Akustická detekce dřevokazného hmyzu ve Valašském muzeu v přírodě
Příspěvek prezentuje metodický postup a výsledky z akustické detekce aktivity larev dřevokazného hmyzu v objektech areálu Valašského muzea v přírodě v Rožnově pod Radhoštěm. Prostřednictvím akustického systému Acoustic Pack byla aktivita monitorována na celkem 112 pozicích dřevěných trámů roubení chalupy z Prlova a Rožnovské radnice jako zájmových objektů na provedení sanačního opatření. Prostřednictvím získaných výsledků byl definován skutkový stav aktivního napadení dřevěných prvků s grafickým výstupem aktivity i zvukovými nahrávkami, které budou využity k účelnému návrhu sanace objektů.
Obr. 1 Schéma metodického postupu detekce poškození
1 Úvod
Akustický průzkum aktivity larev dřevokazného hmyzu v napadených dřevěných prvcích dvou historických roubených domů v areálu Valašského muzea v přírodě v Rožnově pod Radhoštěm byl proveden s cílem ověřit aktivní napadení původního historicky cenného roubení Chalupy z Prlova a Rožnovské radnice dřevokazným hmyzem, převážně z čeledi tesaříkovitých (Cerambycidae) a to metodou akustického snímání aktivity larev dřevokazného hmyzu při požeru dřevní hmoty pomocí přístroje Acoustic pack. Zjištěný stav obou objektů byl shrnut do posudkové zprávy, která obsahovala vyhodnocení stupně a rozsahu degradace prvků, včetně řádné fotodokumentace a výsledky z akustické detekce. Průzkum byl proveden za účasti pracovníků Valašského muzea v přírodě, kterým byly výsledky předány ve formě posudkové zprávy.
2 Metodický postup průzkumu
Dle zvoleného metodického postupu komplexního průzkumu rozsahu poškození dřevěných částí (obr. 1) byla provedena akustická detekce a vyhodnocen stav napadení.
2.1 Akustická detekce aktivity dřevokazného hmyzu (Acoustic pack)
Nahrávací systém zařízení Acoustic Pack [2] umožňuje zaznamenávat až 8 zvukových stop najednou s jejich následnou poloautomatickou analýzou a vyhodnocením stavu zkoumaného záznamu. Zvukové signály jsou zaznamenány jednotlivými senzory (S1–S8) založenými na piezoelektrickém jevu, které mají v sobě integrovaný předzesilovač pro dodržení požadované kvality signálu (lepší poměr signál/šum a omezení vnějšího rušení). Získané signály jsou posílány do zvukové karty, kde jsou analogová data z jednotlivých senzorů digitalizována a sloučena do jednoho datového toku, který je následně pomocí USB rozhraní přenesen do PC. Zde se získaná data automaticky analyzují, a tak je možné detekovat aktivitu larev v záznamu. Celý systém dokáže pořizovat několikahodinové záznamy ze všech 8 kanálů a pracovat ve dvou režimech a to nezávisle na sobě.
Obr. 2 Zařízení Acoustic pack při detekci aktivity larev hmyzu na Chalupě z PrlovaZvukové projevy (akustické emise) larev, vytvářené při porušování buněčných stěn dřeva požerem, mají nepravidelnou strukturu s krátkými pauzami o různé délce (nespojitý signál) [1]. Charakter zvuku je dán strukturou dřeva, vlhkostí dřevní hmoty, stářím larvy (tedy její velikostí) a hloubkou jejího umístění ve struktuře. Výsledný zvuk larev je kombinací vibrace dřevní hmoty a zvuku šířícího se vzduchem v chodbičce. Pro získání hledaného signálu, a to i v případě okolního rušení nebo při menší velikosti larvy či jejím umístění ve větší hloubce, je nutné získané spektrum neznámého multitónového akustického signálu generovaného larvami porovnávat na základě korelační analýzy s vytvořenou databází signálů (vzorů) z prostředí in situ (např. krovů) i laboratorních podmínek ve speciálně vyvinutém softwaru. Tím je možné potlačit vliv nežádoucí akustické emise (parazitní šum) okolí a vypočíst korelační faktor shody a numericky určit míru napadení konstrukce [2].
3 Výsledky průzkumu stavu objektů
Na základě vizuálního průzkumu napadených dřevěných prvků roubených stěn a stropních trámů bylo dle zbarvení, rozkladu dřeva, výletových otvorů a požerků, jako stop identifikujících určitý druh dřevokazného hmyzu způsobující dané destrukční poškození, diagnostikováno napadení dřevokazným hmyzem z čeledi Cerambycidae – tesařík krovový (Hylotrupes bajulus L.) a byl zjištěn i lokální výskyt čeledi Anobiidae – červotoč proužkovaný (Anobium punctatum L.). Kolonizace dřevokazných hub nebyla v konstrukcích detekována. U napadeného dřeva byla měřena vlhkost pomocí dielektrického vlhkoměru METERLINK M0297 (tab. 1) a diagnostikován stupeň poškození, který určoval rozmístění akustických snímačů. Korelační faktor (KF) aktivity larev byl získán porovnáním spekter neznámého signálu s načtenými vzory v knihovně. Hodnoty od 50 a výše byly považovány za spektrum velmi podobné larvám dřevokazného hmyzu.
| Parametry | Chalupa z Prlova | Rožnovská radnice |
|---|---|---|
| Teplota vzduchu [°C] | 15–20,5 | 12,4–23,3 |
| Relativní vzdušná vlhkost [%] | 68–87 | 57–69 |
| Vlhkost dřeva – roubení [%] | 7,7–13,9 | 7,2–13,6 |
V průběhu měření byly významné parametry, tedy teplota vzduchu a relativní vzdušná vlhkost venkovního prostředí, z pohledu bionomie detekovaného dřevokazného hmyzu téměř optimální, měření následovalo po týdnu extrémních letních teplot. Nejvyšší odpolední teploty prvního dne měření (27. 7. 2015) se pohybovaly okolo 20 °C a relativní vzdušná vlhkost kolísala vlivem dešťových přeháněk kolem střední hodnoty 70 %. Druhý den měření (28. 8. 2015) byly naměřeny vyšší teploty vzduchu, maxima se pohybovala kolem 23 °C a společně s růstem teploty klesly hodnoty relativní vzdušné vlhkosti na střední hodnotu 55 %.
Obr. 2a Průběh teplot a relativní vzdušné vlhkosti během měření – 27. a 28. 7. 2015 dle meteostanice Rožnov pod Radhoštěm
Uvedené teploty vytvářely přirozené podmínky pro aktivitu detekovaného dřevokazného hmyzu a to jak z čeledi Cerambycidae – tesařík krovový (Hylotrupes bajulus L.) i z čeledi Anobiidae – červotoč proužkovaný (Anobium punctatum L.). Minimální teplota pro aktivitu dřevokazného hmyzu se pohybuje kolem 15 °C a to po delší časový úsek v řádech dnů. Z těchto podmínek vyplynula dostatečná aktivita pro prokázání aktivního napadení dřevokazným hmyzem.
3.1 Chalupa z Prlova
Chalupa z Prlova (obr. 3–5) se nalézá v souboru lidových staveb ve Valašské dědině a původně patřila k velmi staré usedlosti v obci, zapsané v tereziánském katastru v roce 1754. Jedná se o originál stavby staršího typu členění vnitřního obytného prostoru, má pouze jizbu a síň, povalový strop a malá jednoduchá okna. Roubený, přízemní, zevnitř a zčásti omítaný objekt chalupy z Prlova byl rozdělen celkem do devíti sektorů po osmi zkušebních místech (akustických senzorech). Na štítové stěně byly akustické senzory umístěny celkem ve třech sektorech – S1, S2, S3, vždy po jednom senzoru na jednom trámu roubení. Sektor S4 byl vymezen na podélné stěně objektu vpravo od štítové stěny; sektory S5, S6, S7 na podélné stěně v pohledu vlevo od štítové stěny. Uvnitř objektu byl vymezen sektor S8 monitorující stropní trámy síně a předsíně, sektor S9 pak monitoroval aktivitu dřevokazného hmyzu na podélné straně v pohledu vpravo v její horní části nad a za omítaným úsekem. Celkově tedy bylo monitorováno 72 zkušebních míst. U všech zkušebních míst byl zaznamenán druh a stupeň napadení prvku a byla měřena jeho vlhkost.
Obr. 3 Rozdělení sektorů S1, S2 a S3 na štítové stěně Chalupy z Prlova, s detailem rozmístění senzorů v sektoru S3
Obr. 4 Rozdělení sektorů na obvodové stěně vlevo od štítové stěny, sektor S5, S6 a S7
Obr. 5 Rozdělení sektorů na obvodové stěně vpravo od štítové stěny, sektor S4 a S9 a sektor S8 měřen v interiéru chalupyZískaná data ze všech sektorů (S1–S9, obr. 3–5) byla zpracována ve dvou softwarových prostředích, programu Cubase Elements 6 a Acoustic Pack [2]. V softwaru Acoustic Pack byly pomocí navrženého algoritmu ze všech získaných signálů vyselektovány zájmové úseky, které se následně porovnávaly se vzory z databázové knihovny. Aplikace používá algoritmy pro hodnocení detekovaného signálu tak, aby signály, které nemohou být projevem tesaříka, nebyly do zpracovávaného seznamu průběhů zavedeny. Jako hodnoty ukazující na vysokou podobnost testovaného zvuku a vzoru bylo možné označit hodnoty KF > 70, které byly prokazatelně odlišné od průměrných hodnot KF v okolí (šum). Pro označení pozitivní detekce aktivity larvy tesaříka musel záznam obsahovat hodnoty vyšší jak zmíněný limit periodicky tak, jak docházelo k zvukovým projevům larvy. Pro většinu detekovaných průběhů nabýval neznámý zvuk hodnot KF = 70–80. Uvedené hodnoty korelovaly i s online záznamem z programu Cubase Elements 6 a byly posouzeny i s ohledem na okrajové podmínky detekovaného místa, jako byly výletové otvory, čerstvé larvální požerky a vysoká vlhkost.
Obr. 6 Nejvyšší dosažené hodnoty korelačních faktorů sektor S1, senzor 6 a 2 – štítová stěna Chalupa z Prlova
Obr. 7 Detail Analýzy ze softwaru Acoustic Pack – sektor S1, senzor 2, chalupa z Prlova
3.2 Rožnovská radnice
Rožnovská radnice umístěná ve Dřevěném městečku je poschoďovou roubenou stavbou z roku 1770, do lázeňského parku Hájnice byla přenesena z rožnovského náměstí. Byla instalována jako první objekt Valašského muzea v přírodě, s demontáží se začalo již v roce 1924, v plné kráse uvítala hosty Valašského roku v červenci 1925. V roce 2009 prošla kompletní rekonstrukcí.
Obr. 8 Roubený objekt Rožnovské radnice z roku 1770Objekt Rožnovské radnice byl pro účely diagnostiky rozdělen na pět měřících sektorů po osmi zkušebních místech (akustických senzorech), Na levé podélné stěně byly akustické senzory umístěny celkem ve čtyřech sektorech – S1, S2, S3 a S4, vždy po jednom senzoru na jednom trámu roubení. Sektor S5 byl vymezen na štítové stěně objektu a konzolách balkónu, přednostně byla měřena místa s vizuálně diagnostikovaným výskytem dřevokazného hmyzu, konkrétně tesaříka krovového (Hylotrupes bajulus). Celkově tedy bylo monitorováno 40 zkušebních míst. Kvůli omítnutí všech vnitřních prostor byly měřící sektory rozvrženy na štítu objektu a přilehlé levé podélné stěně. U všech zkušebních míst byl zaznamenán druh a stupeň napadení prvku a byla měřena jeho vlhkost.
Obr. 9 Rozdělení sektorů S1–S4 na podélné stěně rožnovské radnice, s detailem rozmístění senzorů v sektoru S1 a S4
Obr. 10 Sektor S8 – štítová stěna Rožnovské radnice s detailem senzorů 5 a 8Trámy roubení Rožnovské radnice vykazovaly četné stopy čerstvých výletových otvorů a larválních požerků. Na tato degradovaná místa byly umístěny akustické senzory, včetně umístění na konzoly balkónu. Zde byla detekována nejvýraznější aktivita a současně vysoká vlhkost. Samotná akustická detekce byla výrazně ztížena vysokou oblastí parazitního šumu, jenž byla způsobena pojezdem zahradního zařízení na údržbu trávníků, výstavbou jeviště a následně návštěvníky muzea. Z tohoto důvodu byly ojedinělé výkyvy KF nad hodnotu 80 způsobené jinými zdroji navíc ještě porovnány online se záznamem ze softwaru Cubase Elements 6 a posouzeny s ohledem na okrajové podmínky měření daného místa. Opakující se tytéž zvuky jiného původu než projev tesaříka krovového byly ve spektru shodné na všech osmi senzorech, což bylo patrné i graficky. Tímto způsobem bylo možné s vysokou pravděpodobností určit aktivitu larev tesaříka při dostatečné eliminaci parazitního šumu ze vzniklého okolního hluku.
Obr. 11 Nejvyšší dosažené hodnoty korelačních faktorů Rožnovská radnice – sektor S1, na senzorech 4 a 1
Obr. 12 Analýza míst s detekovanou aktivitou larev ze SW Acoustic Pack – sektor S1, senzor 2, Rožnovská radnice
4 Návrh sanace
U obou posuzovaných objektů byly uskutečněny předchozí sanační zásahy, které prokazatelně neposkytovaly dostatečnou ochranu dřevěných prvků proti opětovnému napadení. U objektu Chalupy z Prlova byl periodicky aplikován ochranný nátěr blíže nespecifikovaného rostlinného původu. Z výsledků diagnostiky, která monitorovala aktivitu larev dřevokazného hmyzu, a nálezových ložisek aktivních larev je více než zřejmé, že provedené sanace v oblasti zabránění napadení dřeva dřevokazným hmyzem nebyly úspěšné. O této skutečnosti se ujistili i zástupci Valašského muzea v přírodě přítomní v době průzkumu. Mimo použití ochranných prostředků byly provedeny i výměny prvků. V těchto případech měla být po výměnách degradovaných prvků navrhnuta i komplexní ochrana a následný preventivní nátěr proti opětovnému napadení. Nové výměny bez dalšího opatření pouze umožnily další generační vývoj dřevokazného hmyzu. Objekt Rožnovské radnice prošel rekonstrukcí v roce 2009. Z výsledků vizuálního průzkumu dle stop biotické degradace (výletové otvory s drtí, vysoká vlhkost prvků), tak i z akustické detekce, je nutné konstatovat, že objekt je stále aktivně napaden larvami dřevokazného hmyzu z čeledi tesaříkovití (Cerambycidae) i červotočovití (Anobiidae). S přihlédnutím k uvedeným skutečnostem se jako funkční řešení ukazuje komplexní ochrana obou historických objektů Valašského muzea v přírodě metodou horkovzdušné sanace a následným preventivním nátěrem insekticidního charakteru.
5 Závěr
Článek prezentuje výsledky průzkumu, který byl zaměřen na zjištění aktivního napadení dřevěných prvků roubených objektů Valašského muzea v přírodě – Chalupy z Prlova a Rožnovské radnice systémem Acoustic Pack. Na základě diagnostiky, definování stupně poškození a druhu biotického napadení byla provedena akustická detekce dřevokazného hmyzu a to celkově na 112 pozicích. V průběhu měření byly významné parametry, tedy teplota vzduchu a relativní vzdušná vlhkost venkovního prostředí z pohledu bionomie detekovaného dřevokazného hmyzu téměř optimální, měření následovalo po týdnu extrémních letních teplot. Akustický monitoring výskytu a lokalizace larev dřevokazného hmyzu přispěl ke komplexnímu posouzení degradace dřevěných prvků a k návrhu vhodné sanace. Výsledky potvrzující aktivní napadení obou historických objektů byly ve formě posudkové zprávy předány odpovědným zástupcům Valašského muzea v přírodě.
Poděkování
Výsledky v příspěvku vznikly ze spolupráce společnosti Thermo Sanace s.r.o. a Valašského muzea v přírodě v Rožnově pod Radhoštěm.
Literatura
- [1] ČSN EN 1330-9 (015005), 2010: Nedestruktivní zkoušení – Terminologie – Část 9: Termíny používané při zkoušení akustickou emisí. Normalizační institut 2010, 24 s.
- [2] NASSWETTROVÁ, A., P. ŠMÍRA a S. KŘIVÁNKOVÁ. Akustická detekce aktivity larev dřevokazného hmyzu zařízením Acoustic Pack Zdroj: https://stavba.tzb-info.cz/drevene-a-ocelove-konstrukce/12872-akusticka-detekce-aktivity-larev-drevokazneho-hmyzu-zarizenim-acoustic-pack. https://stavba.tzb-info.cz/ [online]. 2015 [cit. 2015-08-20]. Dostupné z: https://stavba.tzb-info.cz/drevene-a-ocelove-konstrukce/12872-akusticka-detekce-aktivity-larev-drevokazneho-hmyzu-zarizenim-acoustic-pac
The paper presents a methodological procedure and results of acoustic detection of wood-destroying insect larvae in the buildings of the Wallachian Open Air Museum in Rožnov pod Radhoštěm. Using the Acoustic Pack acoustic system, the activity was monitored at 112 positions of wooden trusses of framing on the house of Prlov and Rožnov Town Hall as structures considered for the performance of a preservation measure. Based on the obtained results, the actual status of active infestation of wooden elements was defined with the graphic output of activity and sound records which will be used for designing efficient preservation of the structures.