Этот обыкновенный загадочный дельфин - Супин Александр Яковлевич
Конечно, это самая малая мощность, которая может быть едва-едва (но все же может быть!) услышана. Как правило, мы имеем дело со звуками, интенсивность которых заметно выше этой пороговой величины. Самые громкие звуки, которые мы способны вынести без неприятных и болезненных ощущений, приближаются по мощности к 1 ватту на квадратный метр — по обычным меркам тоже не очень-то много. Но звуки мощностью от одной миллиардной до одной миллионной (10–9–10–6) ватта на квадратный метр — а все это ведь микроскопически малые величины — воспринимаются человеческим ухом вполне нормально.
Но как ни высока чувствительность человеческого уха, с дельфинами нам и по этому показателю конкурировать трудно. У них чувствительность еще в несколько десятков раз выше! Для дельфинов пороговые интенсивности звука — меньше, чем 10–13 ватт на квадратный метр. Опять же, принимая во внимание, что «акустическое окно» дельфина, как и ушная раковина человека, собирает звуки не с целого квадратного метра, а с площади, примерно в 1000 раз меньшей, выходит, что дельфин способен расслышать звук, если его ухо получает звуковую мощность меньше чем 10–16 ватта, может быть, чуть больше, чем 10–17 ватта. Нам даже представить трудно, насколько мала эта величина: в повседневной жизни мы обычно имеем дело с неизмеримо большими мощностями. Если бы всю эту мощность перевести в тепло и этим теплом (без потерь!) попытаться вскипятить литровый чайник, понадобилось бы греть его примерно квадрильон (1015) лет, а вся наша Земля примерно в сто тысяч раз моложе.
Но услышать звук, даже очень тихий, — это еще полдела. Чтобы от услышанного звука был какой-то прок, нужно уметь звуки различать.
Уже говорилось о том, что звуки — это упругие колебания определенной частоты и от этой частоты зависит то свойство звука, которое мы называем высотой. Но только специально созданные человеком устройства — струна, или камертон, или электронный генератор звуковых сигналов — издают звуки какой-то одной, строго определенной частоты-высоты. Для «нормальных», природных звуков такая частота тона — скорее исключение, чем правило. Звуки естественного происхождения, как правило, достаточно сложные. Это значит, что они представляют собой колебания сразу нескольких или многих частот. Этот набор частот и определяет характерную «окраску», тембр звука — то, что в конечном счете и отличает шорох шагов от шелеста листьев, гудок автомобиля от мычания (тоже ведь своего рода «гудок») коровы, голос одной птицы от голоса другой, голос одного человека от голоса другого. Чтобы человек или животное могли хорошо отличать один звук от другого, слуховая система должна быть способна разобраться, из каких частот составлена сложная звуковая смесь, то есть должна суметь проанализировать звук, выделить из него отдельные частоты звуковых колебаний и точно взвесить, какие частоты представлены в сложном звуке сильнее, какие слабее, а каких вовсе нет. Вся эта кухня называется частотным анализом. Если слуховая система обладает хорошей способностью к частотному анализу, то перед обладателем такого слуха открывается многокрасочная звуковая палитра, он может воспринимать тончайшие оттенки звуковых сигналов. Если способность к звуковому анализу неважная, то звуковые колебания разных частот не различаются, сливаются в шумовую какофонию, в которой трудно разобрать, чем один звук отличается от другого и что они означают. Так что есть смысл попытаться сравнить способности к звуковому анализу у человека и разных животных, в том числе у дельфина, — нет ли и тут чего-нибудь интересного. Оказывается, есть.
Чтобы точно, в цифрах, оценить способность слуха к этому частотному анализу, придумано несколько способов. Наиболее часто используемый принцип измерения состоит в следующем. Представим себе, что перед нами включили звук определенной частоты; звук не очень громкий, но и не очень уж тихий — нормальный, и мы хорошо его слышим. Назовем этот звук пробным. А теперь сделаем иначе: сначала включим другой звук, более громкий — назовем его помехой, а потом уж, на его фоне — тот пробный звук. Если звук-помеха не слишком уж громкий, то, несмотря на эту помеху, пробный звук еще слышен. Но если сделать помеху громче, еще громче, то в конце концов она совершенно заглушит пробный звук, и мы не сможем уверенно сказать, то ли пробный звук был включен на фоне помехи, то ли не был. Явление это называется маскировкой, и мы прекрасно знакомы с ним в повседневной жизни: сколько раз грохот проезжающего мимо грузовика или гул пролетающего над головой самолета заставлял нас прерывать разговор с собеседником, потому что на фоне этого шума (помехи) не удавалось расслышать речь собеседника (пробный звук).
А для наших целей, для измерения способности слуха к частотному анализу, это довольно-таки неприятное явление оказывается полезным потому, что эффект маскировки прямо зависит от того, насколько совершенен, насколько тонок частотный анализ. Сделаем так, чтобы пробный звук и помеха немного отличались по частоте колебаний — не очень сильно, но все же отличались. Если способность слуха анализировать звуковые частоты неважная, то и помеха, и пробный звук сольются в одно целое. Поэтому даже не очень сильная помеха сможет совершенно заглушить пробный сигнал, и животное, чей слух мы исследуем, не услышит его. Иное дело, если слуховая система способна с высокой точностью анализировать звуки. Она уловит, что в сложном звуке присутствуют две разные частоты: одна — помехи, другая — пробного сигнала. Эти частоты будут восприниматься как бы каждая сама по себе. Поэтому эффект помехи окажется значительно слабее, и пробный сигнал на ее фоне все равно будет услышан. Конечно, и при хорошем слухе можно заглушить пробный сигнал помехой, но громкость помехи для этого потребуется значительно больше, чем в первом случае.
Вот мы и получили в свое распоряжение чувствительный инструмент, позволяющий измерить способность слуха к частотному анализу. Для этого посмотрим, как эффективность помехи зависит от того, насколько различаются частоты помехи и пробного сигнала. Если мы чуть-чуть
