Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Движение мягкого нёба и турбулентность, которую это движение создает, в горле вызывает звуковые волны. Если частота этих волн совпадет с собственными частотами горла (или всей полости горло — рот — носоглотка) и возникнет резонанс, тогда звук может стать весьма громким.

Еще одна возможная причина храпа — периодическое сужение глотки (гибкой, сжимаемой верхней части горла, находящейся над гортанью). Сжатие и последующее раскрытие глотки перекрывает поток воздуха, приводит к появлению турбулентности, которая порождает звуковые волны.

Почему кошка мурлычет, а лев рычит?

ОТВЕТ •Кошка мурлычет примерно так же, как мы говорим, и этот механизм был объяснен в предыдущих задачах. Единственное отличие в том, что когда воздух проходит через голосовые связки кошки, они колеблются и производят гудение в ее вокальном тракте (горло — рот — носоглотка) на частотах примерно 25 Гц. Это, возможно, слишком низкая частота, и человек вряд ли услышит такой звук. Однако он возбуждает в вокальном тракте более высокие гармоники, излучаемые ртом и носом кошки, и их человек уже может услышать. Этот звук, раскатистое «р», обычно говорит о том, что кошка всем довольна.

Некоторые исследователи считают, что способность мурлыкать и рычать определяется состоянием подъязычной кости, которая расположена у основания языка и связана с гортанью. Если кость полностью окостенела (то есть она очень твердая), как у кошки, животное может мурлыкать. Если, наоборот, она не совсем окостенела (то есть она не очень твердая), животное будет рычать. Это, возможно, означает, что животное с более гибкой подъязычной костью, например лев, может сдвигать гортань вниз по горлу и значительно увеличивать длину вокального тракта, а это понижает частоту звука, который издает лев. Гортань льва отличается от гортани большинства других животных еще и тем, что у него голосовые связки толстые и состоят из эластичной ткани, которая может колебаться на низких частотах с поразительно большой амплитудой. Это и позволяет льву рычать!

Внутри гребня на черепе динозавров-паразауролофов имелись носовые каналы в форме длинных изогнутых трубок, открытых с обоих концов. Возможно, динозавры использовали эти носовые каналы для того, чтобы издавать звуки с помощью колебаний голосовых связок, частота которых совпадала с самой низкой (основной) частотой этих каналов. (Примерно так же человек издает звук, когда колебания голосовых связок входят в резонанс с собственными частотами полости горло — рот — носоглотка). Черепа ископаемых животных, у которых носовые каналы короче, принадлежат, по-видимому, самкам паразауролофов, и они, вероятно, издавали звуки на более высоких частотах.

Часть звуков, издаваемых тиграми, находится за пределами диапазона, воспринимаемого человеческим ухом, а именно — в области инфразвука . Какая польза тигру от того, что он издает звуки на таких низких частотах?

Хотя слоны лучше всего слышат в области 1000 Гц, когда они зовут друг друга, особенно если нужно, чтобы их зов был услышан на больших расстояниях, они довольно много энергии затрачивают на испускание звуков на частотах 14 и 35 Гц, а это уже граница области инфразвука. Если вы окажетесь рядом с призывно трубящим слоном, вы скорее почувствуете эти звуки, чем услышите их. Чем этот низкочастотный зов, на который тратится так много энергии, лучше высокочастотного? Известно, что в саванне в ночное время слоны издают вдвое больше звуков, призывающих самку или отпугивающих соперников от их территории, чем днем. Есть ли какой-то смысл в том, чтобы издавать эти звуки именно по ночам?

ОТВЕТ •Тигры живут преимущественно в лесу, а расстояние, на которое звук распространяется в лесном массиве, зависит от длины волны: длинноволновые (низкочастотные) звуковые волны меньше поглощаются деревьями, кустами, листьями и травой, чем коротковолновые (высокочастотные). Поэтому для привлечения самки или для отпугивания других самцов тигр должен издавать низкочастотное рычание — его расслышат на большем расстоянии, чем высокочастотное, да и звучит оно более устрашающе. Другие животные, обитающие в джунглях или лесах, тоже объясняются друг с другом с помощью низкочастотных сигналов. Например, казуары — самые большие лесные птицы в мире — издают гудение на частоте всего 20–30 Гц, что близко к минимальным частотам, которые может воспринимать человеческое ухо. А частота некоторых призывных криков суматранских носорогов, напоминающих рев с присвистом, лежит в инфразвуковом диапазоне.

В воздухе над саванной в ночное время часто возникает инверсия, когда слой более теплого воздуха находится над слоем более холодного воздуха. При инверсии низкочастотные звуковые сигналы отражаются от границы слоев и вместо того, чтобы затухнуть в вышине, возвращаются вниз. В результате звук может распространиться над саванной на гораздо большие расстояния, чем в дневное время, когда инверсии нет (до 10 км ночью, но меньше 2 км днем). А вот более высокочастотные звуки, возможно, не будут отклоняться вниз и будут сильнее поглощаться воздухом. Так что высокочастотные призывные крики слонов, тем более по утрам, так далеко не разнесутся.

Лучшее время для слонов потрубить, если они хотят, чтобы их призывы были услышаны как можно дальше, — через час или два после заката, когда еще почти нет ветра, а инверсия уже успела установиться. Позже в ночи может усилиться ветер, и хотя зов в направлении ветра может разнестись дальше, но зато в других направлениях ветер будет препятствовать распространению звука.

Самец лягушки-быка квакает (его кваканье напоминает скорее мычание) и для привлечения самок, и для отпугивания других самцов. Как может некрупное животное с небольшим ртом издавать столь громкое мычание?

ОТВЕТ •Лягушка-бык испускает б о льшую часть звуков не через рот, а через барабанные перепонки. Исследователи обнаружили это, когда приложили пальцы к ушам лягушки и убедились, что громкость звука сильно уменьшилась. Позже они повторили эксперимент, используя «лягушачьи беруши» (кусочки поролона, закрепленные над барабанными перепонками с помощью пружинок).

Звук возникает в голосовых связках лягушки точно так же, как это происходит у млекопитающих. Но потом он направляется к барабанным перепонкам, резонирующим на определенных частотах так, как это делает барабан. При наступлении резонанса уровень звука на этих частотах многократно усиливается и звук разносится по окрестностям. До того, как выяснилась роль барабанных перепонок, многие считали, что у лягушки резонанс возникал в голосовом мешке — области горла, которую лягушка при мычании надувает. И действительно, у жаб, лягушек-поросят и некоторых других видов лягушек резонанс, усиливающий громкость их призывов, возникает в голосовых мешках, но у лягушки-быка это происходит иначе.