Шум. История человечества. Необыкновенное акустическое путешествие сквозь время и пространство
Шрифт:
В течение нескольких миллионов лет после выхода на сушу у позвоночных сформировался привычный нам орган слуха: наружное ухо (обычно с ушной раковиной), слуховой канал, среднее ухо и внутреннее ухо с чувствительными волосковыми клетками, которые воспринимают звуковой сигнал, а затем по слуховым нервам информация поступает в мозг. Плюс барабанная перепонка со слуховыми косточками: молоточком, наковальней и стремечком. Это хрупкая и очень чувствительная конструкция. В отличие от многих других органов ухо с трудом восстанавливается после повреждений, а сильная травма может привести к глухоте или тиннитусу, ведь чувствительные волосковые клетки не способны к регенерации.
Чтобы лучше понимать природу шума, нужно взглянуть на него с точки зрения физики. То, что мы называем громкостью звука, по сути является уровнем звукового давления и измеряется в децибелах (дБ). Децибел – это десятая доля бела. Данная единица измерения
Труднее всего понять, что единица измерения громкости звука имеет логарифмический характер. Попросту говоря: измерение в децибелах не предполагает плавного и равномерного изменения значений, как в случае измерения веса килограммами, а длины – метрами. Уровень звукового давления, измеряемый в децибелах, растет чем дальше, тем быстрее. Его повышение всего на 10 дБ может означать резкое усиление громкости: так, например, звук 60 дБ почти вдвое громче, чем 50 дБ. Начало отсчета, полная тишина, – это 0 дБ. Беседа (от спокойной до очень оживленной) – примерно 50–60 дБ, шум газонокосилки – 70–80 дБ, рок-концерт – 110 дБ. Шум низко летящего самолета находится на уровне около 120 дБ, а грохот взорвавшейся петарды может достигать 140 дБ. После 1925 г. в немецкой психоакустике использовалась еще одна единица измерения – фон. Сейчас она вышла из употребления, но раньше служила для оценки громкости звука в субъективном восприятии.
Вторая важная единица измерения, герц (Гц), получила свое название в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца (1857–1894). В герцах измеряется очень значимый показатель уровня звука – число колебаний в секунду. Чем выше это число, тем выше тоны шума. Например, низкий гул звучит на частоте 50 Гц (то есть в секунду происходит 50 колебаний), а высокий писк – на частоте 4000 Гц, то есть 4 кГц (килогерц). Человек способен слышать звуки в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц. Более высокие частоты – это ультразвук, более низкие – инфразвук. Слух животных гораздо острее человеческого, особенно это касается ультразвука. Так, например, кошка воспринимает звуки в диапазоне от 65 Гц до 75кГц, а летучая мышь – от 1000 Гц до 150 кГц.
Частота имеет значение, потому что от нее зависит наше восприятие звука. Низкие тона раздражают слух гораздо меньше высоких. Низкий звук на частоте 10 Гц и силой звукового давления 100 дБ – это громко, но высокий звук (1000 Гц) люди находят громким уже при силе давления 40 дБ. Обыкновенные комары служат наглядным примером того, какими неприятными могут быть высокие тона. Тон звука, издаваемого насекомым в полете, зависит от числа взмахов крыла в секунду: чем меньше это число, тем ниже звук. Крылья мух, например, совершают примерно 300 взмахов в секунду, а у комара этот показатель может быть в 5 раз выше и достигать 1500 взмахов в секунду. Поэтому мухи гудят и жужжат, а комары высоко и пронзительно пищат, превращая летнюю ночь в пытку.
Низкие тона могут звучать угрожающе, но лишь высокие звуки тревожат и пугают по-настоящему. Поэтому сирены звучат на высоких частотах, и ровно по той же причине автомобильная сигнализация не гудит, а пищит и завывает.
Тираннозавр кукарекал на рассвете?
Территория современного Китая в глубокой древности. Заболоченная местность в пойме реки. Здесь растут молодые сочные травы и пасется стадо завролофов. За бульканьем и плеском почти не слышно, как к ним приближается тарбозавр. Сначала он слышит их и чувствует их запах. Он очень плохо видит. Его глазки кажутся совсем крошечными на массивной голове. Зато поражают размеры его зубов – сантиметров по десять каждый. Внезапно одиннадцатиметровый гигант срывается с места и бежит, его массивные ноги с силой отталкиваются от земли, так что она содрогается от каждого толчка. Он не издает ни звука, слышен только его равномерный топот и плеск воды. Стадо обращается в бегство – на долю секунды позже необходимого. Одна из самок поскальзывается в иле и падает. Тарбозавр бросается на нее. Раздается пронзительный вопль, потом характерный предсмертный хрип. И вновь тишина. Лишь на следующий день, на рассвете, ее снова нарушает звук, в последнее время обычный для этих мест: низкое рычание, затем пронзительный, будто чаячий, крик – и так три раза подряд. Этой ночью тарбозавр спарится с самкой.
Никто не знает, какие звуки издавали динозавры. Вот флегматичный 37-метровый гигант патаготитан – очевидно, самое большое животное, когда-либо обитавшее на Земле. Возможно, он мычал, как корова? А вороватый велоцираптор верещал, как рассерженная сорока? Действительно ли рык тираннозавра звучал так грозно и устрашающе, как
3
Forscher versuchen das Ratsel der Dinos zu losen // Neue Rhein/Neue Ruhr Zeitung. 05.05.2020.
Тем не менее ученые уверены в том, что голос реального тираннозавра звучал совсем не так, как на экране. Поскольку ближайшими ныне существующими родственниками динозавров являются птицы, очень вероятно, что и голоса динозавров (по крайней мере, некоторых видов) были похожи на птичьи. По словам профессора Фрея, «возможно – и это кажется мне весьма забавным, – тираннозавр рекс пел на рассвете, как деревенский петух». Каждый, кого будило на рассвете звонкое «кукареку», знает, насколько громкой может быть эта небольшая птица.
Вот в чем главная проблема палеонтологов: голосовой аппарат состоит преимущественно из мягких тканей. В отличие от костей они не превращаются в окаменелости. Так что для реконструкции голосов динозавров приходится прибегать к аналогиям. Раз динозавры родственны птицам, то, вероятно, у них не было голосовых связок. Скорее они имели резонаторные полости, отдаленно схожие с голосовыми воздушными мешками современных лягушек.
Согласно результатам исследования, проведенного в 2016 г. в Среднезападном университете Иллинойса (США), древнейшие ящеры могли ворковать, урчать и своеобразно подвывать [4] . Объектом изучения в данном случае был сиринкс, голосовой орган современных птиц, который помогает им издавать такие разнообразные звуки – от заливистых соловьиных трелей до мрачного вороньего карканья. Причем во многих случаях птицам, особенно крупным, даже не приходится открывать клюв, чтобы пообщаться друг с другом. Такая особенность известна, в частности, у голубей и страусов. Воркование голубя, например, передается стенками пищевода и кожей горла. Похожим способом извлечения и передачи звука пользуются и страусы – прежде всего, для поиска и привлечения партнерши. Маленьким птахам данный способ извлечения звуков недоступен, они могут только пищать. Чтобы ворковать, птица должна быть достаточно крупной. Так что очень может быть, что ужасный рык тираннозавра в реальности был похож на воркование чудовищного голубя.
4
Riede T., Thomson S., Titze I., Goller F. The evolution of the syrinx: An acoustic theory // PLoS Biol. 2009. 17 (2): e2006507.
Грохот астероидов
Во времена первых животных громкие звуки были скорее исключением, чем правилом. Достаточно высокая тектоническая активность была причиной частых землетрясений и извержений вулканов, но грохот природных катастроф так равномерно распределялся по бесконечным миллионам лет, что практически не беспокоил первых обитателей планеты. Благодаря возникновению лесов на земле наконец зашумел ветер. В этих лесах росли еще не привычные нам деревья, ветер касался лишь листьев (ваий) первых папоротников. Крупные растения появились в девоне, упомянутом выше в связи с возникновением рыб. В 2017 г. палеобиологи описали древнейший известный нам вид растений, принадлежащий к классу кладоксилеевых, ныне вымерших родственников современных папоротников. Они росли на Земле 375 млн лет назад и могли достигать 10 м в высоту [5] . Их древовидный ствол венчала раскидистая крона. Привычных нам хвойных и лиственных деревьев придется еще подождать, но ветер шелестел в гигантских папоротниках уже как в современном лесу.
5
Unique growth strategy in the Earth’s first trees revealed in silicified fossil trunks from China // PNAS. 2017. 114 (45): 12009–12014.
Однако время от времени происходило нечто апокалиптическое, что просто невозможно было не услышать. Астероиды со свистом приближались к Земле, за грохотом столкновения следовали треск и гул землетрясения. Самый известный в истории взрыв произошел 66 млн лет назад, когда астероид диаметром 10–15 км врезался в нынешний полуостров Юкатан (Мексика). От удара образовался гигантский кратер, диаметр которого составляет около 200 км; только в 1991 г. удалось окончательно доказать его ударное происхождение. И астероид, и кратер получили свое название в честь маленького (чуть больше 4000 жителей) мексиканского поселка Чиксулуб, расположенного рядом с местом взрыва.