home | login | register | DMCA | contacts | help | donate |      

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add

реклама - advertisement



Глава 7

Значение эха


Чувства животных и человека

Одной из наших ценнейших способностей является умение определять, откуда приходит звук. Даже если закрыть глаза, мы по слуху мысленно представим картину окружающего нас мира и уловим происходящие в нем изменения. Действительно, звук имеет определенные преимущества перед светом, помогая нам узнавать о происходящем вокруг. Звук свободно путешествует, огибая всевозможные препятствия, и рассказывает о событиях, которых мы не видим. Отражаясь от больших поверхностей, он в виде эха попадает в наши уши, и мозг подсознательно использует и эту информацию.

Благодаря способности улавливать направление звука мы стали прекрасной мишенью для коммерческих фирм, занимающихся распространением стереофонической музыки; они рекламируют особое оборудование, которое, по их утверждению, в обычной жилой комнате воспроизводит объемное звучание целого оркестра. Но наши уши слишком чувствительны и не создают эту иллюзию, если мы, конечно, не пожелаем слушать музыку через наушники, держа голову неподвижно в фиксированном положении. Стоит нам повернуть голову, как эта иллюзия исчезнет и нам покажется, что оркестр, который мы слушаем, сместился и снова находится прямо перед нами.

Слушая «живой» оркестр в концертном зале, мы получаем удовольствие еще и оттого, что можем видеть любой инструмент, привлекающий наше внимание. Мы поворачиваем голову и смотрим направо, где находятся ударные инструменты, а потом налево — наблюдаем за арфистом, наслаждаясь теми незначительными изменениями звука, которые улавливаем при малейшем повороте головы. Фактически мы поворачиваем голову до тех пор, пока звук от какого-либо оркестрового инструмента не достигнет обоих ушей почти одновременно, с разницей в одну десятитысячную долю секунды.

Мы обладаем удивительной способностью обнаруживать любую большую чем 0,0001 секунды разницу во времени между приходом звука к одному, а затем к другому уху, совершенно не сознавая, как это происходит. Очутившись в часовом магазине в тот момент, когда бьют часы, мы «автоматически» угадываем, от каких часов к нам доносится тот или иной звук. Человек с завязанными глазами, которого поставили в центр круга диаметром 15 метров и разрешили свободно поворачиваться, может точно указать, какой из восемнадцати музыкантов, стоящих в кругу на равном расстоянии друг от друга, взял более длинную ноту.

Поистине удивительна способность наших ушей и мозга, работающих сообща, улавливать задержки звука, превышающие 0,0001 секунды. В Олимпийских играх подсчет результатов ведется с точностью до 0,1 секунды, а на скачках даже до 0,2 секунды. Однако наш мозг без труда определяет, что звук приходит к одному уху несколько раньше, чем к другому. Фактически наибольшая возможная разница равна 0,001 секунды; она имеет место, если источник звука находится точно справа или слева от нас. После того как звук достигнет одного уха, ему требуется еще 0,0001 секунды, чтобы преодолеть расстояние около двадцати сантиметров: обогнуть голову и попасть в другое ухо.

Стремясь создать иллюзию настоящего оркестра, как бы расположенного вдоль стены в нашей жилой комнате, инженеры-акустики обычно помещают чувствительные микрофоны в концертном зале по обе стороны сцены. Звуки фортепьяно или арфы попадают в левый микрофон значительно раньше, чем в правый, а звуки ударных инструментов улавливаются в обратном порядке. Когда эти два микрофона соединены с помощью раздельных электрических цепей с динамиками, находящимися у нас дома, мы слышим щипок струны арфы в левом динамике раньше, чем в правом. Нам кажется при этом, что арфа находится слева. Но если мы повернемся лицом к левому динамику, то звук все равно будет достигать обоих ушей неодновременно.

Инженеры не могут уничтожить помехи, возникающие в результате отражения и реверберации звуков от стен нашей комнаты и находящейся в ней мебели, хотя наши уши улавливают их и говорят нам о том, что мы не в концертном зале. Самое большее, что может дать стереофоническая техника, — это перенести нашу жилую комнату на середину концертного зала и позволить нам слушать оркестр, находящийся на сцене, через два или несколько небольших отверстий в стене комнаты, то есть через динамики, расположенные слева и справа. Это ощущение совершенно непохоже на восхитительную иллюзию, которую можно создать в комнате, когда мы слушаем концерт через наушники, а воспринимающие звук микрофоны расположены на сцене концертного зала на таком же расстоянии, какое существует между нашими ушами. Однако до сих пор еще не найдено технического решения этой задачи.

Единственная реальная польза, которую мы извлекли из всех попыток создать «эффект присутствия» в концертном зале, заключается в том, что мы полнее осознали, с какой замечательной точностью наш мозг улавливает разницу во времени между приходом звука к правому и левому уху и насколько велика его способность интерпретировать эхо-сигналы. Даже слепые, которые избегают столкновений с препятствиями, полагаясь не на зрение, а исключительно на прочие чувства, редко сознают, насколько приобретенные ими способности зависят от слуха. Они часто думают, что ощущают стоящие на их пути предметы через поры кожи. Однако если им заткнуть уши, то так называемое лицевое зрение, на которое претендуют многие слепые, полностью исчезнет.

Большинству людей хорошо известны эхо-сигналы, которые врываются в открытые окна автомобиля, несущегося по шоссе с неизменной скоростью. Эти звуки являются в основном «белым шумом», состоящим из суммы звуковых колебаний различных частот, создаваемых двигателем, шинами, а также корпусом автомобиля, которые отражаются от различных встречающихся на пути препятствий. Это непрерывное, хорошо различаемое шипение, если машина идет по туннелю, или короткие, периодически повторяющиеся звуки, отбрасываемые бетонными дорожными столбами, или же более длительные, отраженные от других машин, стоящих по обочинам дороги. Если немного потренироваться, то можно с закрытыми глазами прекрасно ориентироваться на знакомой дороге. По различным звукам мы сумеем распознать большой автомобиль на стоянке, малолитражку, иностранную машину, мотоцикл или просто пешехода, который собирается перейти дорогу. Пешеход звучит «громче», если он несет в руках свертки, отражающие звук. Однако каждый из этих отраженных сигналов достигает наших ушей лишь на какое-то мгновение.

Без особой тренировки мы можем добиться даже большего, если закроем глаза, оставив уши открытыми. Если взять в одну руку металлический «щелкунчик», которым пользуются иные лекторы, чтобы дать сигнал о перемене диапозитива, а другой рукой накрыть его так, чтобы звуки направлялись от нас, уши не услышат самих резких щелчков, а уловят лишь эхо, отраженное от зданий. Используя такой щелкунчик в маленьком параболическом рупоре, человек может обнаружить на расстоянии метра деревья диаметром около 15 сантиметров. Но и это кажется примитивным по сравнению с удивительным умением слепых ловить эхо своих шагов или постукивания палочки или способностью летучих мышей избегать препятствий в виде проволоки толщиною с человеческий волос и охотиться ночью за крошечными насекомыми.

В молодом лесу крик отражается в виде эха от многих стволов деревьев. Однако мы редко слышим подобные эхо, потому что наше ухо игнорирует их. При помощи магнитофона мы можем воспроизвести запись этих звуков в обратной последовательности — сначала эхо, а потом уже крик. Эхо становится слышимым, и можно совершенно отчетливо различить, что оно имеет большую частоту колебаний, чем сам крик. Это происходит потому, что высокочастотные звуки хорошо отражаются от тонких деревьев, тогда как низкочастотные реверберируют и рассеиваются по всем направлениям. Эхо «белого шума», отраженное от небольших препятствий, находящихся на пути этого шума, имеет б'oльшую частоту колебаний по той же причине, по какой небо имеет голубой цвет. Белый свет солнца представляет собой смесь низкочастотных (красный цвет) и высокочастотных (голубой цвет) колебаний. Молекулы воздуха рассеивают световые колебания более низкой частоты и отражают остальные — в основном голубые, которые и воспринимаются глазом. Если бы мы слышали эхо «белого шума» в виде более регулярных колебаний, возможно, мы тоже назвали бы его «голубым».

Одним из самых существенных свойств, которое присуще всем видам колебаний (морские, звуковые, радио- или световые волны), является следующее: их частота связана с длиной волны обратно пропорциональной зависимостью. Чем выше звук и больше частота его колебаний, тем короче длина волны. Однако для получения достаточно хорошего эха необходимо, чтобы отражающее препятствие было в два-три раза больше, чем длина ударяющейся о него звуковой волны. Иногда это бывает особенно заметно на морском берегу, где волны спокойно проходят мимо тоненьких столбиков или буйков и отражаются лишь от длинного мола. Если мы хотим, чтобы звуковая волна отразилась от небольших препятствий, а затем намереваемся при помощи эха определить, на каком расстоянии и в каком направлении находятся эти препятствия, нам нужно использовать по возможности самые короткие волны и, следовательно, самый высокий звук. Летучие мыши еще 50 миллионов лет назад открыли для себя эти преимущества высокочастотных колебаний, тогда как человек начал применять подобную технику лишь в конце 30-х годов в военных приборах, получивших название сонар (по начальным буквам английских слов «Sound Navigation and Randing»)[11].

Конечно, звуковые волны намного короче морских. Частота звуковых колебаний среднего до достигает 256 колебаний в секунду; эти колебания имеют длину волны 1,3 метра, и потому отчетливое эхо этого звука можно получить только от такой большой отражающей поверхности, какую имеет, например, рекламный щит. Высокочастотные сигналы, которые издает металлический «щелкунчик», вероятно, имеют ту же высоту, что и звуки, расположенные на пять октав выше среднего до; длина их волны равна четырем сантиметрам, а это значит, что они хорошо отражаются от деревьев со стволами толщиной в 15 сантиметров. Крик летучей мыши, который мы не можем слышать из-за чересчур большой высоты звука, содержит колебания с частотой до 130 000 в секунду и длиной волны до 2,5 миллиметра. Маленький рот летучей мыши может прекрасно сконцентрировать эти короткие волны в виде узкого пучка, а уши — услышать их эхо, отраженное от находящихся впереди препятствий.

Не так легко заметить летучих мышей, потому что они летают только в поздние сумерки и ночью, к тому же высоко над землей. Из великого множества разновидностей млекопитающих, покрытых шерстью, летучие мыши по количеству видов и общей численности превосходят всех, кроме грызунов. В странах с умеренным климатом они питаются исключительно насекомыми, хватая их на лету или с поверхности листвы. Среди летучих мышей, обитающих в тропиках, встречаются насекомоядные виды, а также питающиеся фруктами, нектаром, рыбой, а в Новом Свете водятся даже вампиры, сосущие кровь.

Всем тем крупным летучим мышам (за исключением одного вида), которые питаются фруктами, для ориентации необходимо зрение. Если их ослепить, они становятся беспомощными. Исключение составляют Rousettus, обитающие в районах от Бирмы до Экваториальной Африки; при достаточной освещенности они пользуются зрением, но могут ориентироваться и при помощи слуха, улавливая эхо-сигналы от щелкающих звуков, которые они издают с помощью языка. Эти звуки, исходящие из уголков рта животного, представляют собой высокочастотные эквиваленты звуков «тс-тс», которые производит человек с помощью языка и сосущих движений губ, когда хочет выразить свое неодобрение. Сигналы Rousettis'а, а также его прекрасный слух помогают ему избежать столкновений с вертикально натянутыми проволоками диаметром всего лишь 1 миллиметр.

Все без исключения мелкие летучие мыши ведут себя так, будто они слепы. Они прекрасно ориентируются в полной темноте, если у них не повреждены органы слуха, и поэтому можно сказать, что они «видят ушами». Среди них встречаются и такие, которые издают очень тихие звуки, отчего их и называют «шепчущими летучими мышами». Другие исследуют окружающее пространство с помощью высокочастотных звуков одного тона. Кроме этих видов, существуют и такие, как, например, обычные насекомоядные летучие мыши, обитающие в средней полосе Америки, которые испускают сильные ультразвуковые крики различной высоты: в течение 0,05 секунды высота этих сигналов падает почти на целую октаву, и это обычная для них вариация, благодаря которой их стали называть частотно-модулирующими летучими мышами (ЧМ летучие мыши).

«Шепчущие летучие мыши» питаются главным образом тропическими фруктами и насекомыми, сидящими на растениях. По-видимому, они никогда не охотятся на своих жертв во время их полета, а искусно парят над растениями, высматривая на них насекомых. Их сигналы представляют собой очень короткие пощелкивания, такие слабые, что их можно воспринять только с помощью самых лучших микрофонов и других звукоулавливающих приборов. Очень редко они производят шум, слышимый человеком. Большинство их звуковых сигналов имеет частоту до 150 000 колебаний в секунду.

Знаменитый вампир, летучая мышь средней величины, относится к шепчущим мышам. Он обычно парит над спящей лошадью или человеком, а затем прорезает у них кожу острыми, как бритва, зубами, и кровь начинает сильно течь из ранки. Вампир так же искусно пьет теплую кровь, как кошка лакает молоко. Однако собак вампиры кусают редко; очевидно, это происходит потому, что чувствительный к высоким звукам слух собаки хорошо воспринимает сигналы, которые вампир использует для эхо-локации при нападении на крупных животных. Поэтому собака просыпается и отпугивает вампира. Д-р Дональд Р. Гриффин, профессор зоологии Гарвардского университета, непревзойденный знаток сигналов летучих мышей, считает возможным натренировать собак со «слышащими ушами» до такой степени, что они смогут предупреждать людей о приближении вампира, как бы компенсируя невосприимчивость человека к ультразвуку, подобно тому как компенсируют собаки-поводыри отсутствие зрения у слепых. К тому же вампиры часто заражают свою жертву бешенством, так что в этом предложении имеется и другая практическая сторона.

Летучие мыши, которых художники изображают в виде символов ужаса, являются, за малым исключением, безвредными. Это так называемые подковоносые летучие мыши, обитающие в Европе, Азии, Африке и Австралии. У этих охотников за насекомыми вокруг носа и рта имеется двойная кожистая складка — та самая «подкова», которая служит своеобразным рупором, концентрирующим высокочастотные сигналы в узкий звуковой пучок, который можно направлять вперед и назад, как луч фонарика. Эти животные постоянно ощупывают окружающее пространство, даже если они отдыхают в висячем положении вниз головой. Их локационный аппарат прекрасно приспособлен для этого. Тазобедренные суставы таких летучих мышей чрезвычайно подвижны; поэтому они могут в висячем положении так поворачивать свое тело, что оно может описать почти полный круг, пока животные в поисках добычи сканируют окружающую среду. Когда звук отражается от комара или жука, подковонос бросается к своей жертве и ловит ее. Как отмечал британский зоолог Дж. Д. Пай, этот вид летучих мышей представляет собой «в высшей степени совершенную самонаводящуюся ракету, для которой топливом служат ее мишени».

Своеобразный писк подковоноса длится 0,05–0,1 секунды, то есть его длительность слишком велика для эхолокации возможной добычи. По-видимому, уши этих животных могут воспринимать эхо уже тогда, когда их рот и голосовые связки еще производят звук. Можно предположить также, что подковонос различает, летит ли насекомое по направлению к нему или от него, и в соответствии с этим меняет тактику преследования. Приняв во внимание эту удивительную способность, мы легче поймем, как летучие мыши используют звук, поскольку это соответствует приобретенному нами опыту.

Всякий раз, когда мы едем в поезде, мы слышим свисток или гудок паровоза как звуки постоянной высоты. Однако, когда мы стоим на железнодорожной платформе и к нам приближается на полной скорости паровоз, высота звучания его свистка или гудка резко падает в тот момент, когда он проносится мимо нас. Такое изменение высоты звука, названное по имени его открывателя эффектом Допплера, вызвано движением поезда сначала по направлению к нам, а затем от нас. По мере приближения паровоза его свисток порождает звуковые волны, которые «сжимаются» за счет собственной скорости поезда, и при этом для тех, кто стоит впереди, на платформе, длина волн укорачивается и звук становится более высоким. Когда же поезд проносится вдоль платформы и удаляется от нас, звуковые волны, создаваемые свистком, возвращаются к нам удлиненными за счет скорости паровоза; это приводит к снижению высоты звука. Точно так же если насекомое удаляется от подковоноса, то высота звучания эха, которое достигнет ушей этой летучей мыши, будет ниже, чем у исходного сигнала, тогда как эхо от приближающегося насекомого будет иметь более высокую частоту. Конечно, летучая мышь, обладающая способностью воспринимать любое эхо в тот момент, когда звук продолжает выходить из ее гортани, сможет получить еще больше информации по слегка измененной частоте отраженного звука.

Очень распространенные в Северной Америке и Европе обыкновенные или гладконосые насекомоядные летучие мыши принадлежат к виду ЧМ летучих мышей; они издают ультразвуки, длящиеся лишь тысячные доли секунды. И в течение этого времени высота звука плавно модулируется. Многочисленные мелкие гладконосые летучие мыши начинают свой крик на частоте 90 000 колебаний в секунду и кончают на частоте 45 000. У этого вида животных каждый звуковой импульс состоит примерно из 50 колебаний; среди них нет и двух одинаковой частоты.

Обычно ЧМ летучая мышь во время полета повторяет сигналы по 10–20 раз в секунду. Однако стоит ей уловить интересующее ее эхо, как она сразу увеличивает частоту повторения импульсов до 200 колебаний в секунду и при этом уменьшает длительность каждого импульса до 0,001 секунды. Нередко частота повторения импульсов слегка возрастает, как если бы животное находилось в состоянии возбуждения, однако ЧМ-характеристики при этом не меняются. Описывая изменения сигналов красной летучей мыши (Lasiurus), реагирующей на камешки или кусочки влажной ваты, которыми стреляли в воздух из рогатки, д-р Гриффин истолковывал эти звуки как «путт… путт… путт…. путт…. пут… пит… пит… пит… питиитиитпит-пит-пит-бизз» таким образом, будто эти животные расшифровывают свои эхо-сигналы, пользуясь чем-то вроде жаргона летчика-истребителя: «Июньский звук передо мною в двойке».

В группе ЧМ летучих мышей особый интерес вызывают животные, питающиеся рыбой. Однако еще никому точно не известно, насколько хорошо они могут с помощью эхо-сигналов обнаружить под поверхностным слоем воды гольянов. Наиболее известные летучие мыши Noctilio (живущие на северном побережье Южной Америки и еще севернее — до самой Мексики) вылавливают из воды гольянов с помощью острых, крючкообразных задних лапок. Noctilio умудряются схватывать рыбу из сосуда размером 200 x 75 сантиметров и глубиной 5 сантиметров; для этого они, умело маневрируя, пролетают в щель между полом и занавесью, даже если ширина входа очень невелика. Размах крыльев этой летучей мыши приближается к 50 сантиметрам, и ей слишком часто сопутствует удача при ловле рыбы, чтобы это можно было объяснить простой случайностью.

Noctilio называют «заячьегубой летучей мышью», потому что нижняя губа у нее несколько отвисает. Вполне возможно, что во время ловли рыбы Noctilio сжимает губы и направляет звуковые сигналы вниз, к поверхности воды. Ее громкие модулированные сигналы, отражаясь от плавательного пузыря гольяна, вызывают вполне различимое эхо, которое возвращается к летучей мыши с такой быстротой, что она тут же опускает в воду лапы и хватает жертву. Noctilio летает очень низко, над самой водой, и поэтому огромные потери звуковой энергии, которая тратится на двойной путь звуковой волны через толщу воды, вполне компенсируются коротким расстоянием до отражающего объекта.

Летучие мыши устают, как и люди. Такие уставшие или не вполне проснувшиеся к ночи животные часто натыкаются на препятствия, которых они с легкостью избегают, когда отдохнут или выспятся. Даже наиболее ловкие из них могут натолкнуться на проволоку диаметром 0,5 миллиметра, натянутую горизонтально, в четырех сантиметрах от водной поверхности резервуара для сточных вод. По-видимому, летучие мыши подлетают к этой воде, когда хотят пить, и, едва касаясь ее поверхности, чуть опустив нижнюю челюсть, подхватывают одну-две капли. Когда сильное эхо от их собственных криков возвращается к ним, отражаясь от поверхности воды, летучие мыши не могут уловить менее интенсивные эхо-сигналы от проволоки и, натыкаясь на нее, падают в воду. Они могут подплыть к краю резервуара и вскарабкаться на него или подняться прямо с водной поверхности, подобно гидроплану.

Недавно было предложено новое объяснение этих фактов. Летучие мыши живут довольно долго, и поэтому они приобретают определенные привычки, например запоминают маршруты, свободные от препятствий. Встречаясь с вновь появившимися препятствиями на знакомом пути, они легко приходят в замешательство, хотя, конечно, все время получают соответствующую эхо-информацию, поскольку во время полета они всегда издают короткие «зондирующие» звуки. Очевидно, привычка оказывается настолько сильной, что животные не верят своим ушам. Подобной невнимательностью вполне можно объяснить и то, что в результате сильных ударов при столкновении с самым высоким зданием в США — Эмпайр Стейт Билдинг — ежегодно гибнет много летучих мышей.

Натуралисты, изучающие способы эхо-локации, прекрасно сознают, что удачная охота у летучих мышей зависит не только от них самих. Эти животные пользуются удивительными приемами для обнаружения и преследования летающих в темноте насекомых; охотясь за ними, они управляют своими крыльями искуснее любой птицы. Но некоторые насекомые прибегают к контрмерам, а это уменьшает шансы на успех у их преследователей — летучих мышей. Многие мотыльки обладают пушистым покровом, а пушинки очень слабо отражают звуки. Другие виды мотыльков и по крайней мере некоторые жуки слышат звуки в двух диапазонах частот. В одном диапазоне они слышат звуки партнера, а в другом — воспринимают крики приближающихся летучих мышей. Когда насекомое принимает один или два звуковых сигнала высокочастотного диапазона, оно складывает крылья и камнем падает на землю, успевая спастись от летучей мыши, прежде чем станет ее жертвой.

В настоящее время подводные лодки и военно-воздушный флот оснащены подобными улавливающими устройствами, которые позволяют команде немедленно засечь момент, когда они входят в зону радиолокации. Если принять немедленные контрмеры, то зачастую можно обмануть оператора на удаленном радиолокаторе, и самолет или подводная лодка сможет беспрепятственно продолжать путь. Можно было бы создать соответствующую технику на основе изучения системы эхо-локации летучих мышей и системы защиты, применяемой насекомыми. Однако инженеры, работающие над улучшением защитных устройств, фактически игнорировали опыт животных, для которых подобные проблемы давно уже решены.

Летучие мыши — не единственные животные, умеющие ориентироваться в темноте при помощи эхо-сигналов. Некоторые виды мышей и землероек проявляют такое же умение на земле или особых приподнятых дорожках, на которых психологи проверяют способности животного ориентироваться в лабиринте. По-видимому, эти обитающие на земле животные тоже издают ультразвуковые крики и определяют свое местонахождение по направлению приходящих к ним эхо-сигналов. В диких малообжитых местностях эхо возникает, когда звук отражается от камней и стволов деревьев. Даже отсутствие эха — признак, по которому летучая мышь находит вход в пещеру или щель, — может иметь определенный смысл, если у животного плохое зрение или оно находится в условиях слабой освещенности.

Каждый, у кого в доме летают прирученные птицы, знает, что их очень легко поймать, когда в доме становится темно. На самом деле, до 1950 года никто и не подозревал, что птицы могут ориентироваться без помощи зрения. Конечно, речь идет не о сове. Тем не менее сейчас известны два вида птиц, которые вьют гнезда в полнейшей темноте и находят свои насесты с помощью отраженных колебаний собственных щелкающих звуков.

Самым большим из этих пернатых жителей пещер является так называемая масляная птица Steatornis, обитающая в подходящих для нее районах к востоку от Перу, в Венесуэле и до Гвианы, расположенной на севере Южной Америки, а также на острове Тринидад. Чтобы встретиться с этими необычными птицами, нам пришлось карабкаться по заросшей тропинке в горах Тринидада с портативной металлической лестницей на плечах, по которой можно забраться в пещеру и исследовать ее. Наши рюкзаки и карманы топорщились от фотовспышек, электрических фонарей и другого светового оборудования, необходимого для фотокамер, и поэтому мы очень боялись поскользнуться и упасть.

В этот день в своем дневнике мы записали следующее:

«Steatornis были явно потревожены нашим вторжением в узкую, расположенную высоко в горах пещеру; они начали в испуге метаться, кружить, иногда направляясь к выходу, откуда проникал свет, но не долетали до него и возвращались назад; их пронзительные, резкие зловещие крики чуть не оглушили нас. Птицы эти удивительно похожи на ястребов; размах их крыльев — немного менее метра, они шоколадно-коричневого цвета с множеством крупных белых пятен; у них крепкий, чуть загнутый на конце клюв и красноватый отблеск в глазах, видный при свете фонаря. В пещере они летают, прекрасно ориентируясь, или же неподвижно сидят парами на почти отвесных скалах, как бы прилепившись к ним; гнезда их расположены очень высоко, среди выступов скал, на горизонтальных площадках. Как только мы гасили свет, оглушительный шум тут же прекращался, и можно было почувствовать легкий ветерок, когда воздух рассекали мягкие крылья пролетающих мимо птиц, и совершенно отчетливо уловить высокие беспорядочные щелкающие звуки».

Это и были зондирующие сигналы с частотой около 7000 колебаний в секунду.

Steatornis днем спят, а ночью в поисках пищи перелетают с дерева на дерево. Они заглатывают сливообразные плоды различных видов пальм, в том числе идущие для промышленного изготовления масел, но их твердые косточки выходят вместе с пометом. Вскоре эти семена прорастают в темноте пещеры, но погибают из-за отсутствия света. Мы находили семена пальмы даже высоко на стенах пещеры, в пустых глиняных гнездах; по их размерам и другим отличительным признакам можно было сказать, что они принадлежат многим видам местных пальм. Пища этих птиц настолько богата маслами, что и сами птицы и их птенцы очень жирны. Местные жители, которым керосин обходится слишком дорого, приходят с факелами в пещеры и вылавливают взрослых птиц и их птенцов; они вытапливают из них жир и используют его потом как горючее. Какая ирония: птицы, столь старательно избегающие света, должны давать масло, которое разгоняет тьму в доме человека.

Похожие на ласточек саланганы Callocalia, обитающие в районе между Южной Индией и Австралией, тоже живут в пещерах и обладают способностью ориентироваться с помощью эхо-локации. Они строят гнезда глубоко в пещерах из собственной вязкой слюны; их гнезда известны как необходимый ингредиент для знаменитого супа. Днем эти птицы питаются летающими насекомыми, а ночью спят в тех уединенных местах, где летучие мыши проводят дневные часы. На рассвете и при заходе солнца Callocalia и летучие мыши меняются местами: одни ложатся спать, «отработавши ночную смену», а другие уступают им постель и улетают «на дневное дежурство». Однако эти птицы используют эхо-локационные крики в таком звуковом диапазоне, который воспринимается человеческим ухом; они издают в темноте щелкающие звуки с частотой 5–10 сигналов в секунду, которые весьма напоминают «звуки, издаваемые детской трещоткой при ее быстром вращении».

Эхо играет важную роль и в жизни водных животных. Зубатые киты и дельфины, которые настолько хорошо приспособлены к жизни в океане, что могут догнать и съесть любую рыбу или кальмара, общаются между собой с помощью ультразвукового свиста и слышимых нами звуков, подобных хрюканью. Кроме того, они весьма искусно определяют местонахождение и вид пищи путем эхо-локации, используя при этом те же приемы, до которых недавно додумался человек, изобретя так называемый софар (SOFAR — от Sound Fixing and Randing), то есть сонар и эхолот, который измеряет глубину воды с помощью эха.

Вода хорошо проводит звук. Она поглощает гораздо меньше энергии, чем воздух, если звуковые волны проходят одинаковое расстояние в этих средах. Однако вряд ли ее можно считать идеальной средой для применения методов эхо-локации, хотя звуковые колебания распространяются в воде почти впятеро быстрее, чем в воздухе. Тон среднего до в воде имеет длину волны 60 метров, в воздухе — 13. Однако правило отражения относится и к звукам, распространяющимся в воде: отражательная поверхность препятствий для получения хорошего отражения должна в несколько раз превышать длину звуковой волны. Звук среднего до едва ли сможет вызвать эхо в воде, отразившись от какого-либо препятствия, меньшего по размеру, чем огромный лайнер «Куин Элизабет» или дно. Поэтому водные животные могут использовать эхо либо при определении очень больших предметов, либо применяя очень высокие звуки. Киты и дельфины используют сигналы ультразвукового диапазона, которые человек смог услышать совсем недавно, после изобретения соответствующей приемной аппаратуры.

У этих животных есть еще одна особенность — унаследованная. Киты и дельфины — млекопитающие. Их уши в одном похожи на человеческие — в них находятся маленькие косточки — система рычажков, превращающих колебания барабанных перепонок, вызванные воздушными волнами, в колебания жидкости внутреннего уха. Всего лишь 50 миллионов лет назад у предков этих животных были ноги, и на морских побережьях киты вели земноводный образ жизни, спасаясь в воде только тогда, когда им грозила опасность на берегу. Конечно, когда кит навсегда переселился в море и научился прекрасно нырять, уши, которые были необходимы ему на суше, оказались ненужными в воде.


Чувства животных и человека

На протяжении тысячелетий хвост кита горизонтально уплощался и наконец превратился в большой плавник, который помогает животному двигаться быстрее. Процесс эволюции затронул и уши кита. Вероятно, для защиты от подводного шума слуховые отверстия сузились до диаметра обыкновенного карандаша. Слуховые проходы закрылись восковыми пробками, в которых можно обнаружить годичные кольца, указывающие на возраст животного. Этот воск проводит звуковые колебания от воды к трем маленьким косточкам-рычагам в среднем ухе не хуже, чем наши открытые ушные проходы и барабанные перепонки.

В то же время у кита настолько увеличилась воздушная полость со слуховыми косточками, что окружила чувствительное внутреннее ухо, тем самым в акустическом отношении изолировав его от тела. Почти все это пространство заполнила твердая пена, выполняющая двоякую роль. Эта пена защищает ухо кита от возрастающего давления воды, когда кит ныряет на глубину до 1 километра, где вода давит на ушные пробки с силой в 115 килограммов на квадратный сантиметр. В то же время пена является удивительно хорошим звукоизолятором между ухом и громадным телом кита, помогая ему воспринимать только звуковые колебания, поступающие через восковые пробки.

Все эти открытия последних лет, касающиеся важности эха для некоторых живых существ, показывают, как многому мог бы научиться человек от своих соседей — животных, если бы он проявлял больший интерес к их жизни. Еще в 1793 году итальянский ученый Лаззаро Спалланцани опубликовал результаты своих наблюдений, свидетельствующие о том, что летучие мыши должны слышать и издавать своеобразные ритмичные звуки, чтобы в темноте избежать столкновений с препятствиями. А в 1920 году англичанин X. Хартридж выдвинул гипотезу о том, что для ориентации в темноте летучие мыши используют эхо. В период с 1920 по 1945 год только Соединенные Штаты израсходовали почти три миллиарда долларов на изучение проблемы эхо-локации; другие военные державы тоже потратили на исследование этой проблемы огромные суммы. Однако за все эти годы только три человека посвятили свое время, да и то не все, вопросу о том, как используют эхо летучие мыши; а ведь эти животные с успехом применяют эхо-сигналы в течение почти 50 миллионов лет. Двое из исследователей были аспирантами, а третий — голландский зоолог, которому очень мешала оккупация его страны немцами.

Теперь же, когда натуралист, биофизик и военный специалист объединили свои усилия, изучая возможности ультразвуковой эхо-локации, расширилась область применения ультразвука и в медицине. Если на поверхность кожи поместить вибрирующий кристалл, посылающий высокочастотные звуки, то он может служить источником для информационных эхо-сигналов от нормальных или патологически измененных внутренних органов, сообщая нам об их размерах и очертаниях. Новые диагностические приборы имеют определенные преимущества перед рентгеновской аппаратурой, так как не влияют на наследственность и не подвергают опасности детей, которые еще только будут зачаты.

Для прогресса в науке весьма характерно то, что новые вопросы возникают гораздо быстрее, чем находятся ответы на старые. Управляют ли эхо-сигналы миграциями летучих мышей между Канадой и Центральной Америкой и странствиями кита, которые описал Герман Мелвилл в книге о знаменитом белом ките Моби Дике? Не удерживаются ли рыбы на определенной глубине в беспросветной ночи океанских пучин с помощью звуковых сигналов, отражающихся в виде эха от дна или поверхности воды?

Правильно оценивая перспективы каждого из этих новых открытий, мы тем самым закладываем основы для их дальнейшего практического применения, будь то помощь слепому в виде удобного приспособления или инженеру, который работает над проблемой уменьшения шума, что даст человеку возможность в нашу эпоху, когда народонаселение все увеличивается, оставаться наедине с самим собой.


Глава 6 Звуки времен года | Чувства животных и человека | Глава 8 Горячо или холодно?