Zusammenhang zwischen dem Dopplereffekt und dem Gehör

10 Dezember 2023

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Der Doppler-Effekt ist eine physische Erscheinung, die im Alltag häufiger vorkommt als gedacht. Er kann in verschiedenen Situationen in Verbindung mit der Wahrnehmung von Schall oder Licht auftreten, spielt jedoch auch eine wichtige Rolle im medizinischen Bereich und im Ingenieurswesen.

Was ist der Dopplereffekt?

Entdeckt wurde dieser Effekt 1842 in Wien von Christian Doppler, dem er seinen Namen verdankt. Der Doppler-Effekt betrifft die Wahrnehmung der von einer Schallquelle erzeugten Frequenz durch einen Beobachter, der an einer bestimmten Stelle steht, während sich die Frequenz- oder Geräuschquelle bewegt.

Der Doppler-Effekt betrifft Schallwellen, die zur Ausbreitung ein materielles Medium (Luft) benötigen, und wird als Änderung der Tonhöhe wahrgenommen, wenn sich der Schall von der Quelle entfernt oder ihr nähert; er betrifft aber auch elektromagnetische Wellen, die zur Ausbreitung kein Medium benötigen.

Der Doppler-Effekt ist in verschiedenen Bereichen wie der Medizin und der Navigation von Bedeutung, vor allem aber in der Astrophysik und der Kosmologie: 1929 entdeckte Hubble dank des Doppler-Effekts die Ausdehnung des Universums, als er feststellte, dass sich Galaxien mit einer zu ihrer Entfernung proportionalen Geschwindigkeit von der Erde entfernen.

Der Dopplereffekt und das Gehör

Der Doppler-Effekt spielt eine wichtige Rolle bei der Schallwahrnehmung. Zunächst einmal kann man dank dieses Effekts verstehen, ob sich ein Geräusch bewegt, und ob es sich nähert oder entfernt. Dadurch ist es möglich, auf eventuelle Gefahrensituationen zu reagieren oder z. B. einen sich schnell nähernden Krankenwagen einfach vorbeifahren zu lassen.

Wie funktioniert unser Gehör?

Der Hörsinn spielt eine wichtige Rolle im täglichen Leben und bei der Bewältigung des Alltags. So einfach der Hörprozess auch scheinen mag, gestaltet er sich doch in Wirklichkeit als komplexer Vorgang, an dem mehrere Organe beteiligt sind, die synchron zusammenarbeiten, um die Wahrnehmung von Klängen und Geräuschen zu ermöglichen.

Schallwellen sind im Grunde genommen Schwingungen, die in das Ohr eindringen und Nervenimpulse auslösen, die das Gehirn als Töne interpretiert. Alle äußeren und inneren Teile des Ohrs sind am Hörprozess beteiligt. Ohrmuschel und Gehörgang nehmen Schallwellen und Schwingungen auf und leiten sie über das Trommelfell an das Mittelohr weiter, was zur Bewegung von Hammer, Amboss und Steigbügel führt. Diese berühren dann die Cochlea bzw. Gehörschnecke. Die Schwingungen bewegen die Flüssigkeit im Inneren dieses Organs, aber auch die Haarzellen, die es umgeben, aktivieren die Nervenrezeptoren und leiten die Signale an das Gehirn weiter, das sie übersetzt und interpretiert und so das Hören ermöglicht.

Die vom menschlichen Ohr wahrgenommen Töne werden durch die in Hertz gemessene Schwingungszahl bzw. Frequenz und durch ihre Lautstärke in Dezibel definiert. Es gibt jedoch auch Töne, die für Menschen nicht hörbar sind, sondern vielmehr als Schwingung wahrgenommen werden und nicht als tatsächliche Töne. Die Wahrnehmung von schwerhörigen Menschen unterscheidet sich zudem von der eines Normalhörenden. Normalerweise haben diese Personen Schwierigkeiten mit dem Hören hoher Töne.

Auch wenn Sie der Meinung sind, dass Sie gut hören, ist eine regelmäßige Kontrolle Ihres Gehörs bei einem Hörgeräteakustiker immer eine gute Idee, um frühzeitig Maßnahmen ergreifen und eventuelle Hörprobleme eindämmen zu können. Dazu stehen heutzutage immer kleinere und unauffälligeren Hörgeräte zur Verfügung.

eine Frau macht einen Hörtest bei amplifon

Ein Arzt überprüft das Gehör eines kleinen Mädchens

Wie funktioniert der Dopplereffekt?

Der Doppler-Effekt bewirkt eine Veränderung in der Wahrnehmung des Schalls, wenn sich eine Schallquelle erst nähert und dann entfernt. Stellen Sie sich vor, an einer bestimmten Stelle stehen zu bleiben, während sich die Geräuschquelle bewegt. Die Frequenz der Schallwellen nimmt mit zunehmender Entfernung der Schallquelle bzw. der Person, die sie hört, immer mehr ab, weil die Wellen eine größere Entfernung zurücklegen müssen. Umgekehrt nimmt die Frequenz zu, wenn sich der Abstand zwischen der Schallquelle und der hörenden Person verringert. Eine leicht verständliche Erklärung für den Doppler-Effekt bietet das Geräusch eines herannahenden Krankenwagens: Zuerst ist es kaum hörbar, aber je näher es kommt, desto lauter wird es, zumindest in der Wahrnehmung; denn in Wirklichkeit wird das Geräusch von der Schallquelle immer mit derselben Lautstärke erzeugt. Dabei macht es keinen Unterschied, ob sich die Schallquelle, die hörende Person oder beide bewegen. Der Effekt ist praktisch der gleiche.

Beispiele für den Dopplereffekt im täglichen Leben

Der Doppler-Effekt macht sich tagtäglich in vielen verschiedenen Situationen bemerkbar, zum Beispiel auf einem Bahnsteig, wenn ein vorbeifahrender Zug einen Warnpfiff ausstößt, oder im Straßenverkehr, wenn ein Krankenwagen mit eingeschalteter Sirene vorbeifährt. In beiden Fällen ist, unabhängig davon, ob man sich bewegt oder stehen bleibt, eine Veränderung des Geräuschs wahrzunehmen, das sich erst nähert, dann vorbeizieht und schließlich wieder entfernt. Zum einen ändert sich die Lautstärke: Der Schall wird lauter, wenn er sich nähert, und leiser, wenn er sich entfernt. Aber auch die Frequenz ändert sich: Das Geräusch klingt tiefer, wenn es weit weg ist, und höher, wenn es sich nähert. Der Doppler-Effekt entsteht durch die Zeit, die der Schall braucht, um die hörende Person zu erreichen.

Die Erklärung dafür ist ganz einfach: Wenn sich die Schallquelle dem Hörenden nähert, müssen die Schallwellen eine kürzere Strecke zurücklegen und brauchen weniger Zeit, um ihn zu erreichen. Dadurch kommen sie mit einer höheren Frequenz an, weil in kürzerer Zeit eine größere Menge an Schallwellen wahrgenommen wird. Wenn sich die Geräuschquelle hingegen entfernt, müssen die Wellen einen weiteren Weg zurücklegen, was ihre Frequenz verringert; dadurch klingt das Geräusch tiefer.

Anwendungsbereiche des Dopplereffekts

Der Doppler-Effekt findet in verschiedenen Bereichen Anwendung, die von der Medizin über Musik bis hin zu Radar und Astronomie reichen.

In der Medizin wird der Doppler-Effekt genutzt, um die Geschwindigkeit des Blutflusses mit einem Dopplersonographiegerät zu messen. Bei der entsprechenden Untersuchung werden vom Gerät ausgesendete Schallwellen (in der Regel Ultraschall) wieder verarbeitet, um ihre Geschwindigkeit zu ermitteln.

Auch einige Radargeräte nutzen den Doppler-Effekt, um die Geschwindigkeit von Objekten zu messen: Ein Strahl wird auf ein sich bewegendes Objekt, z. B. ein fahrendes Auto, gerichtet, und daraus dann die Geschwindigkeit berechnet. Das gleiche Verfahren wird für die Wettervorhersage verwendet, da es ermöglicht, die Entfernung, Geschwindigkeit und Richtung von Wolken oder Wolkenfronten genau zu bestimmen.

In der Astronomie wird der Doppler-Effekt eingesetzt, um die Geschwindigkeit zu messen, mit der sich Sterne und Galaxien nähern oder entfernen, oder um die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen und Galaxien zu bestimmen.

Der Doppler-Effekt kann auch in der Informatik Anwendung finden: Mit einem Computermikrofon lässt sich an den durch die Luftbewegung verursachten Wellen genau die Bewegung einer Hand erkennen. Das Mikrofon kann so zu einer Art Controller werden, ohne dass spezielle Maßnahmen erforderlich sind.

All diese Anwendungen beruhen auf dem gleichen Prinzip, und zwar auf der Frequenz der Schallwellen.

Eine Frau mit Hörgerät blickt in einen Spiegel

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