Kujutage ette, et olete kiirabiautojuht ja peate sõitma suure kiirusega mööda autodega täidetud suurlinna tänavaid. Kujutage nüüd ette, et olete üks kõnniteel asuvast rahvahulgast. Seisute ülekäigurajal ja ootate hetke, millal saate tänava ületada. Kuid kõigepealt peate vahele jätma võidusõidu kiirabi.
Tema sireeni müha on kuulda juba kaugelt. Kuid kummaline on see, et mida lähemale punase ristiga auto üles sõidab, seda kõrgemaks sireen kostab. Kui auto hakkab eemalduma, korratakse sama asja, aga vastupidi. Auto eemaldudes muutub sireeni heli madalamaks ja madalamaks, kuni see täielikult kaob. Samal ajal ei märka kiirabi juht muudatusi. Tema jaoks helikvaliteet ei muutu.
Kuid väline vaatleja kuuleb, kuidas samm tõuseb ja kuidas siis tonaalsus väheneb vahemaaga. Helilained levivad õhus samamoodi nagu merelained veepinnal.
Mis siis tegelikult juhtub. Kellel on kuulmine õigus? Autojuht või jalakäija? Kas sireeni heli muutub? Mõlemal on õigus. Täpsemalt, keegi ei eksi: nii autojuht kui ka jalakäija kuulevad täpselt seda, mida nad peaksid kuulma. Taju erinevus on tingitud Doppleri efektist. See, mida me heliks kuuleme, levib tegelikult läbi õhu.
Sireen paneb õhumolekulid vibreerima. Helilained levivad õhus samamoodi nagu merelained veepinnal.Laine on harvaesinev piirkond, mis seejärel muutub tihenduspiirkonnaks. Protsessi korratakse mitu korda ühe sekundi jooksul ja see levib. See on helilaine. Mida lähemal on lainete samad lõigud üksteisele, seda kõrgem on heli, st seda suurem on selle sagedus.
Meie puhul muutuvad helilained jalakäija jaoks lähemale, kui “kiire” laine läheneb, sest auto liikumise kiirus ja heli liidavad. Mida väiksem on helilainete vaheline kaugus, seda suurem on sagedus ja kõrgem heli. Masina eemaldamisega muutub üha suureneva vahemaaga lainete vaheline kaugus, see tähendab, et sagedus väheneb järk-järgult ja heli muutub madalamaks. Autos olevad inimesed ja heliallikas on üksteise suhtes liikumatud. Seetõttu tonaalsuses muutusi ei toimu. Tonaalsuse muutuste kuulmiseks peavad kuulaja ja heliallikas üksteise suhtes liikuma.
Doppleri efekt mitte ainult helilainetes
Võtke näiteks kerged lained. Kui kiirabile paigaldataks sireeni asemel kollane lamp, siis nihkub vaatlejale lähenedes lambi spekter sinisele poole ja kui eemaldatakse, siis punasele. Kuna meid ümbritsevad tavalised nähtused, on nihke määrad suhteliselt madalad, mistõttu me valgusspektris muutusi ei märka. Kuid kui kiirabi kiirus läheneks valguse kiirusele või oleks sellega võrreldav, siis märkaksime soovitud muutusi.
Sagedus on ühe sekundiga kindla punkti läbinud laineharjumuste arv. Mida kõrgem on sagedus, seda kõrgemaks heli tonaalsus või seda sinisemaks muutub valgus.Juht näeks sel juhul pidevalt maanteel langevat kollast tuld. Kuid liikuv masin suruks lained enda ette ja vaatlejad, kes olid valgusallikale lähenedes liikumatud, näeksid valgusspektri nihutamist kõrgsagedusliku sinise poole poole. Auto eemaldumisel märkab vaatleja taskulambi värvi muutumist sinisest kollaseks. Järk-järgult muutub see värv punaseks, kaob silmapiiril.
