当观察者相对于源（或VICE反之亦然）的运动导致波长或频率变化时，多普勒效应或多普勒偏移发生。这一现象是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒（Christian Doppler）在1803年发现的，以多种不同的方式经历，例如，当救护车经过您并听到音高的可听见时。使用ComsolMultiphysics®软件，您可以为声学应用程序建模多普勒效应。
该帖子的原始版本是由Alexandra Foley撰写的，并于2013年7月15日发布。此后，它已通过其他详细信息，动画和特色模型的更新版本进行了修订。
多普勒效应，解释了
我们在作用中体验多普勒效应的最常见方法之一是，稳定的观察者周围移动的声源或固定声音源周围移动的观察者引起的音调变化。当声源静止不动时，我们听到的声音与声音源发出的声音处于相同的音调。
声波从均匀流动的固定声源传播（这对应于以恒定速度移动的源）。
当声源移动时，我们感知的声音会改变。回到救护车的例子，当一辆救护车驶过我们时，警笛声听起来与我们站在旁边的情况不同。移动的救护车在接近我们的地方，与我们最近，并通过我们并开车离开时，它的音调不同。
随着救护车向我们移动，每个连续的声波都是从更近的位置发出的。由于位置的这种变化，每个声波比以前的声音要少于到达我们的时间。因此，波峰（波长）之间的距离减小，这意味着波浪的感知频率增加，声音被认为具有更高的音高。相反，随着声源移开，波浪是从越来越远的源中发出的。这会产生增加的波长，降低的感知频率和较低的音高。
当我们沿着停放的救护车的警笛行驶时，情况就会反映出来。在这种情况下，观察者（美国）向源（警笛）移动，声波在我们移动时从越来越近的位置传到了我们。
可视化多普勒效应的另一个示例
易于可视化的多普勒效应的另一个例子涉及在水面上的波。例如，一个错误位于水坑的表面上。当虫子静止时，它会移动腿以保持漂浮。这些干扰在球形波中从虫子向外传播。
当虫子开始在水中移动时，围绕虫子的水流变化。当我们看着朝我们游泳的虫子（eek！）游动时，波浪显得更加近，并且在游动（phew！）上方的动画显示了水上的浪潮（波纹）原理，水比速度慢得多。声音。速度较慢，就是为什么在这种情况下，肉眼可以看到多普勒效应的原因。
模拟多普勒效应
通过使用ComsolMultiphysics®软件和附加软件声学模块，您可以模拟多普勒效应，并测量以一定速度移动的源的频率变化。假设声音源周围的空气（在这种情况下为救护车）在负面的速度v = 50 m/s的速度移动z方向。我们还假设声音的观察者在救护车经过时距离救护车1 m。在下图中，随着救护车接近并通过观察者，我们可以看到压力的变化。
在此图中，救护车与观察者的距离表示X-轴。实线代表了接近救护车的观察者所感知的压力，而虚线显示了压力，因为救护车越来越远。
从这个图中，我们可以看到当救护车与观察者相比，波（或压力）的幅度如何以更快的速度下降。波浪幅度的变化描述了随着救护车的移动，警笛声如何变得更安静。随着救护车的退缩，声音降低的速度要比随着救护车接近的声音的速度快得多（如上图所示）。
要以不同的方式查看这种效果，我们可以可视化声源周围的声压水平（请记住，源正在有效地移动正面z方向）。
声源周围的声压水平由颜色和轮廓线表示。您可以看到最外面的轮廓如何从物理域内部良好到完美匹配的层，这表明声音比源高于其上方的声音更大。
多普勒效应的其他示例
在许多其他现象中，多普勒效应显而易见。一个常见的例子是多普勒雷达，其中雷达梁在移动的目标处发射。光束从目标弹起并返回发射器所需的时间可以提供有关目标速度的信息。警察使用多普勒雷达来确定驾驶速度比速度限制更快的人。
多普勒效应还用于天文学领域，以确定与地球相比，恒星，行星或星系移动的方向和速率。通过测量电磁波的颜色变化（称为红移或蓝光），天文学家可以确定天体径向速度。如果您注意到一颗恒星看起来是红色的，它离地球很遥远，这是宇宙正在扩展的可见迹象！
利用多普勒效应的其他应用包括气象预测，声纳，医学成像，血流测量和卫星通信。
下一步
单击下面的按钮尝试模拟多普勒效果。您将能够下载此博客文章中示例的MPH文件。
其他资源
- 了解在此发现多普勒效应的人基督教多普勒的博客文章
- 探索声学模块
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