Der Doppler-Effekt

Warum die relative Bewegungsrichtung einer Schallquelle zum Empfänger die Tonhöhe ändert

Wenn sich ein Rettungswagen oder ein Polizeiauto mit eingeschalteter Sirene auf uns zu bewegt, scheint die Frequenz der Sirene höher zu sein, als wenn sich diese Schallquelle wieder von uns entfernt. Aber wie schaffen die das, immer genau in dem Moment die Tonhöhe umzuschalten? Die Antwort ist einfach: Gar nicht. Denn dieser Eindruck lässt sich mit dem Laufzeiteffekt bei der Schallübertragung, dem sogenannten „Doppler-Effekt“, erklären. 

Wenn sich eine Schallquelle, der Empfänger oder beide relativ zum Übertragungsmedium (der Luft) bewegen, ändert sich der Abstand zwischen Sender und Empfänger eines Signals. Ein Signal wird bei abnehmender Distanz „gestaucht“ und bei zunehmender Distanz „gedehnt“, da die Bewegung die Wellenlänge verändert – und somit die wahrgenommene Frequenz. Bewegen sich Sender und Empfänger aufeinander zu, verkürzt sich die Wellenlänge und es wird eine höhere Frequenz wahrgenommen. Vergrößert sich der Abstand, scheint sie, demselben Prinzip in umgekehrter Richtung folgend, niedriger zu sein. Je schneller sich Schallquelle und Empfänger relativ zueinander bewegen, desto stärker ist die wahrgenommene Änderung der Frequenz. 

Ein Beispiel: Das Martinshorn eines Krankenwagens sendet zwei Töne nacheinander aus. Nehmen wir für einen dieser Töne Schallwellen mit einer Frequenz von 440 Hz an. Fährt der Krankenwagen nun mit 50km/h (ca. 14 m/s) auf einen unbewegten Empfänger zu, nimmt dieser die Frequenz als höher wahr, nämlich mit ca. 457 Hz. Bei der Bewegung von ihm weg entsteht für ihn der umgekehrte Eindruck – er nimmt eine Frequenz von ca. 423 Hz wahr.