Előfizetés a lapra

Hallhatatlan akadályok

akusztika, biofizika, biológia, denevér, fizika

2018/06/25

A denevérek hangvisszaverődés alapján történő tájékozódása és zsákmányszerzése régóta ismert jelenség. Azonban a természetes és városi környezetben számos olyan speciális hangvisszaverő felülettel is találkozhatnak, melyek becsaphatják – vagy éppen segíthetik – őket. Legrosszabb esetben az ember akaratán kívül akár a denevérek pusztulását okozhatja – és ez egyszerű fizikai törvények következménye.

 

Vízfelszínről ivó vízi denevér (Forrásy Csaba felvétele)

A jelenleg ismert több mint 1200 denevérfaj többsége tájékozódásához és táplálkozásához nélkülözhetetlen az echo­lokáció. Echolokáció alatt azt értjük, amikor egy élőlény hangjeleket produkál, melyek a környezetről visszaverődnek, és az állat e jelek alapján képes a saját helyzetéről és a környezetéről információt szerezni. Az éjszaka aktív denevérek számára tehát nagyon fontos, hogy megfelelően értékeljék ki a visszhangokat. A denevérfajok többsége a számunkra nem hallható ultrahangtartományba eső, 20 kHz-es frekvencia feletti hangjeleket használ echolokációra, melynek egyik oka, hogy ezek a jelek részletesebb felbontást szolgáltatnak a környezet mintázatáról, mint a mélyebb hangok.

Hangfókuszáló parabolák

A nagyobb kiterjedésű sima felületek esetében, melyeket akusztikus tükröknek is hívunk, speciális fizikai jelenségek léphetnek fel. Az akusztikus tükrök lehetnek görbült vagy lapos felületek, melyek egy részét a természetben is megtalálhatjuk, másokat azonban csak az ember tudja előállítani.

A görbült sima felületek képesek arra, hogy egy pontba összegyűjtsék és így felerősítsék a hangot. Ez az elektromágneses hullámokra is érvényes fizikai jelenség jól ismert a mindennapokból is, a műholdakról érkező jeleket parabolaantenna segítségével erősítjük fel. E jelenséget használták ki a hanghullámok esetén az első világháborúban is, mikor óriási, több méter átmérőjű parabolafelületeket építettek, hogy a fókuszpontba állva a távoli repülőgép motorjának zúgását mihamarabb meg lehessen hallani, és így még időben meg lehessen tenni a szükséges védelmi lépéseket. A repülőgépek sebességének növekedésével és radartechnika fejlődésével azonban ezeknek az építményeknek a jelentősége lecsökkent. Műemlékként azonban ma is sok ilyen építményt lehet látni az angol partok mentén. Kisebb méretű kivitelben, a madárhangok felvételéhez ma is sokan parabolamikrofont használnak, ahol a parabolatányér fókuszpontjába helyezik a mikrofont, és így irányítottan és felerősítve lehet a madarak hangját rögzíteni.

Első világháborús akusztikus tükör, Redcar, Anglia

(RÁCZ ÉVA FELVÉTELE)

Bizonyos denevérfajok életében is fontos szerepet játszanak a természetben megtalálható görbült akusztikus tükrök. Ahogyan egyes növények a színes virágaikkal csalogatják magukhoz a rovarokat, egy kubai szőlőfaj levele úgy módosult, hogy a virág közelében lévő konkáv alakú levelei több irányból közelítve is erős visszahangot produkáljanak a nektárevő denevérfajok számára, és így felhívják a denevérek figyelmét arra, hogy egy kifejezetten számukra fejlődött virág nektárját találhatják a közelben. Ilyen módon, míg a denevérek virágról-virágra járva táplálkoznak, beporozzák az adott növényfaj egyedeit. Egy borneói, rovarevő kancsókafaj pedig a kancsó alakú, módosult levelének felső, parabola alakú részével reklámozza magát. Míg a denevérek számára biztonságos szálláshelyet biztosít a kancsóban, azok ürülékükkel szervetlen tápanyagokhoz juttatják a növényt.

Vízfelszín, víztükör

A kiterjedt, lapos felületek is speciális hangvisszaverő tulajdonságokkal rendelkeznek. Hasonlóan a síktükörhöz, melyre zseblámpával hegyesszögben világítva a fényt más irányba veri vissza, nagyobb lapos felületek esetén a hanghullámok sem feltétlenül érkeznek vissza a hangforráshoz. Minél merőlegesebben éri egy hanghullám a felületet, annál nagyobb része fog visszajutni a hangforráshoz.

A nagyméretű síkfelületek hangvisszaverő tulajdonságát a terem­akusz­tikusok jól ismerik. A jó hangzású zenei hangversenytermek tervezése komoly számításokat igényel, melyben figyelembe kell venni, hogy a falakról hogyan verődik vissza a hang. Amennyiben csökkenteni szeretnék a visszavert hang mennyiségét, a felületet érdesítik. Speciális esetben, a süketszobák esetén, olyan ék alakú testekkel fedik be a falat, melyekről a hang nem is verődik vissza a hangforrás irányába, hanem elnyelődik a gúlák közötti visszaverődések során.

A vízszintes akusztikus tükrön visszaverődő hangok iránya (DENEVÉRFOTÓ: FORRÁSY CSABA)

A természetben egy ilyen áltanosan elterjedt, nagy kiterjedésű, sima felszínt találunk: ez a vízfelszín. Amennyiben a víz felszíne nyugodt, a fentihez hasonló hangvisszaverő tulajdonsággal rendelkezik: a levegőből érkező hang túlnyomó többsége nem nyelődik el a vízben, hanem a hangforrással ellentétes irányban verődik róla vissza. A nyílt vízfelszínek a denevérek életében kiemelt jelentőségűek. A fajok többsége a fecskékhez hasonlóan repülés közben, a felszínt óvatosan megközelítve iszik. De hogyan képesek erre? Tudnunk kell, hogy a denevérek által kiadott echolokációs hangok nem csak egyetlen irányba terjednek, hanem kúpszerűen szóródva. Ez azt jelenti, hogy a hangjuknak lesz olyan, kis energiájú része, mely a vízfelszínt merőlegesen éri: ez alapján tudják a denevérek megállapítani a vízfelszíntől számított magasságukat, így elkerülhetik a vízbe pottyanást. Egy vámpír­denevér­fajon – mely a nevével ellentétben főleg nektárral és rovarokkal táplálkozik – végzett kísérletben azt is megállapították, hogy a denevérek fülfedőjének fontos szerepe van a vízfelszínről merőlegesen visszaérkező hangjelek egy adott frekvenciájú összetevőjének a fülbe való továbbításában, és az agyukban egy adott kis neuron­csoport pontosan erre a frekvenciakomponensre érzékeny. Ezek az anatómiai és működésbeli sajátosságok erősen összefüggnek tehát a vízfelszín sajátos akusztikus tulajdonságaival.

A vízfelszíni rovarról visszaverődő hangok iránya

(DENEVÉRFOTÓ: FORRÁSY CSABA, KÉRÉSZFOTÓ: POTYÓ IMRE)

Mivel a vízfelszín az egyetlen természetes nagy kiterjedésű sima felület a természetben, a denevérek minden, a vízfelszínhez hasonló akusztikus tulajdonságú felületről azt hiszik, hogy az vízfelszín. Így, amikor a kutatók nagyméretű, sima felszínű, vízszintes műanyag vagy fém tárgyakat mutatnak a denevéreknek laboratóriumi körülmények között, azok inni próbálnak róla, még akkor is, ha vízként lehetetlen helyzetet imitálnak: megemelt, asztalra helyezett lap esetén is. A vízfelszín akusztikus tulajdonságai alapján történő felismerése annyira általános és régen kialakult jelenség, hogy minden eddig tesztelt, echolokációval tájékozódó denevér­fajnál hasonló eredményre jutottak a kísérletekben a kutatók. Azt is si­ke­rült bizonyítani, hogy ez a jelenség erős genetikai kontrol alatt van: a fiatal, vizet soha előtte nem látott denevérek is ugyanúgy inni pró­bál­nak a mesterséges, sima, vízszintes felületekről. A laborkísérletek azt mutatják, hogy ha egy szomjas denevérnek nem sikerül innia egy mesterséges felületről, akkor utána folyamatosan próbálkozik, annak ellenére, hogy sosem járhat sikerrel. Sok megfigyelés támasztja ma már alá, hogy az ilyen, természetbe kihelyezett felületekről is inni próbálnak a denevérek, így például műanyagfóliákról, gépjárművek tetejéről. Ez a jelenség felhívja a figyelmet az ember által készített sima felületek esetleges természet-védelmi problémájára.

Vízfelszínről rovart zsákmányoló vízi denevér (ESTÓK Péter felvétele)

A vízfelszíneket azonban nem csak szomjuk csillapítására keresik fel a denevérek, de táplálkozási célból is, az ott mozgó rovarok nagy száma miatt. A vízfelszín akusztikus sajátosságai miatt ez különleges környezet a víz felett vadászó állatok számára is. Míg a fák között vagy növényzet felett vadászó denevérnek el kell különítenie a zsákmányrovarról visszaverődő jeleket a környezet jelétől, addig a vízfelszín felett repülő rovar jele – a vízfelszín akusztikus tükörként való viselkedése miatt – tisztán, háttérzajmentesen érzékelhető a denevérek számára. Laboratóriumi kísérletekben azt is kimutatták, hogy a vízfelszín felett ráadásul pontosabban ismerik fel a zsákmányállataikat, mint a növényzet felett vadászva. Hazánkban két faj, a vízi és a tavi denevér, kifejezetten a vízfelszín feletti vadászatra specializálódott, és mind a repülő, mind a víz felszínén előforduló rovarokat elkapják. A víz felszínén ülő rovarokat ráadásul sokkal erősebben érzékelik, mint a magasabban repülő rovarokat, mert nem csak magáról a rovarról verődik vissza közvetlenül a hang, hanem a vízről a rovarra, majd arról a denevér irányába. És hogy mennyire fontos ezeknek a fajoknak a víz akusztikus tükör sajátossága, jól mutatja, hogy ha választhatnak, vadászatra inkább a tiszta vízfelszín feletti teret választják a békalencsével fedett felszín helyett.

Mesterséges környezetben

Az ember az épített környezetében rengeteg függőleges sima felületet használ, gondoljunk csak az ablaküvegekre! Ezek ugyanolyan akusztikus tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a vízszintesek, a különbség csupán annyi, hogy ilyenekkel az állatok a természetes környezetben nem találkozhatnak, és így ezekhez a vízfelszínnel ellentétben nem is igazán tudtak alkalmazkodni. Hogy ezt a kérdéskört megvizsgálhassák, a kutatók laboratóriumi kísérletben ugyanazt a denevért a falra erősített függőleges és a földre helyezett vízszintes fémlap jelenlétében is röptették. Azt találták, hogy míg a vízszintes lapról a denevérek mindig inni próbáltak, a függőleges lapnak nekirepültek. Főleg akkor ütköztek neki a függőleges lapnak, amikor azt hegyesszögben közelítették meg, azaz amikor a hangenergiájuk nagy része nem érkezhetett vissza hozzájuk a lap akusztikus tükör tulajdonságai miatt. Azt is észrevették, hogy amennyiben a denevér hosszabb időt töltött a függőleges lap előtt és elegendő mennyiségű hangot produkált, akkor sikeresebben elkerülték az ütközést. Ez valószínűleg azzal magyarázható, hogy a denevér által produkált hangok kis része a lapot merőlegesen éri el, így ezek visszajuthatnak a denevérhez, és ha van elegendő idő a manőverezéshez, a denevér el tudja kerülni az ütközést. És hogy mennyire általános jelenségről van szó? Több faj természetes szálláshelyének a közelében is rugalmas, nagy felületű lapokat helyeztek ki a kutatók, és azt tapasztalták, hogy míg az érdes felületű lapokat sikerrel elkerülték a denevérek, addig a sima felületű lapoknak nekirepültek.

 Laborban függőleges sima felületnek ütköző közönséges denevér (ZSEBŐK Sándor felvétele)

 A denevérek függőleges akusztikus tükrökkel való ütközésének valós súlyát igazán akkor állapíthatjuk majd meg, ha az épített környezetünkben rendszeres megfigyeléseket végzünk. Jelenleg csak találgatni tudunk ezzel kapcsolatban. Annyi mindenesetre bizonyos, hogy általánosan elterjedt jelenségről van szó. Fontos megjegyezni, hogy a laborban a denevérek kis sebességgel ütköztek a lapoknak, és terepi kísérletekben rugalmas lapokat használtak a kutatók, így nem sérültek meg a denevérek. Azonban valós körülmények között, mikor a denevérek nagy sebességgel repülnek, súlyos sérüléseket szerezhetnek ablakokkal, táblákkal való ütközés során. Így ezek az eredmények felhívják a figyelmünket arra, hogy olyan helyeken, ahol nagy valószínűséggel denevérek fordulhatnak elő, ne helyezzünk ki nagyméretű függőleges sima felületeket! Szintén érdemes észben tartani, hogy ha denevér röpül a szobánkba, akkor a nagyméretű ablakok akusztikus tükörként működnek. Legjobb, ha az ablakokat tágra nyitjuk, esetleg ruhával takarjuk le őket, hogy minél könnyebben kitaláljon az állat.

ZSEBŐK SÁNDOR

2018/2