Zamislite da ste vozač hitne pomoći i da morate voziti velikom brzinom ulicama velikog grada ispunjenog automobilima. Sad zamislite da ste jedna od gomile na pločniku. Stojite na prijelazu i čekate trenutak kad možete prijeći ulicu. Ali prvo morate preskočiti trkaću ambulantu.
Vrisak njene sirene čuje se izdaleka. Ali neobična stvar je da što se bliže vozi automobil s crvenim križem, postaje jači zvuk sirene. Kada se automobil počne udaljavati, ponavlja se ista stvar, ali obrnuto. Kako se automobil odmiče, zvuk sirene postaje sve niži i niži dok potpuno ne nestane. Istodobno, vozač hitne pomoći ne primjećuje nikakve promjene. Za njega se kvaliteta zvuka ne mijenja.
Ali vanjski promatrač čuje kako se pitch povećava i kako se onda tonalitet smanjuje s daljinom. Zvučni valovi se šire u zraku na isti način kao i morski valovi na površini vode.
Pa što se stvarno događa. Tko pravo čuje? Vozač ili pješak? Mijenja li se zvuk sirene? Oboje su u pravu. Preciznije, nitko se ne vara: i vozač i pješak čuju točno ono što bi trebali čuti. Razlika u percepciji nastaje zbog Doplerovog efekta. Ono što slušamo kao zvuk, zapravo su valovi koji se šire kroz zrak.
Sirena čini da molekule zraka vibriraju. Zvučni valovi se šire u zraku na isti način kao i morski valovi na površini vode.Val je područje rijetkosti, koje zatim postaje područje kompresije. Postupak se ponavlja više puta u jednoj sekundi i širi se. Ovo je zvučni val. Što su isti dijelovi valova bliži jedni drugima, to je veći zvuk, to jest veća je njegova frekvencija.
U našem slučaju, kada se "brzi" val približi, zvučni valovi postaju bliži jedni drugima za pješaka, jer se povećavaju brzina kretanja automobila i zvuk. Što je manja udaljenost između zvučnih valova, to je veća frekvencija i veći je zvučni ton. S uklanjanjem stroja, udaljenost između valova s povećanjem udaljenosti postaje sve veća, odnosno frekvencija se postupno smanjuje, a zvuk postaje niži. Ljudi u automobilu i izvor zvuka nepomični su jedan prema drugome. Stoga se ne javljaju promjene tonaliteta. Da bi se čule promjene tonaliteta, slušatelj i izvor zvuka moraju se pomicati jedan u odnosu na drugog.
Doplerov efekt ne samo u zvučnim valovima
Uzmite svjetlosne valove kao primjer. Ako je umjesto sirene na ambulanti postavljena žuta svjetiljka, tada bi se pri približavanju promatraču spektar svjetiljke preusmjeravao na plavu stranu, a kad se uklonila, na crvenu. S uobičajenim pojavama koje nas okružuju, brzine pomaka su relativno niske, tako da ne primjećujemo promjene u spektru svjetlosti. Ali ako se brzina ambulante približavala brzini svjetlosti ili je usporediva s njom, tada bismo primijetili željene promjene.
Učestalost je broj valova koji su prošli kroz određenu točku u jednoj sekundi. Što je veća frekvencija, tonalitet zvuka postaje veći ili svjetlost postaje više plava.Vozač bi u ovom slučaju vidio žuto svjetlo kako stalno pada na cestu. Ali pokretni stroj stisnuo bi valove ispred sebe i promatrači koji su bili nepomični dok su se približavali izvoru svjetlosti primijetili bi pomak svjetlosnog spektra prema visokofrekventnoj plavoj strani. Kako se automobil odmiče, promatrač bi primijetio kako se boja svjetiljke vraća iz plave u žutu. Postupno bi se ta boja pretvorila u crvenu, nestajući preko horizonta.