Природный звук — не только пение птиц или шум прибоя. Это результат колебаний, которые возникают при движении воздуха, воды, почвы, льда или частей живого организма. По тембру и ритму звука иногда можно предположить, что происходит вокруг, но одинаковое звучание не всегда означает одинаковую причину: ветер, например, может свистеть в узкой щели, шелестеть в листве или гудеть в проводах.
Чтобы разобраться в необычных звуках, полезно разделять три вещи: источник колебаний, среду, через которую они распространяются, и то, как их воспринимает слушатель. Такой подход объясняет и привычные явления — гром после молнии, — и менее очевидные, например «поющую» дюну. Ниже собраны основные типы природных звуков и факты, которые помогают понять их происхождение.
- Как звук возникает и распространяется в природе
- Звуки животных: сигнал, способ передвижения и случайный шум
- Птицы и насекомые создают звук разными способами
- Эхолокация и звуки за пределами человеческого слуха
- Ветер, вода, гром и лёд: звуки неживой природы
- Почему некоторые песчаные дюны «поют»
- Сравнение источников природных звуков
- Как наблюдать звуки природы
- Частые вопросы
- Почему гром слышен после вспышки молнии?
- Все ли животные слышат те же звуки, что и человек?
- Можно ли по звуку определить, безопасен ли лёд?
- Почему одна и та же природная местность звучит по-разному?
- На чём основаны объяснения
Как звук возникает и распространяется в природе
Звук появляется, когда источник совершает колебания и передаёт их окружающей среде. В воздухе распространяются чередующиеся области сжатия и разрежения; в воде и твёрдых телах колебания тоже могут передаваться, но свойства среды меняют скорость и характер распространения. В пустоте звуковая волна не распространяется: ей нужна среда, частицы которой могут передавать колебания.
При температуре около 20 °C звук в воздухе движется примерно со скоростью 343 метра в секунду. В морской воде скорость обычно близка к 1500 метрам в секунду, однако зависит, в частности, от температуры, солёности и глубины. Поэтому звук под водой распространяется иначе, чем в воздухе, а его дальность и чёткость определяются не только громкостью источника.
На открытом месте звук может ослабевать с расстоянием, отражаться от поверхностей или менять направление в неоднородном воздухе. Отражение от скал, зданий и других преград иногда создаёт эхо; рассеяние среди листвы делает звучание менее отчётливым. Температурные слои и ветер тоже влияют на то, насколько хорошо слышен удалённый источник, поэтому один и тот же шум в разных условиях воспринимается по-разному.
Важно отличать громкость от высоты тона. Высокий звук связан с частыми колебаниями, низкий — с более редкими; громкость же зависит от силы колебаний и условий восприятия. Ультразвуком обычно называют частоты выше верхней границы человеческого слуха, приблизительно 20 килогерц, а инфразвуком — частоты ниже примерно 20 герц. Это условные границы: слуховые возможности различаются у разных людей и меняются с возрастом.
Звуки животных: сигнал, способ передвижения и случайный шум
Птицы и насекомые создают звук разными способами
Пение птиц — не просто «голос» в бытовом смысле. У птиц звук формируется в сиринксе, расположенном в нижней части дыхательных путей; строение этого органа позволяет многим видам создавать сложные сочетания тонов. Позывки могут помогать поддерживать контакт, предупреждать об опасности или обозначать присутствие, но значение конкретного сигнала зависит от вида и ситуации. Cornell Lab of Ornithology описывает птичьи звуки как важную часть поведения и коммуникации, а не как универсальный язык с одинаковыми для всех видов «словами».
У многих насекомых источник звука устроен иначе. Сверчки обычно стрекочут, быстро проводя зубчатой частью одного крыла по участку другого; цикады создают звук при помощи специальных мембран, которые вибрируют под действием мышц. В обоих случаях слышимое стрекотание — результат повторяющихся механических колебаний, но механизм у животных не один и тот же. По звуку можно распознать некоторые виды, если известны местная фауна, сезон и характерный ритм, однако одной записи иногда недостаточно для точного определения.
Эхолокация и звуки за пределами человеческого слуха
Летучие мыши используют эхолокацию: издают короткие звуковые сигналы и анализируют отражения от предметов и добычи. Многие такие сигналы относятся к ультразвуку, поэтому без специального детектора человек обычно их не слышит. Прибор преобразует высокочастотные сигналы в диапазон, доступный человеческому уху, но запись после такого преобразования не является точной копией того, как звук воспринимает животное.
Зубатые киты, включая дельфинов, также применяют эхолокацию под водой. Они испускают звуки и воспринимают их отражения, получая сведения об объектах вокруг. Подводное звучание не следует представлять как «разговор на человеческом языке»: сигналы животных связаны с конкретными задачами, а сложность коммуникации зависит от вида. Материалы NOAA Ocean Exploration помогают понять, почему акустические наблюдения особенно важны для изучения подводной среды, где зрение часто ограничено.
Низкочастотные сигналы могут распространяться на большие расстояния, но это не значит, что любой далёкий гул обязательно слышен человеку или имеет биологическое происхождение. Источниками инфразвука бывают природные процессы, включая сильные атмосферные явления, а также деятельность человека. Для изучения таких колебаний используют специальные датчики: отсутствие слышимого звука не означает отсутствия акустического сигнала.
Ветер, вода, гром и лёд: звуки неживой природы
Ветер редко звучит сам по себе как единый «свист». Чаще слышны колебания предметов и воздушных потоков: листья трутся друг о друга, трава шелестит, а воздух проходит через отверстия, полости и узкие промежутки. Поэтому порыв ветра способен менять тембр при движении по лесу, ущелью или открытому склону. Если поток действует на конструкцию, возникает дополнительный источник вибрации — такой звук уже нельзя объяснить только движением воздуха.
Шум воды зависит от характера потока. Ровное течение, разбивающиеся о берег волны и вода, падающая с высоты, создают разные сочетания частот и громкости. На звучание влияют скорость, глубина, форма русла, камни и пузырьки воздуха. Именно поэтому шум небольшого ручья может быть заметным в тихом лесу, но теряться на фоне ветра или рядом с сильным водопадом.
Гром возникает вследствие молнии. Электрический разряд резко нагревает воздух вдоль своего пути, и тот быстро расширяется; возникшие колебания достигают слушателя как раскат грома. Свет молнии приходит раньше звука, поскольку свет распространяется гораздо быстрее звуковой волны. Поэтому временной промежуток между вспышкой и громом помогает понять, что гроза находится не рядом, но сам по себе не заменяет правил безопасности во время грозы.
Треск льда — ещё один пример звука, который не обязательно означает разрушение всего ледяного покрова. Лёд расширяется и сжимается при изменении температуры; напряжение в его толще может вызывать трещины и колебания. На замёрзшем водоёме такие звуки иногда кажутся необычайно громкими из-за того, как колебания распространяются по льду и воде. По одному только звуку нельзя надёжно оценить прочность льда или безопасность выхода на него.
Почему некоторые песчаные дюны «поют»
В отдельных пустынных районах при движении песка по склону возникает протяжённый низкий гул. Его могут вызывать согласованные колебания множества песчинок во время лавинообразного сползания слоя песка. Для эффекта важны особенности песка и условия на склоне; он наблюдается не у каждой дюны и не при любой погоде. Объяснение через взаимодействие и коллективные колебания зёрен помогает понять явление, но конкретные условия звучания могут различаться от места к месту.
Этот пример показывает, почему необычный природный звук не всегда имеет единственную простую причину. На результат одновременно влияют свойства материала, форма поверхности, влажность и движение. Если условия меняются, тот же склон может звучать тише, иначе или вовсе оставаться беззвучным для наблюдателя.
Сравнение источников природных звуков
| Источник | Что колеблется | Что влияет на звучание | Полезная оговорка |
|---|---|---|---|
| Птичий сигнал | Воздух при работе голосового аппарата | Вид, поведение, расстояние и среда | Один звук не всегда позволяет определить вид или смысл сигнала |
| Стрекотание насекомых | Крылья или специальные мембраны | Механизм, ритм и условия наблюдения | Разные группы насекомых создают звук по-разному |
| Гром | Воздух, резко нагретый молнией | Расстояние, направление и рельеф | Задержка звука после вспышки не является оценкой безопасности |
| Треск льда | Лёд и связанная с ним среда | Температура, напряжение и строение покрова | Звук не показывает надёжно толщину или прочность льда |
| Гул песчаного склона | Движущиеся песчинки и слой песка | Свойства песка и условия его движения | Эффект возникает лишь при подходящих условиях |
Как наблюдать звуки природы
Для любительских наблюдений достаточно отмечать не только название услышанного звука, но и обстоятельства: время, погоду, место, длительность и то, повторялся ли звук. Полезно записывать, что происходило непосредственно перед ним: порыв ветра, движение воды или появление животного. Такие детали помогают отделить наблюдение от предположения и впоследствии сравнить несколько случаев.
- Запишите звук и коротко опишите обстановку, не полагаясь только на память.
- Сравните несколько записей, сделанных в разных местах или при разной погоде.
- Для ультразвука или инфразвука используйте подходящее оборудование: обычный телефон может не уловить нужные частоты.
- Не приближайтесь ради записи к грозе, опасному берегу, дикому животному или неустойчивому льду.
Запись тоже требует осторожной интерпретации. Микрофон, автоматическая обработка телефона и расстояние до источника меняют тембр и громкость; усиление тихих участков может сделать заметными звуки, которые в момент наблюдения почти не слышны. По этой причине аудиофайл полезен для сравнения и документирования, но не всегда достаточен, чтобы уверенно назвать источник.
Частые вопросы
Почему гром слышен после вспышки молнии?
Свет от вспышки достигает наблюдателя намного раньше, чем звуковая волна от разряда. Гром может звучать как резкий удар или как продолжительный раскат: на характер влияют форма и протяжённость канала молнии, расстояние и отражения от окружающих объектов.
Все ли животные слышат те же звуки, что и человек?
Нет. Диапазон слуха зависит от вида: некоторые животные воспринимают ультразвуковые или низкочастотные сигналы, недоступные человеческому уху. Поэтому отсутствие слышимого для человека звука не означает, что среда акустически «тихая» для животных.
Можно ли по звуку определить, безопасен ли лёд?
Нет, треск или гул не дают надёжной оценки толщины и прочности ледяного покрова. Не выходите на лёд только потому, что он звучит привычно или не издаёт заметных звуков.
Почему одна и та же природная местность звучит по-разному?
Меняются ветер, температура, влажность, активность животных и состояние воды или поверхности. Кроме того, слушатель может находиться в другом месте, а преграды и отражения меняют то, что до него доходит.
На чём основаны объяснения
Физические сведения о распространении звука соответствуют базовым положениям акустики; данные о подводной среде можно сверять с образовательными материалами NOAA Ocean Exploration. Сведения о птичьих звуках и их роли в поведении представлены в справочных материалах Cornell Lab of Ornithology, а исследования природных низкочастотных сигналов и акустических наблюдений — в материалах USGS. Условия возникновения гудения песка описаны обобщённо: оно не характерно для всех дюн, и его нельзя объяснять одним универсальным набором условий.
