastoin. Auton liikkuessa sireenin ääni laskee ja laskee, kunnes se kokonaan katoaa. Samanaikaisesti ambulanssikuljettaja ei huomaa muutoksia. Hänelle äänenlaatu ei muutu.
Mutta ulkopuolinen tarkkailija kuulee kuinka sävelkorkeus nousee ja kuinka sitten tonaalisuus vähenee etäisyyden myötä. Ääniaallot leviävät ilmassa samalla tavalla kuin meren aallot veden pinnalla.
Joten mitä todella tapahtuu. Kuka kuulee oikein? Kuljettaja vai jalankulkija? Muuttuuko sireenin ääni? Molemmat ovat oikeassa. Tarkemmin sanoen kukaan ei erehty: Sekä kuljettaja että jalankulkija kuulevat tarkalleen sen, mitä heidän pitäisi kuulla. Ero havainnoissa johtuu Doppler-vaikutuksesta. Se, mitä kuulemme äänenä, on todella aallot, jotka leviävät ilman kautta.
Sireeni saa ilmamolekyylit värähtelemään. Ääniaallot leviävät ilmassa samalla tavalla kuin meren aallot veden pinnalla.Aalto on harvinaisen alueen alue, josta tulee sitten puristusalue. Prosessi toistetaan useita kertoja sekunnissa ja leviää. Tämä on ääniaalto. Mitä lähempänä samat aaltojen osat ovat toisiinsa, sitä korkeampi ääni on, sitä suurempi on sen taajuus.
Meidän tapauksessamme, kun ”nopea” aalto lähestyy, ääniaallot tulevat lähemmäksi toisiaan jalankulkijalle, koska auton ja äänen nopeus lisääntyvät. Mitä pienempi ääniaaltojen välinen etäisyys, sitä korkeampi taajuus ja korkeampi äänimerkki. Koneen poistamisen myötä aaltojen välinen etäisyys kasvavalla etäisyydellä muuttuu yhä enemmän, ts. Taajuus pienenee vähitellen ja ääni vähenee. Autossa olevat ihmiset ja äänilähde ovat liikkumattomia suhteessa toisiinsa. Siksi tonaalisuudessa ei tapahdu muutoksia. Tonaalimuutosten kuuntelemiseksi kuuntelijan ja äänilähteen on liikuttava toisiinsa nähden.
Doppler-vaikutus ei vain ääniaalloissa
Otetaan esimerkki valon aalloista. Jos ambulanssiin sireenin sijasta asennettiin keltainen lamppu, lähestyessäsi tarkkailijaa lampun spektri muuttuisi siniselle puolelle ja poistettaessa punaiselle. Ympäröivissä tavanomaisissa ilmiöissä siirtymämäärät ovat suhteellisen alhaiset, joten valospektrin muutoksia ei huomaa. Mutta jos ambulanssin nopeus lähestyy valon nopeutta tai on verrattavissa siihen, niin huomaamme halutut muutokset.
Taajuus on tiettyjen pisteiden läpi kulkevien aaltokuormien lukumäärä sekunnissa. Mitä korkeampi taajuus, sitä korkeammaksi äänen sävy tai sitä sinisemmäksi valo muuttuu.Kuljettaja näkee tässä tapauksessa keltaisen valon jatkuvasti pudotettavan tielle. Mutta liikkuva kone puristaisi aaltoja itsensä edessä ja tarkkailijat, jotka olivat liikkumattomia lähestyessään valonlähdettä, näkisivät valonspektrin siirtymisen kohti korkeataajuista sinistä puolta. Auton liikkuessa tarkkailija huomaa taskulampun värin palautuvan sinisestä keltaiseksi. Vähitellen tämä väri muuttui punaiseksi, häviäen horisontin yli.
