Звуки, издаваемые зубатыми китами под водой

Локационные сигналы

Уже в первых экспериментах по исследованию эхолокационного поведения дельфинов различными авторами было установлено, что как только дельфин устремляется на всплеск, например, от брошенной рыбы или других предметов, он начинает излучать серии коротких сигналов, воспринимаемых человеком как щелчки, частота следования которых меняется по мере сближения животного с объектом. Именно эти наблюдения позволили считать, что с помощью таких щелчков дельфины получают информацию о местонахождении предметов и об их качественных характеристиках, то есть, что эти звуковые сигналы используются животными в целях эхолокации. В целом их можно охарактеризовать как короткие, широкополосные импульсные сигналы, частота следования которых варьирует в зависимости от ситуации.

Длительность локационных импульсов может быть очень малой - от 7-8 до 100 микросекунд, а частота их следования - от 2 до 525 импульсов в секунду. При максимальном темпе излучения звук воспринимается нами уже не как щелчок, а как скрип петель открывающейся двери. Наблюдения за афалиной показали, что в спокойном режиме плаванья животного частота издаваемых ею щелчков сохраняется в пределах 10-15 импульсов в секунду. Однако при подходе к лоцируемому неподвижному объекту на расстояние 0,4 метра она переходит на форсированный режим излучения сигналов, и частота их следования мгновенно возрастает до 200, а затем и до 500 импульсов в секунду. В отличие от летучих мышей, у которых увеличение частоты сигналов совпадает с моментом обнаружения предмета, афалина переходит на форсированный режим излучения зондирующих сигналов только вблизи лоцируемого объекта, то есть много позже того, как она обнаружила его и опознала.

Спектральный анализ этих сигналов показал, что помимо частот звукового диапазона в сигнале афалины присутствуют мощные ультразвуковые составляющие частотой вплоть до 208 килогерц. Это заставляет отнести сигналы дельфинов с низко- и высокочастотными компонентами к классу сложных, в частности шумоподобных, сигналов.

Использование дельфинами в целях эхолокации шумоподобных широкополосных сигналов дает им ряд преимуществ. Расширение полосы частот улучшает обнаружение слабого эхо-сигнала на фоне шумов, так как сигналы с широкополосным спектром более помехоустойчивы, чем с узкополосным. Кроме того, широкая полоса частот в сигнале значительно повышает разрешающую способность локатора, способствуя тонкому распознаванию различных подводных объектов.

Специфической особенностью локационной системы дельфина является способность к одновременному зондированию среды импульсами разной временной и спектральной структуры. Если в направлении головы животного, совпадающем с направлением так называемой акустической оси излучающей системы, длительность локационных импульсов не превышает 25 микросекунд, то по мере все большего отклонения зондирующего сигнала от акустической оси его длительность возрастает до 100 микросекунд. Спектральный состав сигналов при этом претерпевает значительные изменения. В направлении акустической оси излучаются сигналы, характеризующиеся наиболее широкополосным спектром. Максимум интенсивности при этом приходится на область 60-90 килогерц. Поворот головы относительно объекта лоцирования на пять градусов приводит к смещению спектра на 20 килогерц. Таким образом, обусловленность изменения спектральной структуры локационных сигналов в зависимости от направления подачи звука позволяет животному более эффективно производить зондирование окружающей среды.

Две осциллограммы локационных сигналов афалины
122. Две осциллограммы локационных сигналов афалины. В направлении рострума животного, совпадающем с акустической осью, длительность локационных импульсов не превышает 10 микросекунд (осциллограмма слева), но по мере отклонения от этой оси длительность импульсов все более возрастает (осциллограмма справа).