Weil die Frequenz einer Schallwelle als "Anzahl der Wellen pro Sekunde" definiert ist.

Wenn Sie eine Schallquelle hatten, die beispielsweise 200 Wellen pro Sekunde aussendet Wenn Ihr Ohr (in einem anderen Medium) nur 150 Wellen pro Sekunde empfangen hat, müssen sich die verbleibenden Wellen mit 50 Wellen pro Sekunde irgendwo ansammeln - vermutlich an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien.

Nehmen wir an, eine Minute nach dem Abspielen des Sounds würden sich bereits 60 × 50 = 3.000 verzögerte Wellen an der Schnittstelle stapeln und darauf warten, dass sie an die Reihe kommen, um in das neue Medium einzutreten. Wenn Sie den Ton an diesem Punkt stoppen würden, würde es noch 20 Sekunden dauern, bis all diese gestapelten Wellen mit 150 Wellen pro Sekunde in das neue Medium gelangen. Auf diese Weise hört Ihr Ohr innerhalb des anderen Mediums den Ton noch 20 Sekunden lang, nachdem er bereits gestoppt wurde.

Wir beobachten keinen Ton, der sich an den Grenzen verschiedener Medien wie dieser auftürmt. (Es wäre praktisch, wenn dies der Fall wäre, da wir einen solchen Effekt für eine einfache Tonaufnahme verwenden könnten, ohne uns um Mikrofone und Aufnahmediscs / digitale Speicher kümmern zu müssen. Aber leider passiert dies einfach nicht.) So ist es einfach In der realen Welt scheint sich die Tonfrequenz zwischen den Medien nicht zu ändern.

Stellen Sie sich außerdem vor, Sie hätten die Medien umgeschaltet: Jetzt würde die Schallquelle 150 Wellen pro Sekunde innerhalb der Medien aussenden "Niederfrequenz" -Medium, und Ihr Ohr würde 200 Wellen pro Sekunde innerhalb des "Hochfrequenz" -Mediums empfangen. Woher würden die zusätzlichen 50 Wellen pro Sekunde kommen? Die Zukunft? Oder würden sie einfach magisch aus dem Nichts erscheinen?

Alles in allem gibt es physikalische Prozesse, die die Schallfrequenz ändern oder zumindest einige neue Frequenzen einführen können. Zum Beispiel gibt es Materialien, die mit einer Schallwelle interagieren und ihre Form ändern können, sie verzerren, so dass eine ursprünglich reine Einzelfrequenz-Schallwelle Obertöne bei höheren Frequenzen.

Dies sind jedoch nicht die gleichen Arten kontinuierlicher Verschiebungen, die Sie bei der Wellenlänge beobachten würden, wenn Sie mit einer anderen Schallgeschwindigkeit von einem Medium zum anderen wechseln. Vielmehr sind die auf diese Weise eingeführten Obertöne im Allgemeinen Vielfache (oder einfache Brüche) der ursprünglichen Frequenz: Sie können leicht Obertöne mit dem Zwei-, Drei- oder Vierfachen der ursprünglichen Frequenz erhalten, jedoch nicht beispielsweise mit dem 1,018-fachen der ursprünglichen Frequenz. Dies liegt daran, dass sie nicht wirklich die Rate ändern, mit der die Wellen zyklisch arbeiten, sondern vielmehr die Form jeder einzelnen Welle (die als Konvertierung einiger von jedem Original angesehen werden kann Welle in neue Wellen mit zwei / drei / etc. mal der ursprünglichen Frequenz).

Dies hat mit der Kontinuität der Wellenbewegung zu tun. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Frequenzänderung von Medium A zu Medium B - sagen wir, 10 Hz werden zu 20 Hz.

Wie bewegen Sie etwas mit 20 Hz? Sie müssen natürlich eine treibende Kraft bei 20 Hz anwenden. Aber die ankommende Welle geht mit 10 Hz.

Um der Welle Energie hinzuzufügen, müssen wir drücken, wenn sie sich von uns wegbewegt, und ziehen, wenn sie sich auf uns zubewegt (oder hochziehen, während sie sich bewegt auf, etc). Wenn Sie sich zu langsam bewegen, um Schritt zu halten, können Sie der sich schneller bewegenden Welle (mit höherer Frequenz) keine Energie geben.

Die einzige Möglichkeit, "synchron" zu bleiben, besteht darin, dieselbe Frequenz zu haben. Die Wellenlänge kann sich jedoch ändern - das hängt nur von der Frequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit ab.

Die Frequenz ist in der Physik die Anzahl der Scheitelpunkte, die in Zeiteinheiten einen festen Punkt im Medium passieren.
Sie sollte also von der Quelle abhängen, nicht vom Medium. Wenn ich eine Quelle nehme, die schneller vibriert als Ihre, ist die Anzahl der Scheitelpunkte, die meine Quelle (zum Beispiel) pro Sekunde erzeugen kann, höher als Ihre.
Die Geschwindigkeit der Welle hängt jedoch von den Eigenschaften des Mediums ab, z Beispiel Temperatur, Dichte usw. usw.

Wir wissen auch, dass

$ Wellenlänge = \ frac {Geschwindigkeit} {Frequenz} $

Von dieser Gleichung hängt die Wellenlänge ab die Geschwindigkeit der Welle (dh des Mediums) und die Frequenz; so ist es für verschiedene Medien unterschiedlich. Stellen Sie sich die Frequenz in der Gleichung als Konstante vor, da sie nur von der Quelle abhängt. Wenn sich also jetzt die Geschwindigkeit ändert (d. H. Das Medium ändert), ändert sich nur die Wellenlänge!

Das einfachste Beispiel einer Schallwelle, die Komponente, die ihre Frequenz bestimmt, ist die "Auf-Ab" -Bewegung der Welle (senkrecht zur Bewegungsrichtung), während ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit ( in Bewegungsrichtung) wird durch den "Widerstand" des Mediums bestimmt. Wenn sich das Medium ändert, ändert sich daher nur die Wellenlänge .

Es gibt ein System, in dem sich die Frequenz ändert, wenn sich das Medium ändert: eine an beiden Enden befestigte Saite, z. B. eine Gitarrensaite.

Wenn Sie eine Gitarrensaite zupfen, ändern Sie den Medienstatus Durch Ändern der Spannung ändert sich die Tonhöhe, die Sie hören. Dies liegt daran, dass die Wellenlängen fest sind (2L, L, L / 2, L / 3 usw.), sich aber die Geschwindigkeit der Welle ändert. Wenn Sie die Geschwindigkeit kontinuierlich ändern, wird die Energie nicht ausreichend gespeichert, um die Vibration zu stoppen, und die neuen Resonanzfrequenzen werden gehört.

Normalerweise dient jedoch ein Punkt in einer Welle als Quelle für eine neue Welle ( Huygens-Wavelets ). Wenn nichts die Wellenlänge (n) dazu zwingen kann, konstant zu bleiben, entspricht die Frequenz der Fortsetzung der Welle der Frequenz des Quellpunkts.

Ich vermisse in den Antworten ein Modell darüber, was physikalisch passiert, wenn die Welle in ein neues Medium eintritt. Es mag natürlich viele andere Modelle geben, aber für diesen speziellen Zweck kann es illustrativ sein, zwei theoretische Möglichkeiten zu betrachten: Die Welle ist wie ein Zug mit starren Wagen (die Länge eines Wagens entspricht der Wellenlänge) oder wie eine Reihe von Soldaten (Wellenlänge ist der Abstand zwischen jedem Soldaten).

Beim ersten Modell: Wenn der Zug beispielsweise in ein langsameres Medium einfährt, wird der Zug verlangsamt und diese Geschwindigkeitsänderung wird sogar auf den Teil des Wagens übertragen, der sich noch außerhalb des Mediums befindet. Daher wird die Länge des Wagens nicht beeinflusst, aber logischerweise fahren innerhalb eines bestimmten Zeitraums logischerweise weniger Wagen an einem bestimmten Punkt vorbei.

Beim zweiten Modell: Wenn ein Soldat auf das langsamere Medium tritt, wird er verlangsamt, aber der nächste, der sich noch außerhalb des Mediums befindet, hält sein Tempo, sodass sich der Abstand zwischen den Soldaten verringert. Selbst wenn die Geschwindigkeit der Linie abnimmt, bleibt logischerweise die Häufigkeit, mit der ein Soldat an einem bestimmten Punkt vorbeikommt, unberührt, da sich auch die Entfernung, die jeder Soldat zurücklegen muss, entsprechend verringert hat.

Die richtige Analogie für die Ausbreitung von Schall in der Luft (zumindest für diese Zwecke) ist die zweite.