Wenn sich Schallwellen ausbreiten, “registriert” der Empfänger der Schallwellen Wellen mit einer anderen Frequenz, als die Frequenz mit der die Quelle der Schallwellen schwingt. Dieses Phänomen kann man beobachten, wenn auf eine Person ein Fahrzeug mit Sirene zufährt. Kommt das Fahrzeug näher, registrieren wir einen höheren Ton, während wir einen tieferen Ton empfinden, wenn sich das Fahrzeug entfernt.
Diese Frequenzverschiebung wurde vom Physiker Christian Doppler beobachtet, nach dem der Dopplereffekt bei Schallwellen benannt ist. Der Dopplereffekt besagt, dass die “registrierte” Frequenz einer Schallwelle beim Empfänger von der Relativbewegung zwischen Sender (Quelle) und Empfänger abhängt.
Wie eingangs erwähnt, registriert ein Empfänger Schallwellen mit anderer Frequenz, als diese vom Sender “gesendet” werden. Bewegt sich ein Fahrzeug (mit Sirene) auf einen Beobachter zu, erreichen diesen die Schallwellen mit höherer Frequenz, als wenn der Sender sich nicht bewegen würde.
Die Frequenzverschiebung, die sich durch die Relativbewegung von Sender und Empfänger ergibt, lässt sich mit dem “Dopplereffekt” bestimmen. Dabei wird unterschieden, ob sich der Sender bewegt oder der Empfänger.
Bewegt sich die Quelle bzw. Sender der Schallwellen, so bewegt sich der Sender relativ vom Empfänger und die Wellenlänge verändert sich um den Betrag “v · t”. Nähert sich der Sender dem Empfänger gilt für die “Verschiebung” der Wellenlänge “- (v · t)”. Entfernt sich der Sender vom Empfänger, so gilt eine Wellenlängenänderung um v · t.
Mit Hilfe der Zusammenhänge zwischen Wellenlänge und Frequenz (Wellenlänge = Lichtgeschwindigkeit : Frequenz) kann man folgende Formel aufstellen:
Die Frequenz von Schallwellen, die von einem bewegten Sender ausgehen und von einem ruhenden Empfänger “registriert” werden, lassen sich folgendermaßen bestimmen:
Empfänger der Schallwellen bewegt sich:
Ruht die Quelle bzw. der Sender der Schallwellen, so bleibt die Wellenlänge (die sich im Medium, z.B. Luft, ausbreitet) gleich. Allerdings erreichen den Empfänger der Schallwellen die Schallwellen mit einer anderen Geschwindigkeit.
Die Frequenz von Schallwellen, die ein bewegter Empfänger “registriert”, lassen sich folgendermaßen bestimmen:
