А. М. Рейман,
, ІПФ РАН, м Нижній Новгород

Що вміє ультразвук?

Введення і передісторія

Почнемо з визначення: «Ультразвук (УЗ) - пружні коливання і хвилі, частота яких перевищує 15-20 кГц. Верхня межа УЗ-частот обумовлена \u200b\u200bфізичною природою пружних хвиль і досягає 1 ГГц ». За цим коротким визначенням ховається величезний світ акустики, що вражає різноманітністю фізичних явищ, оригінальністю технічних рішень, Та й самою можливістю «почути нечутне».

Як і багато інших фізичних явищ, УЗ-хвилі зобов'язані своїм відкриттям нагоди. У 1876 р англійський фізик Френк Гальтон, вивчаючи генерацію звуку свистками особливої \u200b\u200bконструкції (резонаторів Гельмгольца), що носять тепер його ім'я, виявив, що при певних розмірах камери звук перестає бути чутним. Можна було припустити, що звук просто не випромінюється, однак Гальтон зробив висновок, що звук не чути тому, що його частота стає занадто високою. Крім фізичних міркувань, на користь цього висновку свідчила реакція тварин (передусім собак) на застосування такого свистка.

Свисток Гальтона (резонатор Гельмгольца)

Очевидно, що випромінювати ультразвук за допомогою свистків можна, але не дуже зручно. Ситуація змінилася після відкриття п'єзоефекту П'єром Кюрі в 1880 р, коли з'явилася можливість випромінювати звук, не можуть провітрювати резонатор потоком повітря, а подаючи на п'єзокристал змінна електрична напруга. Однак, незважаючи на появу доволі зручних джерел і приймачів ультразвуку (той же п'єзоефект дозволяє перетворювати енергію акустичних хвиль в електричні коливання) і на величезні успіхи фізичної акустики як науки, пов'язаної з такими іменами, як Вільям Стреттен (лорд Релей), ультразвук розглядався в основному як об'єкт для вивчення, але не для застосування.

УЗ-томограма тріщини в металі

УЗ-томограма руки

Наступний крок був зроблений в 1912 р, коли всього через два місяці після загибелі «Титаніка» австрійський інженер Олександр Бем створив перший в світі ехолот. Уявіть собі, як могла змінитися історія! З цього часу і до теперішнього часу УЗ-гидролокация залишається незамінним інструментом для надводних і підводних кораблів.

Ще один принциповий зрушення в розвитку УЗ-техніки був зроблений в 20-і рр. XX ст .: в СРСР були проведені перші експерименти по прозвучу суцільного металу ультразвуком з прийомом на протилежному краю зразка, причому реєструє техніка була влаштована так, що можна було отримувати двовимірні тіньові зображення тріщин в металі, подібні рентгенівським (Трубка С.А.Соколова). Так почалася УЗ-дефектоскопія, що дозволяє «побачити невидиме».

Очевидно, що застосування ультразвуку не могло обмежитися лише технічними додатками. У 1925 р видатний французький фізик Поль Ланжевен, займався оснащенням флоту ехолотом, досліджував проходження ультразвуку через м'які тканини людини і вплив ультразвукових хвиль на організм людини. Той же С.А.Соколовв 1938 р отримав перші томограми руки людини «на просвіт». А в 1955 р англійські інженери Ян Дональді Том Браун побудували перший у світі УЗ-томограф, в якому людина занурювався в ванну з водою, а оператор з УЗ-випромінювачем і УЗ-приймачем повинен був обходити об'єкт досліджень по колу. Вони ж вперше застосували до людини принцип ехолокації і отримали не просвітні, а відбивну томограму.

Наступні п'ятдесят років (практично до наших днів) можна охарактеризувати як епоху проникнення ультразвуку у всілякі області технічної і медичної діагностики і застосування ультразвуку в технологічних областях, де він дозволяє зробити найчастіше то, що неможливо в природі. Але про це докладніше.

Ехолокація в техніці

Найпростіший вид ехолокації - одновимірний. Імпульс напруги подається на випромінюючий елемент (генератор), той направляє в середу короткий акустичний імпульс. Якщо на шляху звукової хвилі зустрічається перешкода (межа розділу шарів з різними акустичними властивостями, наприклад, тріщина в металі), то частина сигналу відбивається і може бути прийнята датчиком, найчастіше розміщених там же, де і випромінювач. Сигнал перетвориться в електричний, посилюється і з'являється на екрані.

До принципом дії одновимірного УЗ-локатора

Вимірюючи час запізнювання прийнятого імпульсу щодо ізлучённого τ і знаючи швидкість звуку в середовищі c, Можна визначити відстань L до відбивача: L \u003d cτ / 2. Очевидно, що в реальних умовах доводиться вживати заходів до того, щоб ехолокатор не показував слабкі цілі для виключення помилкового спрацьовування. Для цього існують процедури оцінки мінімального порогового рівня чутливості виявлення. Крім того, розумно обмежитися деякою зоною інтересу по L, Виключивши з неї ближню зону, де завжди є потужні перешкоди, і дальню зону, Де корисний сигнал стає порівняємо по амплітуді з шумами. Якщо до цього додати управління посиленням прийнятого сигналу (причому його можна зробити залежним від дальності, щоб компенсувати ослаблення сигналу з відстанню), ми отримаємо універсальний ехолокатор, який з невеликими варіаціями може бути використаний для вирішення безлічі завдань технічної та медичної діагностики.

Піонери ультразвукової локації: Ф.Гальтон, А.Бем, С.А.Соколов, Т.Браун і Я.Дональд

У ехолокаційної техніці можна виділити кілька великих класів - рівнеміри, товщиноміри, ехолоти, дефектоскопи. Розрізняються вони в основному алгоритмами використання одержуваної акустичної інформації, тоді як основою для кожного з них як і раніше є описаний вище одновимірний ехолокатор. Наприклад, якщо поставити УЗ-зонд (в якому знаходяться випромінює і приймальний елементи) на днище закритій ємності з рідиною, вдасться виміряти її рівень, не заглядаючи в ємність, де може перебувати отруйна або вогненебезпечна речовина. Якщо ж нам невідомі акустичні властивості цієї рідини, можна поставити другий, так званий опорний, зонд на бічну стінку цієї ємності і визначати рівень рідини по відношенню часів запізнювання вертикального і горизонтального сигналів. Прикладом такого рівнеміра є вимірювач рівня одоранту природного газу (меркаптана) в ємності, яка завжди закрита, та ще й закопана в землю.

УЗ-прилади: зліва - УЗ-рівнемір; справа вгорі - УЗ-дефектоскоп для неруйнівного контролю маленьких деталей; внизу - УЗ-товщиномір

УЗ-товщиноміри застосовуються для безперервних вимірювань товщини листа (сталевого, скляного) при виробництві, а також товщини об'єкта, до якого є доступ лише з одного боку (наприклад, товщини стінки ємності або труби). Тут часто доводиться мати справу з дуже малими затримками, тому для підвищення точності вимірювань застосовують зациклення ехолокатора: перший прийнятий ехосигнал відразу ж запускає передавач для випромінювання наступного імпульсу і т.д., при цьому вимірюють час затримки, а частоту запуску.

Ехолоти, розвиток яких почалося майже сто років тому, використовуються зараз на найрізноманітніших об'єктах, від надводних і підводних військових кораблів до надувних човнів рибалок-любителів. Застосування комп'ютерів дозволило не просто відображати на екран ехолота профіль дна, але і розпізнавати тип об'єкту, що відображає (риба, грузило, згусток мулу і т.п.). За допомогою ехолотів складаються карти профілю шельфу, були виявлені добові коливання глибини розташування шару планктону в океані.

Рейковий УЗ-дефектоскоп АДС-02

Гостродефектні рейок на зламі

Мабуть, найбільш важливим застосуванням ехолокації в техніці є неруйнівний контроль конструкцій (металевих, бетонних, пластмасових) для виявлення в них дефектів, викликаних механічними навантаженнями. У найпростішому випадку дефектоскоп - це ехолокатор, на екрані якого відображається ехограма. Переміщаючи УЗ-датчик по поверхні контрольованого вироби, можна виявляти тріщини. Зазвичай дефектоскоп забезпечується набором УЗ-перетворювачів, що дозволяють вводити ультразвук в матеріал під різними кутами, і звуковою сигналізацією перевищення порога відбитим ехосигнали.

Серед металоконструкцій найбільш важливим об'єктом неруйнівного контролю є залізничні рейки. Незважаючи на значні успіхи впровадження засобів автоматики, на залізницях Росії найбільш поширений ручний контроль. Багатоканальний ехолокатор встановлюється на знімну візок, яку штовхає оператор. УЗ-датчики встановлюються в лижі, що ковзають по поверхні кочення рейок. Для забезпечення акустичного контакту на візку встановлюються баки з контактної рідиною (влітку - вода, взимку - спирт). І крокують тисячі операторів по всіх залізницях, штовхаючи візки, в сніг і дощ, в спеку і мороз ... Вимоги до конструкції апаратури високі - прилади повинні працювати в діапазоні температур від -40 до +50 ° С, бути пилевлагонепроніцаемимі, працювати від акумулятора. Перші вітчизняні рейкові дефектоскопи в СРСР були створені 50 років тому проф. А.К.Гурвічем в Ленінграді. розвиток обчислювальної техніки дало можливість в останнє десятиліття створити автоматизовані дефектоскопи, що дозволяють не тільки виявити дефект, але і записати всю ехограму пройденого шляху для перегляду інформації, її зберігання і подальшого аналізу в спеціальних центрах. Один з таких приладів - АДС-02 - був створений співробітниками нашого ІПФ РАН спільно з фірмою «Медуза» і випускається серійно Нижньогородським заводом ім. М.Фрунзе. До теперішнього часу більше 300 приладів працюють на російських залізницях, допомагаючи виявляти в рік по кілька тисяч так званих гострих дефектів, кожен з яких може стати причиною аварії. За застосування сучасних комп'ютерних технологій дефектоскоп АДС-02 отримав в 2005 р 1-е місце на міжнародному конкурсі розробників вбудованих систем в Сан-Франциско (США).

Стаття підготовлена \u200b\u200bза підтримки компанії «МегаЗабор». Якщо Ви вирішили придбати якісний і надійний паркан, який простоїть багато років, то оптимальним рішенням стане звернутися в компанію «МегаЗабор». Компанія «МегаЗабор» займається продажем і установкою зборів різної довжини висоти і складності конструкції і вже встигла зарекомендувати себе як якісний постачальник послуг. Більш детальну інформацію Ви зможете знайти на сайті www.Megazabor.Ru.

І дельфіни випускають ультразвук. Навіщо це потрібно і як воно працює? Давайте розберемося, що таке ехолокація і як вона допомагає тваринам і навіть людям.

Що таке ехолокація

Ехолокація, також звана біосонаром, являє собою біологічний гідролокатор, який використовується декількома видами тварин. Ехолоцірующіе тварини випромінюють сигнали в навколишнє середовище і слухають відлуння тих викликів, які повертаються з різних об'єктів поруч з ними. Вони використовують ці луна-сигнали для пошуку та ідентифікації об'єктів. Ехолокація застосовується для навігації і для фуражу (або полювання) в різних умовах.

Принцип роботи

Ехолокація - це те ж саме, що і активний сонар, який використовує звуки, що відтворюються самим тваринам. Ранжування здійснюється шляхом вимірювання тимчасової затримки між власним звуковим випромінюванням тваринного і будь-якими луна-сигналами, що повертаються з навколишнього середовища.

На відміну від деяких гідролокатором, створених людиною, які покладаються на надзвичайно вузькі промені і безліч приймачів для локалізації мішені, метод ехолокації тварин заснований на одному передавачі і двох приймачах (вуха). Відлуння-сигнали, що повертаються до двох вух, надходять в різний час і на різних рівнях гучності, в залежності від положення об'єкта, що генерує їх. Відмінності в часі і гучності використовуються тваринами для сприйняття відстані та напрямки. З ехолокацією кажан або інша тварина може бачити не тільки відстань до предмета, а й його розмір, то, яке це тварина, і інші особливості.

Летючі миші

Кажани використовують ехолокацію для навігації і фуражу, часто в повній темряві. Вони зазвичай виходять зі своїх нічлігів в печерах, горищах або деревах в сутінках і полюють за комахами. Завдяки ехолокації кажани зайняли дуже вигідну позицію: вони полюють вночі, коли багато комах, менше конкуренції за їжу і менше видів, які можуть полювати на самих кажанів.

Кажани генерують ультразвук через гортань і випромінюють звук через відкритий рот або, що набагато рідше, ніс. Вони випускають звук в діапазоні від 14 000 до понад 100 000 Гц, в основному за межами людського вуха (типовий діапазон слуху людини - від 20 Гц до 20 000 Гц). Кажани можуть оцінити переміщення цілей шляхом інтерпретації картин, викликаних відображенням ехосигналів від спеціального клаптя шкіри в зовнішньому вусі.

Окремі види кажанів використовують ехолокацію в певних діапазонах частот, які відповідають їх умов життя і типам видобутку. Це іноді використовувалося дослідниками для визначення виду кажанів, що населяють цей район. Вони просто записували їх сигнали за допомогою ультразвукових реєстраторів, відомих як детектори кажанів. В останні роки дослідники з декількох країн розробили бібліотеки сигналів кажанів, які містять записи місцевих видів.

Морські тварини

Біосонар цінний для підряду зубастих китів, який включає в себе дельфінів, косаток і кашалотів. Вони живуть в підводному середовищі проживання, яка володіє сприятливими акустичними характеристиками, і де бачення надзвичайно обмежена через каламутності води.

Найбільш значущих перших результатів в описі ехолокації дельфінів домоглися Вільям Шевілл і його дружина Барбара Лоренс-Шевілл. Вони займалися годівлею дельфінів і одного разу помітили, що ті безпомилково знаходять шматочки риби, які безшумно опускалися в воду. За цим відкриттям відбулася низка інших експериментів. на наразі встановлено, що дельфіни використовують частоти в діапазоні від 150 до 150 000 Гц.

Ехолокація синіх китів вивчена набагато менше. Поки що тільки будуються припущення, що «пісні» китів - це спосіб навігації і зв'язку з родичами. Ці знання використовуються для підрахунку популяції і для стеження за міграціями цих морських тварин.

гризуни

Зрозуміло, що таке ехолокація у морських тварин і кажанів, і для чого вона їм потрібна. Але навіщо це гризунам? Єдиними наземними ссавцями, здатними до ехолокації, є два роду землерийок, тейрекі з Мадагаскару, щури та щелезуб. Вони випускають серію ультразвукових скрипів. Вони не містять ехолокаційних відгуків з ревербераціями і, мабуть, використовуються для простої просторової орієнтації на близькій відстані. На відміну від кажанів, землерийки використовують ехолокацію тільки для вивчення місць проживання видобутку, а не для полювання. За винятком великих і, таким чином, сильно відображають об'єктів (наприклад, великий камінь або стовбур дерева), вони, ймовірно, не здатні розплутувати луна-сцени.

Найталановитіші ехолокатори

Крім перерахованих тварин, є й інші, здатні займатися ехолокацією. Це деякі види птахів і тюленів, але найвитонченіші ехолокатори - це риби і міноги. Раніше вчені вважали кажанів найздібнішими, але в останні десятиліття з'ясувалося, що це не так. повітряне середовище не розташовує до ехолокації - на відміну від водної, в якій звук розходиться в п'ять разів швидше. Ехолокатором риб є орган бічної лінії, який сприймає вібрації навколишнього середовища. Використовується як для навігації, так і для полювання. У деяких видів є ще й електрорецептори, які вловлюють електричні коливання. Що таке ехолокація для риб? Часто це синонім виживання. Вона пояснює, як осліпли риби могли доживати до поважного віку - їм і не потрібно було зір.

Ехолокація у тварин допомогла пояснити схожі здатності у слабозорих і незрячих людей. Вони орієнтуються в просторі за допомогою видаваних ними клацали звуків. Вчені кажуть, що такі короткі звуки видають хвилі, які можна порівняти зі світлом кишенькового ліхтарика. На даний момент дуже мало даних для розробки цього напрямку, оскільки здатні ехолокатори серед людей - велика рідкість.

Ті, хто прирікають всіх риб на мовчання і глухоту, вельми мало знають природу риб. - Еліан

Про голосах птахів, тварин годі й казати: кожна людина чув їх багато разів, іноді з насолодою, іноді з тривогою. В роботі орнітолога і зоолога XIII століття Ф. Гогенштауфена вже містилися цікаві відомості про будову слухової системи деяких пернатих. Зазначимо лише, що зараз пташині голоси іноді використовуються в практичних цілях. Так, щоб запобігти зіткненню птахів з літаками (для яких такі зіткнення можуть виявитися згубними), транслюють через потужний репродуктор записи криків жаху самих птахів, і ці крики відлякують пернатих від траси літака. Відомий досвід відтворення магнітофонних записів тих же пташиних голосів для того, щоб відганяти полчища комах від посівів або садів.

Зовсім інша справа - голоси мешканців моря. Звичайно, зауваження давньоримського письменника Еліана про можливість їх звукового спілкування було забуто, і навіть великий акванавт Жак-Ів Кусто, до часу не цікавився підводного акустикою, назвав одну зі своїх перших книг про глибини океану "Світом безмовності" (згодом він, правда, користувався вже визначенням "Світ без сонця"). Чутливі гідрофони, досконала звукоаналізірующая апаратура дозволили в наш час морським Біоакустика в короткий термін ліквідувати відставання від їхніх колег, що займаються акустикою повітряної і наземної фауни.

Тепер і питання починають ставити по-іншому: а чи багато взагалі є представників підводної фауни, не вдаються до звукового зв'язку, адже звук поширюється у воді значно краще, ніж електромагнітні хвилі.

Вивчено характер і призначення видаються підводними живими істотами звукових сигналів. Вони в общем-то мають таке ж походження і призначення, як і у наземних живих істот: це сигнали призову, агресії ( "бойовий клич"), оборонні. У період нересту звукова активність риб зростає. Азовський бичок, наприклад, виконує цілі нерестові пісні. Нерестові звуки нагадують квакання, верещаніе, скрип, вони активізують самок, які починають рухатися в сторону джерела звуку.

У амфібій ідентифікований такий складний сигнал, як сигнал самки, відмітає ікру і попереджає самця про те, щоб він не витрачав марно, за висловом біологів, "репродуктивний потенціал". Як бачимо, звукове спілкування в даному випадку сприяє реалізації мудрого закону природи про збереження кожного біологічного виду.

Певну біологічну інформацію несуть звуки руху деяких риб; при харчуванні виникають підводні звуки, пов'язані із захопленням і перетирання їжі. В СРСР випущені великі атласи звуків, що видаються різними мешканцями підводного світу.

Дослідникам знадобилося досить тривалий час, щоб визначити характер і розташування слухового органу (або групи органів) у риб. Рецептори звуку, як правило, знаходяться в голові риби, але у деяких риб (наприклад, тріски) слухове сприйняття можливо за допомогою так званої бічної лінії тіла. Як схожі розроблені людиною ще в 30-ті роки системи шумопеленгаторной приймачів по бортах корабля на бічну рецепторну лінію риб!

Виявлено два типи слухових апаратів: апарати, які пов'язані з плавальним міхуром, і апарати, в складі яких є плавальний міхур. Пузир діє подібно резонатору, і у риб зі слуховим апаратом другого типу слух більш чутливий.
Ваша здатність чути у людини на різних частотах визначається досить просто. Інтенсивність звуку даної частоти повільно збільшують. При певній інтенсивності людина говорить: "чую". Порогова чутливість слуху на цій частоті визначена. А як подасть риба сигнал про те, що вона чує даний звук? Американські вчені, вивчаючи підводний звук, визначали момент початку сприйняття звуку акулою по реакції її серцевого м'яза. Максимальної була Ваша здатність чути акули в області частот 20--160 герц, причому цікаво, що слухові пороги по звуковому тиску, коливального зміщення і коливальної швидкості частинок середовища у акули змінювалися в значно більшому ступені, ніж у людини.

Величезна кількість робіт присвячено звуковим сигналам дельфінів. Сигнали ці особливо різноманітні й досконалі. Деякі дослідники вбачають схожість сигналів дельфінів з древніми людськими мовами. Феноменальна здатність дельфінів до звуконаслідування. Очікують в зв'язку з цим, що коли-небудь почнеться свідомий діалог між дельфіном і людиною.

Косатки і дельфіни з різних морів, мабуть, можуть в тій чи іншій мірі розуміти один одного, про що свідчить такий експеримент. Двом косатки, до тих пір мовчазним, надали можливість протягом цілої години розмовляти по телефону (приймачами і випромінювачами звуку, зрозуміло, служили гідрофони). Одна з косаток перебувала в акваріумі в штаті Вашингтон, інша-в Ванкувері (Канада). Дослідники відзначали, що бесіда була дуже жвавою.

У тюленів виявлені не тільки висока здатність до звукоімітаціі, а й музичний слух. Групі піддослідних тюленів заспівали частина народної пісні жителів Гебридських островів. Один з тюленів чистим контральто повторив мелодію.
Вивченню живих звуків моря в значній мірі сприяло широке поширення різних підводних апаратів. У нашій країні початок був покладений підводним човном "Сварник", що відслужила свій військовий термін і переобладнаної потім для глибоководних досліджень. Велике було здивування екіпажу човна, коли, потрапивши в зграю оселедця, він виявив, що ця невелика риба може видавати досить інтенсивні звуки високого регістру!

Нові підводні апарати - буксируються, автономні - занурюються на глибини, недоступні підводному човні минулого покоління. І тут Гідронавт відкриваються, серед інших, і нові акустичні феномени.
Автору давно хотілося поговорити про це з М. І. Гирсом, який має на своєму рахунку найбільшу в нашій країні кількість глибоководних занурень в самих різних апаратах і названий журналістами "Гідронавт No 1". Але як побачити його, якщо на Канарських островах, де умов для занурення особливо зручні, він буває, мабуть, частіше, ніж у себе вдома, на Василівському острові?

Бесіда все ж відбулася. Для початку згадали, як семирічний Миша Гирс не без зусиль освоював ковзанярського мистецтво на ковзанці Центрального парку культури і відпочинку. Здається, це було зовсім недавно, але ось тепер М. І. Гірс - капітан-наставник, який опанував досконало техніку гідронавтікі, який навчив глибоководним зануренням спочатку сам себе (бо у нас не було фахівців в цій області), а потім і багатьох інших фахівців - Гідронавтів. Він справив десятки різноманітних, часом небезпечних занурень в Чорному і Середземному морях, в Атлантичному океані

Розмова стосувалася лише одного питання - застосування акустичної техніки при підводних зануреннях і дослідженнях.
- Звичайно, роль її дуже велика, - повідомив Гірс.- Можна визначати місця зародження косяків риб, шляхи їх міграції. Хоча гідрофонами системи, зважаючи на відносно малої водотоннажності підводних апаратів, менш досконалі, ніж суднові шумопеленгатори, але все ж чутливі гідрофони легко вловлюють звуки морських мешканців. Дуже характерні звуки, що видаються косатки, їх ні з чим не сплутаєш.
Говорячи про звуках мешканців моря, ми до сих пір мали на увазі перш за все практичну мету - можливість їх виявлення і вилову. Але є ще один аспект, пов'язаний вже не з практикою, а скоріше з психологією. Уявімо собі на мить ліс без пташиного співу. Важко, сумно людині в такому мертвому лісі. Можна зрозуміти, чому вільні від вахти підводники під час тривалих автономних плавань без виходу на поверхню раптом скупчилися біля рубки гідроакустика, попросять його дати хоч трохи послухати, що робиться за бортом. Криків косаток моряки радіють так само, як вони раділи б пташиним пісням в лісі, в полі, в саду.
І чим ближче буде людина до століття гідрокосмоса, ніж більш глибокі горизонти моря він буде обживати, тим більше буде цінувати звуки морських мешканців, які порушують зловісну тишу чорних морських глибин.

Тепер саме час поговорити і про більш складних звукових сигналах в тваринному світі, сигналах, пов'язаних з прийомом відбитого луни. Тут орнітологи і зоологи, що досліджують надводну фауну, випередили, в силу природних причин, морських Біоакустика. Вже досить давно було показано, що кажани користуються луна-локаційним апаратом для пошуку їжі у вечірній час. Пізніше були встановлені кількісні характеристики локаційних сигналів різних сімейств кажанів - подковоносов, ушанов, довгокрилих, кажанів, трубконосих. У останніх частота заповнення сигналів найбільша, вона досягає 160 кілогерц, тобто майже в десять разів перевищує верхню граничну частоту області чутності людського вуха. При цій частоті довжина звукової хвилі в повітрі не перевищує 2 міліметрів, тому кажан здатна виявляти комах зовсім малих розмірів.
Захоплюючись витонченим апаратом активної звуколокаціі, ентомологи довгий час не звертали уваги на те, що тіла метеликів, на яких полюють кажани, покриті волоссям. Виявилося, що цей волосяний покрив певною мірою поглинає високочастотні ультразвукові сигнали полюють кажанів, і останнім важче виявити свою здобич.

Далі більше. Зовсім недавно виявили, що існують види метеликів, які можуть випускати сигнали тієї ж частоти, що і провідні пошук кажани. Своїми перешкодами метелики збивають переслідувачів з курсу. Як не згадати системи активних перешкод радіо- і гідролокаційних станціям. Людина була впевнена в своєму пріоритеті в області активної радіо- і гидролокационной захисту літаків і кораблів, але природа в особі маленьких метеликів випередила його!

Деякі інші птахи - стрижі-салангани, таємничі гуахаро (південноамериканський Козодой) так-же мають здатність до луна-локації. Їх зхо-локаційних апарат не настільки досконалий, як у кажана, але все ж дозволяє їм орієнтуватися в просторі. Для стрижів це важливо з огляду на великий швидкості польоту, а для гуахаро, що мешкає в печерах, - через труднощі переміщення у вічній темряві.

І, нарешті, дельфіни. З точки зору "живий луна-локації" це, безсумнівно, вінець природи. Вони здатні "автоматично" зменшувати тривалість сигналів (посилок) і інтервали між сигналами при наближенні до мети, що сприяє точному наведенню на неї. Жирова подушка і виїмка відповідної форми в передній частині голови утворюють лінзу - концентратор випромінюваної звукової енергії, причому сектор, в якому випромінюються і приймаються звукові сигнали, може змінюватися. Частотна модуляція сигналу дозволяє дельфіна "відбудуватися від перешкод" і полегшує розпізнавання особливостей об'єкту, що відображає.
Дельфіни можуть за допомогою ехо-локації оцінювати форму відбиває тіла, його розміри (з точністю до декількох міліметрів), ступінь відображення звуку від нього. Їх локатор - багатоцільовий, тобто якщо в локаційних поле дельфіна знаходиться декілька об'єктів, що відбивають, то всі вони фіксуються. Деякі дослідники приписують дельфіна здатність сканування простору звуковим пучком, тобто як би порядкового зчитування луна-локаційної картини на досить далекій відстані попереду.

Безсумнівно, існують і риби, що володіють здатністю до зхо-локації, і лише недосконалість техніки глибинного лову не дозволяє поки виявити їх. Зате в науковій пресі з'явилося повідомлення про луна-локаційних сигналах золотоволосого пінгвіна, який, подібно до дельфінів, застосовує їх для пошуку їжі.

Ще кілька десятиліть тому біоакустики представляла собою як би архіпелаг окремих острівців знань. Зараз вона розвинулася в складну, технічно озброєну область біології та біоніки. Подальше вивчення голосів птахів, тварин, риб зміцнить в людині повагу до "малим цим", буде сприяти збереженню миру живої природи.

Наше коротке оповідання про світ звуків підійшло до кінця. Бути може, не у кожного читача воно збудить в повній мірі почуття захоплення перед усім, що гідне подиву в цьому світі. Але, без сумніву, ніхто не відмовить акустиці в різноманітті її проявів і широких можливостях застосування. А це вже є запорукою подальшого розвитку інтересу до даної галузі науки і техніки.

«Ультразвук фізика» - Застосування інфразвуку. Вивчення поведінки тварин. Історичне використання інфразвуку. Передбачення землетрусів. Кажан. Чи не сприймаються людським вухом. Медицина. Ультразвукові хвилі впливають на розчинність речовини і в цілому на хід хімічних реакцій. Великі дози - рівень звуку 120 і більш дб дають вражаючий ефект.

«Застосування ультразвуку» - Досвід 4. Ультразвук утворює вітер. 1. Операції на головному мозку без розтину черепної коробки. Область дослідження: акустика. Області застосування ультразвуку. Досвід 8. Ультразвук дегазує рідина. Дане явище можна використовувати для очищення хлорованої води. Досвід 1. Ультразвук зменшує тертя по хитається поверхні.

«Вплив ультразвуку» - Ендокринної системі. Механічні коливання. Тонізуючу дію. Спазмолітичну дію. Серцево-судинній системі. Знеболюючу дію. Історичне використання інфразвуку. Протизапальну дію. нервовій системі. Планктон. Ультразвук в невеликих дозах позитивно впливає на організм людини.

«Ультразвуковий датчик» - Герц (Гц, Hz) - одиниця вимірювання частоти, відповідає одному циклу в секунду. Рухи: Ковзання Обертання Жести Тиск. Фізичні основи ультразвуку. Що таке ультразвук? Відображення звуку. Взаємодія хвиль. Частота випромінювання. Сила (амплітуда) кожної відбитої хвилі відповідає яскравості відображеної точки.

«Ультразвук в медицині» - Ультразвукове дослідження. Народження ультразвуку. Ультразвук в допомогу фармакологам. Лікування ультразвуком. Ультразвук в медицині. Чи шкідливо ультразвукове дослідження. Ультразвукові процедури. Дитяча енциклопедія. Чи шкідливо ультразвукове лікування. План.

«Ультразвукове дослідження» - за допомогою ультразвуку ефекту Доплера вивчають характер руху серцевих клапанів вимірюють швидкість кровотоку. Ульразуковой пілінг шкіри обличчя. Спектральний Допплер Загальної каротидної Артерії. Наноситься бішофіт-гель і робочою поверхнею випромінювача проводиться мікро-масаж зони впливу. Крім широкого використання в діагностичних цілях, ультразвук застосовується в медицині як лікувальний засіб.

• Читати: Комунікація і мова тварин
• Читати додатково: Слух. слуховий аналізатор

сутність ехолокації

Під словом «локація» розуміється визначення місця розташування предметів, вимір їх координат і параметрів руху. У живій природі використовуються різноманітні форми і способи локації. У людини і більшості тварин визначення місця розташування навколишніх предметів здійснюється завдяки аналізаторів дистантного дії, в основному зорової та слухової, причому ці системи в функціональному відношенні у деяких тварин доведені до найвищої досконалості. Досить згадати про надзвичайну гостроту зору у денних хижих птахів або точності звукової пеленгации видобутку совами.

Для виявлення об'єктів навколишнього середовища деякі тварини використовують і інші види інформації. Глибоководні кальмари, наприклад, крім звичайних органів зору наділені особливими рецепторами, здатними вловлювати інфрачервоні промені, а своєрідні органи - «термолокатори» - гримучих змій служать для пошуків видобутку, сприймаючи теплове випромінювання живих істот і реагуючи на різницю температур в тисячну частку градуса.

Наведені приклади, незважаючи на їх різноманітність, є різні варіанти так званої пасивної локації, коли виявлення об'єктів здійснюється тільки шляхом прийому тієї енергії, яку безпосередньо випромінюють або переизлучают самі досліджувані об'єкти.

Порівняно недавно здавалося, що більш-менш чутливими органами дистантного виявлення як засобами пасивної локації обмежуються можливості живої природи.

На самому початку XX в. людство було право пишатися тим, що воно створило принципово новий, активний спосіб локації, при якому невидима перш мета опромінюється потоком електромагнітної або ультразвукової енергії і виявляється з по- міццю тієї ж енергії, але вже відбитої від мети. Радіо- і гідролокаційні станції - ці прилади активної локації - прийшли на зміну різного роду «слухачам» - приладів пасивного виявлення - і в даний час отримали величезний розвиток в рішенні народногосподарських, військових і космічних проблем. У той же час безсумнівно, що принципи радіолокації підказали біологам шлях до вирішення питання про форми просторової орієнтації у деяких тварин, які неможливо було пояснити функціонуванням добре відомих аналізаторів дистантного дії.

В результаті копітких досліджень за допомогою нової електронної апаратури вдалося встановити, що ряд тварин використовує методи активної локації із застосуванням двох видів енергії - акустичної та електричної. Електричної локацією користуються деякі тропічні риби, наприклад мор-Мирус, або водяний слоник, тоді як активна акустична локація відкрита у кількох представників наземних і водних хребетних, що стоять на різних рівнях еволюційного розвитку.

Акустична локація служить засобом виявлення об'єктів завдяки звуковим хвилям, що поширюються в даному середовищі.

За аналогією з радіолокації розрізняють дві форми акустичної локації: пасивну, коли виявлення здійснюється тільки шляхом прийому тієї енергії, яку безпосередньо випромінюють або переизлучают самі досліджувані об'єкти, і а к-т і в н у ю, при якій аналіз об'єкта заснований на попередньому опроміненні його звуковими сигналами з подальшим сприйняттям цієї ж енергії, але вже відбитої від нього. Перша форма акустичної локації здавна позначається як слух або слухове сприйняття, і звукові коливання приймаються слуховим аналізатором.

Другу форму, т. Е. Активну акустичну локацію, американський вчений Д. Гріффін, вперше відкрив її у кажанів, назвав ехолокацією. Згодом терміни «ехолокація», «акустична локація» і «акустична орієнтація» стали в якійсь мірі синонімами і широко використовуються в біологічній літературі при описі активної форми локації у тварин. Правда, в останні роки робляться спроби використовувати терміни «акустична локація», «пасивна локація» для позначення функцій слуховий системи у сов, які з високою точністю виробляють локалізацію місця розташування своєї здобичі на слух під час нічного полювання (Іллічов, 1970; Payne, 1971) . Цим хочуть підкреслити ту величезну роль, Яку грає слух в харчовій поведінці сов, і зіставити способи орієнтації цих птахів з такими у кажанів, хоча це зіставлення неправомірно, бо останні піднялися на наступну, якісно но- ву сходинку акустичної локації, застосувавши активну зондування простору власними акустичними сигналами. Перш ніж перейти до характеристик ехолокації, коротко зупинимося на основних поняттях і визначеннях з області акустики, необхідних для розуміння фізичних подразників слухового рецепторного апарату.

Е.Ш.АІРАПЕТЬЯНЦ А.І.КОНСТАНТІНОВ. Ехолокації У ПРИРОДІ. Вид-во «НАУКА», Ленінград, 1974