Особенности распространения звуковых сигналов в связи с условиями среды

Акустические свойства различных мест обитания животных

Многие виды млекопитающих живут в пустынях и степях, где воздух днем характеризуется низкой влажностью и высокой температурой. Как раз в таких условиях значительно ухудшается передача звуков частотой выше 1 килогерца в связи с более выраженным здесь поглощением высоких частот. Так, например, при относительной влажности воздуха, равной 20 процентам, затухание звука частотой 3 килогерца составляет 14 децибел на каждые 100 метров пройденного им расстояния, а при частоте 2 килогерца - всего 3 децибела. Ночью температура воздуха резко падает и характер распространения звука меняется. Измерения показали, что для звуковых волн частотой 3, 6 и 10 килогерц при температуре +55 градусов поглощение удваивалось по сравнению с поглощением при температуре +20 градусов.

Для животных, обитающих в лесу или в густой высокой траве, общение с помощью звуковых сигналов зачастую является единственным способом коммуникации. Однако на распространение звука в этих, так называемых закрытых, биотопах заметное влияние оказывают плотность и высота растительного покрова. Так, при прохождении звука частотой 10 килогерц над густой высокой травой затухание составляет 0,6 децибела на 1 метр, в то время как при распространении его над землей с редкой невысокой травой - всего 0,18 децибела на 1 метр. Для звука частотой 0,1 килогерца коэффициент потерь в обоих случаях очень мал, а именно 0,003.

Известно, что в лесу звуковая связь часто бывает затруднена присутствием сильных шумов, в первую очередь создаваемых кронами деревьев и кустарников. Уровень звукового давления таких шумов зависит от скорости ветра и может достигать больших величин. Всем понятно, что чем сильнее ветер, тем больше шумит лес, однако для характеристики звукового фона леса как одного из факторов среды обитания животных таких сведений мало. Необходимы количественные данные.

Летом и осенью в различных лесных биотопах мы провели измерения звукового фона при помощи звуковой измерительной аппаратуры, способной регистрировать не только уровень звукового давления всего шума, но и отдельных его частотных составляющих. Прежде всего оказалось, что при обычных погодных условиях уровень звукового давления шума в лесу может варьировать в пределах 35-80 децибел. При увеличении же скорости ветра от 1-2 до 3-5 метров в секунду уровень звукового давления шума возрастает в зависимости от характера леса на 2-10 децибел.

Кроме того, оказалось, что при одинаковой силе ветра интенсивность шума в лесах разного типа разная. Это явление было обнаружено и другими исследователями. Так, по данным В. Д. Ильичева, в старом густом ельнике уровень звукового давления шумов, возникающих под воздействием сильных порывов ветра, достигает 55 децибел, в ивняке - 49, а на островках осинового леса - 70. Существуют особенности и в спектральных характеристиках шумов в лесах разных типов. В хвойном, в частности сосновом, лесу шум слагается в основном из звуков частотой ниже 10 килогерц. В лиственных лесах спектральный состав шума леса богаче, так как здесь присутствуют не только низкочастотные, но и высокочастотные звуки. При усилении ветра доля высокочастотных компонентов шума возрастает в большей степени, чем низкочастотных. Важно отметить, что ни в одном из исследованных нами типов леса не были обнаружены ультразвуковые компоненты шума.

Амплитудно-частотный спектр шумов всякого леса имеет сложную форму и характеризуется наличием ряда максимумов. Физический анализ естественных шумов в смешанном лесу и осиннике выявил наличие в их спектре максимума на частотах ниже 0,3-0,5 килогерца. Второй, но уже менее выраженный максимум спектра соответствует частотам 3-6 килогерц. Таким образом, основная часть спектральных составляющих шума леса сосредоточена в области низких и средних частот звукового диапазона.

Изменение интенсивности звукового фона
10. Изменение интенсивности звукового фона (цифры в столбиках - количество децибел) в лесах разного типа в зависимости от скорости ветра. Основная часть шорохов леса состоит из звуков частотой ниже 10 килогерц, однако есть и более высокочастотные звуки - от 10 до 20 килогерц. Интенсивность низкочастотных и высокочастотных составляющих звукового фона в лесах разного типа зависит как от состава древесных пород, так и от скорости ветра.

Помимо шума листвы отрицательно влияют на эффективность звуковой связи зверей в лесу голоса птиц. Наиболее мощными помехами являются весенние песни птиц, связанные с периодом их размножения. Подавляющее большинство лесных птиц поют в светлое время суток. Спектр песен птиц лежит, как правило, в звуковом диапазоне не выше 10 килогерц. В связи со всеми этими обстоятельствами в весенний период интенсивность звукового фона леса наибольшая и имеет строго выраженную временную зависимость в течение суток.

Шум в лесу слагается не только из рассмотренных нами выше постоянных компонентов. Сюда следует включить такие периодически возникающие помехи, как шум дождя, грозы, а в некоторых случаях и индустриально-транспортные звуки. Все они также оказывают влияние на звуковую связь животных, хотя их роль в процессе коммуникации менее значительна.