Technické řešení plašičů s ALCsim®

Účinnost ultrazvukových plašičů škůdců závisí kromě samotného principu řešení i na celé řadě dílčích technických faktorů – od správného výběru frekvence přes akustický tlak až po způsob modulace signálu. Tento článek se zaměřuje na rozdíly mezi plašiči první a druhé generace a vysvětluje, proč je právě technologie ALCsim® použitá v zařízeních Deramax II. generace zásadním krokem vpřed.

Kmitočtový rozsah

Čím vyšší je použitý ultrazvukový kmitočet, tím menší je pravděpodobnost možného negativního vlivu na člověka nebo domácí a hospodářská zvířata. Naše plašiče II. generace s ALCsim® využívají kmitočtové pásmo 40 kHz. Toto pásmo je podle hlukových norem nejvyšším sledovaným pásmem z hlediska kmitočtu. Nad tímto pásmem již nejsou stanoveny normy pro ultrazvukový signál, protože možný negativní vliv je prakticky vyloučen. Využití pásma 40 kHz je z mnoha ohledů velmi výhodné také k dosažení vysoké účinnosti akustických plašičů (odpuzovačů) proti myšovitým a lasicovitým (kunovitým). Jedná se již o dosti komplexní problematiku, nicméně alespoň okrajově a ze dvou hledisek – 1. Aktuální vědecký výzkum potvrzuje podstatně významnější nervové odezvy v mozku myší a potkanů v reakci na vyšší ultrazvukové frekvence na rozdíl od dřívějších předpokladů, které byly založeny pouze na standardních audiogramech. 2. Intenzita olivokochleárního ochranného reflexu MOCR je závislá mj. na frekvenci akustického signálu, který působí na kochleární systém. Vysoké ultrazvukové kmitočty kolem 40 kHz jsou pak z tohoto hlediska mnohem vhodnější pro použití v ultrazvukových plašičích hlodavců a lasicovitých než nízké kmitočty od 20 kHz do cca 32 kHz. V našich plašičích II. generace s ALCsim® tedy využíváme nejvhodnější kmitočtové pásmo z hlediska třetinooktávové kmitočtové analýzy a to pásmo 40 kHz. Vyšší kmitočtové pásmo nemá z hlediska účinnosti proti hlodavcům a lasicovitým smysl používat. Co se týče bezpečnosti pro člověka a domácí a hospodářská zvířata, 40 kHz je již velmi bezpečné pásmo, kde nehrozí žádná zdravotní rizika za předpokladu dodržení bezpečné hladiny akustického tlaku. Z hlediska účinnosti ultrazvukových plašičů škůdců proti hlodavcům a lasicovitým a bezpečnosti pro člověka a domácí zvířata je třetinooktávové pásmo 40 kHz nejvhodnějším kmitočtovým pásmem při využití v ultrazvukových plašičích hlodavců a lasicovitých. Kmitočtový rozsah tohoto pásma je přibližně 35 kHz až 45 kHz.

Akustický tlak

I v případě, že bychom naše plašiče II. generace porovnávali s kterýmkoli jiným ultrazvukovým plašičem jen z hlediska samotného akustického tlaku ultrazvukového signálu a bezpečnosti, patřily by naše plašiče II. generace k nejvýkonnějším a nejbezpečnějším akustickým plašičům hlodavců a lasicovitých na světě. Aby totiž bylo možné skutečně zajistit 100% bezpečnost a maximální výkon, je možné využívat pouze určitou maximální hodnotu akustického tlaku ultrazvukového signálu, která je navíc platná pouze pro konkrétní kmitočtový rozsah. Plašiče II. generace s ALCsim® generují maximální možný akustický tlak na nejvyšším a současně optimálním kmitočtovém rozsahu z hlediska účinnosti na hlodavce a lasicovité. Termín „maximální možný akustický tlak“ znamená, že se jedná o takovou hodnotu akustického tlaku, která je s rezervou zcela bezpečná i při použití v obytných a pracovních prostorách. Akustický tlak jakéhokoli ultrazvukového plašiče provozovaného v dosahu člověka nebo domácích a hospodářských zvířat nelze zvýšit nad úroveň hodnot využitých v našich plašičích II. generace s ALCsim®, protože jinak by došlo ke snížení bezpečnosti takového plašiče a možnému ohrožení zdraví člověka nebo domácích zvířat.

Akustický výkon

Je možné zvýšit výkon plašičů škůdců II. generace s ALCsim®, jestliže je využitelná horní hranice akustického tlaku plašičů pevně stanovená a nelze ji z bezpečnostních důvodů překročit? Ano, je to možné s využitím více nezávislých generátorů akustického signálu. Jak si vlastně představit akustický tlak a akustický výkon? Asi takto: máte tlakovou myčku s tryskou. Aby nemohlo dojít k úrazu, je tlak trysky omezený na určitou hodnotu. Stejně jako tlak vody z trysky si můžeme představit akustický tlak vycházející z jednoho piezoměniče v plašiči škůdců. Jestliže máme ale omezený tlak vody v uvedené tlakové myčce z bezpečnostních důvodů, jak můžeme zvýšit výkon myčky? Jednoduše použijeme více trysek se stejným maximálním ale bezpečným tlakem. V plašičích II. generace s ALCsim® zvyšujeme výkon plašiče obdobným způsobem a využíváme více samostatných generátorů s generováním ultrazvukového signálu do různých směrů.

V plašiči hlodavců a kun Deramax-Ultima využíváme čtyři nezávislé generátory a v plašiči Deramax-Audit pak dva nezávislé generátory. Tím dosahujeme zásadního zvýšení akustického výkonu bez snížení bezpečnosti plašičů (odpuzovačů). Dochází tak ke zvýšení celkové energie akustického signálu, který vyplňuje prostor chráněný plašičem, ale nikoli ke zvýšení akustického tlaku, který plašič generuje. Zvýšení výkonu plašičů škůdců nad úroveň našeho plašiče Deramax-Ultima dalším navýšením akustického výkonu pomocí více generátorů signálu již ale nedává smysl. Maximální smysluplný počet nezávislých generátorů signálu jsou čtyři, a to je také počet nezávislých generátorů signálů u plašiče Deramax-Ultima. Akustický výkon neboli „skládaná hlučnost“, se počítá s pomocí logaritmické funkce, takže například, jestliže máme jeden zdroj zvuku s hladinou akustického tlaku (SPL) např. 95 dB, pak akustický výkon tohoto zdroje bude také 95 dB. Přidáme-li k tomuto zdroji zvuku druhý shodný zdroj zvuku, pak dosáhneme akustického výkonu 98,1 dB. Přidáme-li třetí zdroj, dosáhneme akustického výkonu 99,77 dB. Přidáme-li čtvrtý zdroj zvuku opět se stejnými parametry jako všechny předešlé zdroje zvuku, dosáhneme akustického výkonu 101,02 dB. Tím jsme se dostali ke čtyřem nezávislým zdrojům se shodnou hladinou akustického tlaku, které dohromady generují akustický výkon 101,02 dB. A co když přidáme pátý zdroj? Pak dosáhneme zvýšení akustického výkonu na 101,99 dB. To už je rozdíl pouze 0,97 dB. Jak je zcela zřejmé, navyšování počtu samostatných generátorů u plašičů škůdců nad celkový počet 4 již nedává smysl a nedává smysl ani z hlediska dosažení vyššího úhlu záběru, protože již při čtyřech samostatných generátorech je možné dosáhnout úhlu záběru plašiče 360 stupňů. Z hlediska zvýšení akustického výkonu prakticky nelze vyrobit výkonnější ultrazvukové plašiče hlodavců a lasicovitých, než jsou plašiče II. generace s ALCsim®. Je sice možné dosáhnout určitého zvýšení akustického výkonu, ale jak bylo ukázáno na příkladu, smysl by to mělo jen teoretický s nulovým praktickým dopadem.

Modulace signálu u „klasických“ ultrazvukových plašičů I. generace

Obecně se dá říct, že klasické plašiče, tedy plašiče I. generace, nelze zkonstruovat tak, aby poskytovaly optimální účinnost. Problém je již v samotném principu tohoto řešení. Jejich cílem je dosažení silného působení na vnější sluchovou oblast (vnější, střední a vnitřní ucho). Intenzivní působení na vnější sluchové ústrojí ale znamená riziko jeho poškození. Je tedy nutné najít určitý vyvážený stav mezi dostatečnou působností plašiče na vnější sluchové ústrojí a současně zajistit, že signál nebude agresivní až příliš, aby nepoškodil škůdcům jejich sluch, a to vše za podmínek, kdy se škůdci pohybují v různých vzdálenostech od plašiče. Připomíná to princip optimalizace parního stroje ve stylu „už se to musí točit, ale ještě to nesmí vybuchnout.“ Používat nějaký sofistikovaný způsob modulace signálu u klasických plašičů I. generace nedává smysl, je ale nutné dodržet určité základní požadavky.

Nejvhodnějším způsobem modulace signálu u plašičů škůdců I. generace je zajištění plynulých změn kmitočtu nebo přerušování signálu, ale s pozvolným náběhem akustického tlaku, nebo kombinace obojího. Signál plašiče tak nebude trvale působit jen na jednu vymezenou (rezonanční) oblast kochley (hlemýždě) ve vnitřním uchu škůdců, protože jinak by mohlo dojít k jejímu poškození i slabší intenzitou signálu. Pokud je využito přerušování signálu, musí být současně řešeny pozvolné náběžné hrany signálu, nebo musí být dodržena dostatečně dlouhá pauza mezi jednotlivými znovuspuštěními akustického signálu, aby mohlo dojít k regeneraci sluchu škůdců. Důvody souvisí s impulsním hlukem a budou upřesněny v následujících odstavcích.

U plašičů s bateriovým napájením, kde je k dispozici jen velmi omezený zdroj energie (baterie) a s tímto zdrojem energie je nutné pracovat co nejšetrněji, je nejvhodnějším způsobem modulace signálu využití jednotlivých intenzivních impulsů, protože tak je možné dosáhnout požadované maximální hodnoty akustického tlaku při současně velmi nízké spotřebě energie. Využití jednotlivých impulsů pak znamená, že nebudou následovat dva nebo více impulsů v krátké době po sobě, a i jednotlivé impulsy musí být v dostatečně dlouhých rozestupech, aby mezi nimi mohlo dojít k regeneraci sluchu škůdců. A co je to dostatečně dlouhý rozestup mezi jednotlivými signály? Na základě vyhodnocení výsledků mnoha vědeckých experimentálních prací s hlodavci je možné konstatovat, že není vhodné, aby pauza mezi jednotlivými impulsy byla kratší než 15 sekund. Důvody pro využití delší pauzy mezi jednotlivými impulsy ale nemají význam jen z hlediska ochrany sluchu škůdců, ale současně i z hlediska omezení habituace škůdců na signál plašiče.

Naopak nejhorším možným způsobem modulace ultrazvukového signálu v plašičích škůdců je využití sledu akustických impulsů, což se často děje v kombinaci se změnou kmitočtu, protože takový způsob kombinované změny je po technické stránce jednoduché realizovat. Tomuto způsobu modulace se také říká skokové změny kmitočtu (frekvence), stupňovité změny kmitočtu, skoková modulace signálu apod. Při takovém řešení dochází k vytváření rychlých sledů impulsů, které mají devastující účinek na sluch škůdců. Tento způsob modulace ultrazvuku je bohužel zcela běžný u klasických plašičů I. generace. Intenzivní impulsy bez regenerační fáze mezi nimi dokáží škůdcům dočasně poškodit sluch již během několika minut a s nevratnými změnami sluchu je pak možné počítat i během několika hodin provozu takového „plašiče“. Škůdci tak zůstávají dál v prostoru s plašičem, aniž by to pro ně byl zásadní problém. Plašiče tohoto typu by tedy vůbec neměly být na trhu.

Dalším zásadním a velmi častým problémem při řešení modulace signálu u klasických plašičů, tedy plašičů škůdců I. generace, je použití rychlých kmitočtových změn. Piezoměniče, které jsou využívány v ultrazvukových plašičích škůdců jako koncové měniče elektrického signálu na ultrazvukový, mají v oblasti svého rezonančního kmitočtu strmou charakteristiku závislosti generovaného akustického tlaku na kmitočtu. A to znamená, že rychlé změny kmitočtu v oblasti rezonančního kmitočtu piezoměniče způsobují rychlé změny akustického tlaku a rychlé změny akustického tlaku vytvářejí impulsní hluk. A tak se opět dostáváme k problému s impulsním hlukem. A proč je tedy vlastně impulsní hluk tak nebezpečný pro vnější sluchové ústrojí?

Běžný neimpulsní hluk, tedy např. trvalý zvuk s různými pozvolnými změnami kmitočtu a intenzity, dokáže být při vyšší intenzitě pro škůdce značně obtěžující, ale nemá zásadní negativní vliv na sluchové ústrojí. Je tomu tak, protože středoušní část vnějšího sluchového ústrojí disponuje ochrannými reflexy sluchu a kochleární část (vnitřní ucho) disponuje, v souvislosti s olivokochleárním systémem, také významnými možnostmi ochrany sluchu. Potíž je ale v tom, že aktivace středoušního ochranného reflexu nebo ochranného reflexu olivokochleárního systému je sice rychlá, ale ne tak rychlá jako je náběh hlukového impulsu z minimální do maximální hodnoty akustického tlaku. Po zasažení sluchu, byť jen jediným rychlým akustickým impulsem je bezpodmínečně nutné, aby zde byla možnost dostatečně dlouhé regenerace sluchu, než dojde k vygenerování dalšího impulsu. Doba náběhu ochranných reflexů myší a potkanů je asi 10 ms a doba postupného uvolnění ochranných reflexů sluchu u myší a potkanů je asi 100 ms. Takto je možné nechráněný sluch škůdce zasáhnout pomocí rychlých impulsů teoreticky až 10x za sekundu. Rychlé impulsy použité v plašičích škůdců tak můžeme považovat za „vraždu sluchu škůdců“. Z hlediska modulace signálu je tedy u klasických ultrazvukových plašičů I. generace bezpodmínečně nutné vyhnout se jak rychlým sledům akustických impulsů, respektive obecně rychlým změnám akustického tlaku, tak i rychlým změnám kmitočtu. Obojí je velmi špatně, a přesto se obojí nebo alespoň jedno z toho používá u většiny ultrazvukových plašičů, které jsou na trhu.

„Svět modulace signálu“ u klasických plašičů I. generace je světem plným primitivních a kompromisních řešení, stejně jako celá myšlenka na využití ultrazvukového signálu pro negativní působení jen ve vnějším sluchovém ústrojí škůdců. Při dobře odvedeném vývoji na plašiči I. generace a jeho následné kvalitní výrobě se sice může jednat o funkční řešení, ale již z principu nemůže dosáhnout účinnosti plašičů II. generace, které využívají simulované ALC signály, tedy ALCsim® pro vyvolání vrozených obranných reakcí škůdců.

Modulace signálu u plašičů II. generace s ALCsim®

A co plašiče II. generace s ALCsim® a jejich modulace signálu? Modulace ultrazvukového signálu v plašičích II. generace s ALCsim® je řešena tak, aby odpovídala požadavkům na vhodný typ signálu z hlediska simulace ALC s ohledem na jeho ekologickou relevanci a současně musí být tento typ signálu maximálně ohleduplný k vnějšímu sluchovému ústrojí škůdců. Tyto dva požadavky se u plašičů II. generace s ALCsim® nejen nevylučují, ale naopak se navzájem podporují. Nejde tedy vůbec o negativní působení na vnější sluchové ústrojí škůdců, ale naopak o zajištění hladkého a bezproblémového průchodu signálu ALCsim® vnějším sluchovým ústrojím do sluchové dráhy v mozku škůdců. Modulace ultrazvukového signálu je tedy u plašičů škůdců s ALCsim® řešená naprosto přirozeným a optimálním způsobem, s trvalými ale plynulými změnami kmitočtu i akustického tlaku pro minimalizaci negativního vlivu signálu na středoušní a kochleární oblast vnějšího sluchového ústrojí škůdců.

Simulace ALC signálů u plašičů II. generace s ALCsim®

Uvedené informace o maximálních hodnotách akustického tlaku, o frekvenci, akustickém výkonu a modulaci signálu, jsou jen bezpodmínečným základem pro realizaci skutečně funkčního a účinného plašiče škůdců. Pokud by se Vám snad zdálo, že zde dáváme k dispozici značnou část našeho know-how z oblasti vývoje plašičů škůdců I. generace, podle kterého by mohl každý šikovný elektrotechnik postavit lepší ultrazvukový plašič škůdců I. generace, než vyrábí většina komerčních výrobců, tak je tomu skutečně tak. Jedná se ale jen o informace, na jejichž základě je možné zkonstruovat vhodné ultrazvukové plašiče I. generace, které jsou již dnes překonané. A zatímco všechny podstatné vývojové informace pro plašiče I. generace se podařilo umístit do tohoto několikastránkového článku, pak komplexní vývojový systému plašičů II. generace s ALCsim® čítá přes 500 stran textu, grafů, obrázků a výpočtů a k tomu je nutné přičíst další stovky stran technické dokumentace k jednotlivým konkrétním typům plašičů.

Jádrem našeho řešení plašičů škůdců II. generace s ALCsim® je zcela unikátní využití působení simulovaných ALC signálů v mozku škůdců pro vyvolání vrozených obranných reakcí a vytvoření prostředí, ve kterém se budou škůdci cítit velmi špatně, a které v krátké době opustí. Toto řešení plašičů škůdců nemá žádnou nevýhodu oproti všem stávajícím typům ultrazvukových plašičů a pouze přidává zásadní výhody a eliminuje nevýhody plašičů I. generace. Je tak možné konstatovat, že v současné době není možné vyrobit účinnější ultrazvukový plašič hlodavců a lasicovitých na jiném principu než s využitím simulovaných ALC (Auditory Looming Cues) signálů, pokud požadujeme dlouhodobou účinnost, a ne třeba jen několik hodin, jako je tomu běžné u „klasických“ plašičů I. generace. A tím jsme také odpověděli na otázku z titulku tohoto článku „Je možné vyrobit účinnější ultrazvukový plašič než je Deramax II. generace s ALCsim®?“

Závěr

Vývojem a výrobou ultrazvukových plašičů škůdců se zabýváme pod značkou Deramax již od r. 2001 a postupně jsme se stali jedním z největších evropských výrobců těchto zařízení. Jako první společnost na světě jsme vyvinuli a uvedli na trh ultrazvukový plašič s využitím simulace ALC a cíleným působením akustického signálu v mozku škůdců. Toto řešení pak do budoucna nastavuje jasný směr vývoje těchto produktů a současně je určitým opěrným bodem v poněkud roztříštěném světě produkce elektroakustických plašičů škůdců.

Autor:
Pavel Hnilica
Deramax.cz s.r.o.
Valašské Meziříčí