Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

За пределами человеческого слуха лежит удивительный ультразвуковой мир. Летучие мыши слышат звуки, частота которых в основном превышает 20 000 Гц, или 20 кГц (1 кГц = 1000 Гц), верхний порог нашего звукового восприятия. Через три месяца после конференции TEDx я присоединился к группе из двух десятков человек, которые отправились на прогулку к летучим мышам в вересковые пустоши около деревни Гринмаунт в Англии. Встреча была назначена на парковке местного паба. Узнать гида было несложно – Клэр Сефтон, на футболке и чехле сотового телефона которой были изображены летучие млекопитающие, излучала энтузиазм. Ее научные интересы лежали в другой области, а конференции по летучим мышам были ее хобби; кроме того, она выступала в роли ветеринара-добровольца. Прежде чем мы отправились на прогулку в Керклис-Вэлли, она показала нам двух своих пациентов. Одним из них была большая летучая мышь, самый крупный представитель этого семейства в Великобритании, – с рыжевато-коричневым мехом, очень симпатичная, похожая на большую мышь с крыльями. Животное открывало рот и скалило зубы: Клэр сказала, что летучая мышь «нас внимательно рассматривает», посылая сигналы эхолокации. Второй пациент – обычный крошечный нетопырь, который за ночь может проглотить до 3000 насекомых, хотя длина его тела всего около 4 сантиметров.

Частота сигналов эхолокации слишком высока для человеческого уха, и на помощь нам пришло электронное оборудование. Клэр раздала детекторы летучих мышей: черные коробочки размером с первые сотовые телефоны, с двумя ручками настройки с надписями «Усиление» и «Частота». Когда начало темнеть, наш маленький отряд охотников за летучими мышами зашагал по тропинке между деревьями, сжимая в руках шипящие детекторы. Около старого железнодорожного моста мой прибор издал серию щелчков, словно кто-то быстро хлопал в ладоши. «Нетопырь», – сообщила Клэр, узнав животное по ритму сигналов. Каждый щелчок на самом деле был «писком», коротким импульсом с постепенно уменьшающейся частотой. Скорость следования сигналов меняется по мере приближения летучей мыши к объекту – пока импульсы не сливаются в один. В этот момент детектор издавал звук, похожий на рычание.

На следующий день я изучил несколько записей сигналов обыкновенного нетопыря. Лучший способ представить каждый сигнал – это спектрограмма, поскольку на ней отображается изменение частоты со временем. Спектрограммы, которые чаще используются для анализа речи, прекрасно подходят для визуализации звуков. На рис. 3.2 темные наклонные линии показывают, как за короткое время одного импульса (7 миллисекунд) частота уменьшается с 70 до 50 кГц.

Но как я мог слышать этот звук на детекторе, если его частота намного превышает границу диапазона моего слуха? Ультразвуковой микрофон воспринимает писк летучей мыши и изменяет тональность, приспосабливая ее к человеческому слуху[168].

Клэр смогла узнать голос обыкновенного нетопыря, потому что каждый вид летучих мышей использует для эхолокации свою частоту и детектор издает разные звуки. Например, большая летучая мышь издает звук, похожий на звучное причмокивание, сопровождающееся слабым гудением. Специалисты могут по характеру сигналов также определить, чем занята летучая мышь: слетела с насеста, ищет еду, просто летает или переговаривается с сородичами.

Меня особенно удивило то обстоятельство, что голосовой и слуховой аппарат летучих мышей практически не отличается от человеческого. Чтобы издавать звуки такой высокой частоты, животные должны максимально использовать возможности организма млекопитающих. Некоторые виды летучих мышей способны издавать звуки частотой 200 кГц, а это означает, что щели между их голосовыми связками открываются и закрываются 200 000 раз в секунду. Правда, в их голосовом аппарате присутствует важное усовершенствование: тонкие и легкие мембраны на голосовых связках, способные вибрировать с очень высокой частотой.

Рис. 3.2. Сигнал обычного нетопыря

Летучие мыши не только берут очень высокие ноты, у них еще необыкновенно громкий голос. Сила звука может достигать 120 децибел – аналог рева пожарной сирены с расстояния всего 10 сантиметров[169]. Такие уровни звука могут повредить слуховую систему млекопитающего, поэтому мышцы в ушах летучей мыши рефлекторно сокращаются, смещая крошечные косточки среднего уха, что ослабляет вибрацию, передающуюся от барабанной перепонки к внутреннему уху. У человека тоже есть этот акустический рефлекс, но его эволюционное назначение остается неясным. Возможно, он защищает наш слух от слишком громких звуков – как у летучих мышей. Или уменьшает громкость собственной речи, чтобы человек мог расслышать другие звуки[170].