音の現象 -ドップラー効果-

ドップラー効果という言葉は皆さんもよく耳にすると思います。ここでは分かりやすい図を見ながらドップラー効果の仕組みを理解しましょう。

　　ドップラー効果

ドップラー効果という現象のことは聞いたことがあると思います。また、皆さんも救急車等身近で体験したことがあると思います。救急車が自分に近づいてくるとサイレンの音が高くなり、救急車が自分から離れていくと音が低くなっていく現象です。では、何故そのような現象が起こるのでしょうか。
まず、救急車が自分に近づいてくるとサイレンの音が高くなり、離れていくと音が低くなっていくというのは救急車が近づいてくると振動数が大きくなり、離れていくと振動数が小さくなるということですね。なぜこのようになるか説明します。救急車の前方の音は、1度救急車が出した音を救急車が追う、つまり音と救急車の進行方向が同じため、音の振動の間隔が狭く（密）になります。つまり、振動が細かくなるので振動数が大きくなるということです。救急車の後方の音は音と救急車の進行方向が逆のため、音の間隔が広く(疎)なります。よって前方とは逆で振動数が小さくなります。

つまり、音の高さは音源の速度だけでなく、音源(ここでは救急車のサイレン）の移動の速度も関係しているのです。
改めて仕組みを理解しましょう。救急車の前方での音と音の間隔は、音が進んだ距離から救急車が進んだ距離が引かれるため、音の間隔が密になり、振動数が大きくなるため、音が高くなります。後方では音と音の間隔は、音が進んだ距離と救急車が進んだ距離が足されるため、音の間隔が疎になり、振動数が小さくなるため、音が低くなります。図を見ると、前方では先に発したピンクの音と後に発した青い音の間隔が狭く、後方では広くなっていることが分かります。

これがドップラー効果の仕組みです。

次に、ドップラー効果を体感するために実験を行いました。まずは下の音声をお聞きください。
※ボタンをを押すと再生が始まります。音量にご注意ください。

この音声は音を出しながら自転車で走り、その音の高さの変化を実際に録音したものです。右の写真はその様子を撮影したものです。場所は、安全のため普通の道路ではなく学校の近くの自転車専用道路で行いました。
音声は1400Hzの音を流し続けています。とても風が強い中での録音で、風の音が多く入っていますが、よく聞いてみると、途中で明らかに音の高さが低くなっているのが分かると思います。

実験に使用した物
・音源(パソコン)
・自転車
・レコーダー

次に、本当に通過後に音の高さが下がっているかどうかをソフトで調べます。音声を流すと下の図のように横軸に周波数、縦軸に音圧レベル(音の大きさ)が表示されます。録音された音声には様々な音が含まれており、スピーカーから流した音は下の青い丸で囲んだ部分です。

このソフトを使い、自転車が通り過ぎる前のスピーカーの音と自転車が通りすぎた後の音の周波数を比べてみます。
　　　　　　　　通過前　　　　　　　　　　　　　　　　　　　通過後

図を見ると通過前の音のピークは1420Hz、通過後の音のピークは1380Hzとなっています。やはり音の高さが下がっていますね。

まとめ
※クリックするとカッコ内の単語が表示されます。
・ドップラー効果とは音源が自分に近づいてくると音源の音が(　　)なり、音源が自分から離れていくと音が(　　)なっていく現象。
・音の高さは音源の速度だけでなく、(　　　　　)の速度も関係している。
・救急車では、前方は音と救急車の進行方向が同じため音が(　　)聞こえ、後方は音と救急車の進行方向が逆になるので音が(　　)聞こえる。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑マスキング現象に進みます。