Stel je voor dat je een ambulancechauffeur bent en met hoge snelheid door de straten van een grote stad vol auto's moet rijden. Stel je nu voor dat je een van de mensen op de stoep bent. Je staat aan het kruispunt en wacht op het moment dat je de straat kunt oversteken. Maar eerst moet je de race-ambulance overslaan.

Het geluid van haar sirene is van ver te horen. Maar het vreemde is: hoe dichter een auto met een rood kruis nadert, hoe hoger het geluid van een sirene wordt. Als de auto wegrijdt, wordt hetzelfde herhaald, maar andersom. Als de auto wegrijdt, wordt het geluid van de sirene lager en lager totdat het volledig verdwijnt. Tegelijkertijd merkt de ambulancechauffeur geen veranderingen op. Voor hem verandert de geluidskwaliteit niet.

Maar een externe waarnemer hoort hoe de toonhoogte stijgt en hoe dan de tonaliteit afneemt met de afstand. Geluidsgolven verspreiden zich in de lucht op dezelfde manier als zeegolven op het wateroppervlak.

Dus wat gebeurt er echt. Wie hoort er goed? Een chauffeur of een voetganger? Verandert de toon van het sirenegeluid? Beiden hebben gelijk. Om precies te zijn, niemand vergist zich: zowel de bestuurder als de voetganger horen precies wat ze moeten horen. Het verschil in perceptie is te wijten aan het Doppler-effect. Wat we als geluid horen, zijn eigenlijk golven die zich door de lucht voortplanten.

De sirene laat luchtmoleculen trillen. Geluidsgolven verspreiden zich in de lucht op dezelfde manier als zeegolven op het wateroppervlak.Een golf is een gebied van zeldzaamheid, dat dan een gebied van compressie wordt. Het proces wordt in een seconde vele malen herhaald en verspreidt zich. Dit is de geluidsgolf. Hoe dichter dezelfde secties van de golven bij elkaar zijn, hoe hoger het geluid, dat wil zeggen hoe groter de frequentie.

In ons geval, wanneer de "snelle" golf nadert, komen de geluidsgolven dichter bij elkaar voor de voetganger, omdat de bewegingssnelheid van de auto en het geluid oplopen. Hoe kleiner de afstand tussen de geluidsgolven, hoe hoger de frequentie en hoe hoger de geluidstoon. Met het verwijderen van de machine wordt de afstand tussen de golven met toenemende afstand steeds meer, dat wil zeggen, de frequentie neemt geleidelijk af en het geluid wordt lager. De mensen in de auto en de geluidsbron zijn onbeweeglijk ten opzichte van elkaar. Daarom treden er geen veranderingen in tonaliteit op. Om veranderingen in tonaliteit te kunnen horen, moeten de luisteraar en de geluidsbron relatief ten opzichte van elkaar bewegen.

Doppler-effect niet alleen in geluidsgolven

Neem lichtgolven als voorbeeld. Als een gele lamp zou worden geïnstalleerd in plaats van een sirene op een ambulance, dan zou het spectrum van de lamp bij het naderen van de waarnemer naar de blauwe kant verschuiven en, wanneer verwijderd, naar de rode. Met de gebruikelijke verschijnselen om ons heen zijn de verplaatsingssnelheden relatief laag, dus we merken geen veranderingen in het lichtspectrum. Maar als de snelheid van de ambulance de lichtsnelheid naderde of daarmee vergelijkbaar was, zouden we de gewenste veranderingen opmerken.

Frequentie is het aantal golftoppen dat in één seconde door een bepaald punt is gegaan. Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toon van het geluid of hoe blauwer het licht wordt.De bestuurder zou in dit geval constant een geel licht op de weg zien vallen. Maar een bewegende machine zou de golven ervoor comprimeren en waarnemers die onbeweeglijk waren terwijl ze een lichtbron naderden, zouden een verschuiving van het lichtspectrum naar de hoogfrequente blauwe kant zien. Terwijl het voertuig wegrijdt, merkt de waarnemer dat de kleur van de zaklamp terugkeert van blauw naar geel. Geleidelijk aan zou deze kleur rood worden en over de horizon verdwijnen.