Pokud při jízdě autem ve vyšší rychlosti otevřete jedno ze zadních oken nebo střešní okno, obvykle se začne ozývat silné bouchání způsobené opakující se změnou tlaku v kabině. Tento jev vzniká v důsledku narušení plynulého proudění vzduchu v místě otevřeného okna. U přední hrany okna se tvoří vzduchové víry, které způsobují opakovanou změnu tlaku uvnitř vozu, což vytváří nepříjemné chvění (vibrace) [1–3]. Tyto vibrace, které můžeme pociťovat celým svým tělem, mají obvykle velmi nízkou frekvenci – kolem 20 Hz – a slyšíme je tedy jako velmi nízké tóny.
Auto jako prázdná láhev
Jevu, kdy vzduchová hmota v dutině (zde interiér automobilu), začne periodicky kmitat například vlivem vnějšího proudění vzduchu, se odborně říká Helmholtzova rezonance [4].
S tímto jevem se můžeme setkat, když se pokoušíme vyloudit zvuk foukáním vzduchu přes hrdlo prázdné láhve. Výsledný tón zvuku, tj. jeho frekvence, závisí jednak na objemu vzduchu v lahvi, jednak na velikosti hrdla, přes které foukáme. Máme-li více lahví se stejně velkým hrdlem, ale o různém objemu, pak s lahvemi s menším objemem vyloudíme zvuky o vyšší frekvenci než s lahvemi s větším objemem. Karoserie auta s otevřeným oknem je jako obrovská láhev s relativně malým hrdlem. To při dostatečně rychlé jízdě vede ke vzniku nízkofrekvenčních vibrací, které se projevují jako zmíněné nepříjemné „bouchání“. Protože jsme uvnitř auta v prostoru, kde vibrace vznikají, vnímáme je většinou velmi silně.
Proč zrovna zadní okno?
K „bouchání“ dochází snáze při otevřeném zadním oknu, které má rovnou přední hranu, než u předního okna se šikmou hranou, kde není tvorba vzduchových vírů tak intenzivní a je navíc narušena přítomností zpětného zrcátka.
Na vznik jevu má velký vliv rychlost proudění vzduchu v okolí otevřeného okna. Ta ovlivňuje frekvenci, s jakou se na hraně okna tvoří víry. Pokud je tato frekvence blízká tzv. rezonanční frekvenci kabiny (Helmholtzova frekvence), jev dosahuje maxima své intenzity. Změnou rychlosti jízdy lze tedy rezonanční jev buď potlačit, nebo naopak zesílit.
Nepříjemnému „bouchání“ můžeme zabránit také tím, že narušíme vznik vírů a jejich šíření podél karoserie, např. vystrčenou rukou z okna. Další možností je otevření dalšího okna v autě, čímž se zabrání stlačování a rozpínání vzduchu uvnitř vozu.
Moderní automobily s dobře utěsněným interiérem a aerodynamickým tvarem karoserie jsou na vznik bouchání náchylnější než vozy starší [5].
Pro Zeptej se vědce odpovídal Vláďa
Zdroje:
[1] W.K. Bodger and C.M. Jones, Aerodynamic Wind Throb in Passenger Cars, 1964, https://doi.org/10.4271/640797.
[2] Y.S. Wang et al., A hybrid prediction for wind buffeting noises of vehicle rear window based on LES-LAA method, 2017, https://doi.org/10.1016/j.apm.2017.03.018.
[3] Ch.-F. An et al., Side Window Buffeting Characteristics of an SUV, 2004, https://doi.org/10.4271/2004-01-0230.
[4] Helmholtz resonance, https://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_resonance
[5] Explained: That Weird Throbbing When You Open One Car Window, https://www.caranddriver.com/news/a15344069/explained-that-weird-throbbing-when-you-open-one-car-window