多普勒效应

为什么当声源对声音接收人做相对运动时会改变自身的音高？

当救护车或者警车打开警报器向我们驶来时，我们听到的警报器声音相比它远离我们时听到的频率更高。你可能会好奇他们是怎么做到每次都在准确地在那个时刻调整音高的呢？答案却非常简单：他们并没有这么做。因为这种假象能够用声音传输过程中的飞行时间效应解释，这种效应也被称为“多普勒效应”。

当一个声源、声音接收人在传输介质（空气）中向对方移动，或双方同时相向移动时，此时声源与接收人之间的信号距离发生了改变。当距离缩短，信号会被“压缩”，而当距离增长时信号会被“拉伸”。这种移动改变了波长 – 也因此改变了我们能够感知的频率。如果声源与接收人彼此相对接近，波长变短，听到的频率变高。如果距离变长，听到的频率就会变低，在反方向运动的情况下亦然。当声源与接收人间相对运动越快，此时听到的频率将会产生越大的变化。

举个例子：救护车的警报器连续发出了两种音调的声音。我们在这里假设其中一种音调的声音的频率为440 Hz。如果此时救护车以50 km/h的速度行驶，靠近一位静止的接收人，那么这位接收人听到这个声音的频率大约为457 Hz。而当救护车驶离他时，他会产生相反的感受 – 他听到的警报器声音的频率大约是423 Hz。