Как животные кричат на большие расстояния
В то время как люди могут передать только около 1% своей голосовой мощности через речь, некоторые животные и млекопитающие способны передавать 100%. Секрет их дальнобойного воя — комбинация высокой частоты, широко открытого рта и умного использования формы тела для направления звука. Ни один из этих факторов не может быть воспроизведен человеком.
Исследование опубликовано в Journal of the Acoustical Society of America и финансировалось Национальным институтом глухоты и других коммуникативных расстройств (NIDCD).
Эффективная передача звука
Животные производят звук, перемещая воздух из легких через горло и наружу через рот. Медленно движущийся воздух должен быть преобразован в быстрое колебательное движение. На каждом этапе часть звуковой мощности теряется. Лишь около 10% аэродинамической мощности, произведенной в легких, доходит до горла. Мягкие ткани в горле поглощают звук еще больше. Ключевой показатель — радиационная эффективность — количество звука, передаваемого изо рта.
Именно ее расчет вводят в этом исследовании Инго Титце и аспирант Анил Палапарти. "Мы вернулись к математике, доступной 100 лет назад, — говорит Титце. — Мы посмотрели на более современный способ вычисления и вывели формулу эффективности".
Некоторые птицы и млекопитающие размером меньше волейбольного мяча могут кричать так же громко, как человек, в основном из-за высокой радиационной эффективности.
Почему у них получается, а у нас — нет
В расчетах факторов, влияющих на радиационную эффективность, Титце и Палапарти обнаружили, что животные обладают тремя ключевыми характеристиками:
Широкий рот / клюв.
Высокая частота звука. Человеческая речь требует большого разнообразия гласных и согласных, для чего нужна низкая частота. Животным, посылающим дальний сигнал, не нужно такое различение звуков, и они могут использовать более высокий тон. "Излучаемая мощность резко возрастает, — пишут исследователи, — когда длина звуковой волны сравнима с диаметром рта или клюва".
- Средний диаметр открытого человеческого рта — около 50 мм. Это дает оптимальную частоту 6860 Гц. В речи люди обычно производят основные частоты до 300 Гц — намного ниже оптимума.
Способность превращать все тело в акустическую отражающую камеру (бафл). Бафл — это отражающая поверхность, направляющая звук вперед (как корпус колонки). Чтобы стать бафлом, животное запрокидывает голову назад, иногда втягивая ее в тело. Человек обладает относительно негибкой шеей, которая не позволяет выполнить ту же функцию.
Комбинация этих факторов означает, что людям для улучшения эффективности можно только "широко открыть рот". "Биология это не поддерживает", — говорит Палапарти.
Подача сигналов бедствия
Это не значит, что люди не могут извлечь уроки из мощных криков животных. Титце провел исследование (скоро будет опубликовано), чтобы проверить, как далеко и как разборчиво человек может подать крик о помощи. Умение кричать эффективнее может стать вопросом жизни и смерти в чрезвычайной ситуации, когда электронные средства связи (телефонные сети) недоступны.
"И не один или два раза, — говорит Палапарти, — а в течение долгого времени, экономя энергию, пока не прибудет помощь".
"Если мы потеряем возможность электронного усиления голоса и нам придется перейти на естественное производство звука, — добавляет Титце, — что смогут сделать люди, чтобы их сообщения доходили на большие расстояния?"