ドップラー効果：音源が近づくと音波が短くなる理由

ドップラー効果は、音源が移動することによって音波の周波数が変化する現象です。音源が観測者に近づくと、音波が「圧縮」され、周波数が高くなります。では、なぜ音源が近づく時に音波が短くなるのでしょうか？本記事では、その原理をわかりやすく解説します。

ドップラー効果とは？

ドップラー効果とは、音源や観測者が動いている場合に、音波の周波数や波長が変化する現象を指します。音源が観測者に近づくと、音波が圧縮されて波長が短くなり、周波数が高くなります。一方、音源が観測者から遠ざかると、音波は引き伸ばされて波長が長くなり、周波数が低くなります。

これは音波が物理的に空間を伝播するため、音源が動くことによって波の「密度」が変わるためです。

音源が近づくと、音波の発生頻度は変わりませんが、音源の移動によって波の進行方向に圧縮がかかります。つまり、音波が次々と観測者に向かって押し寄せるため、波の間隔が狭くなり、波長が短くなります。

音源が進む方向に音波が「圧縮」されると、観測者はその音波の周波数が高く感じます。この現象が、車や電車が近づくときに「ピッチが高くなる」と感じる理由です。

ドップラー効果では、音波の速度も関係しています。音速は一定ですが、音源が移動することで音波の進行方向が変わるため、波が到達するまでの時間に差が生じます。この時間の違いが周波数の変化を引き起こします。

音源が近づくとき、音波が観測者により速く届くため、周波数が高くなり、波長が短くなります。逆に、音源が遠ざかると音波が遅れて届き、周波数が低く、波長が長くなります。

ドップラー効果は、私たちの身の回りでもよく観察できます。例えば、救急車が近づいてきて通り過ぎる際、最初はサイレンの音が高く、通り過ぎると低くなる現象が見られます。この現象が、音源である救急車が自分に近づくと音波が圧縮されて高く、遠ざかると引き伸ばされて低くなるためです。

同じく、飛行機が速く飛ぶときにも、エンジン音のピッチが変化するのがドップラー効果の一例です。

ドップラー効果により、音源が近づくと音波が圧縮され、波長が短くなり、周波数が高くなります。これは、音源の移動により音波の進行方向が変わり、音波がより速く観測者に届くためです。私たちの周りでこの現象はしばしば観察でき、音源が動くことで音の高さが変わることがわかります。