L'effet Doppler
Quand une source sonore se rapproche de vous, elle rattrape sans cesse un peu ses propres ondes sonores, les comprimant devant elle — donc vous entendez un son plus aigu. Quand elle s'éloigne, les ondes s'étirent derrière, donc le son devient plus grave. C'est pourquoi une sirène semble plus aiguë à l'approche et plus grave lorsqu'elle passe et s'éloigne.
La formule
f_obs = f · c / (c − v_s)
- f_obs — fréquence observée (Hz): le son que vous entendez réellement
- f — fréquence de la source (Hz): le son émis par la source à l'arrêt
- c — vitesse du son (m/s): la rapidité avec laquelle les ondes sonores traversent l'air
- v_s — vitesse de la source (m/s): la rapidité avec laquelle la source se rapproche de vous
Exemple résolu
La sirène d'une ambulance émet un son constant de 320 hertz en s'approchant de vous à 20 mètres par seconde. Le son voyage à 340 mètres par seconde. Quelle fréquence entendez-vous ?
- f = 320 Hz
- c = 340 m/s
- v_s = 20 m/s
- f_obs = f · c / (c − v_s)
- f_obs = 320 Hz · 340 / (340 − 20) = 320 Hz · 340 / 320
f_obs = 340 Hz
Testez-vous
Une sirène plus faible émet 160 hertz en s'approchant de vous à la même vitesse de 20 mètres par seconde, le son voyageant toujours à 340 mètres par seconde. Quelle fréquence entendez-vous ?
- Bonne réponse: 170 Hz
- 150 Hz
- 180 Hz
Correct ! f_obs = 160 Hz · 340 / (340 − 20) = 160 Hz · 340 / 320 = 170 Hz.
Si cette même ambulance s'éloignait de vous à 20 mètres par seconde, le son que vous entendez serait-il plus aigu, plus grave ou identique aux 320 hertz réels de la sirène ?
- Plus aigu que 320 Hz
- Bonne réponse: Plus grave que 320 Hz
- Identique, 320 Hz
Correct — une source qui s'éloigne étire les ondes sonores, donc vous entendez un son en dessous de 320 hertz.
Où vous le voyez
La sirène qui passe est le cas d’école : son aigu pendant que l’ambulance approche, chute brutale lorsqu’elle passe et s’éloigne. Les astronomes lisent le même effet dans la lumière — le spectre d’une galaxie lointaine décalé vers le rouge signifie que ses longueurs d’onde sont étirées derrière elle à mesure qu’elle s’éloigne, le même étirement qui rend une sirène plus grave.
Erreurs courantes
L’erreur la plus enracinée est de penser que la sirène elle-même change de hauteur — elle continue d’émettre un son constant à 320 hertz ; seule la fréquence qui parvient à votre oreille change, parce que la source en mouvement rattrape ses propres fronts d’onde et les comprime. Surveillez aussi les signes dans la formule : f_obs = f · c / (c − v_s) place la vitesse de la source au dénominateur, donc une source qui approche (v_s = 20 m/s vers vous, son à 340 m/s) porte 320 Hz à 340 Hz — une source qui s’éloigne intervertit le signe et la fait chuter.
Comment cela s'articule
Cela s’appuie directement sur l’équation des ondes : l’onde se propage toujours à la vitesse que le milieu permet (340 m/s dans l’air, fixée par l’air et non par la sirène), et tout ce que fait le mouvement de la source, c’est resserrer ou étirer les longueurs d’onde qu’elle émet. Les battements, ensuite, sont l’autre manière classique dont une fréquence entendue diffère des fréquences émises — deux sources constantes qui interfèrent à votre oreille.