Начальная школа

Русский язык

Литература

История России

Всемирная история

Биология

География

Математика

УШИ ВМЕСТО ГЛАЗ

 

Нам трудно даже представить себе, как можно ориентироваться в окружающей обстановке без помощи зрения. Именно зрение дает нам подавляющую часть сведений о том, что происходит вокруг. Для человека и его ближайших родственников — обезьян — роль зрения совершенно исключительна. Ведь недаром мы говорим «моя точка зрения» (а не, например, «точка осязания»), «мировоззрение» (собака, наверное, сказала бы «мирообоняние»), «поживем — увидим» (а не «поживем — услышим»), «лучше один раз увидеть...» продолжать можно было бы долго. Лишиться зрения в результате болезни или несчастного случая — страшное горе для любого человека. Но и для большинства других животных, за немногими исключениями (кроты, слепыши — животные, обитающие в темноте под землей), роль зрения в их жизни огромна. Если собака, кошка, антилопа, кролик потеряют зрение из-за болезни или травмы, в природных условиях они обречены.

Но с таким успехом пользоваться зрением могут только наземные млекопитающие, живущие в воздушной среде. Для обитателей водной среды зрение хоть иногда и очень важно, но все же значительно менее эффективно.

Все дело в прозрачности воды и воздуха. В воздухе в ясную погоду мы можем хорошо видеть предметы, расположенные на расстоянии десятков километров от нас — например, вершины отдаленных гор. В воде же это, к сожалению, невозможно. Даже в очень чистой и прозрачной воде видимость, как правило, не превышает нескольких десятков метров; дальше все расплывается в дымке. Если же вода замутнена частицами грунта или ила или в ней много мельчайших живых организмов, плавающих в водной толще, — планктона, то видимость может составлять всего лишь несколько метров, а иногда и на расстоянии вытянутой руки не видно ничего.

К тому же вода, даже относительно прозрачная, замет но поглощает проникающий сверху солнечный свет. По этому на глубине нескольких десятков метров (а в мутной воде — на глубине нескольких метров) всегда, даже в солнечный день, царит полумрак, а еще глубже — вообще кромешная темнота. Человеку-водолазу еще может помочь фонарь, но ни рыбы, ни дельфины такой возможностью не располагают. Согласитесь, в таких условиях зрение не всегда может быть полезным. Поэтому дельфины, хотя и располагают отличным зрением, далеко не всегда могут им пользоваться в своем подводном мире.

Правда, зрение неплохо служит дельфинам не только под водой, но и над поверхностью воды, где воздух чист и прозрачен, — все это мы обсудили, когда речь шла о дельфиньем зрении. Однако надводное зрение хоть и очень помогает дельфину, но все его проблемы, конечно, не решает: для животного в первую очередь важно все же знать, что делается в водной толще, в основной среде его обитания. А именно там возможности зрения ограничены.

Но, несмотря на ограниченные возможности подводного зрения, все дельфины — и зрячие, и полуслепые, и совсем слепые -прекрасно ориентируются под водой даже тогда, когда зрение оказывается бесполезным. Это потому, что природа заботливо снабдила их другим замечательным средством ориентации. Это средство — акустический локатор.

Больше полувека назад американские ученые Уильям Шевилл и Барбара Лоуренс, сотрудники Океанографического института, всерьез заинтересовались способностью дельфинов прекрасно ориентироваться даже в самой мутной, непрозрачной воде. Они специально поместили дельфина в заводь с особенно мутной водой и стали проверять, действительно ли он может видеть, не пользуясь глазами. Видимость в воде была практически нулевой -ничего нельзя было различить уже на рас стоянии в полметра. А дельфин не только плавал безо всяких видимых затруднений, но и уверенно обнаруживал и различал в воде разные предметы. Если в воду опускали несколько кусков рыбы, он безошибочно направлялся к тому, который побольше, а если предлагали разных рыб, то уверенно выбирал самую любимую.

Когда обнаружилась эта замечательная способность дельфинов, стали проводить специальные эксперименты. Животных приучали к тому, что глаза им закрывали специальными наглазниками, так что видеть они наверняка не могли абсолютно ничего. И что же? Дельфинов это нимало не смущало. Как ни в чем не бывало они плавали в своем бассейне, лихо разворачиваясь у стенок, но никогда на них не натыкались; в любом, самом укромном месте бассейна отыскивали вкусную рыбешку, а если их обучали, то и любые другие предметы. Пространство бассейна специально перегораживали труба ми, проходящими в разных направлениях и под разными углами, дельфины с наглазниками, не снижая скорости, свободно маневрировали между ними, ни разу не ударившись о препятствие. И что очень важно: во всех таких случаях подводный приемник звуков — гидрофон — обязательно регистрировал характерные звуки. Для человеческого уха они звучали то как прерывистые щелчки, то как скрип или пронзительное визжание.

Именно тогда и возникло предположение, что дельфин ориентируется под водой с помощью акустического (звукового) эхолокатора. Основной принцип действия акустического локатора достаточно прост и понятен; он показан на рисунке. Чтобы воспользоваться локатором, дельфин издает особые звуки. Распространяясь в воде перед животным, звук может встретиться с какими-то предметами; тогда он отражается от них, и возникает эхо. Распространяясь в обратном направлении, звук (то есть эхо) может быть услышан дельфином. Прослушивая эхо от издаваемых им звуков, дельфин по характеру этого эхо может совершенно точно определить, что находится перед ним — чистая вода или какие-то предметы, и какие именно: рыба, камень, другой сородич или что-нибудь еще. Это и есть акустический (звуковой) локатор.

К моменту описанных экспериментов с дельфинами в принципе уже было известно, что некоторые животные могут пользоваться звуковым локатором: такая способность была обнаружена у летучих мышей. Эксперименты Шевилла и Лоуренс, а потом американских ученых Уинтропа Келлогга и Кеннета Норриса недвусмысленно показали, что и дельфины не лишены такого таланта. Многие ученые в разных странах мира, в том числе и российские исследователи Николай Дубровский, Евгений Романенко, Всеволод Белькович, в своих экспериментах уверенно это доказали.

Кстати, звуки дельфиньего локатора можно легко услышать, если доведется купаться недалеко от стаи дельфинов. В отличие от коммуникационных звуков, которые, как уже говорилось, похожи на высокие протяжные свисты, локационные сигналы -это короткие резкие щелчки. Иногда эти щелчки слышны по отдельности, но чаще издаются длинными «очередями», улавливаемыми как характерный треск. А если щелчки следуют друг за другом очень часто, они сливаются в звук, очень напоминающий скрип ржавой дверной петли.

Необыкновенно интересно следить за поведением дельфина, если в это время опущенный в воду гидрофон транслирует издаваемые животным звуки. Вот дельфин неторопливо плывет, слегка поводя головой из стороны в сторону, как будто осматривая окружающую обстановку; так оно в принципе и есть, но осматривает он не глазами (они могут быть закрыты наглазниками), а своим локатором: об этом свидетельствуют периодически следующие один за другим резкие короткие щелчки. Но вот дельфин заметил что-то интересное — рыбку, например. Он устремляется к цели, и сразу же щелчки становятся более громкими и частыми — тем чаще, чем цель ближе; через секунду они уже сливаются в пронзительный треск, и вдруг — все смолкает: рыбка уже в пасти у дельфина. После такой демонстрации никакой скептик не станет отрицать существование эхолокации.

Основной принцип действия локатора — использование эха от специально посылаемых сигналов — известен человеку достаточно давно, и, кстати, локатор был изобретен человеком совершенно независимо от природы, то есть до того, как стало известно, что локаторы есть и у животных. По этому принципу действуют и созданные человеком радиолокаторы (радары), и звуковые локаторы (сонары). В первых в качестве посылаемых сигналов используются радиоволны, во вторых, как и у дельфинов, — звуки.

Принцип-то, конечно, понятен, но осуществить его не так уж просто. Давайте-ка мы с вами попробуем завязать глаза и для начала хотя бы пройтись по незнакомой комнате, ориентируясь таким же образом, как это дела ют дельфины, то есть пытаясь услышать эхо от собственного голоса. По-моему, совершенно ясно, каков был бы результат такого мероприятия. В лучшем случае мы отделались бы несколькими синяками от столкновения с мебелью и со стенами, в худшем — пришлось бы еще и поломанную мебель чинить. Да и вообще, мы сразу же заявили бы, что, несмотря на все старания, попросту не слышим никакого эха от окружающих предметов.

В чем же тут дело? Может быть, нас окружают предметы, не способные отражать звук, не создающие эха? Ничего подобного! Звук прекрасно отражается от большинства предметов, окружающих нас в повседневной жизни. Фактически мы постоянно живем в мире эха, которое составляет неотъемлемую часть окружающего нас звукового фона. Просто в повседневной обстановке мы не замечаем эха и не умеем им пользоваться.

В некоторых научных учреждениях, где исследуются свойства звука, есть специальные безэховые камеры; они нужны, чтобы при проведении точных акустических измерений эхо от окружающих предметов и стен комнаты не влияло на результаты. Безэховая камера -это комната, в которой все стены, пол и потолок покрыты специальными материалами, которые почти полностью поглощают падающий на них звук и практически не отражают его, не создают эхо. До сих пор помню свои ощущения, когда впервые вошел в такую камеру. Первое и самое яркое впечатление — странное, совершенно не привычное, никогда ранее не испытанное ощущение да вящей глухоты, как будто уши заложены ватой. И это при том, что все звуки вроде бы прекрасно слышны; можно спокойно разговаривать, даже кричать и шуметь в такой камере, но все равно ощущение приглушенности не исчезает, все звуки какие-то ненормальные, не привычные, как будто мгновенно вязнут в чем-то, и стоит хоть на мгновение замолчать — ощущение давящей тишины моментально наваливается вновь. А секрет та кого необычного ощущения прост: все из-за того, что там отсутствует привычное нам эхо. Значит, в обычных условиях эхо вокруг нас присутствует постоянно. Просто мы не умеем им пользоваться, не научились по его характеру определять, что нас окружает. Мы не способны это делать до такой степени, что просто перестали замечать эхо в обычной обстановке. Но обнаруживаем эхо, только когда оно особенно сильно и, главное, отчетливо прослушивается отдельно от вызвавшего его звука, тогда мы говорим: «В этом месте есть эхо». В большинстве же случаев мы эхо совершенно не замечаем.

Обычно эхо трудно услышать прежде всего потому, что оно возвращается к нам слишком быстро. Сделаем несложный подсчет. Скорость звука в воздухе довольно высока — примерно 330 метров в секунду. Значит, если мы разговариваем в комнате, стена которой находится от нас на расстоянии 3 метров (то есть путь от нас до стены и обратно — 6 метров), то эхо возвращается к нам раньше чем через 0,02 секунды. А от расположенных более близко предметов эхо возвращается еще быстрее. Это слишком короткое время, чтобы по отдельности расслышать исходный звук и вызванное им эхо: исходный звук и эхо сливаются. Вспомните, о чем мы говори ли немного выше: человеческий слух воспринимает звуки раздельно, если они следуют друг за другом не чаще чем 50 раз в секунду, то есть с интервалами не меньше чем как раз 0,02 секунды. Но это ведь предел возможного, при котором возникает лишь едва-едва уловимое смутное ощущение, что звук не совсем равномерный. А чтобы четко слышать звуки раздельно, нужно, чтобы интервал между ними был хотя бы 0,1—0,2 секунды, а лучше (учитывая, что и сами звуки, которые мы умеем издавать, обычно не слишком короткие) — около полсекунды. Чтобы задержаться на полсекунды, звук должен пробежать больше 160 метров, то есть это может быть эхо от предмета, удаленного метров на 80. При таком удалении предмета эхо от него уже не сольется с исходным звуком. Но зато появится другая проблема: эхо от столь удаленного предмета, как правило, окажется слишком слабым.

Поэтому только в отдельных местах, где обстановка благоприятствует тому, чтобы эхо пришло к нам от отдаленных предметов, но при этом все же оказалось достаточно громким, мы хорошо различаем его и говорим: «В этом месте есть эхо». На самом же деле эхо есть всегда и везде, потому что всегда и везде на небольшом расстоянии от нас найдутся предметы, отражающие звук (даже если кругом пустыня — есть ведь земля, на которой мы стоим, есть, в конце концов, наше собственное тело). Но наличие эха от близко расположенных предметов не замечается нами, а лишь придает звукам определенную окраску.

Кстати, это обстоятельство в последнее время стали учитывать разработчики звуковоспроизводящей электронной аппаратуры. Долгое время оставалась нерешенной проблема: почему искусственно воспроизведенный звук, даже если воспроизведение очень точное, все равно звучит не совсем естественно. Попытки усовершенствовать аппаратуру так, чтобы она все более и более точно воспроизводила звук, ни к чему не привели. А как оказалось, все потому, что при обычной звукозаписи микрофон записывает голос певца или звук музыкального инструмента без естественного эха. Когда это поняли, стало ясно, как помочь делу. В хорошей современной звуковоспроизводящей аппаратуре есть возможность компенсировать этот недостаток, создавая искусственное эхо: специальное устройство чуть-чуть задерживает звуковой сигнал, и этот задержанный сигнал (искусственный заменитель эха) накладывается на оригинал. Звук сразу становится более сочным, естественным.

Ну а как же дельфин? Для него эхо от близко расположенных предметов тоже сливается с издаваемыми звуками, или он все же может расслышать эхо отдельно? А эхо от отдаленных предметов тоже слишком слабое, чтобы расслышать его? Между прочим, для дельфина эта задача — услышать эхо отдельно от оригинального звука — должна быть еще труднее, чем для человека. Дело в том, что звук в воде распространяется почти в 5 раз быстрее, чем в воздухе. Значит, при том же расстоянии до предмета эхо вернется к дельфину через время, в 5 раз более короткое, чем к человеку; например, при расстоянии до предмета в 3 метра (туда и обратно — 6 метров) через 0,004 секунды (4 миллисекунды). А при меньших расстояниях до предмета задержка эха еще короче — до ли миллисекунды. Для человека такие короткие интервалы времени вообще неразличимы.

Но ведь не зря же слух дельфина обладает фантастическим быстродействием, способностью различать звуки, следующие друг за другом с интервалом в доли миллисекунды. Вот, оказывается, для чего это нужно! Имен но огромное быстродействие слуха позволяет дельфину расслышать эхо от предметов, находящихся даже на не большом расстоянии так, чтобы это эхо не сливалось с первоначальным звуком.

Но для того, чтобы звук и созданное им эхо не сливались, необходимо выполнить еще одно условие: звук должен быть достаточно коротким. Если эхо вернется к дельфину через доли миллисекунды, а в это время издаваемый им звук все еще не закончится, то этот звук и эхо просто физически наложатся друг на друга, и тут уж ни какое быстродействие слуха не поможет воспринять их раздельно. Значит, издаваемые дельфином локационные сигналы должны заканчиваться раньше, чем возвращается эхо от них. И так оно и есть на самом деле. Локационные сигналы-импульсы, издаваемые дельфинами, исключительно коротки: они длятся всего лишь десятки микросекунд (стотысячные доли секунды). Эти звуки столь коротки, что каждый из них заканчивается прежде, чем начало звуковой волны успеет отойти от головы животного на расстояние больше чем несколько сантиметров. То есть локационные звуки, издаваемые ими, выглядят как звуковые «пули» длиной всего лишь в не сколько сантиметров! Кстати, увидеть звуковые импульсы-пули, издаваемые дельфинами, — это вполне осуществимо. Существуют специальные приборы, они, пропуская лазерный луч через воздух или воду, в которых распространяется звук, делают видимыми звуковые волны. С их помощью можно наглядно увидеть, на сколько коротки звуковые импульсы, «выстреливаемые» дельфинами.

Но крайне короткие звуки означают очень быстрые звуковые колебания. Если длительность звукового сигнала составляет всего лишь две-три стотысячные доли секунды и даже если этот сигнал содержит минимально возможное количество звуковых колебаний (пусть всего полтора — два), частота этих колебаний соответствует почти ста тысячам в секунду. Теперь понятно, почему слух дельфина приспособился к восприятию сверхвысоких звуковых частот: именно такие частоты он использует для работы своего локатора.

Кстати, помимо необходимости издавать очень короткие лоцирующие сигналы, есть еще одно весьма важное обстоятельство, заставляющее дельфина использовать чрезвычайно высокие звуковые частоты для работы звукового локатора. Дело в том, что любые предметы могут эффективно отражать волны (кстати, не только звуковые — любые) только в том случае, если размер этих предметов больше, чем длина волны (а длина волны — это расстояние, которое она пробегает за время одного звукового колебания). Если предмет меньше, чем длина волны, то волны просто огибают предмет и смыкаются за ним, как бы «не замечая» его, и никакого отражения не происходит. Поэтому предмет, меньший, чем длина волны, оказывается для локатора невидимым, а детали предмета, меньшие длины волны, неразличимы. Значит, чем короче звуковые волны, используемые локатором, тем более мелкие предметы и детали становятся различимыми, тем лучше и точнее работает локатор. Но длина волны тем короче, чем выше частота колебаний: эти величины обратно пропорциональны. Зная частоту колебаний, легко подсчитать длину волны. Скорость звука в воде 1500 метров в секунду. Если частота колебаний 100 000 в секунду, значит, пока звук пробежит 1500 метров, на этом расстоянии уложатся 100 000 волн. Стало быть, длина одной волны -1,5 сантиметра, и именно такого размера (или более крупные) детали доступны для локатора при использовании этой частоты. Не так уж плохо — вполне достаточно, чтобы отличить, например, рыбу от камня или разобрать, каковы форма и размер рыбы. А если бы частота звуковых волн была в 10 раз меньше (частота, доступная слуху человека)? Тог да и длина волны была бы в 10 раз больше — 15 сантиметров, а значит, локатор мог бы различать детали не меньше 15 сантиметров; таким локатором можно узнать не очень-то многое. Это и является еще одной причиной, по которой дельфины используют для эхолокации очень высокочастотные звуки, а значит, и их слух приспособился к восприятию таких звуков.

Способность с высочайшей точностью определять, откуда пришел звук, тоже самым непосредственным об разом связана с работой эхолокатора. Ведь дельфину нужно с его помощью не просто обнаружить, что где-то что-то есть, потому что откуда-то — неизвестно откуда пришло эхо. От такого локатора было бы мало проку. Нужно точно определить то направление, откуда пришло эхо — оно прямо указывает, где расположен обнаруженный предмет. Вот тут-то и находит себе применение способность дельфина с необычайной точностью определять направление на источник звука.

Благодаря особенностям локационных звуков и слуха дельфина возможности его локатора поистине удивительны. С его помощью дельфин может не только обнаружить предметы, находящиеся на расстоянии километpa, но и «рассмотреть» в деталях все то, что находится в непосредственной близости, что называется, под носом. Способен просматривать обширные пространства во круг себя и обнаруживать предмет размером с горошину. Может распознать самые разнообразные предметы. Кусок металла он сразу же отличит от точно такого же по форме камня, да к тому же никогда не спутает алюминиевый предмет с латунным, а кусок гранита с куском песчаника. И вообще, дельфин получает совершенно полную и точную информацию обо всей окружающей обстановке так же, как мы получаем ее с помощью своего зрения.

Между прочим, некоторые виды дельфинов вообще перестали пользоваться зрением: они практически слепы. Эти животные обитают в реках Индии и Юго-Восточной Азии. Вода в этих реках настолько мутная, что рассмотреть в ней что-нибудь невозможно даже на близ ком расстоянии, и обитающие там речные дельфины почти полностью утратили зрение из-за его ненадобности. Однако они не испытывают от этого никаких не удобств — прекрасно ориентируются в окружающей обстановке, находят себе пищу, узнают сородичей. Все это они делают с помощью звукового локатора.

Вообще-то справедливо будет сказать, что звуковой локатор не просто заменяет дельфинам зрение, они с его помощью получают даже более полные и точные сведения об окружающей обстановке, чем это можно сделать с помощью зрения. В самом деле, привыкнув к действительно замечательным возможностям нашего зрения, мы обычно не задумываемся над тем, что у него есть и очень существенные ограничения. Огромное большинство окружающих нас предметов почти непроницаемы для световых лучей, поэтому с помощью зрения мы получаем сведения в основном только о поверхности предметов и очень редко можем узнать, что у них внутри. Глядя на металлический шар, мы не можем сказать, сплошной он или полый. Видя два предмета, окрашенных одинаковой краской, не можем узнать, сделаны ли они из одного материала или из разных: тончайшего слоя краски достаточно, чтобы материал этих предметов оказался скрытым от нашего зрения.

Достаточно загородить предмет даже очень тонкой перегородкой, на пример листком бумаги, и мы уже не видим, есть ли что-нибудь за этим листком или нет. Конечно, существуют и прозрачные материалы — стекло, некоторые пластмассы, кристаллы. Стеклянная банка не скрывает от нас, пустая она или с вареньем; внутри прозрачного кусочка янтаря отчетливо видно окаменевшее насекомое. Но таких прозрачных материалов не очень много. Подавляющее большинство окружающих нас предметов практически непрозрачно для световых лучей. Мы привыкли к таким ограничениям нашего зрения, а недостающие сведения о свойствах предметов восполняем с помощью других органов чувств. Но эти ограничения существуют.

А вот звуковой локатор дельфина если и сталкивается с такими ограничениями, то в значительно меньшей степени, чем наше зрение. Все дело в том, что очень многие материалы в значительной степени способны проводить звук, то есть они звукопрозрачны. Звуковые волны могут проникать в глубь предметов, пронизывая их насквозь. Поэтому и отражение звука происходит не только от поверхности предмета, но и от его внутренних деталей. Поэтому характер отраженного эха зависит не только от формы предмета и характера его поверхности, но и от его внутреннего строения, в том числе и от мате риала, из которого он сделан. А раз так, то, прослушивая эхо, дельфин получает сведения и о внешнем, и о внутреннем строении предметов — происходит нечто вроде звукового рентгена.

Поэтому дельфин без труда различает, например, два предмета одинаковой формы и одинакового внешнего вида, но сделанные из разных материалов: эти материалы по-разному отражают звук, и животное прекрасно все слышит. Оно легко отличает сплошное тело от такого же по внешнему виду, но полого: внутренняя полость тоже отражает звук, и благодаря этому дельфин узнает о ее существовании.

Кстати, если помните, в одной из предыдущих глав шла речь о том, что дельфин, встретив человека, сразу же узнает, что у него внутри есть заполненные воздухом легкие, такие же, как и у его сородичей. Тогда мы не ста ли останавливаться на вопросе о том, как именно он это узнает. Но теперь ответ ясен: заполненные воздухом легкие внутри нашего тела представляют собой полость, прекрасно отражающую звук. Поэтому, когда животное ощупывает своим локатором человека или другого дельфина, оно сразу же обнаруживает, что это — существа, дышащие воздухом.

Возможности дельфиньего локатора поистине огромны. Но как именно действует это замечательное приспособление? Самый основной принцип действия, как уже говорилось, хорошо известен: он основан на прослушивании эха, которое возникает при отражении предмета ми звуков, издаваемых самим дельфином. Но от пони мания основного принципа эхолокатора еще очень далеко до осознания всех деталей, которые и определяют удивительные возможности этого устройства.

В самом деле, ведь только на первый взгляд все получается легко и просто: издал звук, услышал эхо — и сразу ясно, что находится вокруг. Выше я уже предлагал читателю провести мысленный эксперимент: попытаться ориентироваться в комнате, прослушивая эхо от им же самим издаваемых звуков. Тогда мы остановились на том, что из-за ограниченных особенностей нашего слуха мы в большинстве случаев просто не расслышим, есть эхо или нет. Но это еще полбеды. Представим себе, что мы находимся в таком месте, где все-таки есть отчетливое эхо. То есть на самом-то деле, как уже говорилось, оно есть всегда, а когда мы говорим «есть эхо», это значит, что оно приходит с достаточно большой задержкой, чтобы не сливаться с исходным звуком, но при этом еще достаточно сильное, чтобы его можно было расслышать. Итак, эхо слышно. Ну и что? Можем мы с завязанными глазами определить, какие предметы нас окружают и какой из них создает эхо? Не тут-то было. В лучшем случае мы скажем, что раз эхо пришло с той или другой стороны, значит, там что-то есть. Но что именно представляет собой это «что-то»? Оказывается, совсем не так просто по характеру эха установить свойства окружающих предметов, «увидеть» их.

А вот дельфин каким-то образом умеет это делать, причем очень хорошо. И крайне важно установить, как именно он это делает. Ведь если мы поймем, как по отраженному звуковому сигналу животное распознает разные предметы, то это поможет усовершенствовать и сделанные человеческими руками локаторы — радары и сонары, «научить» эти приборы так же хорошо распознавать обнаруженные ими предметы. Кое-что в этой сложной проблеме постепенно становится ясным благо даря совместным усилиям многих ученых.

Когда лоцирующий звук, изданный дельфином, достигает какого-либо предмета, то характер отраженного звука (эхо) зависит от многих свойств этого предмета. Он зависит прежде всего от формы и размера предмета: каждая его грань, каждая его сторона отражает звук в ту или иную сторону, в зависимости от своего положения, и общая картина отраженного звука зависит от всей формы предмета. Зависит отраженный звук также и от характера поверхности предмета: гладкие поверхности, как зеркало, отражают звук в одном определенном на правлении, а неровные рассеивают звук в разных на правлениях. Зависит характер звука и от материала, из которого сделан предмет: разнообразным материалам свойственна присущая каждому из них способность отражать и поглощать звук. Наличие внутри предмета более плотных частей (например, скелет внутри тела животного) или, наоборот, менее плотных (полостей) вызывает дополнительные отражения звука, которые складываются с отражениями от поверхности и создают дополнительную окраску отраженного звука в целом. И целый ряд других свойств и признаков предмета тоже так или иначе влияет на характер образующегося эха. Вот и получается, что если к разным предметам приходит даже совершенно одинаковый лоцирующии звук, то отраженные от них звуки окажутся очень разными: от каждого предмета — свой особый. Таким образом, каждый из предметов приобретает как бы свой характерный звуковой портрет, звуковой образ.

Есть у дельфинов и другие возможности, благодаря которым они различают звуковые образы разных предметов. Чтобы рассказать еще об одной из них, вначале представим себе несложный опыт. Пусть перед нами находится несколько разных, наугад выбранных предметов: хрустальный бокал, железная ложка, деревянная чурка, стальной камертон. Возьмем тонкую палочку и легонько ударим по каждому из этих предметов. И каждый отзовется на удар своим, только ему присущим звуком: хрустальным звоном откликнется бокал, дребезжащим звяканьем — ложка, глухим стуком — деревянная чурка, протяжной чистой нотой запоет камертон. Каждый предмет звучит по-своему в зависимости от размеров, формы, материала и от многих других свойств. То есть любая вещь имеет свой особый «голос». Этот голос возникает потому, что легкий удар или толчок вызывает упругие звуковые колебания внутри самого предмета. Распространяясь внутри предмета, следуя иногда до вольно сложным извивам его формы, многократно отражаясь внутри от его наружных и внутренних поверхностей, неровностей, звуковые волны одних частот «раскачиваются», усиливаются; волны других частот, наоборот, ослабевают, и вся эта сложнейшая мешанина разных звуковых колебаний в различных пропорциях как раз и составляет характерный для данного предмета «голос». И по этому характерному звуку довольно легко распознать многие предметы: звон хрустального бокала мы никогда не перепутаем со стуком деревяшки.

Дельфины используют и эту особенность предметов для их распознавания. Только ему вовсе не обязательно прикасаться к каждому предмету палочкой, как в только что описанном опыте. Роль палочки выполняет все тот же локационный импульс, издаваемый дельфином. Ведь этот импульс очень короткий, настоящая «звуковая пуля» — об этом уже писалось выше. Когда такой короткий импульс достигает какого-либо предмета и «ударяет» по нему, он действует точно так же, как палочка в нашем опыте. Дельфин «простукивает» своими импульсами окружающие его предметы, и они послушно откликаются своими характерными голосами. Акустики называют эти ответные звуки-голоса «вторичным эхом» в отличие от обычного, «первичного эха», которое является просто отражением звука от поверхности предмета.

Российский ученый-акустик Николай Дубровский впервые предположил, что для распознавания предметов дельфин пользуется не только первичным, но и вторичным эхом. И не только предположил, но и доказал это экспериментами. Он обучал дельфина различать, пользуясь своим локатором, разные предметы, а потом, искус но варьируя формой предметов и материалом, из которого они были сделаны, добивался того, чтобы какие-то пары предметов имели практически одинаковое первичное эхо, но разное вторичное, а какие-то другие пары наоборот. Наблюдая, насколько успешными были действия дельфина в разных ситуациях, установили, какими свойствами получаемого эха пользуется дельфин.

Сейчас уже точно доказано, что дельфины прекрасно слышат и первичное, и вторичное эхо, точнее, они слышат их комбинацию — целостный «звуковой портрет» предмета. И чуткое ухо животного прекрасно различает эти звуковые портреты, звуковые образы предметов. По ним оно и распознает все элементы окружающей обстановки.

Но дельфин умеет не только слышать тончайшие оттенки «звуковых портретов» и по ним распознавать детали окружающей обстановки. Он может и разнообразно управлять звуками, которые посылает локатор животного, тем самым улучшая его работу. Если нужно, например, обнаружить предметы, находящиеся на большом расстоянии, дельфин издает звуковые импульсы, обладающие громкостью пистолетного выстрела: ведь пока звук преодолеет расстояние до удаленного предмета и вернется обратно, он заметно уменьшится, а пока эхо преодолеет этот же путь в обратном направлении, оно станет еще тише; поэтому, чтобы можно было услышать достаточно громкое эхо, излученный звук должен быть очень сильным. А если нужно «прощупать» предметы, находящиеся недалеко, то такой сильный звук совсем не нужен, он будет только оглушать самого дельфина; в этом случае животное сразу же снижает гром кость издаваемых им звуковых импульсов.

Может меняться и частота издаваемых звуковых им пульсов, и другие их характеристики. Ведь иногда разные предметы удобнее прощупывать разнообразными звуками, чтобы получить наиболее полные сведения о свойствах этих предметов. И дельфин умело пользуется своими возможностями. Как осветитель в театре, регулируя свет и включая то одни, то другие софиты, добивается, чтобы в каждой сцене было выделено, высвечено самое главное, чтобы луч света позволил во всех деталях рассмотреть лица и костюмы актеров, так и дельфин, регулируя работу своего звукового прожектора, «высвечивает» самые главные, самые важные для него свойства предметов.

Кстати, оказалось, что это не так уж легко — надежно доказать, что дельфины могут существенно менять характер издаваемых ими локационных импульсов. Казалось бы, что тут сложного: стоит лишь установить в бассейне, в котором плавает дельфин, подводный прием ник звуков — гидрофон и записывать звуки, издаваемые животным при локации. Наберется достаточно большая коллекция таких звуков, и выяснится: то ли все звуки более или менее одинаковые — это значит, что дельфин не умеет варьировать свои локационные сигналы, то ли они различаются в зависимости от ситуации — значит, умеет. Но на самом деле все не так просто. Что зарегистрирует опущенный в бассейн гидрофон — это зависит не только от того, какой звук издал дельфин, но и от того, на каком расстоянии от него, на какой глубине расположен гидрофон, а на какой — дельфин, как повернута го лова животного и каково оказалось положение гидрофона относительно головы, и от многих других обстоятельств, которые все время меняются, когда дельфин движется и ищет нужный предмет с помощью своего эхолокатора. Учесть все эти изменения довольно труд но. Достаточно дельфину чуть-чуть повернуть голову, и звук достигнет гидрофона уже несколько иным, даже если на самом деле животное издало точно такой же звуковой импульс. Чтобы проконтролировать в таких исследованиях положение головы дельфина относительно гидрофона, используют кино-и видеосъемку, но все равно точно учесть эффект малейших движений головы нелегко.

Российский акустик Евгений Романенко и его сотрудники решили эту задачу радикальным способом: вместо того чтобы пытаться точно определить положение головы дельфина относительно гидрофона, они обеспечили постоянное положение приемника относительно головы, укрепив его (точнее, даже несколько гидрофонов) прямо на голове животного. Для этого им пришлось сконструировать специальный портативный магнитофон, который дельфин, специально этому обученный, мог носить на своей спине. А от магнитофона шли провода к миниатюрным гидрофонам, прикрепленным маленькими присосками к разным местам на голове животного. Дельфин быстро приучался носить на себе всю эту амуницию, которая не доставляла ему большого беспокойства. Он, как обычно, пользовался своим локатором. И тогда включался магнитофон, который регистрировал звуки такими, какими они были непосредственно около головы животного. При этом акустики решали сразу два вопроса. С одной стороны, как бы ни вертел головой дельфин, положение каждого из гидрофонов относительно его головы оставалось постоянным. Тут уж была полная уверенность: если звуки, записанные таким способом, окажутся разными, то это может происходить только потому, что характер звуков меняет сам дельфин. С другой стороны, гидрофонов-то было несколько, так что, сравнивая полученные от них записи, можно было заодно установить, как характер записанных звуков зависит от положения гидрофона относительно головы.

Когда расшифровали сделанные таким способом магнитофонные записи, сомнений не осталось: дельфин может перестраивать работу своего звукового прожектора в зависимости от того, какие предметы и как он хочет прозондировать их своим звуковым лучом.

Поиск

Информатика

Физика

Химия

Педсовет

Классному руководителю

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru