Беседы о бионике

Основную роль концентратора звуков выполняет череп, дополнительную — мягкие ткани головы. Таким образом, советские ученые доказали, что дельфины концентрируют и направляют свои акустические сигналы "ультразвуковым прожектором", роль которого выполняют череп и мягкие ткани головы. Чем выше частота импульсов, тем сильнее суживается звуковое поле посылаемого сигнала и тем выше точность локации. Именно в направленности сигналов таится секрет "ультразвукового разглядывания" дельфинами предметов на разных расстояниях" (курсив наш. — И, А.).

Рис. 6. Направленность, обусловленная костями черепа (сплошные линии) и всей головой (пунктирные линии) обычного дельфина (по Е. Б. Романенко, А. Г. Томилину и Б. А. Артеменко)

Ученые установили, что высота тона (частота) локатора дельфина, как и локатора летучей мыши, быстро меняется от начала каждого импульса к его концу. О преимуществах такой частотной модуляции мы уже говорили. В конце второй мировой войны инженеры эффективно использовали частотно-модулированные колебания для создания помехозащищенного ультразвукового гидролокатора — сонара. А спустя некоторое время, когда было начато подробное изучение дельфинов, оказалось, что сонар работает примерно так же, как локатор дельфина. Значит, инженеры открыли и сумели применить тот же принцип, который с незапамятных времен использует природа в своих живых ультразвуковых локаторах.

Принцип этот таков. Быстро меняющемуся тону передатчика соответствует и меняющаяся частота отраженного эха. Высота тона принимаемого сигнала отличается от тона звука, испускаемого в данный момент. Поэтому сонар не создает сам себе помех. Отраженный от цели импульс с характерным частотным спектром легко выделить из шума практически любой интенсивности. А это очень важно.

В начале войны почти все военные суда располагали устройствами для прослушивания подводных шумов; применяемые для этой цели гидрофоны и гидролокаторы представляли собой усовершенствованные варианты обычного эхолота. И те и другие исправно работали только тогда, когда корабль стоял на месте. При его движении в шуме воды, обтекавшей корпус, совершенно терялись сигналы эхолокаторов и становилось невозможным различить какие бы то ни было другие звуки (в том числе и шум винтов подкрадывающейся подводной лодки). Поэтому так губительны были атаки немецких "сумбарин", которые подходили вплотную к союзным конвоям без риска быть обнаруженными.

Теперь подводная лодка не сможет подойти к движущемуся судну незамеченной: на движущемся корабле сонар работает почти так же хорошо, как и на неподвижном. Кроме того, его сигналы, отраженные от предметов разной формы и размеров, несколько отличаются друг от друга, и поэтому опытный гидроакустик может опознать различные предметы, находящиеся в зоне действия локатора.

Сонары непрерывно совершенствуются, но пока по тактико-техническим данным им далеко до дельфиньих. Прежде всего гидролокационный аппарат дельфинов лучше защищен от помех, нежели современные сонары, спектр излучаемых им колебаний более широк, богаче модуляцией по интенсивности и частоте повторения. Так, например, в опытах Келлога в случаях ближней ориентации при решении задачи о местонахождении препятствия и пищи афалин пытались сбивать записанными ранее на пленку громкими сигналами, но животные без труда отличали свои истинные сигналы от этих искусственно воспроизводимых помех. Если наиболее совершенные локаторы, созданные инженерами, уверенно выделяют сигнал лишь при отношении сигнала к шуму, равном 2 или 3, то дельфиний звуколокатор, как показывают эксперименты, способен распознавать полезные сигналы, которые в десятки раз (!) слабее мешающего шума.