Akustika, zvuky běžné i „podivné“, jejich šíření a měření
Milovníci záhad řeší fenomén, zvaný „strange sounds“. I bez těchto „podivných zvuků“ je však akustika oborem plným zajímavých témat.
Internetový server YouTube překypuje videozáznamy, na kterých je zachyceno hluboké přerušované troubení, zneklidňující strašidelný zvuk, přicházející neznámo odkud. Odpovídá tomu zmatené těkání kameramanů, kteří se zdroj zvuku snaží zachytit i obrazem, ale nedaří se jim to – ať jsou na pláži, v lese nebo na balkóně. Fenoménu podivných neidentifikovatelných zvuků se říká US – Unidentified sounds, nebo častěji „strange sounds“.
Pokusili jsme se zjistit, co „podivným zvukům“ z internetu říkají odborníci na akustiku. Konkrétně Ondřej Jiříček, vedoucí akustické skupiny na Katedře fyziky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze a předseda České akustické společnosti.
Co si o těch zvucích myslíte?
„Opravdu – nebyl jsem tam, neslyšel jsem je. Kde se takový zvuk může vzít nemám nejmenší tušení. Ale podle toho, co jsem slyšel, byl zdroj toho zvuku někde blízko mikrofonu. Žádné zvuky z vesmíru nebo něco podobného. Potřeboval bych to sám slyšet, abych dokázal tipnout. Navíc nezapomínejme, že v téhle oblasti existuje poměrně velká řada jedinců, kteří vyrábějí takové záhady záměrně a čekají, co to udělá. A to byste nevěřili, kolik lidí se toho chytne a tutéž záhadu objeví taky, ačkoliv ten prapůvodní impuls byl zcela vymyšlený. Jak jsem na tom internetu lovil ty zvuky, tak jsem našel jeden záznam, kde jakýsi izraelský vědec nebo experimentátor předváděl, že podobným způsobem umí zatroubit na kravský roh. Zároveň udělali takový experiment, že ten zvuk, který si někde stáhli, zrychlili třikrát – a byl z toho docela pěkný zvuk cirkulárky. Takže ono je docela dobře možné, že si prostě jen někdo hraje se zpracováním signálu a nějak to přeformulovává pro naše ucho, abychom měli pocit záhad.“
Říkáte, že pokud jsou ty zvuky reálné, tak musí být jejich zdroj někde blízko. Jak daleko se ve volném prostoru zvuky můžou nést?
„Zvuky ve volném prostoru se nedonesou tak daleko, jak bychom si mysleli. Určitě jste v mládí někdy počítali, jak daleko je bouřka. Záblesk je u nás prakticky okamžitě a pak počítáme, za jak dlouho přiběhne hrom. Jistě si pamatujete, že nikdo nedopočítal do většího čísla než kolem patnáctky, protože pak už ten hrom prostě nepřijde. Jinými slovy – i poměrně silný zvuk na vzdálenost řádově několika kilometrů zanikne.“
Typická ukázka fenoménu US - podivné zvuky, nahrané letos v lednu v Kanadě. Podobných videí jsou na YouTube desítky:
Co má na šíření zvuků největší vliv?
„Zvuk se šíří všemi směry a té energie máme omezené množství. S kvadrátem vzdálenosti jí ubývá. A druhý důvod je prachobyčejná absorpce zvuku ve vzduchu. V místnosti ji můžeme absolutně zanedbat, ale mluvíme-li o vzdálenostech řádově stovek metrů, tak už ji zanedbat nemůžeme. Dokonce se dá říct, že ta absorpce ve vzduchu na vzdálenosti řádově kilometrů je nejvýraznější. Šíření zvuku ve volné přírodě samozřejmě ovlivňuje nějakým způsobem reliéf krajiny – když jsou tam překážky, tak ten zvuk se musí kolem nich ohnout, což ho nějakou energii stojí. Ale největší vliv má termodynamický stav přírody, teplota, tlak a především vlhkost vzduchu. Nicméně i při vlhkostech, které se vyskytují při bouřkách, je ten útlum natolik veliký, že ten zvuk prostě časem vymizí. Je to také všechno závislé na kmitočtu. Vysoké kmitočty se utlumí mnohem rychleji. Jistě víte, že když blesk bouchne někde blízko, tak ten zvuk obsahuje i nějaké vyšší kmitočty. Když je blesk daleko, tak k vám dolehne jenom dunění, ty hluboké frekvence, které se utlumí méně nebo pomaleji.“
Všichni ale dobře víme, že v některých jiných prostředích, než je vzduch, se zvuky nesou mnohem lépe a také rychleji.
„Dobrý příklad je voda, ale úplně nejlepší příklad jsou kovy nebo konstrukce. Mimochodem – v těch konstrukcích jsou ztráty mnohem menší.“
Říká se, že velryby se pod vodou domlouvají až na stovky kilometrů daleko, je to podle vás možné?
„Akustikou ve vodě se tady moc nezabýváme, nicméně ten útlum ve vodě je opravdu mnohem menší a rychlost šíření je trojnásobná. Navíc takové moře, to není homogenní prostředí, má nějakou hladinu. Podél té hladiny se šíří povrchové vlny a ty mají zase nějaké jiné vlastnosti. Myslím si, že za určitých podmínek ty ztráty budou opravdu malé. 100 kilometrů – nevím, ale dovedu si to představit.“
Někdy je docela problém zjistit, ze kterého směru zvuk přichází. Proč je to tak těžké?
„Směrovost souvisí se směrovou charakteristikou našeho sluchového orgánu. Kdybychom měli ucho jen jedno, tak nemáme vůbec žádnou šanci, protože naše uši jsou citlivé na tlak, což je skalární veličina, a o směru tedy nemůže být vůbec řeč. Ale protože máme uši dvě a za ušima poměrně sofistikovaný systém – mozek, tak jsme schopni z fázových rozdílů mezi levým a pravým uchem leccos rozpoznat. Ale je potřeba říct, že to samozřejmě opět závisí na frekvenci. Na nízkých frekvencích jsou vlnové délky dlouhé a fázový rozdíl mezi naším levým a pravým kanálem je tak malý, že to mozek prostě nevyhodnotí. Na nízkých frekvencích nám to směrování nefunguje, zatímco na vyšších frekvencích docela dobře. Uši jsou nejschopnější někde kolem dvou, tří kilohertzů. Pokud se dělají experimenty v téhle frekvenční oblasti, tak jsme schopni najít zdroj zvuku velmi přesně.“
Co všechno je vlastně člověk schopen slyšet? Jaké nejvyšší a také nejnižší zvuky? Bude to asi dost individuální, člověk od člověka...
„Já samozřejmě nejsem specialista na fyziologickou akustiku. Obecně, když se podíváte do učebnic, tak se říká, že lidské ucho má rozsah od 20 Hz do 20 kHz. To samozřejmě není pravda. Směrem k vyšším frekvencím je potřeba říct, že mladé ucho slyší poměrně vysoko. Příklad z dětství – člověka vždycky strašně štvalo, jak pískala televize, což je něco přes 16 kHz. Pořád ještě jsem měl skleněnou televizi a už mi by to bylo úplně jedno. O vysoké frekvence člověk s věkem poměrně rychle přichází. Co se týče těch nízkých frekvencí, tak 20 Hz samozřejmě slyšet je, ale je to také trochu o intenzitě. Tam je citlivost ucha poměrně nízká. Pokud nám ale ten zvuk někdo dostatečně zesílí, tak proč ne. Jen tak pro zajímavost – nejnižší tón, který známe v hudbě a který se dá napsat do not, má něco přes 16 Hz. Takový tón opravdu existuje a opravdu musí být slyšet, jinak by ho muzikanti nepoužívali. Ten tón se dá zahrát na tubu.“
Vyzkoušejte si, jestli ho slyšíte:
Je možné, aby člověk vnímal i ty zvuky, které už neslyší, třeba jako nějaké chvění nebo něco podobného?
„Člověk vnímá i frekvence nižší. I některé slyšitelné zvuky vnímáme, abych tak řekl, ‚hmatem‘. Na rockových koncertech a diskotékách člověk úplně cítí, jak mu to hýbe bránicí a to je přesně ono. To je samozřejmě extrém. Ale když půjdete k těm infrazvukům, tedy k frekvencím, které jsou opravdu níž, tak bych řekl – i když nejsem fyziolog, že ty zvuky přechází plynule do hmatového vjemu. A myslím si, že nejsme schopni úplně přesně rozpoznat, kde se ta hranice přelomí.“
Mohou mít opravdu nízké zvuky, které už neslyšíme, na člověka nějaký nepříznivý vliv?
„To už se studuje mnoho let. Bohužel musím říct, že to taky poměrně dost studují vojáci, jestli by to náhodou nešlo použít jako zbraň. Je samozřejmě známé, že frekvence, které jsou opravdu hodně ‚infra‘, začnou nějakým způsobem korelovat s tepem srdce a podobně, můžou i zabíjet. Ale je potřeba říct, že citlivost na vibrace je mnohem víc individuální než citlivost na standardní zvukové projevy. Samozřejmě, každý jsme jiný, ale když se udělá jakýsi průměr, tak jsme poměrně blízko tomu, jak to zhruba s tou populací je. Zatímco u vibrací jsou lidé, kteří jsou na ně extrémně citliví, jiným lidem je to celkem jedno.“
Jak už bylo řečeno, na elektrotechnické fakultě ČVUT jste vedoucím akustické skupiny. Čím přesně se tato skupina zabývá?
„Oblastí, která je hnacím motorem, jsou všechny možné aspekty hluku. Jak ten hluk vzniká, jak se šíří a především jakým způsobem se dá potlačit. To je záležitost, která, když se to rozpracuje dál, vede až ke komerčnímu využití. Každý výrobce libovolného výrobku potřebuje, aby ten jeho výrobek byl z hlediska hlukového co nejlepší. Jde i o typičnost zvuku. Když si člověk koupí mixér, tak nechce, aby zněl jako vrtačka. To se jmenuje ‚hodnocení kvality zvuku‘. Což je oblast, která navazuje na psychoakustiku, tedy jak člověk zvuky vnímá. Kvalita zvuku se neřeší jen u domácího audia nebo velkých koncertních sálů, ale řeší se i u běžných výrobků. Nejvíc energie do toho samozřejmě vkládají výrobci aut. Ale možná byste se divili, že tuhle otázku řeší i výrobci vysavačů a domácích spotřebičů.“
Tady na ČVUT dokonce máte speciální bezodrazovou místnost pro akustiku. K čemu slouží?
„V akustice máme takovou teoretickou záležitost, která se dá jediná rozumně řešit, a té se říká volné pole. Zvuk se v něm šíří, aniž by narážel do překážek – to je takový akustický ideál. Bezodrazová místnost pro akustiku je vlastně model tohoto volného pole. Hodí se pro testování všech možných zdrojů zvuku, protože teprve ve volném poli poznáte, co ten zdroj umí. Když budete chtít testovat reproduktory nebo reproduktorové soustavy, tak budete potřebovat právě takovouto místnost. My tady řešíme i aktivní snižování hluku nebo vibrací. Pokud chcete zmapovat, co se při tom opravdu fyzikálně či technicky děje, tak je potřeba mít nějaké referenční podmínky a na to se bezodrazová místnost hodí velmi dobře. Pochopitelně má toho využití mnohem víc, protože v ní je zároveň velmi nízký hluk pozadí, takže v ní je možno naměřit i zvuky, které jinak naměřit nelze. Dokonce je tam možno měřit i zvuky, které my neslyšíme, protože náš sluchový orgán není dost citlivý.“
Jak je bezodrazová místnost konstruovaná, aby se do ní nepřenášely vibrace zvenčí? Přece jen – nedaleko, na dejvickém Vítězném náměstí, je rušná křižovatka a také tunely metra.
„Je postavená jako tzv. ‚dům v domě‘. Má vlastní základy, které jsou bezmála tři metry pod úrovní podlahy a nesouvisí s ostatními základy domu. Měřili jsme, jestli tady nejsou vibrace od metra, protože to metro nemáme daleko, ale je to v pořádku. Umíme naměřit vibrace od tramvají, které jedou po ulici Jugoslávských partyzánů. Ale ony nejezdí tak často, takže na měření to nevadí. Ty základy jsou navíc postavené na speciálním štěrkopískovém loži. Ta samotná místnost, dokud byla prázdná, vypadala jako obrovská velká garáž nebo hala, do které kromě dveří a nějakých otvorů pro kabely a větrání nebyly žádné díry. Tloušťka stěn je přes 50 centimetrů. Tím se dosahuje té izolace od vnějšího světa. A to volné pole se tam vytváří pomocí klínů, které jsou vyrobené z pohltivého materiálu. Jejich výška je definována tím, jak velkou tu místnost máme a na jaké frekvence si troufáme. My máme výšku klínů 105 centimetrů, ale za nimi je ještě pěticentimetrová mezera. Takže efektivní výška je 110 centimetrů. A tomu odpovídá, že máme dolní mezní frekvenci někde kolem 70 Hz. Do této frekvence ty klíny opravdu pohlcují když ne veškerou energii, tak opravdu hodně. Je to přibližně 99,97%, opět v závislosti na frekvenci. V téhle frekvenční oblasti máme to ‚volné‘ pole. My jsme schopni testovat všechna možná zařízení až po objekty o velikosti osobního auta.“
O zvucích v teorii i praxi jsme si povídali s Ondřejem Jiříčkem z Katedry fyziky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze, předsedou České akustické společnosti.
A co dodat k „podivným zvukům“, kterými jsme naše povídání začali?
Na stránkách projektu Záře, který se zabývá evidencí a výzkumem UFO a dalších nevysvětlitelných jevů, se můžete dočíst o dvou případech tajemných zvuků, které byly řešeny v minulých letech u nás. V prvním případě byla jejich zdrojem továrna, v druhém případě transformátory blízké elektrárny...
I sami ufologové jsou přesvědčeni, že zvuky mají nějaký pozemský zdroj – těžký průmysl, různé rezonance, snad i geologické posuny; spousta nahrávek bude ale jistě podvržená, jak už se zmiňoval Ondřej Jiříček. Jisté je i to, že mnoho fantastů podobným realistickým vysvětlením nebude věřit – ale tak je to přece pokaždé. Nejlepší je udělat si vlastní obrázek. Stačí napsat do vyhledávače „strange sounds“ a pak už jen poslouchat.
Vysíláno v Planetáriu č. 12/2012, 17. - 23. března.
Přepis: NEWTON Media, a.s., redakčně doplněno a upraveno.
Nejposlouchanější
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Vždycky jsem si přál ocitnout se v románu Julese Verna. Teď se mi to splnilo.
Václav Žmolík, moderátor
Tajuplný ostrov
Lincolnův ostrov nikdo nikdy na mapě nenašel, a přece ho znají lidé na celém světě. Už déle než sto třicet let na něm prožívají dobrodružství s pěticí trosečníků, kteří na něm našli útočiště, a hlavně nejedno tajemství.
