Текст книги "Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес"

Рис. 3.1. Стрекот стеблевого сверчка

Учитывая эту хорошо известную зависимость между температурой и ритмом, звукорежиссеры вроде Майрона могут выбирать более низкую частоту стрекота, чтобы передать спокойную атмосферу (даже если это сцена теплой и тихой ночи). При высокой температуре стрекот сверчка становится более настойчивым, похожим на телефонный звонок, требующий ответа, – импульсы следуют чаще и начинаются резче.

Сам по себе стрекот не очень громкий, но каждый крошечный импульс заставляет резонировать все крыло, что усиливает звук. Это похоже на устройство скрипки. Смычок вызывает вибрацию струны, и, хотя звук от нее очень слабый, вибрации через нижний порожек передаются деревянному корпусу инструмента, большая площадь поверхности которого позволяет получать более громкий звук.

Стрекот, который издает периодическая цикада, еще одно насекомое, использующее стридуляцию, больше похож на пение птицы. Медленный двухтональный звук начинается с неприятного, пронзительного скрежета, который длится около двух секунд, а затем частота падает на октаву до низкого, глубокого тона[140]140
  Понижение на октаву означает уменьшение частоты в два раза. Первая нота имеет частоту приблизительно 1300 Гц в середине диапазона малой флейты.


[Закрыть]. Цикада издает короткие импульсы за счет быстрого движения мышц, которые изгибают и распрямляют тимбальные мембраны под сложенными крыльями – примерно то же самое получится, если пальцем деформировать алюминиевую банку. Щелчки, возникающие при изгибании и выпрямлении мембраны, усиливаются резонансом воздуха в брюшной полости насекомого[141]141
  Nahirney P. C., Forbes J. G., Morris H. D., Chock S. C., Wang K. What the Buzz Was All About: Superfast Song Muscles Ratle the Tymbals of Male Periodical Cicadas // FASEB Journal 20. 2006. 2017. 26.


[Закрыть]. Неблагозвучный стрекот цикады производит устрашающее впечатление, но, как мне кажется, он слишком необычен для звукорежиссеров. Если вы пытаетесь завладеть вниманием зрителя и создать у него эффект присутствия, звуки должны быть знакомыми и не привлекать внимания. Майрон сформулировал эту мысль так: «Не нужно им показывать внутреннюю кухню… Нужно создать у них ощущение… что они находятся там»[142]142
  Неттинга, из личной беседы, 24 июня 2012.


[Закрыть].

В городе Боуи неподалеку от Вашингтона, в штате Мэриленд, на ясенях живут цикады, самцы которых издают звуки громкостью более 90 децибел, что значительно превышает безопасный уровень на рабочем месте[143]143
  Stroh M. Cicada Song Is Illegally Loud // Baltimore Sun, May 16, 2004.


[Закрыть]. Такая плотность популяции цикад наблюдается один раз в семнадцать лет, что соответствует продолжительности жизненного цикла насекомых. Самая большая и самая распространенная цикада в Мэриленде – Magicicada septendecim; по выражению одной из местных газет, она «звучит как гигантская газонокосилка или космический корабль из научно-фантастического фильма». Громче всех стрекочет другая цикада, Magicicada casini, издающая «резкий дребезжащий звук, словно миллион детских погремушек»[144]144
  Ibid.


[Закрыть].

Знаменитый исследователь океана Жак Ив Кусто в 1950-х гг. мог наслаждаться «миром тишины», но на самом деле подводный мир далек от безмолвия. Гребляк (Micronecta scholtzi) с помощью стридуляции издает звуки, похожие на ритмичный стрекот сверчков. Считается, что Micronecta scholtzi – самое громкое водное животное, если соотносить громкость издаваемых звуков с размерами тела. Длина насекомого не превышает нескольких миллиметров, а услышать его можно с берега реки[145]145
  Micronecta scholtzi – самое громкое водное животное, если соотносить громкость издаваемых звуков с размерами тела, но сравнения с сухопутными животными лучше избегать. В средствах массовой информации утверждалось, что громкость звука, издаваемого насекомым, «достигает 78,9 децибела, что можно сравнить с грохотом грузового состава», но такое сравнение неверно. См. Leighton T. G. How Can Humans, in Air, Hear Sound Generated Underwater (and Can Goldfish Hear Their Owners Talking)? // Journal of the Acoustical Society of America 131. 2012. 2539–2542. Оригинальное исследование – Sueur J., Mackie D., Windmill J. F. C. So Small, So Loud: Extremely High Sound Pressure Level from a Pygmy Aquatic Insect (Corixidae, Micronectinae) // PLoS One 6. 2011. e21089 – не делает поправку на разницу в плотности и скорости звука воды и воздуха.


[Закрыть]. Известие о том, что гребляк, чтобы издавать звуки, трется пенисом о выступы на брюшке, попало на первые полосы газет и тем самым стало редким успехом энтомологической анатомии.

Некоторые гребляки для усиления звука используют резонанс воздушного пузырька, который они на себе удерживают. Частота вибраций у них близка к резонансной частоте воздуха в пузырьке. По мере уменьшения запаса воздуха резонансная частота повышается, и гребляку приходится увеличивать скорость стридуляции[146]146
  Teiss J. Generation and Radiation of Sound by Stridulating Water Insects as Exemplified by the Corixids // Behavioral Ecology and Sociobiology 10. 1982. 225–235.


[Закрыть].

Раки-щелкуны также используют воздушные пузыри для усиления звука – иногда для передачи сообщений, а иногда для того, чтобы убить добычу. Способ извлечения звука у них уникальный – вовсе не от щелкающих клешней. В 2000 г. Михель Верслуис с коллегами из Университета Твенте в Нидерландах, чтобы разгадать их секрет, использовал высокоскоростную съемку. Рак очень быстро смыкает клешню (кончики движутся со скоростью 70 километров в час), создавая мощную струю воды. Согласно закону Бернулли, в быстром потоке жидкости давление резко падает, и вода начинает закипать при температуре окружающей среды. Образуется пузырек водяного пара, который тут же схлопывается, в результате чего возникает ударная волна и парализует или убивает добычу[147]147
  Versluis M., Schmitz B., Heydt A. von der, Lohse D. How Snapping Shrimp Snap: Trough Cavitating Bubbles // Science 289. 2000. 2114–2117.


[Закрыть]. (В процессе схлопывания пузырьков также излучается свет; это явление называют «сонолюминесценцией».)

Большие колонии раков-щелкунов создают громкий шум, похожий на треск пламени. Крис Уотсон считает, что это должен быть самый распространенный звук на планете, хотя «слышали его немногие»[148]148
  Уотсон, из личной беседы, September 15, 2011.


[Закрыть]. Щелкуны также создают много трудностей для тех, кто записывает звуки природы. «У северного побережья Исландии я пытался записать песню синего кита, самого большого и громкого животного на земле, – рассказывал мне Крис, – и все же я не мог издалека услышать китов из-за щелчков, треска и хлопков, издаваемых этими животными длиной всего пара сантиметров»[149]149
  Ibid.


[Закрыть]. Эта проблема хорошо знакома военным; исследование раков-щелкунов началось во время Второй мировой войны, потому что шум от них мешал услышать вражеские подводные лодки[150]150
  Snapping Shrimp Drown Out Sonar with Bubble-Popping Trick, Described in Science // Science News, September 22, 2000, http:// www.sciencedaily.com/ releases/2000/09/000922072104.htm.


[Закрыть].

Кажется нелогичным, что такие крошечные, беззащитные животные привлекают к себе внимание, издавая столько шума. Миссионер и исследователь Викторианской эпохи Дэвид Ливингстон писал о своем путешествии в Африку: «Пронзительный стрекот цикад буквально оглушает; к хору присоединяется серо-коричневая цикада, резкий звук которой окрашен слабыми модуляциями, как гудение шотландской волынки. У меня не укладывается в голове, как столь маленькое существо может издавать такой звук; создается впечатление, что от него дрожит земля»[151]151
  Livingstone D. Missionary Travels and Researches in South Africa. L.: J. Murray, 1857.


[Закрыть]. Может быть, он слышал африканскую цикаду? Это самое громкое насекомое – на расстоянии метра громкость звука достигает 101 децибела, как у отбойного молотка[152]152
  Измеренное значение составляло 106,7 децибела на расстоянии 50 сантиметров, но я оценил величину для 1 метра, чтобы ее можно было сравнивать с другими данными, приведенными в этой главе. Peti J. M. Loudest // University of Florida Book of Insect Records, ed. T. Walker, chap. 24. Gainesville: University of Florida, 1997. http://entnemdept.ufl.edu/walker/ufir/chapters/chapter_24. shtml.


[Закрыть]. Но цикады не единственные животные, составляющие громкий хор. Дэвид Ливингстон сообщал: «Когда цикады, сверчки и лягушки объединяются, их музыка слышна с расстояния в четверть мили»[153]153
  Livingstone. Missionary Travels.


[Закрыть].

Лягушки должны «квакать», но кто-то забыл сказать об этом амфибиям в парке Гонконга. Парк, построенный в центральном районе на территории бывших казарм, служит местом отдыха для жителей одного из самых густонаселенных городов мира. Когда я приезжал туда в 2009 г., лягушки в парке переговаривались с помощью хлюпающих звуков, как жалкое подобие Дональда Дака. Обычно лягушки не открывают рта, и их резонатор на шее раздувается, словно гигантский воздушный шар. Лягушки не выдыхают воздух, когда с помощью песен ищут себе пару: воздух циркулирует между легкими и резонатором и звук излучается посредством вибраций головы, резонатора и других частей тела[154]154
  У разных видов вибрируют и излучают звук разные части тела. У лягушки-быка важную роль играет тимпаническая мембрана; см. Purgue A. P.. Tympanic Sound Radiation in the Bullfrog Rana catesbeiana // Journal of Comparative Physiology. A, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology 181. 1997. 438–445.


[Закрыть].

У лягушек, как и у людей, имеется пара голосовых связок, которые открывают и закрывают проход для воздуха, превращая непрерывный поток в импульсы давления, формирующие звук. Люди усиливают звук посредством резонанса в голосовом тракте (рот, нос и воздушная полость в верхней части горла). Но у лягушек усиливающий резонанс обеспечивается кожей резонатора. Если человек заговорит, вдохнув гелий, то более легкий газ в голосовом тракте сместит резонансные частоты вверх, и голос станет тоньше. Но если гелий вдохнет лягушка (такой эксперимент проделывали многие ученые), ее голос практически не изменится – по данным исследователей, звук усиливается вовсе не резонансом воздуха в резонаторе[155]155
  Rand A. S., Dudley R. Frogs in Helium: The Anuran Vocal Sac Is Not a Cavity Resonator // Physiological Zoology 66. 1993. 793–806.


[Закрыть].

Сильный гам не представляет опасности для сообщества лягушек, а, наоборот, создает эволюционную защиту. Громкий лягушачий хор привлекает не только меньшее число хищников, но и большее число самок. У каждой отдельной лягушки уменьшаются шансы погибнуть и увеличиваются шансы найти пару[156]156
  Ryan M. J., Tutle M. D., Taf L. K. The Costs and Benefits of Frog Chorusing Behavior // Behavioral Ecology and Sociobiology 8. 1981. 273–278.


[Закрыть]. Когда я подходил к лягушкам парка в Гонконге слишком близко, кваканье внезапно стихало и тишина сигнализировала всем об опасности.

Звукорежиссер Джулиан Трежер убежден, что пение птиц успокаивает потому, что за сотни тысяч лет эволюции мы усвоили: если птицы поют, значит, опасности нет. А вот их молчание должно вызывать тревогу – возможно, это признак присутствия хищников. Вполне резонно, но я сомневаюсь, что этот аргумент подлежит научной проверке[157]157
  Treasure J. Shh! Sound Health in 8 Steps // TED Talk, September 2010, http://www.ted.com/talks/julian_treasure_shh_sound_ health_in_8_steps.html, 20 сентября 2012. Музыковед Иосиф Жордания предполагает, что жужжание действует расслабляюще, потому что тишина является признаком опасности. Jordania J. Music and Emotions: Humming in Human Prehistory // Problems of Traditional Polyphony. Materials of the Fourth International Symposium on Traditional Polyphony, held at the International Research Centre of Traditional Polyphony at Tbilisi State Conservatory on September 15–19, 2008, ed. R. Tsurtsumia and J. Jordania. Tbilisi, Republic of Georgia: Nova Science, 2010. 41–49.


[Закрыть]. Эта идея подтолкнула Джулиана использовать в своей работе пение птиц, в том числе для профилактики преступлений в городе Ланкастер в Калифорнии. Громкоговорители, похожие на маленькие зеленые столбики, были установлены на клумбах главной торговой улицы; они проигрывали звонкую электронную музыку, журчание воды и пение птиц[158]158
  Letzing J. A California City Is into Tweting – Chirping, Actually – in a Big Way // Wall Street Journal, January 17, 2012.


[Закрыть]. К сожалению, когда я на следующий день после беседы с голливудскими звукорежиссерами приехал в Ланкастер, динамики транслировали обычную музыку в стиле кантри. Нельзя сказать, что эти звуки успокаивали, но это важный прецедент применения музыки для профилактики преступлений. В Австралии по «методу Манилова» записи легкой музыки используют, чтобы рассеивать подростков – они предпочитают не собираться в таких местах. Рассказывают, что такая тактика работает, но даже сам Барри Манилов задается вопросом: «Никому не приходило в голову, что хулиганам может понравиться моя музыка? Что, если кто-то из них начнет напевать «Я не могу улыбаться без тебя» (Can’t Smile without You)?»[159]159
  Manilow B. Barry’s Response to Australia’s Plan // the BarryNet, July 18, 2006, http://www.barrynethomepage.com/ bmnet000_060718.shtml.


[Закрыть]

В сводках новостей регулярно появляются сообщения о том, что людям мешает шум, издаваемый животными; в это трудно поверить, но те, кто жалуется на петуха своего соседа, считают этот природный звук бодрящим. Громкие крики животных привлекают внимание, однако они перегружают нашу слуховую систему и мешают услышать другие звуки, сигнализирующие об опасности, а в некоторых случаях даже запускают систему раннего предупреждения, которая заставляет насторожиться.

Важную роль в реакции на звуки играет узнавание – в том числе голосов животных. Эндрю Уайтхаус из Абердинского университета в Шотландии исследовал взаимоотношения между птицами и людьми, особенно влияние птичьего пения. Средства массовой информации, сообщившие о его работе, предложили людям делиться своими личными историями, что превратилось в настоящую золотую жилу для антрополога. Вот что, например, написал Эндрю человек, переехавший из Великобритании в Австралию:

Птичье пение здесь действительно раздражает. Нам рассказывали о людях, которые вернулись в Великобританию из-за «ужасного» пения птиц. Кратко я описал бы воздействие птичьего пения так: оно напрягает. Это скрежет или другие неприятные звуки[160]160
  Цитаты в этом разделе взяты из блога Andrew Whitehouse, Listening to Birds, http://www.abdn.ac.uk/birdsong/blog, 2 сентября 2012.


[Закрыть].

Подобных историй много; их прислали люди, переехавшие в другую страну и удивленные тем, насколько сильно влияет на них изменившееся пение птиц. Даже те, кто обычно не обращал внимания на природные звуки, чувствуют чужие птичьи голоса.

Новизна также может быть источником удовольствия, в чем я убедился несколько лет назад, посетив сухие джунгли в австралийском Квинсленде. Птица-бич получила такое название из-за своего крика. Самец начинает песню со свиста, который длится около двух секунд, достигает кульминации на глиссандо, а затем резко обрывается, словно щелчок бича, и этот звук еще долго реверберирует среди деревьев[161]161
  Если вы сравните звуки, издаваемые настоящим бичом и птицей, то убедитесь, что они разные. Настоящий бич издает щелчок с помощью звукового удара, и у него отсутствует глиссандо.


[Закрыть]. Начальная нота имеет высокую частоту, где-то в середине диапазона малой флейты, а глиссандо охватывает широкий диапазон почти в 8000 Гц всего за 0,17 секунды, словно флейтист начинает с самой низкой ноты и проходит весь диапазон инструмента[162]162
  Глиссандо может иметь и другое направление, от высоких нот к низким.


[Закрыть]. Поскольку такой звук требует большого мастерства, самки птицы-бича оценивают самца по качеству крика. Иногда песня превращается в дуэт – самка отвечает двумя короткими слогами: «Чи-чи». Такой разговор происходит чаще всего, когда самца выбрали, – убедительное свидетельство того, что дуэты играют важную роль в формировании и поддержании партнерских отношений[163]163
  Дэниел Меннилл рассматривает физическую форму в статье, написанной в соавторстве с Эми Роджерс – Mennill D. J., Rogers A. C. Whip It Good! Geographic Consistency in Male. Songs and Variability in Female Songs of the Dueting Eastern Whipbird Psophodes olivaceus // Journal of Avian Biology 37. 2008. 93–100, – но в электронном письме ко мне Дэниел отметил, что гипотеза о физической форме всего лишь догадка. Проигрывая записи самцов и самок и наблюдая за реакцией птиц, Эми Роджерс подтвердила гипотезу дуэтов: Rogers A. C., Langmore N. E., Mulder R. A. Function of Pair Duets in the Eastern Whipbird: Cooperative Defense or Sexual Conflict? // Behavioral Ecology 18. 2007. 182–188. Вероятно, дуэты также нужны для раздела территории.


[Закрыть].

Конечно, незнакомое птичье пение можно услышать и в родной стране. Выпь пуглива и ведет скрытный образ жизни, а последние сто лет находится на грани уничтожения. Эта родственница цапли издает необычно низкие звуки, которые на многие мили разносятся по болотам, где обитает птица. Много научных статей посвящено тому, как идентифицировать и сосчитать отдельных особей, – выпь трудно увидеть, но легко услышать. Звук, издаваемый этими птицами, очень громкий – 101 децибел с расстояния 1 метр – и похож на звук горна[164]164
  Значения громкости птичьих криков взяты из Wahlberg M., Tougaard J., Møhl B. Localising Biterns Botaurus stellari with an Array of Non-linked Microphones // Bioacoustics 13. 2003. 233–245; для трубы – из Olsson O., Wahrolén D. S. Sound Power of Trumpet from Perceived Sound Qualities for Trumpet Players in Practice Rooms (master’s thesis, Chalmers University of Technology, Sweden, 2010).


[Закрыть]. По частоте, около 155 Гц, крик выпи очень похож на звук тубы, и его часто сравнивают с далекой сиреной.

Когда звук распространяется в воздухе, при вибрации каждой молекулы поглощается небольшое количество энергии, и это поглощение ограничивает дальность распространения звуковой волны. На низких частотах молекулы по определению вибрируют реже, чем на высоких, таким образом, звук низкой частоты теряет меньше энергии и распространяется дальше. Поэтому на болотах так хорошо слышно уханье выпи.

Ранним весенним утром, когда я приехал в заповедник Хэм-Уолл в окрестностях Гластонбери, чтобы послушать выпь, над болотами висел густой, удушливый туман. Мы вышли очень рано, в пять утра, потому что выпь, подобно большинству птиц, встречает песней рассвет. Мой гид, Джон Древер, загрузил багажник автомобиля микрофонами странной формы, диктофонами и штативами. В вязаной шапочке, защищавшей от холода, он был похож скорее на вора-форточника, чем на общительного музыканта и специалиста по акустической экологии. Мы припарковали машину в заповеднике и пошли по тропинке к гнездам выпи, почти ничего не видя в густом тумане. Наконец мы наткнулись на скамью в засидке, сели и стали слушать.

Первый крик – похожий на сирену – послышался слева; ничего подобного я раньше не слышал. В «Собаке Баскервилей» злодей Джек Стэплтон пытается обмануть Шерлока Холмса, утверждая, что «глухое низкое рычание» и «тоскливый вой»[165]165
  Перевод Н. Волжиной.


[Закрыть] – это крик выпи, а не голос жуткой собаки. К несчастью для Стэплтона, выпь невозможно спутать с собакой[166]166
  Doyle A. C. The Hound of the Bakervilles. Hertfordshire: Wordsworth Editions, 1999. 70.


[Закрыть]. Выпь, которую я слышал, вызвала у меня ассоциации с большой пивной бутылкой, в которую дует посетитель паба, или с кувшином из старомодного шумового оркестра. Через секунду к первой птице присоединилась вторая – справа, на чуть более высокой ноте. Мы перешли к другой засидке, где я оказался достаточно близко к птице и слышал подготовку к крику. Выпь четыре раза заглотила воздух, а затем издала семь низких отчетливых звуков, разделенных двухсекундными паузами. Но нам точно не известно, что именно делает выпь, готовясь к крику, – эта птица очень скрытная и хорошо маскируется. На редком видеоролике можно увидеть необычную прелюдию, когда при заглатывании воздуха горло выпи раздувается, а тело сотрясается в конвульсиях – как у кошки, которая отрыгивает шарик шерсти. Но кричащая птица остается практически неподвижной. Популяция выпи растет, и поэтому вполне возможно, что эту тайну вскоре удастся раскрыть. В 1997 г. в Великобритании насчитывалось всего одиннадцать самцов, издающих протяжные крики, а в 2012 г. их было уже не меньше сотни – это результат восстановления плавней, заросших камышом.

Ученые отмечали время, когда кричит выпь, чтобы попытаться понять назначение крика, а также его связь с успехом размножения. Тот факт, что самцы кричат перед спариванием, указывает, что самки оценивают конкурирующих самцов по силе звука. Выпь также кричит в период строительства гнезда, и это означает, что голос служит и для защиты территории.

Через полтора часа после нашего прибытия в заповедник начало светать, и выпи умолкли. Промерзнув до костей, мы пошли к машине. Внезапно я услышал гомон певчих птиц, окружавший меня со всех сторон. Оказывается, я так сосредоточился на низких звуках, издаваемых выпью, что не слышал высокочастотных трелей. В такой обстановке крик выпи легко принять за громкое свидетельство человеческой деятельности. Чтобы звук успокаивал, он должен быть явно естественным и не возбуждать нашу систему предупреждения об опасности. Если мы знаем источник звука или рядом есть специалист, который способен дать пояснения, мы причисляем звук к категории естественных и неопасных, и он нас успокаивает.

Месяца за два до путешествия в заповедник, где водится выпь, на конференции TEDx в английском Солфорде биолог Хизер Уитни рассказывала о том, как в процессе эволюции растения научились привлекать опылителей; например, некоторые орхидеи формой и запахом похожи на самок ос, и самцы, пытающиеся спариваться с цветком, разносят его пыльцу[167]167
  Конференции TEDx предназначены для распространения идей и изменения мира. См. http://www.ted.com.


[Закрыть]. Это был очень интересный доклад, но больше всего меня взволновали новые акустические исследования, о которых Хизер рассказала мне позже, в кафе. Один из ее коллег обнаружил растения, листья которых имеют особую форму, чтобы привлечь опылителей – летучих мышей.

За пределами человеческого слуха лежит удивительный ультразвуковой мир. Летучие мыши слышат звуки, частота которых в основном превышает 20 000 Гц, или 20 кГц (1 кГц = 1000 Гц), верхний порог нашего звукового восприятия. Через три месяца после конференции TEDx я присоединился к группе из двух десятков человек, которые отправились на прогулку к летучим мышам в вересковые пустоши около деревни Гринмаунт в Англии. Встреча была назначена на парковке местного паба. Узнать гида было несложно – Клэр Сефтон, на футболке и чехле сотового телефона которой были изображены летучие млекопитающие, излучала энтузиазм. Ее научные интересы лежали в другой области, а конференции по летучим мышам были ее хобби; кроме того, она выступала в роли ветеринара-добровольца. Прежде чем мы отправились на прогулку в Керклис-Вэлли, она показала нам двух своих пациентов. Одним из них была большая летучая мышь, самый крупный представитель этого семейства в Великобритании, – с рыжевато-коричневым мехом, очень симпатичная, похожая на большую мышь с крыльями. Животное открывало рот и скалило зубы: Клэр сказала, что летучая мышь «нас внимательно рассматривает», посылая сигналы эхолокации. Второй пациент – обычный крошечный нетопырь, который за ночь может проглотить до 3000 насекомых, хотя длина его тела всего около 4 сантиметров.

Частота сигналов эхолокации слишком высока для человеческого уха, и на помощь нам пришло электронное оборудование. Клэр раздала детекторы летучих мышей: черные коробочки размером с первые сотовые телефоны, с двумя ручками настройки с надписями «Усиление» и «Частота». Когда начало темнеть, наш маленький отряд охотников за летучими мышами зашагал по тропинке между деревьями, сжимая в руках шипящие детекторы. Около старого железнодорожного моста мой прибор издал серию щелчков, словно кто-то быстро хлопал в ладоши. «Нетопырь», – сообщила Клэр, узнав животное по ритму сигналов. Каждый щелчок на самом деле был «писком», коротким импульсом с постепенно уменьшающейся частотой. Скорость следования сигналов меняется по мере приближения летучей мыши к объекту – пока импульсы не сливаются в один. В этот момент детектор издавал звук, похожий на рычание.

На следующий день я изучил несколько записей сигналов обыкновенного нетопыря. Лучший способ представить каждый сигнал – это спектрограмма, поскольку на ней отображается изменение частоты со временем. Спектрограммы, которые чаще используются для анализа речи, прекрасно подходят для визуализации звуков. На рис. 3.2 темные наклонные линии показывают, как за короткое время одного импульса (7 миллисекунд) частота уменьшается с 70 до 50 кГц.

Но как я мог слышать этот звук на детекторе, если его частота намного превышает границу диапазона моего слуха? Ультразвуковой микрофон воспринимает писк летучей мыши и изменяет тональность, приспосабливая ее к человеческому слуху[168]168
  Большинство детекторов используют биения (описанные в главе 8), чтобы звуки могли быть доступны для человеческого слуха.


[Закрыть].

Клэр смогла узнать голос обыкновенного нетопыря, потому что каждый вид летучих мышей использует для эхолокации свою частоту и детектор издает разные звуки. Например, большая летучая мышь издает звук, похожий на звучное причмокивание, сопровождающееся слабым гудением. Специалисты могут по характеру сигналов также определить, чем занята летучая мышь: слетела с насеста, ищет еду, просто летает или переговаривается с сородичами.

Меня особенно удивило то обстоятельство, что голосовой и слуховой аппарат летучих мышей практически не отличается от человеческого. Чтобы издавать звуки такой высокой частоты, животные должны максимально использовать возможности организма млекопитающих. Некоторые виды летучих мышей способны издавать звуки частотой 200 кГц, а это означает, что щели между их голосовыми связками открываются и закрываются 200 000 раз в секунду. Правда, в их голосовом аппарате присутствует важное усовершенствование: тонкие и легкие мембраны на голосовых связках, способные вибрировать с очень высокой частотой.

Рис. 3.2. Сигнал обычного нетопыря

Летучие мыши не только берут очень высокие ноты, у них еще необыкновенно громкий голос. Сила звука может достигать 120 децибел – аналог рева пожарной сирены с расстояния всего 10 сантиметров[169]169
  С учетом сдвига частоты эта аналогия взята из Van Ryckegham A. How Do Bats Echolocate and How Are They Adapted to This Activity? December 21, 1998, http://www.scientifcamerican. com/article.cfm?id=how-do-bats-echolocate-an.


[Закрыть]. Такие уровни звука могут повредить слуховую систему млекопитающего, поэтому мышцы в ушах летучей мыши рефлекторно сокращаются, смещая крошечные косточки среднего уха, что ослабляет вибрацию, передающуюся от барабанной перепонки к внутреннему уху. У человека тоже есть этот акустический рефлекс, но его эволюционное назначение остается неясным. Возможно, он защищает наш слух от слишком громких звуков – как у летучих мышей. Или уменьшает громкость собственной речи, чтобы человек мог расслышать другие звуки[170]170
  Этот рефлекс обеспечивает некоторую защиту, но недостаточно быстр для таких резких звуков, как взрыв, и утомляет, если громкий звук слишком долгий; см. Gelfand S. Essentials of Audiology, 3rd edition. N. Y.: Tieme, 2009. 44.


[Закрыть].

Мы сошли с тропинки и, спотыкаясь о корни деревьев (не взять фонарь на ночную прогулку было ошибкой), побрели через лес к небольшому пруду. Но наши страдания окупились сполна – мы услышали, как над водой охотится на насекомых ночница Добентона. Эти животные устроили гнездо под гигантским кирпичным мостом, и наши приборы периодически оживали, издавая звуки, напоминающие отдаленную пулеметную стрельбу. Вооруженный детектором, я смог оценить, как много летучих мышей обитают в долине. Просто удивительно, что раньше я ничего не знал об этих окружающих меня звуках. В одном из интервью Крис Уотсон, занимающийся записью звуков природы, объяснял, что, слушая летучих мышей, преследующих добычу, совсем по-другому взглянул на озеро Вирнви в Уэльсе: «Это место полностью изменилось, в ультразвуковом диапазоне из мирного и безмятежного места, каким его воспринимало человеческое ухо, оно превратилось в кровавое побоище»[171]171
  Уотсон Крис, программа BBC Radio 4, The Listeners, 28 февраля 2013.


[Закрыть].

Что еще мы не слышим? В своей лаборатории в Бристольском университете в Англии Марк Холдерейд так обстоятельно и с таким энтузиазмом отвечал на мои вопросы, что я чуть не опоздал на поезд. Он объяснил мне, что летучие мыши слышат не только насекомых и друг друга, но и звуки, отражающиеся от растений. Марк и его коллеги исследовали кубинскую лиану Marcgravia evenia, листья которой особенно хорошо отражают ультразвук, что выделяет ее на фоне остальных растений в джунглях. Лиана имеет изогнутый стебель с кольцом листьев на конце. Последний лист расположен вертикально над цветком и образует вогнутую полусферу, отражающую ультразвуковые сигналы летучих мышей.

Когда животное летит сквозь лес, оно слышит очень сложный сигнал отражения от всей растительности. Эхо мерцает и постоянно меняется. Но последовательность звуков, отражающихся от вогнутого листа лианы, остается почти неизменной, независимо от угла отражения. Поэтому лиана оказывается единственным объектом в джунглях, дающим стабильный ответ на сигнал эхолокации. Более того, полусфера листа фокусирует и усиливает ультразвук, так что летучая мышь может слышать растение издалека. Марк и его коллеги подтвердили эти акустические свойства лианы лабораторными измерениями, использовав крошечный динамик для излучения ультразвука и микрофон, воспринимающий отражения от листа.

Но есть ли у нас доказательства, что летучие мыши обращают внимание на сигнал, отраженный от листа? Обучив животных находить кормушку в лаборатории, наполненной искусственной листвой, исследователи продемонстрировали, что в присутствии полусферического листа лианы животные находят пищу в два раза быстрее. В джунглях лиана повышает свои шансы на опыление, привлекая летучих мышей вогнутым листом; сами летучие мыши высасывают из цветка нектар[172]172
  Simon R., Holderied M. W., Koch C. U., Helversen O. von. Floral Acoustics: Conspicuous Echoes of a Dish-Shaped Leaf Attract Bat Pollinators // Science 333. 2011. 631–633.


[Закрыть].

В лаборатории Марка я увидел также высушенных мотыльков с необычно длинным хвостом. Подобно лиане, эти мотыльки эволюционировали, чтобы приспособиться к эхолокации, которую используют летучие мыши. У некоторых видов развилась чувствительность к ультразвуку только для того, чтобы слышать летучих мышей. Длинный хвост служит ложной целью для эхолокации. Как истребитель выпускает ложные цели, чтобы обмануть управляемые радаром ракеты, так и мотылек жертвует хвостом-обманкой, чтобы защититься от летучих мышей. Желтая сатурния мадагаскарская в лаборатории Марка имеет раздвоенный хвост, каждая часть которого в шесть раз длиннее тела. Обе половинки оканчиваются завитками, и измерения Марка показывают, что хвосты эффективно отражают ультразвуковые сигналы, приходящие со всех сторон, имитируя отражения от крыльев меньшего по размерам мотылька. Марк продемонстрировал, что в 70 % случаев летучая мышь атакует хвост, а не туловище насекомого; мотылек теряет хвост, но сохраняет жизнь.

Крис Уотсон, увлекающийся записью звуков природы, называет океан «самой богатой звуковой средой на планете». «Мы высокомерно считаем, что живем на планете Земля, тогда как 70 % ее поверхности занимает океан», – отмечает он[173]173
  Уотсон, из личной беседы, 15 сентября 2011.


[Закрыть]. Иллюстрируя свою точку зрения, Крис рассказал мне об экспедиции в Арктику, где у побережья острова Шпицберген в архипелаге Свальбард он повстречал бородатых тюленей, поющих под толстым слоем льда. Он опустил гидрофоны (подводные микрофоны) в черную неподвижную воду через полыньи, проделанные тюленями. Криса заворожили голоса тюленей, – казалось, звуки приходят с другой планеты: «Это практически невозможно описать. Если использовать клише, это похоже на хор инопланетных ангелов»[174]174
  Ibid.


[Закрыть]. Тюлени издают тягучее, продолжительное глиссандо, не умолкающее несколько десятков секунд. Похожий звук можно извлечь из цуг-флейты, если из нее постепенно выдвигать поршень. По всей видимости, длинные глиссандо привлекают самок, так что продолжительность песни имеет значение.

Яркое описание морской акустики, которое дал Крис, пробудило у меня желание самому оценить эти чудеса, что мне и удалось сделать через месяц после экспедиции к летучим мышам. Холодным дождливым и ветреным днем я поднялся на борт маленького катера, присоединившись к дюжине других пассажиров, закутанных в дождевики; в руках у меня был гидрофон и устройство для записи звука. Мы отправлялись в залив Кромарти-Ферт на встречу с живущими там дельфинами-бутылконосами.

Кромарти-Ферт сильно индустриализирован, и сначала нам пришлось обогнуть гигантские желтые, изъеденные ржавчиной опоры нефтяной вышки. Вдали виднелись две другие вышки, поставленные на ремонт, а рядом проходил круизный лайнер, который вез пассажиров, жаждавших увидеть Несси в расположенном неподалеку озере Лох-Несс. Но дельфины были такими же неуловимыми, как знаменитое чудовище.

Покинув Кромарти-Ферт, мы переместились в другой, более широкий залив Северного моря, Мори-Ферт. Катер прижимался к скалам, покрытым слоем зловонного белого помета морских птиц; зеленые склоны над скалами были усеяны желтыми пятнами цветов дрока. Затем наш капитан, Сара, заметила дельфинов, выпрыгивающих из воды.

Двигатель заглушили, чтобы его грохот не мешал улавливать звуки, и я опустил гидрофон за борт. Сначала был слышен только плеск воды у корпуса катера, подпрыгивавшего на волнах. Потом я услышал серию высокочастотных щелчков, похожих на тарахтение крошечного игрушечного мотоцикла, почти неразличимых из-за шума воды[175]175
  Вероятно, это были разговоры дельфинов, а не сигналы эхолокации, частота которых слишком высока для человеческого уха. См., например, Botlenose Dolphins: Communication & Echolocation // SeaWorld/ Busch Gardens Animals, http://www. seaworld.org/animal-info/info-books/botlenose/communication. htm, accessed September 14, 2012.


[Закрыть].

А затем мы увидели мать с детенышем. Маленький дельфин был меньше и имел серый окрас. Моя цель отличалась от цели остальных пассажиров – у них не было гидрофонов. Они внимательно смотрели и радостно вскрикивали, когда животные выпрыгивали из воды. Но мне требовалось, чтобы дельфины оставались под водой. Я получал удовольствие, любуясь дельфинами с близкого расстояния, но не меньшее удовольствие доставлял мне и звук, рассказывающий о подводном мире, скрытом от остальных пассажиров.

К сожалению, производимый человеком шум заставил животных – и водных млекопитающих, и рыб – изменить свои песни. Можно ли сказать, что ветряные электростанции не наносят ущерба окружающей среде? Наверное, нет – с точки зрения тюленя, которого беспокоит грохот копра, забивающего сваи в берег. Во время строительства прибрежной ветряной электростанции Scroby Sands популяция тюленей у Грейт-Ярмута в Англии существенно сократилась[176]176
  Skeate E. R., Perrow M. R., Gilroy J. J. Likely Effects of Construction of Scroby Sands Offshore Wind Farm on a Mixed Population of Harbour Phoca vitulina and Grey Halichoerus grypus Seals // Marine Pollution Bulletin 64. 2012. 872–881.


[Закрыть]. Сильный шум от забивания свай – 250 децибел с расстояния 1 метр – может повредить слуховой аппарат животных.

В марте 2000 г. на Багамах на берег выбросились шестнадцать китов и множество дельфинов; считается, что причиной массовой гибели животных стал сонар ВМС США. Ученые спорят, каким образом сонар воздействует на морских животных, заставляя их выбрасываться на берег. Звук может просто дезориентировать китов, нарушать процесс ныряния, вызывать декомпрессию, или звуковые волны могут приводить к кровоизлияниям. Но доказать связь сонара с гибелью животных очень трудно, поскольку военно-морской флот не раскрывает информацию о времени и месте его применения[177]177
  Parsons E. C. M. Navy Sonar and Cetaceans: Just How Much Does the Gun Ned to Smoke Before We Act? Marine Pollution Bulletin 56. 2008. 1248–1257.


[Закрыть].

В пресс-релизе, выпущенном в октябре 2005 г. Национальным советом США по охране природных ресурсов, отмечается: «Среднечастотный сонар способен излучать непрерывный звук громкостью свыше 235 децибел, что сравнимо с ревом стартующей ракеты Saturn V»[178]178
  Впервые я увидел эту цитату в Finfer D. C., Leighton T. G., White P. R. Issues Relating to the Use of a 61.5 dB Conversion Factor When Comparing Airborne and Underwater Anthropogenic Noise Levels // Applied Acoustics 69. 2008. 464–471.


[Закрыть]. Данные о ракете Saturn V действительно свидетельствуют о громкости 235 децибел, как у военно-морского сонара, но такое сравнение некорректно из-за разницы между звуком в воздухе и в воде. Аналогичным образом, при забивании свай 250 децибел под водой не эквивалентны 250 децибелам в воздухе.

Децибел – величина относительная, когда давление сравнивается с эталонным, принятым за ноль. В воздухе за эталонное давление принимается порог слуха здорового взрослого человека на частоте 1000 Гц. Под водой эталонное давление меньше. Эта ситуация аналогична разнице между температурой по Цельсию и Фаренгейту: 0 °C является точкой замерзания воды, а 0 °F указывает на более низкую температуру. Кроме того, при сравнении воздушной и подводной акустики следует принять во внимание разницу в плотности среды и скорости распространения звука. Для учета этих факторов акустики вычитают из результатов подводных измерений 61,5 децибела, чтобы получить эквивалентную величину в воздухе[179]179
  Даже эти преобразования неоднозначны, и некоторые считают, что децибелы в воде и в воздухе сравнивать некорректно.


[Закрыть]. Таким образом, 235 децибел под водой равняются 173,5 децибела на суше. В 2008 г. New York Times писала, что «военно-морской сонар шумит, как 2000 реактивных самолетов», но это сильное преувеличение. Звук сонара на расстоянии 1 метра по громкости эквивалентен звуку одного реактивного самолета на расстоянии 30 метров – его не назовешь тихим, но и с эскадрильей ВВС не сравнить[180]180
  Впервые я увидел эту цитату из New York Times в: Leighton T. G. How Can Humans, in Air, Hear Sound Generated Underwater? Реактивный самолет обычно издает звук громкостью 200 дБ Re 2 × 10–5 Пa на расстоянии 1 метр. Если громкость сонара составляет 233 дБ Re 1 × 10–6 Пa на расстоянии 1 метра под водой, то это значение можно приблизительно преобразовать в воздушный эквивалент следующим образом: 233–61,5 = 171,5 дБ Re 2 × 10–5 Пa – явно тише, чем реактивный двигатель! См. Chapman D. M. F., Ellis D. D. The Elusive Decibel: Thoughts on Sonars and Marine Mammals // Canadian Acoustics 26. 1998. 29–31.


[Закрыть].