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あなたが救急車の運転手であり、車でいっぱいの大都市の通りを高速で運転しなければならないことを想像してみてください。今、あなたが歩道の群衆の一人であると想像してください。あなたは交差点に立ち、通りを渡れる瞬間を待っています。しかし、最初にあなたはレーシング救急車をスキップする必要があります。
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彼女のサイレンの轟音が遠くから聞こえます。しかし奇妙なことに、赤十字が付いている車が近づくほど、サイレンの音が大きくなります。車が離れ始めると、同じことが繰り返されますが、その逆も同じです。車が離れるにつれて、サイレンの音は完全に消えるまで次第に低くなります。同時に、救急車の運転手は変化に気づきません。彼にとって、音質は変わりません。
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しかし、外部の観測者は、ピッチがどのように上昇し、その後、調性が距離とともにどのように減少するかを聞きます。音波は、水面の海の波と同じように空気中を伝播します。
それで、実際に何が起こりますか。誰が正しい聴覚ですか?ドライバーか歩行者か?サイレン音の音色は変わりますか?どちらも正しいです。より正確には、誰も間違えられていません。ドライバーと歩行者の両方が正確に聞くべきものを聞きます。知覚の違いはドップラー効果によるものです。音として聞こえるのは、実際には空気中を伝播する波です。
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サイレンは空気分子を振動させます。音波は、水面の海の波と同じように空気中を伝播します。波は希薄化の領域であり、圧縮の領域になります。このプロセスは、1秒間に何度も繰り返されて広がります。これが音波です。波の同じ部分が互いに近いほど、音は高くなります。つまり、周波数は高くなります。
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私たちの場合、「速い」波が近づくと、車の移動速度と音が加算されるため、歩行者にとって音波は互いに近づきます。音波間の距離が小さいほど、周波数が高くなり、音のトーンが高くなります。機械を取り除くと、波の間隔が遠くなるほど、波の間隔はますます大きくなります。つまり、周波数は徐々に低下し、音は低くなります。車内の人と音源はお互いに対して動かない。したがって、色調の変化は発生しません。調性の変化を聞くためには、リスナーと音源が相対的に動く必要があります。
音波だけでなくドップラー効果
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例として光波を取り上げます。救急車のサイレンの代わりに黄色のランプが設置されている場合、観察者に近づくと、ランプのスペクトルは青い側にシフトし、取り外されると赤い側にシフトします。私たちを取り巻く通常の現象では、変位率は比較的低いため、光スペクトルの変化に気づきません。しかし、救急車の速度が光速に近づいている、またはそれに匹敵する場合、望ましい変化に気づくでしょう。
周波数は、1秒間に特定のポイントを通過した波頭の数です。周波数が高いほど、音の調性が高くなるか、光が青くなります。この場合、運転手は常に黄色のライトが道路に落ちているのを見ます。しかし、動く機械はそれ自身の前で波を圧縮し、光源に近づいている間静止している観測者は高周波の青い側に向かって光スペクトルのシフトを見るでしょう。車両が離れると、観測者は懐中電灯の色が青から黄色に戻ることに気づくでしょう。徐々に、この色は赤に変わり、地平線上に消えていきます。