ドップラー効果
音波の周波数変化
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このツールについて
ドップラー効果計算ツールは、音源と観測者の相対速度によって音の高さがどう変化するかをシミュレートします。例えば、救急車のサイレンが近づく際に高く聞こえ、遠ざかる際に低く聞こえる現象を数値で理解できます。具体的には、音速340m/sの中、1000Hzのサイレンが30m/sで接近する場合、あなたには約1096Hzとして聞こえ、遠ざかる場合は約919Hzに変化することが分かります。このツールは、速度測定器の原理や、医療用超音波、天文学における星の観測など、幅広い分野でのドップラー効果の応用を直感的に理解するのに役立ちます。
計算の仕組み
このツールは、以下のドップラー効果の計算式に基づいて観測周波数(observedFreq)を算出します。 `observedFreq = sourceFreq × (soundSpeed + observerVelocity) / (soundSpeed - sourceVelocity)` ここで、`soundSpeed`は音速、`sourceFreq`は音源の周波数です。`observerVelocity`は観測者の速度で、音源に近づく場合は正、遠ざかる場合は負の値を入力します。`sourceVelocity`は音源の速度で、観測者に近づく場合は正、遠ざかる場合は負の値を入力します。これにより、音源と観測者の相対的な動きによって生じる周波数変化を正確に予測できます。
使用例
救急車の接近音
静止している観測者に対し、救急車がサイレンを鳴らしながら接近する状況。
- observerVelocity: 0
- soundSpeed: 340
- sourceFreq: 1,000
- sourceVelocity: 30
サイレンの周波数が元の1000Hzから約1096.8Hzに高くなるため、観測者には甲高い音に聞こえます。これは、音源が近づくことで波長が圧縮され、単位時間あたりに届く波の数が増えるためです。
遠ざかる列車の警笛
駅で静止している人が、出発した列車の警笛が遠ざかる音を聞く。
- observerVelocity: 0
- soundSpeed: 340
- sourceFreq: 800
- sourceVelocity: -20
列車の警笛が元の800Hzから約755.6Hzに低く聞こえます。音源が遠ざかることで波長が引き伸ばされ、観測者に届く波の数が減るため、低い音に変化するのです。
静止した警報機に近づく自転車
自転車に乗って、鳴り続けている静止した警報機に近づく。
- observerVelocity: 5
- soundSpeed: 340
- sourceFreq: 600
- sourceVelocity: 0
静止した警報機に自転車で近づくと、警報音は元の600Hzより高い約608.8Hzに聞こえます。観測者が音源に接近することで、単位時間あたりに観測する音波の数が増加するためです。
計算方法の解説
ドップラー効果
音源の相対速度による周波数の見かけの変化を計算します。