مرجع کامل سیستم های صوتی ایران

 اسم اثر دوپلر،به افتخار دانشمند کشف کننده اش،کریستیان یوهان دوپلر،نام گذاری شد.شبی دانشمندی در خواب دید که اگر یک جسمی که تولید صدا و یا اصلا هر فرکانس دیگری،میکند،به حرکت در بیاید،دیگر در اطراف آن ممکن است آن فرکانس،به خاطر سرعت حرکت جسم،همان فرکانس تولید شده توسط مرجع اصلی نباشد،فردایش افتخار کشف این اثر نصیب او شد!

سرعت صوت تقریبا کم است.در محیط های با فشار هوای کم تر و مرتفع تر،سرعت صوت نیز کم و در محیط های با فشار هوی بیش تر و مرطوب تر و یا سرد تر(که به تراکم هوا کمک میکند)سرعت صوت بیش تر است.اما در حالت عادی و به طور متوسط سرعت صوت را میتوان 1236 کیلومتر بر ثانیه در نظر گرفت،و با توجه به این که سرعت کمی به حساب میاید،اثر دوپلر به راحتی بر رویش نمایان است.به دلیل اینکه فرکانس های بوق مانند و یا اژیر مانند را که همه میتوانند بشنوند،در گوش انسان نیز دارای میزان بهره دریافت و حساسیت بالایی هستند،اثر دوپلر برای انسان در این فرکانس ها بیش تر است.پس،فرض کنید یک امبولانس آژیر کشان به شما نزدیک میشود.شما صدای تیز تر و با فرکانس بالا تری را میشنوید نسبت به زمانی که از شما دور میشود و در زمان دور شدن،صدایش بم میشود.موتور های مسابقه ای،مثال بهتری برای اثر دوپلر هستند،هنگامی که به شما نزدیک و از شما دور میشوند.

اثر دوپلر هم هنگامی که گیرنده ای به سمت منبع موج حرکت کند نیز آشکار است،مثلا امبولانس ثابت باشد اما شما به طرف آمبولانس حرکت کنید،تا موقعی که به امبولانس نزدیک میشوید صدایش تیز تر و هنگامی که ازش دور میشوید صدایش بم است.موقعی اثر دوپلر به بالا ترین حد خود میرسد که هم منبع موج و هم گیرنده،با هم و در زاویه ای مستقیم و روبه روی هم،هردو به هم نزدیک شوند و سپس از هم دور شوند.

اثر دوپلر،در واقع عبارت است از تغییر فرکانس صدا یا هر موج دیگر به علت حرکت منبع موج یا منبع دریافت کننده.

اثر دوپلر بر تمامی موج ها با هر فرکانسی،اثر گذار است.از موج های اب،تا موج های اشعه ایکس،گاما،و...اما اینکه چه میزان اثر کند،به چهار عامل سرعت طی شونده توسط خود موج در ثانیه،سرعت حرکت منبع انتشار موج،و سرعت حرکت منبع دریافت کننده موج،و همچنین فرکانس موج،دارد.

فرض کنید سرعت انتشار موج برابر با c باشد.فرکانس انتشار دهنده،برابر با f₀ وسرعت منبع را v_s و سرعت دریافت کننده را v_r  در نظر بگیریم،آنگاه فرکانس نهایی برابر است با:

f=(c+v_r/c+v_s )*f₀

 اگر مقدار و اندازه تغییر فرکانس را بخواهیم بدانیم،کافی است فرکانس اولیه را از فرکانس نهایی کم کنیم.

f_e=f-f_o  

منبع انتشار موج:

اثر دوپلر در حالت معولی:

اثر دوپلر در حالتی که سرعت انتشار دهنده برابر با سرعت موج خودش باشد(مثلا در صوت،انتشار دهنده در سرعت صوت باشد)

اثر دوپلر در حالتی که سرعت انتشار دهنده بیش تر از سرعت موج باشد همانند فراصوت:

کاربرد های اثر دوپلر:

در موسیقی:اثر دوپلر،به تنهایی به درد گوش دادن به موسیقی یا ریکورد نمیخورد اما میتوان افکت خوبی باشد،مثلا در یک قطعه موسیقی،صدای امبولانس را شبیه سازی کنیم،ابتدا فرکانس را زیاد و سپس فرکانس را کم میکنیم،به راحتی حالت نزدیک شدن امولانس(ماشین،و یا هر وسیله ی دیگری) تداعی میشود.

یک نمونه افکت مجازی لسلی:

در رادار ها:در بزرگ راه در حال حرکت هستید،سرعت شما از حد مجاز بالا تر میرود،و پلیس شما را نگه میدارد!اما پلیس از کجا سرعت شما را فهمید؟رادار های اثر دوپلر،میتوانند به راحتی سرعت بسیاری از جسام همانند توپ های بیس بال و ...،سرعت پرندگان،حیوانات و خودرو و بسیاری از اجسام را کشف کنند.نحوه ی کار آنها به این صورت است که ابتدا یک سیگنال با فرکانس مایکروویو را به سمت هدف پرتاب میکند،به شرط این که هدف به سمت رادار در حال نزدیک و یا دور شدن باشد،و نه با زاویه ای 90 درجه،نسبت به رادار دوپلر در حال حرکت باشد.(بهترین حالت این است که رادار دوپلر و جسم در یک راستا باشند)حال،فرکانس مایکروویو به جسم میخورد اما هنگام بازتاب شدن از جسم،متناسب با سرعت جسم،فرکانسش تغییر میکند.این تغییر فرکانس،با سرعت جسم رابطه ای مستقیم دارد یعنی هرچه سرعت جسم بیش تر یا کمتر،فرکانس برگشت خورده نیز بیش تر یا کمتر.با اندازه گیری فرکانس برگشت خورده،به راحتی میتوان سرعت جسم را محاسبه کرد.رادار های داپلر در هواشناسی و هوافضا نیز کاربرد های بسیار زیادی دارند.

یک نمونه رادار دوپلر هواشناسی و هاریکان یاب:

در پزشکی:در پزشکی نیز از اثر دوپلر برای اکوی قلب استفاده میکنند.در این جا،یک مبدل،سیگنال الکتریکی را به سیگنال فراصوت تبدیل میکند.این سیگنال ها ،به قلب برخورد کرده و باز میگردند اما با توجه به اینکه جابه جایی قلب کم بوده و سرعت کمی نیز در هنگام ضربان دارد،نمیتوان تغییر بسیار قابل توجهی را در فرکانس های بازتاب شده،احساس کرد،اما میتوان فاز فرکانس دریافت شده را انالیز کرد،با هر بار تپش قلب،فاز سیگنال کمی تغییر میکند و به راحتی میتوان تصویر ابی/قرمزی از قلب تهیه کرد و برای مصارف پزشکی به کار برد.سونوگرافی التراسونیک و در مواردی،نورولوژی نیز از اثر دوپلر برای تصویر برداری استفاده میکنند که نسبت به امواج رادیویی،کاملا بی ضرر و عوارض هستند.

در حالتی دیگر،از اشعه لیزر و یا آلتراسونیک برای اندازه گیری سرعت جریان خون استفاده میکنند،و همچنین مشابه این دستگاه ها در کاربرد های غیر پزشکی،برای اندازه گیری مثلا میزان لرزش یک موتور،انجام میگیرد.

به ترتیب یک نمونه اندازه گیر لیزری و یک نمونه التراسونیک: 

در ستاره شناسی:اگرچه سرعت نور و امواج الکترومغناطیسی بسیار زیاد است.اما،سرعت حرکت اجسام در فضا نیز بسیار زیاد است.اگر در فرکانس های صوتی،یک جسم در حال حرکت،بسته به اینکه به گیرنده نزدیک یا دور میشد،صدایش زیر یا بم میشد،حال،اگر فرضا ستاره ای،با سرعت در حال نزدیک یا دور شدن،نسبت به گیرنده،باشد،رنگش تغییر میکند.فرض کنید ستاره ای به زمین در حال نزدیک شدن است.به علت اثر دوپلر،فرکانس نوری اش،بالا تر میرود.پس،آن ستاره هنگام نزدیک شدن به زمین،رنگش،بیش تر به سمت رنگ های سبز-ابی و ابی،متمایل میشود!اگر این ستاره،و یا کره ی زمین از هم در حال دور شدن بودند،فرکانس نوری منبع کم شده،و رنگ آن ستاره در زمین،به سمت نارنجی-قرمز شدن،پیش خواهد رفت!از این اثرات،برای تحقیقات بسیاری در فضا میتوان استفاده کرد.مثلا چه ستاره ها،و کهکشان هایی به ما در حال نزدیک شدن و یا دور شدن هستند.یک ستاره،با چه سرعتی به دور خود میگردد،و یا سیارات،با چه سرعتی،به دور ستاره شان میگردند و...

در صداو اسپیکر لسلی:اسپیکر لسلی،یک نوع اسپیکر است که بر روی صدای برخی از ساز ها همانند ارگان،افکت لسلی را با استفاده از اثر دوپلر ایجاد میکند،بدین صورت که یک جلبه چرخان برایش ساخته و جعبه توسط یک موتور میچرخد،و در واقع خروجی صدا را میچرخاند.

در ماهواره ها:هنگامی که ماهواره هایی با سرعت بالا در مدار زمین در حال گردش هستند،فرکانس کاری ارتباطات رادیویی شان تا چند ده کیلو هرتز تحت اثر دوپلر،تغییر میکند،که نامطلوب است.از مدارات اندازه گیری و محاسبه و تنظیم و جبران این تغییرات،برای تنظیم دقیق فرکانس کاری،استفاده میشود تا ارتباط با ماهواره ها دچار اختلال نشود.