声音响度大小的决定因素——火车的汽笛声为什么会变戏法？

知识点:声音的响度与声源振动的幅度有关。振幅越大，响度越大，反之亦然。此外，响度还与距离声源的距离有关。离声音发生器越近，响度越大，反之亦然。

你住的城市里一定有一条铁路。如果在火车道和公路之间有一个十字路口，每当火车即将到达时，值班人员会放下栏杆，反复在喇叭里放一段录音:“火车来了，请不要匆忙，也不要爬过栏杆……”事实上，此时你可以注意汽笛，而不是烦人的喇叭。你会发现开始的时候声音非常尖锐，“嘟嘟——”而且声音越来越大，当火车经过你面前时，突然，火车的汽笛声变低，听起来像“呜呜——”然后声音变得越来越小...如果你仔细观察，这是一个非常有趣的现象。这背后的原理被称为“多普勒效应”。

多普勒效应是为了纪念奥地利物理学家和数学家克里斯蒂安·约翰·多普勒，他于1842年首次提出了这一理论，并以他的名字命名。

为了阐明这个原理，首先介绍频率的概念。频率用来描述振动的速度。“振动”是指物体的一部分在一个平衡位置周围以往复和周期性运动的方式运动，这不同于“振动”的意思是“摇晃和碰撞”。单位时间内物体往复运动的次数就是频率。我们平时听到的声音是机械波。声源产生的机械振动驱动空气以相同的频率振动。声音通过空气向外传播。没有空气介质，真空中听不到声音。

这个过程就像你在泳池里挥动你的手，它会引起涟漪向外扩散。计算每秒钟有多少波纹到达泳池相当于波浪的频率，这应该和你的手每秒钟摆动的次数相同。

假设火车鸣笛的频率为1000赫兹(即每秒1000次振动)，当火车迎面靠近时，由于声源的运动，声波在声源的方向上被压缩。如果你把声波的波峰和肥皂泡一个接一个地比较，最初每秒钟有1000个“肥皂泡”到达你的耳朵，现在在一秒钟内火车又向前移动了100米，200个“肥皂泡”到达你的耳朵，所以你实际上每秒钟收到1200个“肥皂泡”，也就是说，你听到的声音是1200赫兹，比声源的原始频率高，所以声音会变得“尖锐”。同样，当火车离开你时，每秒钟有1000个“肥皂泡”到达你的耳朵，但在这一秒钟内，“肥皂泡”必须随着火车向前跑，而“向后跑”的速度更小。事实上，每秒只有900个“肥皂泡”到达耳朵，这低于声源的频率，所以声音变得“低”。这种现象在火车经过时尤为明显。

不仅声波，电磁波也有“多普勒效应”。光也是电磁波。从天文学上讲，远离我们的恒星发出的光到达地球。如果频率增加，恒星正在接近我们，这被称为“蓝移”。如果频率降低，恒星就会远离我们，这叫做红移。所谓的“红色和蓝色”是由于习惯于说在可见光谱中红色频率较低而蓝色频率较高。多普勒效应用于医学，其中最典型的是“彩色多普勒超声”，它可以检测心脏和血管的运动状态。多普勒效应可用于雷达中判断目标的运动状态。