Co způsobuje to strašné „bubnování“, když otevřete za jízdy jedno okno

Snad každý ten zvuk zná. Jeden z pasažérů v autě si chce za jízdy otevřít okno, aby k sobě pustil trochu čerstvého vzduchu, ale místo vánku se začne autem linout strašlivě hlučný, nepříjemný zvuk, který vnímáme i jako změny tlaku, ze kterého bolí uši. Někdo ho popisuje jako „tepání“, někdo jako „bubnování“, ale docela se hodí i přirovnání, že zní jako by právě přilétal vrtulník. Jak ale tento jev, ze kterého máme pocit, že nám prasknou ušní bubínky, v autě vzniká? A proč ho eliminuje pouhé otevření dalšího okna?

• Jak funguje Helmholtzova rezonance v autě
• U novějších a větších aut je efekt horší
• Stačí otevřít druhé okno

Každý někdy jako dítě zkoušel fouknout přes hrdlo láhve a bavil se tím, jak lahev hučí. Jen málokomu rodiče vysvětlili, že si právě naživo vyzkoušel efekt, kterému se říká Helmholtzova rezonance, pojmenovaný podle německého fyzika Hermanna von Helmholtze. Ten už v druhé polovině 19. století popsal, jak rezonuje zvuk v dutině, proudí-li vzduch střídavě dovnitř a ven skrz malý otvor. Právě to se děje, když foukneme přes hrdlo láhve, nebo když jedeme autem, které má otevřené jen jedno okno.



Pointa tkví v tom, že v interiéru auta (který je v principu jedna velká dutina) je vzduch o nějakém tlaku. Když pak otevřeme jedno okno, uděláme otvor, vedoucí z této dutiny. Jedeme-li dostatečně rychle, vytváří venkovní vzduch, obtékající přes otevřené okno, v tomto otvoru víření, které velmi rychle zvyšuje a snižuje tlak v dutině – interiéru. Právě to vytváří Helmholtzovu rezonanci a tedy vibrace, které nám umí skoro trhat bubínky.

Jenže proč se při fouknutí přes lahev ozve jen tiché hučení, a při otevření okna jedoucího auta ono šílené bubnování? Rozdíl je v objemu vzduchu, který se nachází v dutině – tedy v lahvi nebo interiéru. Fouknutí přes lahev rozrezonuje jen malé množství vzduchu, takže je rezonance o mnohem vyšší frekvenci.

V interiéru je ovšem vzduchu mnohem více, frekvence je tedy nižší, a proto se efekt na naše ušní bubínky různí. Frekvence okolo 20 Hz je pro většinu lidí hranicí slyšitelnosti. Nad ní slyšíme hluboké dunění, nižší frekvenci vlastně neslyšíme, ale je-li změna tlaku vzduchu dostatečně silná, můžeme jí vnímat jako bolestivé tepání v ušních bubíncích.

Mnohem více se Helmholtzova rezonance projevuje u větších aut, která mají kolmější postavení oken. To je otázka aerodynamiky a toho, jak karoserii obtéká vzduch. Z toho důvodu je efekt také více pozorovatelný, když se otevře pouze jedno ze zadních oken – u zadních dveří má vzduch větší tendence k víření.

Samozřejmě ovšem nejde jenom o okna boční – efekt může nastat také při otevření střešního okna. Proto má většina aut s odsuvným střešním oknem síťový deflektor, který se automaticky vyklopí, když je okno otevřené. Velikost a tvar deflektoru je pak jednou z mnoha výzev pro konstruktéry. Musí účinně zabránit víření vzduchu a vzniku „bubnování“, zároveň ale nesmí sám o sobě vytvářet aerodynamický hluk.

Více pozorovatelné je „bubnování“ také u novějších aut, a to z prostého důvodu – jsou lépe utěsněná. Aby mohla Helmholtzova rezonance vzniknout, musí mít dutina jen jeden otvor – netěsnosti mohou efekt snížit. A s tím samozřejmě souvisí i velmi jednoduchý postup, jak vzniku rezonance zabránit.

Pokud si jeden z pasažérů otevře okno a v autě se začne ozývat nepříjemné bubnování, není nic jednoduššího než otevřít další okno. Má-li dutina, fungující jako rezonátor, dva otvory, může vzduch, jehož tlak se v rychlém sledu snižuje a zvyšuje, někudy utéci a Helmholtzova rezonance nevznikne. Pokud vám tedy například děti způsobují šílené „bubnování“ uvnitř auta otevřeným oknem, stačí je poučit, že se musí otevřít alespoň dvě okna zároveň.