Этот обыкновенный загадочный дельфин

Глава двенадцатая Много ли может услышать дельфин?

Никто не обнимет необъятного.

Козьма Прутков

Теперь вы в общих чертах представляете себе, как можно исследовать свойства дельфиньего слуха. Ну и что же получилось в результате таких исследований, что способен услышать дельфин? Оказалось, очень многое. Но чтобы было понятно, о чем пойдет речь, нужно сначала сказать несколько слов об основных величинах, которыми измеряются свойства звуков.

Мы уже говорили о том, что звук — это упругие колебания, волнообразно распространяющиеся в воде или в воздухе. Колебания эти имеют довольно высокую частоту: от десятков до многих тысяч колебаний в секунду. Частота колебаний — важнейшая характеристика звука. От нее зависит такое свойство звука, которое мы называем высотой: если частота колебаний низка, то звук воспринимается как низкий, басовый; чем больше частота колебаний, тем выше, тоньше звук. Поэтому для качества слуха очень важно, какой диапазон частот звуковых колебаний доступен для восприятия: чем этот диапазон шире, тем большее допустимое разнообразие высоты звука, тем ярче, многообразнее воспринимаемая звуковая палитра.

Считается, что диапазон звуковых частот, доступный уху человека, — от 20 до 20 тысяч колебаний в секунду. Это некоторое округление, причем округление в сторону оптимистических оценок: даже люди с очень хорошим слухом (обычно молодые) имеют предел воспринимаемых звуковых частот 18–19 тысяч колебаний в секунду, а для людей пожилого возраста — 12–15 тысяч — очень неплохой результат. Если же частота колебаний выше 20 тысяч в секунду, то человеческое ухо совсем не воспринимает их, это за пределами наших возможностей.

Много это или мало по сравнению с другими существами? В общем, неплохо. Есть животные (например, лягушки), которые способны воспринимать звуковые колебания с частотой не больше чем несколько сотен в секунду. Но у многих животных, особенно некрупных, доступный диапазон звуковых частот чуть шире: даже кошки и собаки могут воспринимать звуки с частотой колебаний, приближающейся к 30 тысячам в секунду, так что можно подзывать собаку звуками специального свистка, которые неслышны для человеческого уха, — это хорошо известно. Мелкие зверьки тоже могут «разговаривать» между собой на звуковых частотах повыше, чем доступные человеку. Есть в животном мире и существа с выдающимися слуховыми способностями, например летучие мыши, которые способны воспринимать звуки с частотой, приближающейся к 100 тысячам в секунду. Однако крупные животные, сравнимые по величине с человеком или с дельфином, все же имеют слуховой диапазон поскромнее — примерно такой, как у человека.

Но по способности воспринимать высокочастотные звуки ни одно животное не может сравниться с дельфинами. Многие виды дельфинов способны воспринимать звук с частотой почти 150 тысяч в секунду! Это примерно в 10 раз выше, чем у человека.

Причем дельфин способен не просто хоть как-нибудь слышать такие высокочастотные звуки; он слышит их прекрасно. Ухо его вообще очень чувствительно (об этом мы еще специально поговорим чуть позже), но наиболее восприимчиво оно именно к высокочастотным звукам, примерно от 30 до 100 тысяч колебаний в секунду (для сравнения: ухо человека наиболее чувствительно к звукам с частотой 2–5 тысяч колебаний в секунду). Более того, дельфин не только прекрасно слышит такие высокочастотные звуки, но и превосходно их различает. Достаточно, чтобы частота звука изменилась на доли процента или чтобы громкость звука изменилась на несколько процентов, и дельфин тотчас это обнаружит, то есть, например, он прекрасно различает звуки с частотой 100 и 101 тысяча колебаний в секунду. И все это на таких частотах звуковых колебаний, которые слуху других животных вообще недоступны. То есть, чтобы различать многообразие звуковых красок и оттенков, дельфину доступен поистине огромный диапазон частот звуковых колебаний. Это значит, что звуковая палитра слуха дельфина во много раз шире, богаче, чем доступная нам с вами.

И вот что удивительно. Мы выяснили, что способ, которым звуки достигают органа слуха, у дельфинов совсем не такой, как у наземных животных. Это так. Но сам-то орган слуха — его называют внутренним ухом — у них построен, в общем, по тем же самым принципам, что и у наземных животных. Ведь дельфины произошли от наземных млекопитающих, поэтому и основа конструкции органа слуха унаследована от них же, только она приспособлена к условиям обитания в воде. Но если принцип конструкции органа слуха тот же самый, то как же удалось достичь таких удивительных результатов: расширить диапазон воспринимаемых звуковых частот чуть ли не в десять раз по сравнению с другими млекопитающими (у которых, заметим, орган слуха тоже устроен совсем неплохо)? Представьте себе, что инженер получил задание: не меняя принципа конструкции какой-то машины, увеличить ее возможности в десять раз. Прямо скажем, задачка не из легких. Но когда эволюция создавала дельфинов, эта, казалось бы, невероятная задача оказалась выполнимой. Как именно — не вполне ясно и до сих пор, хотя очень многое в особенностях конструкции уха дельфина уже известно. Но это — достаточно сложные детали, которые я не берусь рассматривать здесь, иначе эта книга превратилась бы в учебник физиологии.

Следующий предмет нашего разговора — чувствительность слуха. Чувствительность — это способность воспринимать достаточно слабые сигналы, тихие звуки. Если чувствительность хорошая, то человек или животное способны уловить даже очень тихий звук. Если со слухом не все в порядке, то, как правило, чтобы быть услышанным, звук должен быть достаточно громким — это означает, что чувствительность слуха ухудшилась. Значит, мера чувствительности звука — это та минимальная интенсивность звука (ее называют пороговой), которая может быть уловлена органом слуха. Чем пороговая интенсивность ниже, тем чувствительность лучше.

Способность воспринимать не только громкие, но и достаточно слабые звуки — очень важное свойство слуховой системы. Не одному зверю спасла жизнь способность услышать легкий шорох или тихие шаги подкрадывающегося хищника. Не одна счастливая пара образовалась потому, что призывный сигнал был услышан издалека, за несколько километров. Да и для человека способность расслышать пришедший издалека слабый звук бывает совсем не бесполезна.

Поэтому орган слуха не только у дельфинов, но и у большинства животных и человека — очень чувствительное устройство. Интенсивность звука обычно характеризуют той мощностью, которую несет этот звук, падая на площадку стандартной величины, например в 1 квадратный метр. Так вот, порог слуха человека равен примерно одной триллионной доле ватта на квадратный метр, то есть, если собрать такую звуковую мощность с площади в 1 квадратный метр, то наберется одна триллионная (0,000000000001) ватта — в триллион раз меньше, чем потребляет лампочка карманного фонарика. Чтобы не писать в таких цифрах огромного количества нулей и не путаться в них, такую цифру принято записывать так: 10^–12 — это означает, что перед единицей стоят 12 нулей! Но ведь наша ушная раковина вовсе не в квадратный метр величиной: ее площадь примерно в 1000 раз меньше. Значит, реальная мощность, которую получает наше ухо, когда действует звук пороговой интенсивности, — примерно 10^–15 (15 нулей перед единицей!) ватта.

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.