Важнейшая характеристика звука – его частота. Очень важно установить, как тонко различают животные близкие звуки. И здесь дельфины удивили ученых. Афалины высокочастотные звуки различают с большей точностью, чем низкочастотные. Они замечали разницу между звуками, если их частота отличалась всего на 0,3–0,4%. Звуки ниже 5 кГц различались хуже. Еще более изощрен слух азовок. Некоторые ученые считают, что они способны заметить изменение частоты звуков всего на 0,02–0,2%.
Различить звуки, имеющие достаточно большую длительность, проще, чем короткие. Последние имеют сложную спектральную структуру, зависящую от частоты следования отдельных звуковых посылок. Дельфины отлично узнают звуки, повторяющиеся часто. Их спектр имеет меньшее число составляющих, и разобраться в нем легче, чем в спектре звуков, возникающих с большими интервалами и имеющих более десяти гармонических составляющих.
Существенной характеристикой звуковых колебаний является их фаза. Теоретические расчеты показали, что анализ фазы акустических сигналов может быть выгоден для животных, так как дает дополнительную информацию и может помочь воспринять сигнал, замаскированный другими звуками. Инженеры-акустики начали использовать фазовый анализ в технических устройствах задолго до того, как биологи задумались над значением фазы звуковой волны. Только недавно стало известно, что человек и многие животные могут различать фазу сигнала. Эта способность связана с тем, что понижение давления, т. е. отрицательная фаза звукового колебания, вызывает состояние невозбудимости волосковых клеток внутреннего уха.
Напротив, положительная фаза звуковой волны, отражающая момент повышения давления, вызывает их возбуждение.
Умеют ли дельфины распознавать начальную фазу сигнала, необходима ли им эта способность для успешной локации, пока неизвестно. При изучении этого вопроса экспериментаторы столкнулись с серьезными трудностями. Изменение фазы сигнала сопровождается существенным изменением его спектра. Это осложняет исследования. Все же попытки провести эксперимент, хотя и неудачные, уже предприняты. Если способности дельфина и здесь окажутся на высоте, изучение эхолокации китообразных может дать толчок к созданию радарных устройств принципиально нового типа. Жаль, что такие дружелюбные по отношению к человеку существа так неохотно посвящают нас в свои тайны.
Черный ящик
В костюме голого короля
В 1960 году в Лондоне появилась в продаже фотография Джины Лоллобриджиды. Известная итальянская актриса была изображена на ней совершенно обнаженной. Впоследствии стало известно, что снимок был сделан для одной частной коллекции. Актрису засняли инфрахроматической фотокамерой на специальную фотопленку, чувствительную к инфракрасным лучам. Для них, как известно, легкая женская одежда не может явиться непреодолимым препятствием, так же как легкая дымка или туман. Соглашаясь позировать перед объективом актриса, естественно, и не подозревала о тайном умысле заказчиков фотоснимка.
Проникающая способность звуковых волн достаточно велика, значительно выше, чем инфракрасных лучей, однако не является уникальной. Чтобы дать ей оценку, напомним, что солнечный луч можно задержать листком бумаги. Самый тонкий лист металла и даже мелкая металлическая сетка задержат радиоволны. Для тепловых лучей это не явится непреодолимой преградой. Чтобы задержать рентгеновские лучи, нужна свинцовая пластинка, хотя и не очень толстая. Полностью задержать поток нейтрино – особой элементарной частицы, возникающей при бетараспаде атомных ядер или нестабильных элементарных частиц вроде пи-мезонов – можно, лишь имея свинцовую «пластинку» толщиной около 10 триллионов километров! Звуковые волны на этой шкале следует поместить не то чтобы посередине, но во всяком случае между рентгеновскими лучами и потоками нейтрино. Их широкое использование для активной локации основано, с одной стороны, на способности проходить через самые различные вещества, а с другой – отражаться от поверхностей, являющихся границами двух сред.
Благодаря этому дельфины могут получать информацию не только об обращенной к ним стороне лоцируемых объектов, но и о противоположной, не видимой глазом стороне, а заодно и о внутренней структуре этих объектов. Животным не стоит особого труда различать внешне одинаковые сплошные объекты от таких же, но имеющих внутри полости. А обычные купальные костюмы, в которых спускаются в бассейн к дельфинам тренеры, для акустических волн достаточно прозрачны.
Боюсь, что дельфины их даже не замечают. Пловцы кажутся им одетыми в костюм голого короля. Зато своими локационными посылками они не хуже рентгеновского аппарата просвечивают наши легкие и способны без дополнительных приспособлений следить за работой человеческого сердца. Хорошая проникающая способность звуковых волн позволяет зубатым китообразным обходиться без зрения. Ни ночной мрак, ни мутная вода для эхолокатора не помеха. Частицы грязи и ила, поднятые со дна, не являются для звуковых волн преградой. Их звукопроводность близка к звукопроводности воды. Другое дело, если в воде взвешено большое количество крохотных пузырьков воздуха. Они способны начисто поглотить звуковые волны. Вот почему дельфины, отличные пловцы, в совершенстве владеющие своим телом, избегают подплывать близко к прибрежным скалам, о которые морской прибой одну за другой разбивает набегающие волны, покрывая их хлопьями белой пены.
Прозрачность для звуковых волн различных материалов может явиться серьезным осложнением для эффективной локации, особенно если прозрачность объекта близка к прозрачности воды. В этом случае на границе двух сред вода – лоцируемый объект отражение звуковых волн будет незначительным и объект окажется невидимым. Поэтому дельфин, особенно в условиях, когда локация затруднена наличием акустических помех, может не заметить рыбацкие сети и иные аналогичные преграды.
Тело рыб хорошо проводит звуковые волны и дает незначительное эхо. Расчеты позволяют предположить, что живую ставридку, длиной в 12–15 см, если она повернута боком к дельфину, животные способны обнаружить лишь за 12–15 м.
Мертвая рыба «видна» хуже. С хвоста дельфин обнаруживает ее за 3,4 м, с головы за 3,8, а сбоку за 9–10 м. Живая рыба более заметна, так как ее плавательный пузырь наполнен воздухом. Он лучше всего «виден» дельфину, хотя и находится внутри. Эксперименты по обнаружению живой рыбы малопоказательны. Ее не заставишь позировать дельфину в строго заданном месте. Ученые не знают, как дельфины находят рыбьи стаи. Здесь опять пришлось прибегнуть к расчетам. Они показали, что если локационный импульс упирается в тела четырех тысяч ставридок, то животные должны заметить стаю никак не меньше, чем за 100 м, но вряд ли обнаружат ее дальше чем за полкилометра.
