Hvordan påvirker ultralyd vores miljø?

Den menneskelige hørelse ligger indenfor frekvensområdet 20Hz til 20kHz.

Er du musikalsk, kan du tænke det sådan her: Den laveste tone på et standardklaver er A0 og har en frekvens på lidt over 27Hz. Den højeste tone, C8, har en frekvens på lige under 4,2kHz. Tonen D10# er lige under 20kHz.

De fleste af jer, der læser dette, vil dog ikke kunne høre de yderste toner - især ikke dem, der ligger i den øvre ende.

Dette skyldes aldring og ofte en risikofyldt livsstil, såsom vores tilbøjelighed til at lytte til høj musik, især gennem høretelefoner eller til livekoncerter.

Ikke desto mindre er dette frekvensområde fra 20Hz til 20kHz en del af det amerikanske nationale standardiseringsinstituts (ANSI) definition på lyd. Dermed defineres en lyd som en lydbølge, der kan høres af mennesker, i og med at den ligger inden for dette frekvensområde.

Visse skabninger, som eksempelvis elefanter, kan høre lyde under 20Hz (defineret af ANSI som infralyd), og mange, hvis ikke de fleste skabninger, kan høre over 20kHz (defineret af ANSI som ultralyd).

Selvom ultralyd har en række negative konsekvenser for menneskers sundhed, er det, jeg er interesseret i, effekten af menneskelig ultralydsproduktion på ikke-menneskelige arter, og hvordan denne ultralydsforurening potentielt forstyrrer vores bestræbelser på at gøre byområder grønnere.

I denne artikel vil jeg forklare om vigtigheden af ultralyd som kommunikationsmiddel for mange dyr og planter, for derefter at diskutere den stigende udbredelse af menneskeproduceret ultralyd.

Ultralyd og dyr

Her følger nogle få eksempler på, hvordan en række almindelige dyr gør brug af ultralyd som en form for kommunikation og til at fornemme verden omkring sig.

Hunde kan høre op til cirka 45kHz, og katte kan høre op til cirka 85kHz.

Der er mange arter, der ikke bare er følsomme over for ultralyd, men også selv kan producere ultralyd.

Flagermus er et berømt eksempel (visse arter producerer ultralyd over 200 kHz), men også rotter kan fornemme og vokalisere op til 50 kHz, og mus synger kærlighedssange til hinanden ved frekvenser op til 125 kHz.

Og for bare at tage et par urbane eksempler fra insektverdenen, så kan sommerfugle og møl af ordenen Lepidotera fornemme ultralyd (så kan man bedre undgå de ekkolokaliserende flagermus!).

Fårekyllinger (Orthoptera Ensifera) producerer og registrerer ultralyd op til cirka 150 kHz.

Ultralyd og planter

Nogle få forfattere har længe været bekendte med planters brug af lyd.

Roald Dahls bog ‘Lydmaskinen’ (på engelsk: ‘The Sound Machine’) fra 1949 handler eksempelvis om en mand, der opfinder et apparat, der kan optage ultralyd udsendt af planter, og som bliver drevet til vanvid af deres skrig, når de bliver beskåret eller høstet for deres blomster.

Forskere har været lidt bagud på dette område, men de er nu begyndt at indsamle tidlig evidens for, at visse plantearter faktisk kommunikerer ved hjælp af ultralyd.

Det er ikke nødvendigvis overraskende, da specialiserede høreorganer (for eksempel øret) ikke er en nødvendighed for sansning af lydbølger – enhver, der har erfaring med en tung bas, der går direkte i mellemgulvet, kan nikke genkendende til dette.

Som den døve percussionist Evelyn Glennie har udtalt:

»Hørelsen er i bund og grund en specialiseret form for berøring«.

Ultralyd og mennesker

Ultralyd er en uundgåelig komponent i næsten enhver lydbølge vi producerer, fra vores stemmer og musik til den mest finjusterede F1-racerbil.

De komplekse bølgeformer, der frembringes, omfatter flere simple sinusbølger eller overtoner, der stiger i frekvens over en grundtone.

Vores opfattelse af klang – grunden til, at et klaver lyder som et klaver og ikke en trompet – skyldes hovedsageligt disse overtoner, men de kan ikke høres (af os) over en bestemt frekvens.

Det er på grund af vores auditive system (den førnævnte 20kHz grænse), og fordi jo højere overtonens frekvens er, des lavere er amplituden tilbøjelig til at være.

Menneskelig produktion af ultralyd

Vi producerer og anvender bevidst og i stigende grad ultralyd ved høje amplituder til en række forskellige formål.

Blandt andet indenfor industrien, til rensning, emulgering, fejldetektion i rør og byggematerialer, skadedyrsbekæmpelse og hundefløjter, afstandsmålere (som blandt andet bruges i kameraer) og bevægelsessensorer.

Det bruges også indenfor medicinsk behandling af nyresten, visse neurologiske lidelser og til skanning af fostre.

Bryder skalaen

Et andet eksempel, som jeg selv har dokumenteret, er af mere festlig karakter.

Vi mennesker kan godt lide at fejre vigtige begivenheder med høj støj, men er ofte uvidende om den medfølgende ultralyd i støjen.

Nedenstående figurer viser tilstedeværelsen af lyd indenfor menneskets frekvensområde og ultralyd udendørs i løbet af nytårsaften mellem 2022 og 2023 i København.

Stigningen i intensiteten af ultralyden er vist ved en ændring i farven fra lysegrøn til gul og derefter orange og rød.

Figuren til venstre viser, hvad man kunne kalde en ‘tåge’ af ultralyd, der omslutter København under Tivolis fyrværkeri (optaget fra cirka 9 kilometers afstand).

Under normale forhold og væk fra den tunge trafik ville det være usædvanligt at optage et signifikant niveau over 20 kHz.

Hvis jeg havde været mindre end 9 kilometer væk, ville niveauet have været endnu højere.

Figuren til højre viser ultralyden fra fyrværkeri i det nærtliggende kvarter Hellerup, kort tid efter. Som det kan ses, går ultralydsfrekvensen over 250kHz, og dermed hvad mit udstyr overhovedet er i stand til at optage.

Man kan kun spekulere over, hvilken effekt disse høje frekvenser må have på både dyr og planter.

Mennesker producerer mere ultralyd

Det kan være meget tankevækkende - og lidt alarmerende - at vandre rundt i et typisk arbejdsmiljø eller hjemlige omgivelser med en ultralyds-mikrofon i hånden.

Der er et overraskende højt niveau af ultralyd fra ganske almindelige enheder, som vi normalt er ret uvidende om.

Nedenstående figur viser ultralyden produceret af en bevægelsessensor på mit kontor, placeret cirka 2 meter over min siddeplads. Lydtryksniveauet for ultralydsbåndet, centreret på 32kHz og målt på 1 meters afstand, er over 81dB.

I menneskeligt hørbare termer sidestilles et sådant lydtryksniveau typisk med tung trafik eller en plæneklipper.

Ultralyd og grønne byer

Ud fra ovenstående kan en grundlæggende hypotese være, at den stigende menneskelige produktion af ultralyd forstyrrer kommunikationen for mange andre arter end mennesket, og at det har en negativ miljøpåvirkning.

Nogle af dem er arter (planter, insekter og så videre), som vi ønsker at introducere til vores byområder for at gøre dem mere beboelige for os.

Vil man lykkes med at gøre byen grønnere, er det oplagt også at gøre den beboelig for disse arter.

Alt, hvad der modvirker dette, bør undersøges, og det inkluderer også ultralyd.

Nyt studie undersøger ultralyd i Aalborg

En solidt studie af ultralyd som en sandsynlig forureningskilde i byer skal derfor begynde med en optælling af ultralydskilder i vores byområder.

Min kollega Brian Bemman og jeg er så småt begyndt at undersøge dette med en pilotundersøgelse af niveauet og udbredelsen af ultralyd i Aalborgs bymidte.

Der er meget mere at tage fat i, men resultaterne fra dette indledende studie peger på ultralydskilder i bymidten, der ser ud til at være korreleret med menneskelig aktivitet (som eksempelvis trafik).

Tilsvarende er niveauet af ultralyd i Aalborg betydeligt højere end en sammenligningsmåling på landet.

På baggrund af dette, har vi til hensigt at udvide pilotstudiet med andre lokaliteter på tværs af Aalborg og lignende bymidter, og samtidig forsøge at identificere ultralydskilderne.

Forskellige flagermusarter har eksempelvis forskellige ultralyds-signaturer, og disse bruges sammen med software, så man med en ultralyds-mikrofon kan genkende den pågældende flagermusart, som mikrofonen registrerer.

Ligeledes er vi også ved at udarbejde et datasæt af ultralyds-signaturer for en række elektroniske enheder, hvilket betyder, at vi laver en karakteristik af hver ultralyd, så de adskilles fra hinanden.

De vil blive brugt til at træne en algoritme, der skal automatisere identifikation af ultralydskilder andre steder.

Forstyrrer ultralyd vores vision for grønne byer?

Mennesker kan ikke høre ultralyd, men lyden er produceret og sanset af mange andre væsner og endda af planter.

Disse arter bruger ultralyd som et kommunikationsmiddel og som et middel til at fornemme verden omkring dem.

Mennesker producerer en stigende mængde ultralyd, enten som et biprodukt af intens menneskelig aktivitet (for eksempel trafik) eller bevidst til et specifikt formål (for eksempel bevægelsessensorer).

Det fører til det interessante spørgsmål: Forstyrrer denne produktion af ultralyd andre arters kommunikationskanaler og forhindrer dermed forsøgene på at gøre vores byer grønne?

Se igen på de to billeder af nytårsfyrværkeri: Hvem kunne tænke sig at være en flagermus, et insekt eller endda en hund lige i dette øjeblik?

Læs denne artikel på engelsk på vores søstersite ScienceNordic. Oversat af Stephanie Lammers-Clark.