Борис Сергеев - Жизнь океанских глубин

Для производства звуков необходим вибратор, порождающий звуковые волны. Им может быть любое упругое тело, способное колебаться от толчка, удара или трения. Если звук нужно усилить, используется резонатор. Для этой цели чаще всего служит воздух. Он упруг. Столбик газа, как стальная пружина, вибрирует по всей своей длине. Он может колебаться с любой частотой, но колебания воздуха скоро затухают.

Резонировать могут и стенки. Известны музыкальные инструменты, состоящие из одних вибраторов. Это ксилофон, тарелки, колокольчики и колокола. У флейты резонирует столбик воздуха. Стенки в усилении звука участия не принимают. У медных духовых инструментов — труб и валторн — вибрируют и воздух и металл стенок. Получается значительное усиление звука. «Музыкальные инструменты» животных нередко снабжены резонатором. Им может быть мембрана, столбик воздуха или стенки полости, где газ, необязательно воздух, находится под некоторым давлением.

Звуки рыб возникают при трении жаберных крышек, костных пластинок челюстей, сочленений скелета, плавников, костей так называемого Веберова аппарата… Карповые рыбы скрежещут зубами, спрятанными глубоко в глотке. Часто звуки производятся путем сокращения барабанных мышц, находящихся возле плавательного пузыря. Его стенки выполняют функции вибратора, а находящийся в нем воздух служит резонатором.

С помощью этих несложных устройств рыбы производят стуки, скрежет, удары, свисты, скрипы, всхлипывают, клохчут, мурлыкают, фыркают. Желтая макрель, встретив свою подругу, крякает от удовольствия. Бычок-кругляк во время нереста скрипит, подзывая самку, а увидев ее, начинает квакать. Черная рыба лает по-собачьи, а морские собачки предпочитают хрюкать. Морской петух (подумать только!), чтобы подать сигнал опасности, «кудахчет» курицей. Рыба-лоцман на ходу постукивает, чтобы ее властелин акула не отвлекалась и не задерживалась. Во время нереста бычок-кругляк верещит, а длиннорылый бычок-подкаменщик жужжит. Зеленушка-оцеллята, перед тем как подраться, цокает. Бычок-кругляк, охраняя гнездо, рычит. Рыба-дикобраз скрежещет, как ржавая дверная петля. Рябчик гризеус, выражая угрозу, барабанит, а сахалинский подкаменщик урчит. Испуганный спинорог свистит, чирикает, щелкает. Ракообразные чаще всего щелкают клешнями. А как киты производят звуки, неизвестно.

Главный музыкальный инструмент млекопитающих — голосовой аппарат. Он тесно связан с дыхательной системой, но у китообразных устройство дыхательных путей необычно. Дышать ртом зубатые киты не могут. Ни ротовая полость, ни глотка с легкими не сообщаются, а рот используется только для поглощения пищи. Дышат дельфины и кашалоты «носом». Слово «нос» взято в кавычки потому, что наружный носовой проход открывается у них не на конце рыла, а на темени. Кроме того, у них всего одна, зато весьма солидная ноздря. Ее отверстие находится в самой верхней точке головы.

Оно первым появляется на поверхности и последним скрывается в пучине вод. С таким дыхалом удобно, зависнув у поверхности, дремать, чуть-чуть подгребая ластами, чтобы темя все время выступало наружу. Отверстие дыхала снабжено мощным клапаном — мясистой затычкой, предохраняющей легкие от попадания туда воды. Широкая ноздря позволяет до предела сократить время, затрачиваемое на вдох и выдох.

Дыхательную систему дополняют три пары асимметричных воздушных мешков, соединенных с носовым проходом. Они узкие, дугообразные, располагаются ярусами и похожи на три причудливые баранки, нанизанные на стержень носового прохода. Мешки окружены мышцами, и часть из них в местах соединений с носовым проходом имеет сфинктеры и внутренние пробки. Вероятно, воздушные мешки имеют непосредственное отношение к производству звуков, которые могут возникать при закрытом рте и заткнутом носе в результате перекачивания воздуха из одного мешка в другой.

Дыхательная система усатых китов проще. Пищевод не отделен от дыхательного пути. Лишь при заглатывании пищи вход в трахею временно закрывается с помощью надглоточного хряща. Нет надчерепных воздушных мешков, зато есть гортанный. Звуки, видимо, возникают в гортани, а воздушный мешок служит резонатором.

Подводные обитатели генерируют звуки широкого диапазона частот. У рыб их частота колеблется от 20–50 герц до 20 килогерц. Щелчки морских львов содержат звуки, лежащие в диапазоне 3–13 килогерц. Зубатые киты генерируют ультразвуковые импульсы с частотой 60–90 килогерц, и, видимо, для них это не предел. Нужно думать, что обитатели морской бездны должны слышать хотя бы издаваемые ими звуки. Между тем на голове рыб напрасно искать каких-либо признаков звуковоспринимающих органов. Даже млекопитающие, переселившиеся для постоянного жительства в океан, в процессе превращения в китов утратили ушные раковины. При движении они неизбежно вызывали бы возмущение пограничного слоя воды, обтекающего тело пловца, и порождаемый этим шум заглушал бы другие звуки.

У рыб есть лишь внутреннее ухо, а среднее и даже барабанная перепонка отсутствуют. Нехватка важнейших блоков звуковоспринимающей системы привела к представлению, что слух у рыб неразвит и звуки не имеют для них значения. Лишь лет пятьдесят назад их слух был реабилитирован. Оказалось, что рыбы прекрасно слышат низкие звуки от 50 до 2000–5000 герц и активно ими интересуются.

Звук как физическое явление представляет собой регулярные колебательные движения частиц упругой среды, так сказать, волны сжатия, и в виде волн распространяется от места своего возникновения во все стороны пространства, если, конечно, для этого не возникает каких-либо препятствий. При прохождении звуковой волны в зависимости от создаваемого ею давления частицы среды смещаются вперед и назад. От уровня давления звуковых волн зависит сила звука.

При этом существенное значение имеет среда, в которой распространяются звуковые волны. Она оказывает звуковым волнам акустическое сопротивление, что приводит к снижению звукового давления. Вода, особенно морская, в 800 раз плотнее воздуха. Неудивительно, что при одном и том же исходном звуковом давлении интенсивность звуковых волн в воде будет существенно ниже, чем в воздухе.

Скорость распространения звуковых волн не связана ни с причиной, их породившей, ни с их частотой, ни с силой звука или количеством энергии, которую несут звуковые волны. Она зависит только от особенностей среды, в которой звук распространяется. В воде он бежит в четыре с лишним раза быстрее, чем в воздухе. За секунду звук покрывает более полутора километров.

Длина звуковой волны находится в пропорциональной зависимости от скорости звука. Чем большее расстояние за единицу времени пробежит звук, тем длиннее должны быть волны. Поэтому при одинаковой частоте звуковая волна, распространяясь в воздухе, будет в 4,5 раза короче, чем в воде. Например, длина волны ультразвука с частотой 50 килогерц, то есть 50 000 колебаний в секунду, равна в воздухе 6,8, а в воде — 31 миллиметру. Чтобы животное восприняло звук, нужно вызвать колебание специальных структур его звукоприемника. Это происходит за счет энергии, переносимой от источника звука с помощью звуковых волн. Поэтому интенсивность — важнейшая характеристика звука. Человек улавливает звуки при смещении мембраны улитки всего на десятимиллиардную долю миллиметра!