Этот обыкновенный загадочный дельфин

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.