При коротких волнах, имеющих большую частоту колебаний, звуковые центры нашего мозга начинают путаться. Например, звук с частотою 10 000 герц, идущий под углом 55 градусов, затратит на то, чтобы обогнуть голову, 450 микросекунд. За это время звуковая волна успеет сделать 4,5 цикла. Однако до слуховых центров мозга информация о четырех полных циклах звуковой волны просто не дойдет. Центры будут оперировать разницей в 0,5 цикла и, естественно, не смогут правильно определить, где источник звука. Поэтому человек и животные, имеющие сходный размер головы, по времени прихода могут определять место источника звука лишь с частотой не более 1300 герц. Чем меньше животные, чем миниатюрнее их голова, тем более высокочастотными звуками они могут пользоваться, чтобы установить, где находится их источник. Звук с частотой 10 000 герц за время одного колебания не успеет обогнуть маленькую головку соболя или куницы. Они способны заметить разницу прихода таких звуков в правое и левое ухо и учитывают эту информацию.
Место возникновения высокочастотных звуков выдает их интенсивность. Длинные волны низкочастотных звуков легко огибают голову. У звука с частотой 100 герц длина волны 3,3 метра. Другое дело — короткие волны. При частоте 10 000 герц длина волны всего 3,3 сантиметра. Эти звуки отражаются головой, а второе, более отдаленное ухо, оказывается как бы в акустической «тени». Звук дойдет и до него, но будет существенно ослаблен. Если источник звука находится под углом 15 градусов, то во второе ухо звук с частотой 1000 герц придет ослабленным в полтора раза, а с частотой 15 000 герц — в 9 раз.
Разность интенсивности для звуков с частотой 3–4 тысячи герц уже достаточно велика и позволяет безошибочно определять, откуда он доносится. Подвижные уши антилопы или козы поворачиваются до тех пор, пока звук не станет слышен особенно хорошо. Это точно совпадает с направлением, откуда он доносится. У них каждое ухо движется независимо от другого. Многие животные могут определять местоположение сразу двух источников звука и следить за их передвижением. Лишь для локализации слабых звуков приходится прислушиваться двумя ушами.
Широкое использование звукового анализатора позволяет перейти к сумеречному образу жизни и к ночным охотам. Наиболее талантливыми хищниками, способными с безукоризненной точностью по слабому шороху или писку грызуна локализовать его местонахождение в пространстве, являются совы.
Птицы не имеют ушных раковин, что серьезно осложняет анализ. Дефект звукоулавливающих устройств в известной мере компенсируют ушные перья. У грифов, птиц-падальщиков, имеющих дело с неподвижной пищей, не способной производить какие-нибудь звуки, а также у растительноядных птиц открытых пространств, вроде страусов, которым зрение поставляет всю необходимую информацию, ушных перьев немного. Они короткие, плохо опушенные, больше похожи на щетинки, чем на перья, и не создают вокруг слухового прохода никаких конструкций, способных как-то изменить направление звуковых волн.
Напротив, ушные перья сов развиты прекрасно. Вместе с кожными складками они создают подвижный лицевой диск — сложное сооружение, заменяющее ушные раковины. Картину дополняют большие слуховые отверстия, в наружной части имеющие вид воронки. Во время охоты подвижность лицевого диска и головы обеспечивают максимальную громкость воспринимаемых звуков. Недаром зоологи один из родов сов нарекли ушастыми. Однако это не те два пучка перьев, которые украшают голову филина и некоторых его родственников. Эти «ушки» — чисто декоративные и к слуху никакого отношения не имеют.
Лицевой диск превращает переднюю часть головы сов в неглубокий рефлектор, создавая особо благоприятные условия для улавливания звуковых волн, направленных к его центру, и мешает попадать сюда звуковым волнам, идущим со стороны. Благодаря этому птицы легко избавляются от звуковых помех, которых в лесу так много. К помощи подобного рефлектора, в центре которого устанавливается микрофон, прибегают биоакустики, когда записывают голоса животных в природе. Вплотную к соловью с микрофоном не подойдешь, он улетит. А если установить микрофон на значительном расстоянии от поющей птицы, на магнитной пленке будут записаны все звуки и шорохи леса, среди которых затеряется, сделается незаметным голос пернатого солиста. А рефлектор позволяет записывать лишь звуки, идущие из определенной точки пространства, и избавиться от большинства звуковых помех.
В мире животных звуковой анализатор сов один из самых совершенных. У средних по размеру птиц с их маленькой головкой (если ощипать сову, ее череп будет значительно меньше, чем может показаться, когда глядишь на живую птицу) барабанные перепонки имеют примерно такую же величину, как у льва или крупных антилоп. Улитка у сов, если развернуть, значительно длиннее, чем у других птиц сходного размера. Это значит, что они тоньше различают звуки разной высоты. Наконец, число нейронов, занятых обработкой звуковой информации, начиная от ганглиозных клеток внутреннего уха и до высших слуховых центров мозга, значительно больше, чем у дневных птиц. Во время охоты слух способен полностью заменить совам зрение. Однажды была поймана совершенно слепая сова, которая, несмотря на такой дефект, добывала достаточное количество дичи: была хорошо упитанна и, видимо, не испытывала слишком больших неудобств из-за слепоты.
Успешно бороться со звуковыми помехами совам помогает мягкое оперение. В полете они практически бесшумны. Это позволяет им в тихие безветренные ночи совершать облеты лесных полян, опушек, просек, время от времени зависая в воздухе, чтобы хорошенько прислушаться к звукам, идущим снизу. Если анализ звуков подтвердил присутствие дичи, за короткой остановкой следует стремительный бросок вниз. Птица совершает его головой вниз и лишь на последнем этапе вытягивает лапы и широко раздвигает когти. У средней по размерам совы они поражают площадь диаметром 6 сантиметров. Чтобы схватить добычу, птице достаточно коснуться ее хотя бы одним когтем, поэтому ошибка совы не должна превышать 1 градуса. В более шумные ненастные ночи совы охотятся с присады. Она выбирается в «ветровой тени» и обычно устраивается на высоте 2–4 метров.
Глубокий мрак, царящий ночью под пологом леса, и невозможность пользоваться зрением, видимо, были основной причиной возникновения эхолокации — самого удивительного способа ориентации в пространстве. Из наземных животных эхолокацией пользуется большинство летучих мышей, некоторые птицы и, вероятно, многие мелкие хищники, грызуны и землеройки, все, кому для общения приходится использовать высокие звуки.
Локация пространства производится с помощью специально предназначенных для этого звуков. У большинства лоцирующих животных есть приспособления, выполняющие функцию рупоров, благодаря чему их локационные посылки распространяются только вперед, относительно узким пучком, не рассеиваются в пространстве и не растрачивают на это своей энергии. Такой способ генерации локационных посылок позволяет летучим мышам пользоваться не очень «громкими» звуками и тем не менее способными распространяться достаточно далеко. При таком способе излучения локационных посылок легче добиться необходимой разрешающей способности локатора — возможности получить эхо от мелких объектов. А значительное ограничение обзора, возникающее при распространении локационных посылок узким пучком, в значительной мере компенсируется тем, что животное постоянно вертит головой, меняя направление излучаемых посылок, как бы обшаривая звуковым лучом окружающее пространство.
Сущность эхолокации в том, что, встретив препятствие, звуковые посылки отражаются от него, и это эхо, вернувшись назад, информирует животное об отразившем звук объекте. Поскольку скорость звука значительно превышает скорость движения даже быстрокрылых птиц, эхолокацией можно пользоваться во время полета. Летучие мыши и стрижи саланганы — яркий тому пример. Эхолокация позволяет этим животным охотиться ночью в густом лесу и посещать пещеры.
Самым совершенным локатором обладают летучие мыши, развивающие во время охоты большую скорость и постоянно выполняющие в воздухе фигуры высшего пилотажа. О совершенстве локатора свидетельствуют результаты охоты. Мелкие летучие мыши успевают за час добыть такое количество насекомых, общий вес которых в среднем составляет 15 процентов от массы охотника. И это не предел. Самые маленькие хищники уже за 15 минут охоты на комаров, мошек и москитов увеличивают свой вес на 10 процентов. Подсчитано, что для этого они должны каждые 5–6 секунд добывать по насекомому, а общее количество дичи в пересчете на комаров должно составлять не менее 175 штук. Это высокий темп. Он позволяет нашим прудовым и водяным ночницам, несмотря на непомерный аппетит, тратить на охоту менее часа в сутки.
