отношении слух сходен со зрением. Сходство усиливается тем, что звуки тоже волны, только не электромагнитные, а совершенно иной природы. Их называют волнами сжатия, и распространяться они могут в любом веществе: в воде, металле, камне, ну и, конечно, в воздухе. Именно волны сжатия, следующие с частотой от 30 до 20 000 герц в секунду, мы и называем звуком.
Это не означает, что волн с иной частотой не бывает. Просто более редкие сжатия мы воспринимаем как вибрацию, а более частые не замечаем совсем. Эти более быстрые сжатия мы называем ультразвуком. Слух многих животных значительно совершеннее нашего. Они способны воспринимать быстрые колебания и активно пользоваться информацией, приносимой ультразвуками. Собаки воспринимают звуки с частотой до 45 000 герц, то есть способны анализировать информацию, приносимую волнами сжатия воздуха, возникающими 45 000 раз в секунду.
Ухо, или, точнее, звуковоспринимающий аппарат высших позвоночных, имеет достаточно сложное устройство. На дне ушных воронок находятся слуховые проходы, заканчивающиеся барабанной перепонкой. Предназначены ушные раковины для улавливания звуковых волн. Они создают приоритетные условия для проникновения в ушные проходы волн сжатия, приходящих из определенных точек пространства. У многих животных, обладающих изощренным слухом, уши большие и подвижные. Даже чемпионы по остроте слуха среди птиц — совы и филины, чьи предки появились на земле задолго до того, как природа изобрела звукоулавливающие рефлекторы из хряща и кожи, вынуждены были обзавестись аналогичным сооружением из перьев и пуха.
Ушные раковины млекопитающих служат как бы ловушкой для волн давления. У кошек, собак, оленей, антилоп и у многих других животных уши очень подвижны, могут поворачиваться навстречу звуковой волне, навстречу источнику звука. Благодаря этому даже слабые, идущие издалека звуки удается расслышать лучше, чем более близкие и громкие, а заодно избавиться от шумовых помех.
Уши человека и обезьян давно потеряли способность активно двигаться в поисках источника звука. Однако было бы неправильно думать, что они совершенно бесполезны и остаются лишь весьма сомнительным украшением головы. Пока не ясно, насколько они эффективны как воронка, собирающая энергию звуковой волны, но что ушные раковины помогают определять направление звука, не вызывает сомнений. Хрящевые бугорки, находящиеся внутри, задерживают звук. Величина этой задержки меняется в зависимости от того, с какой стороны он приходит. Мозг использует эту задержку, чтобы повысить точность локализации источника звука. Попробуйте рукой резко изменить форму ушной раковины, и сразу почувствуете, что определять направление звуков, особенно слабых, становится труднее.
Ушные раковины еще и резонаторы, они усиливают звук. Если частота звука близка к собственной частоте колебаний резонатора, давление воздуха в слуховом проходе, воздействующее на барабанную перепонку, усиливается по сравнению с давлением звуковой волны, падающей на наружное ухо. Кому довелось видеть ушанов — летучих мышей, проводящих лето у нас на Севере, наверняка был поражен их огромными ушами, размером превышающими тело зверька. С таким сооружением па голове жить, конечно, неудобно, да и уши невзначай можно повредить. Недаром животные, прекратив полет, тотчас их складывают. В развернутом виде эти изящные, тонкие, почти прозрачные и весьма подвижные органы выглядят изумительно красивыми. Они помогают зверькам улавливать самые тихие звуки.
Первым приемником звукового давления служат барабанные перепонки. Выгодно, чтобы они были большими. Это позволило бы животным воспринимать очень тихие звуки. Однако большие барабанные перепонки легко повредить. Поэтому у большинства животных они невелики, и звук должен обладать значительной силой, чтобы вызвать колебания, достаточные для его восприятия. Колебания барабанной перепонки с помощью системы крохотных косточек передаются на другую мембрану, так называемое овальное окно. У человека площадь барабанной перепонки в 18 раз больше основания стремечка, упирающегося в овальное окно, и звук усиливается в 18 раз. У животных, обладающих особенно тонким слухом, усиление может быть более значительным. Система косточек, передающих давление, тоже помогает усилению звуковых колебаний, правда, при этом значительно уменьшается их амплитуда.
За овальным окном расположен закрученный в виде улитки и заполненный жидкостью канал, разделенный двумя продольными перегородками на три самостоятельных канала. Одна из перегородок особенно важна для восприятия звука, она называется базилярной мембраной. Если ее вырезать и разгладить, она будет иметь вид трапеции, так у входа в канал она в 10–15 раз уже, чем на противоположном конце. Опорными элементами перегородки являются волокна, натянутые между стенками канала. На образованной ими мембране лежит самая важная часть слухового аппарата — кортиев орган. Он включает несколько слоев чувствительных волосковых клеток.
Колебания овального окна порождают в жидкости, заполняющей канал, волны сжатия, вызывая в базилярной мембране бегущую волну. По мере продвижения вдоль мембраны амплитуда волны увеличивается и, достигнув максимума, начинает быстро затухать. Место, где волна имеет предельную величину, зависит от частотных характеристик звука. Соответствующие сенсорные клетки информируют об этом мозг.
Если у позвоночных животных генеральная схема устройства слухового анализатора и его расположение на голове животного выдерживаются достаточно строго, то для насекомых законы не писаны. Их слуховой аппарат может находиться где угодно: на ногах и крыльях, на усиках-антеннах, на брюшке и на церках — зачатках брюшных конечностей, изредка на голове.
Наиболее простая конструкция — чувствительный волосок или «колышек» и подходящее к нему нервное волокно. Смещение волоска, вызванное звуковой волной, тотчас передается в нервный ганглий. Обычно каждый вид насекомых способен воспринимать относительно узкий диапазон звуковых волн. Среди них встречаются любители низких звуков с частотой 10–30 колебаний в секунду, специалисты по ультразвукам, воспринимающие звуковые посылки до 40 000 герц, но большинство слышат звуки среднего диапазона, лежащие где-то между инфра- и ультразвуками.
Звуковоспринимающий аппарат насекомых может обладать высокой чувствительностью. Пример тому дают крупные ночные бабочки. У совок, обычного объекта охоты насекомоядных летучих мышей, «ухо» располагается между грудью и брюшком, а у златоглазок — на крыльях. Эти «уши» способны улавливать высокочастотные колебания на расстоянии более 30 метров от источника звука. Зарегистрировав ультразвуковые посылки, испускаемые летучей мышью, бабочки складывают крылья и камнем падают в траву. Если маневр выполнен своевременно, летучая мышь остается с носом.
Животные с развитым слухом способны точно определять высоту звука, иными словами, его частоту. Лучше всего для этого годится кортиев орган позвоночных. Слуховой анализатор насекомых с таким анализом справляется плохо. Исключение — двукрылые. Им приходится по звукам, возникающим при работе крыльев, определять видовую принадлежность пролетающих мимо существ. А тут уж без частотного анализа никак не обойдешься. Самки желтолихорадочных египетских комаров во время полета совершают крыльями 500 взмахов в секунду. Женихам, прежде чем свататься, приходится хорошенько прислушаться к звукам, издаваемым невестой.
Обитателям леса важно не только услышать и установить характер звука, но и уметь определить место, где он возник. Особенно виртуозно с такими задачами справляются совы. Достаточно короткого, почти неслышного шуршания сухих травинок, чтобы сова с расстояния в 10–20 метров безошибочно определила, где прячется крохотный мышонок.
Для локализации источника звука используются различные приемы. Обычно для этого необходима совместная работа обоих ушей, особенно если сила звука невелика. В воздухе звук распространяется со скоростью 330 метров в секунду. Чаще всего звуковая волна сначала достигает одного уха, ближайшего к источнику звука, а немного позже добирается и до второго. Эта разница во времени — главный источник информации о местонахождении звука.
Ширина человеческой головы составляет в среднем 18, а окружность 56–58 сантиметров. Когда источник звука находится на 3 градуса правее средней линии тела, путь звуковой волны до левого уха увеличивается на 1 сантиметр, и она доберется до него с запозданием
