為什麼與響笛中救護車交錯而過，響笛聲聽起來會突然降低?

為什麼與響笛中救護車交錯而過在交錯的那一剎那兩台車由逐漸接近

變成逐漸遠離的時候響笛聲的音頻

聽起來會突然降低?這是什麼原理?
當我們聽到救護車的號笛的聲音漸漸地接近時

會感覺到號笛的音調特別高

甚至有點刺耳；但當救護車飛馳而去時

音調就變低了

心裏也就像鬆了口氣一樣。

這種音調由高而低對我們所造成的感覺並不是心理作用

而是一種物理現象

叫做都普勒效應（Doppler effect）。

在現代科學的世界裏

這種現象可以說是司空見慣

不足為奇。

像在看賽車時

當火車或警車鳴笛而過時

都會有這種現象發生。

但是在都普勒的時代

就沒有這麼多的實例讓他去體會了。

為了方便起見

任何一個可以發聲的物體就叫它做「發聲體」。

如果一個發聲體對「收聽者」而言是不動的

那麼它所發出的聲波就像一連串正在吹氣的氣球

一個套另一個以發聲體為中心漸漸向四週擴展。

這種形如球狀的波

我們就叫它做「球狀波」。

一個發聲體（或叫聲源）在單位時間內所送出的聲波的數目叫做「聲源頻率」。

如果發聲體的聲源頻率是一定的

那麼所送出去的聲波就形成一連串的同心球

相互之間各保持等距離向四週擴展。

所以

無論收聽者是站在聲源的那一邊

他在一定時間內所收到的聲波數目是一定的。

收聽者在單位時間內所收到的聲波數目

就叫它「收聽頻率」。

因此

當聲源是靜止的時候

收聽頻率和聲源頻率是一樣的

不因收聽者對聲源的方向發生變動而有不同。

例如一輛靜止的火車

它的號笛所發出聲波的頻率為每秒344

（或344／秒）

如果聲波在空氣中的速度是344米／秒

那麼相鄰聲波間距離就各為一米。

不論我們是站在火車的任何一個方向

在每秒中就有344個聲波進入我們的耳鼓。

音調的高低決定在收聽頻率。

所以

如果聲源的頻率一定而又與收聽者沒有相對運動時

音調就不因收聽者的方向變動而變動。

假如火車不是靜止的

而是以34.4米／秒的速度（恰為聲速的十分之一）很快地向我們開過來。

而火車的號笛的聲波頻率仍為344／秒。

如果火車不動

則第二個聲波恰在第一個聲波後面一米處發出。

但因火車並不靜止而其速度恰為聲波的十分之一

所以在第一個聲波前進一米時

火車在送出第二個聲波時前進了十分之一米。

這不難看出第一和第二兩聲波間的距離不是一米而實際上只有0.9米。

因此在一秒內就有344/0.9≈382個聲波穿過我們的耳鼓

這也就是說收聽頻率由344／秒而增加為382／秒。

當火車離我們而去時

相鄰聲波間的距離實際上為1.1米

這時候的收聽頻率就減低為344/1.1≈313。

由上面簡單的計算

我們知道當火車以34.4米／秒或（122.4公里／小時）經過我們時

火車號笛的頻率在火車上的人聽來是344／秒

而在我們聽來就由382／秒降低為313／秒。

都普勒效應不僅適用於聲波

也可以應用到任何其他波動

像光波就是其中的一種。

都普勒在1842年就相信在運動中的聲源和在運動中的星球有相互類似的地方。

因為聲源的運動而有音調的高低

所以

一顆在運動中的星球所放射的光線其顏色（顏色決定於頻率）也必有變化。

利用這個道理

便不難決定一顆星球是離地球而去還是向地球而來。

如果星光的「光譜」向頻率較高的紫色邊接近

那就表示星球向地球而來；如果向頻率較低的紅色邊接近

那表示星球離地球而去。

對於這個現象：光因光源與觀察者的相對運動而引起顏色的變化

菲藻（Armand Hippolyte Louis Fizeau

1819-1896）在1849年才給以正確的解釋。

都普勒效應的應用很廣也十分重要。

在第二次世界大戰時

有一種叫做「聲航巡邏儀」（Sonar通譯聲納）的發明。

（Sonar

最初是Sound navigation ranging的縮寫

後來就成為一個字了。

）。

這種儀器可以測量送出去和反射來的聲波的頻率差

由此而決定運動物體（如軍艦或潛水艇）是接近還是離開

並且可以測定其大概的速度。

後來雷射（Laser）發明了

更是應用都普勒效應來測定火箭的軌道

飛機降落的管制等等。

最近美國的馬歇爾太空署正在利用雷射和都普勒效應研究一個儀器

用來測量水流的速度；這種儀器的最大好處是不須要放在水流裏面

因而不會改變水流的原有狀況。

參考資料 http://book.tngs.tn.edu.tw/database/scientieic/content/1971/00030015/0002.htm
救護車迎面而來時

是正對著發音口.救護車背道而馳時

是背對著發音口.
都卜勒
都卜勒效應咩！

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