Чувства животных и человека

В молодом лесу крик отражается в виде эха от многих стволов деревьев. Однако мы редко слышим подобные эхо, потому что наше ухо игнорирует их. При помощи магнитофона мы можем воспроизвести запись этих звуков в обратной последовательности — сначала эхо, а потом уже крик. Эхо становится слышимым, и можно совершенно отчетливо различить, что оно имеет большую частоту колебаний, чем сам крик. Это происходит потому, что высокочастотные звуки хорошо отражаются от тонких деревьев, тогда как низкочастотные реверберируют и рассеиваются по всем направлениям. Эхо «белого шума», отраженное от небольших препятствий, находящихся на пути этого шума, имеет б?льшую частоту колебаний по той же причине, по какой небо имеет голубой цвет. Белый свет солнца представляет собой смесь низкочастотных (красный цвет) и высокочастотных (голубой цвет) колебаний. Молекулы воздуха рассеивают световые колебания более низкой частоты и отражают остальные — в основном голубые, которые и воспринимаются глазом. Если бы мы слышали эхо «белого шума» в виде более регулярных колебаний, возможно, мы тоже назвали бы его «голубым».

Одним из самых существенных свойств, которое присуще всем видам колебаний (морские, звуковые, радио- или световые волны), является следующее: их частота связана с длиной волны обратно пропорциональной зависимостью. Чем выше звук и больше частота его колебаний, тем короче длина волны. Однако для получения достаточно хорошего эха необходимо, чтобы отражающее препятствие было в два-три раза больше, чем длина ударяющейся о него звуковой волны. Иногда это бывает особенно заметно на морском берегу, где волны спокойно проходят мимо тоненьких столбиков или буйков и отражаются лишь от длинного мола. Если мы хотим, чтобы звуковая волна отразилась от небольших препятствий, а затем намереваемся при помощи эха определить, на каком расстоянии и в каком направлении находятся эти препятствия, нам нужно использовать по возможности самые короткие волны и, следовательно, самый высокий звук. Летучие мыши еще 50 миллионов лет назад открыли для себя эти преимущества высокочастотных колебаний, тогда как человек начал применять подобную технику лишь в конце 30-х годов в военных приборах, получивших название сонар (по начальным буквам английских слов «Sound Navigation and Randing») [11].

Конечно, звуковые волны намного короче морских. Частота звуковых колебаний среднего до достигает 256 колебаний в секунду; эти колебания имеют длину волны 1,3 метра, и потому отчетливое эхо этого звука можно получить только от такой большой отражающей поверхности, какую имеет, например, рекламный щит. Высокочастотные сигналы, которые издает металлический «щелкунчик», вероятно, имеют ту же высоту, что и звуки, расположенные на пять октав выше среднего до ; длина их волны равна четырем сантиметрам, а это значит, что они хорошо отражаются от деревьев со стволами толщиной в 15 сантиметров. Крик летучей мыши, который мы не можем слышать из-за чересчур большой высоты звука, содержит колебания с частотой до 130 000 в секунду и длиной волны до 2,5 миллиметра. Маленький рот летучей мыши может прекрасно сконцентрировать эти короткие волны в виде узкого пучка, а уши — услышать их эхо, отраженное от находящихся впереди препятствий.