Рубрика: Nature

Из моих заметок, когда я читал Эда Йонга Immense World —

«..Известно, что диапазон слышимых частот у животных иной, чем у человека, но чтобы настолько иной, я не знал. Вот представьте самый писклявый писк на свете — это будет несколько ниже 20кГц, так как считается, что это верхний предел слышимого диапазона. Верхний предел как и нижний имеет тенденцию снижаться с возрастом. Большинство взрослых людей не могут слышать звук частотой выше 16 кГц. Все, что выше 20кГц мы называем ультразвуком.

.

Так вот, оказалось, что наши ближайшие родственники шимпанзе слышат до 30кГц, собаки — до 45кГц, кошки — до 85кГц, мышь — до 100 кГц, а моль — так вообще до 300кГц. Вот представьте, в мире вокруг нас ведь очень много звуков высокой частоты, и насколько же богатый звуковой мир у них и насколько ограниченный у нас. Было бы интересно походить в наушниках, которые бы сжимали диапазон 20-40000Гц до 20-15000Гц. Причем многие животные, те же мыши, активно используют ультразвук для внутренней коммуникации, за рамками того, что могут слышать их враги.

.

И конечно как вопрос заходит об ультразвуке, нельзя не упомянуть летучих мышей с их эхолокацией. Оказалось, дико интересная тема.

.

Наверное, все же знают, что летучие мыши успешно охотятся в пещерах, куда вообще не проникает свет, и не врезаются во всякие сталактиты и сталагмиты. В английском языке есть выражение blind as a bat, но вообще-то у них есть зрение. У каких-то видов получше, у каких-то похуже. Но давайте про эхолокацию.

.

В целом, это обычный радар. Летучая мышь кричит, звук стукается в дерево, возвращается назад в ее уши, и она получает информацию, как далеко дерево, и тормозит или не тормозит. Но дьявол, как говорится, в деталях. «Инженерных».

.

Во-первых, высокочастотный звук быстро затухает, поэтому нужно очень громко кричать, чтобы обратно что-то прилетело с расстояния в несколько метров. Дальше летучие мыши просто не «видят». Так вот, они действительно очень громко кричат и крик направленный. Конкретно насчитали 138 децибелл, это уровень звука реактивного двигателя, если стоять рядом. Но в ультразвуковом диапазоне.

.

Во-вторых, когда они так громко кричат, им надо затыкать собственные уши, чтобы не убить свой чувствительный аппарат. Оказалось, у них есть специальная мускулатура, блокирующая внутреннее ухо в момент крика.

.

В-третьих, они и их добыча вообще-то в движении, очень быстром и хаотичном. При этом скорость звука около 343 метра в секунду. Мозг летучей мыши должен калькулировать разницу между сигналом и откликом, принимая во внимание как собственное движение в пространстве, так и движение добычи. Выяснилось, что вокальная мускулатура у летучей мыши умеет сокращаться до 200 раз в секунду. Причем частота зависит от фазы охоты. 200 раз – это самая финальная фаза, когда мотылек уже перед носом и нужно отслеживать мизерные движения.

.

В-четвертых, мозг летучей мыши еще должен справляться с тем, чтобы не создавать интерференцию между тем, что выкрикивалось два мгновения назад и тем, что викрикивалось мгновение назад. Учитывая, что звук вообще-то может отразиться от дальней стены и ближней ветки. А еще есть волны от криков других мышей, их обычно в пещерах очень много. Для этого они похоже кидают немного разную модуляцию, плюс эта мускулатура дает им возможность «выстреливать» очень короткими импульсами — несколько миллисекунд, и возобновлять импульсы с собственной частотой через очень короткие промежутки времени. Прикиньте какой компьютер у них в мозгах выполняет обратное преобразование Фурье.

.

Так вот, все это неплохо работает в небольших группах. Но вот например Бразильские складчатогубы живут группами в миллионы особей. Ну вот реально, вместе 20 миллионов ртов что-то кричат и ждут своего отклика от стен и друг друга. Тут просто так модуляцию и частоты не подберешь, а они как-то умудряются. Ну не идеально, и если их собирается реально большая куча в пещере, то свой коммьют на охоту и обратно в пещере они выполняют «по памяти» — видимо, из-за сложностей с эхолокацией. Когда на вход в пещеру ставили «дверь», то об нее разбивалось куча мышей.

.

В-пятых, задумайтесь, как они определяют расстояние. Это ведь надо пересчитать разницу между отправленным сигналом и полученным (на фоне кучи шума от других мышей), и для того, чтобы охотиться, нужно это очень точно высчитывать. А звук конечно не свет, но 343 метра в секунду это тоже много. Так вот исследования показали, что летучие мыши могут распознавать разницу в 1-2 миллионные доли секунды, что позволяет им определять дистанцию в доли миллиметра. Другими словами, наши глаза значительно менее точны, чем их уши.

.

Плюс к тому, условная моль вообще-то довольно сложное 3D-создание, которое отражает звук по-разному разными своими частями. Иначе бы летучие мыши жрали все, что движется. Они распознают. В полной темноте. Крик мыши содержит целую палитру частот, которые по-разному отражаются от частей моли, и мозг мыши как-то все это умудряется переводить в целостную картинку. Причем для каждой из составляющих частот задержка будет своей.

.

Потом на все это наслаивается собираемая информация в разрезе времени. Грубо говоря, снэпшот из одной точки объединяется со снэпшотом из точки в полуметре справа, а потом из точки в полуметре вперед и так много-много раз, отчего и «резкость» и детальность повышается. В целом, оно и у нас так — мы ведь видим только пятно перед собой четко, а остальное достраивается мозгом. Но мозг летучей мыши весит 1-2 грамма против наших полутра килограмм.

.

Вот задумайтесь, летите вы с таким встроенным радаром, и перед вами две ветки на одинаковом расстоянии, которые производят по сути один и тот же отклик для их ушей. И чтобы их различать и понимать, что это не один объект, а два, нужен реально продвинутый мозг.

.

Итак, они посылают импульсы длиной 1-20 мс, плюс паузы между импульсами подлиннее. Импульсы сложные по частотам, так что такие мыши называются мышами с частотной модуляцией (FM). Но есть около 160 видов, у которых крик идет значительно дольше — многие десятки миллисекунд, но с короткими паузами, и вместо сложной гаммы частот, эти используют чистую «ноту». Такие мыши называются CF — constant frequency. Так вот у этих мышек есть проблема с эффектом Допплера — это увеличение частоты при сокращении расстояния. Поскольку их мозг настроен на жесткую частоту, типа 87кГц например, они могут потерять добычу, если в их уши будет попадать отклик, смещенный по частоте. И что они делают — они орут на скорости звуком ниже, чтобы он по итогам эффекта Допплера пришел в нужной мозгу частоте.

.

Кстати, радар у них имеет два режима — вперед и вниз, отклики от которых обрабатываются отдельно. Радар вниз дает информацию о положении в пространстве, а радар вперед — положении в пространстве жертвы.

.

Когда я ресерчил вопрос, я выяснил, что да, после 20кГц человек ничего не слышит, кроме одного исключения — частоты 2.4ГГц и 10Ггц, которые относятся вообще к микроволновому диапазону. Да, человек может «слышать» эти частоты, но не ухом, но «слышать». Это явление называется микроволновым слуховым эффектом или эффектом Фрея. Впервые эффект был зарегистрирован людьми, работавшими вблизи радаров в годы Второй мировой войны, причём воспринимаемые ими звуки не были слышны другим. Как оказалось, при воздействии импульсного или модулированного микроволнового излучения на участки вокруг улитки уха происходит его поглощение тканями внутреннего уха, сопровождающееся их термическим расширением. В ходе этого процесса возникают ударные волны, воспринимаемые человеком как звук, который больше никому не слышен. Также было обнаружено, что при соответствующем выборе модулирующего сигнала существует возможность передавать человеку информацию в виде отдельных слов, фраз и других звуков. В зависимости от параметров излучения создаваемый в голове звук может раздражать, вызывать тошноту и даже выводить из строя. Громкость воспринимаемого звука можно изменять, но акустическую травму нанести невозможно, поскольку барабанная перепонка никак в процессе не участвует. Вообще говоря, способ адресно передавать звуковые сообщения, абсолютно неслышимые для других, рождает целый букет возможностей. Интересно, ведутся ли сейчас исследования по этой теме. Гуглеж показывает, что раньше они были довольно интенсивными.»

Я когда-то это опубликовал вместе с видео, а фейсбук считвает, то если публикуешь видео, то к нему текст должен занимать одну, максимум две строки. И в итоге никто этот текст почти не увидел. Все смотрели видео летающей по моей квартире летучей мыши 🙂