Hangtechnika és akusztika

Doppler-hatás: a mozgó hangforrás és a mozgó megfigyelő számítása eltér

Saját 600 Hz-es példán hasonlítjuk össze a közeledő forrást és megfigyelőt. A sebesség előjelét és a közeghez viszonyított mozgást külön tisztázzuk.

Dajka Gábor3 perc olvasás

Hangnál a forrás és a megfigyelő közeghez viszonyított mozgása külön szerepet játszik. Ugyanakkora közeledési sebességből ezért a két helyzetben kissé eltérő frekvencia adódhat. A puszta relatív sebesség az általános akusztikus képlet felírásához nem mindig elegendő.

A hang Doppler-kalkulátorában ellenőrizd, melyik mező tartozik a forráshoz és melyik a megfigyelőhöz. A következő elméleti példák egyenes vonalú mozgást és nyugalomban lévő homogén közeget feltételeznek. Nincs szükség közúti vagy más kockázatos kísérletre.

A megadott közegsebesség

A forrás frekvenciája legyen 600 Hz, a hang terjedési sebessége a példában 343 m/s. Ez választott modelladat; a tényleges terjedési sebesség a közegtől és állapotától függhet.

A mozgási sebesség mindkét összehasonlított esetben 10 m/s. A példákban csak az egyik szereplő mozog, a másik a közeghez képest áll. Az előjelet szövegesen is megnevezzük, hogy egy mínuszjelből ne legyen bizonytalan, melyik irányról beszélünk.

Közeledő forrás, álló megfigyelő

Ha a forrás a megfigyelő felé halad, a forrássebesség a nevezőben csökkenti a megfelelő tagot:

fészlelt = 600 × 343 / (343 − 10) ≈ 618,018 Hz.

A frekvencianövekedés körülbelül 18,018 Hz. A közeledő forrás a modellben egymáshoz közelebb elhelyezkedő hullámfrontokat hoz létre a haladás irányában.

A 10 m/s-ot a 343 m/s-ból csak ebben a meghatározott, közeledő forrásesetben vonjuk ki. Másik mezőbe vagy ellenkező irányba ugyanaz a jelölés ellenőrzés nélkül nem másolható át.

Közeledő megfigyelő, álló forrás

Most a forrás áll, a megfigyelő halad felé 10 m/s-mal. A módosulás a számlálóban jelenik meg:

fészlelt = 600 × (343 + 10) / 343 ≈ 617,493 Hz.

A frekvencianövekedés itt körülbelül 17,493 Hz. Az előző példához képest mintegy 0,525 Hz a különbség. Kis sebességnél ez csekély lehet, de a két képlet pontos eredménye eltér.

A megfigyelő ebben az esetben a már kialakult hullámfrontokkal találkozik más ütemben. Az összehasonlítás a közeg jelenlétéhez kötött akusztikus jelenséget szemlélteti.

Távolodó forrás

Ha a forrás az álló megfigyelőtől távolodik 10 m/s-mal, a nevező 343 + 10 lesz:

fészlelt = 600 × 343 / 353 ≈ 583,003 Hz.

A csökkenés körülbelül 16,997 Hz. Ez nem pontosan a közeledő forrás 18,018 Hz-es növekedésének ellentettje. A nevező reciprokos szerepe miatt a két eltérés nem szimmetrikus.

Ez jó ellenőrző feladat olyan táblázathoz, amely a közeledési és távolodási eredményt egyszerűen azonos nagyságú plusz–mínusz eltérésként állítaná elő.

A képlet határai

A példák a hangsebességnél kisebb forrássebességet feltételeznek, és az összekötő egyenes menti mozgásra vonatkoznak. Oldalirányú mozgás, változó távolságirány, szél vagy más közegmozgás esetén a megfelelő sebességkomponenseket és modellt kell használni.

A nevező nullához közelítése nem olyan használati útmutató, amelyből tetszőlegesen magas, fizikailag változatlanul érvényes frekvencia következik. A modell alkalmazhatósági tartományát ilyenkor újra meg kell vizsgálni.

Fényre szintén nem másolható át automatikusan ez a hangsebességet és álló közeget használó számítás. Az elektromágneses Doppler-hatás más fizikai leírást igényel.

Mit őrizz meg az eredmény mellett?

A 618,018 Hz-es értékhez tartozzon a 600 Hz-es kibocsátott frekvencia, a 343 m/s-os közegadat és a „forrás közeledik 10 m/s-mal, megfigyelő áll” megjegyzés. Ettől lesz a szám később is reprodukálható.

A mért adat tizedesjegyeit igazítsd a bemenetek pontosságához. A három tizedesjegy itt a két modell összehasonlítását segíti, nem valós mérési pontosságot állít.

Gyakori kérdések

Elég a közeledési sebességet megadni?

A pontos akusztikus modellhez azt is tudni kell, hogyan mozog a forrás és a megfigyelő a közeghez képest.

Távolodáskor ugyanannyival csökken a frekvencia?

A bemutatott mozgóforrás-képletben a közeledés és távolodás eltérése nem pontosan szimmetrikus.

A 343 m/s állandó természeti állandó?

Ebben a példában kiválasztott közegadat. Más közeghez vagy állapothoz más érték tartozhat.

Módszertani forrás

OpenStax – Akusztikus Doppler-hatás

További cikkek

Kapcsolódó olvasnivalók

Gyorskereső

Kalkulátorok és útmutatók keresése

↑↓ választásEnter megnyitásEsc bezárás