В то время как люди могут транслировать только около одного процента своей голосовой силы через свою речь, некоторые животные и млекопитающие могут транслировать 100 процентов. Секрет их дальнего воя? Сочетание высокого тона, широко открытого рта и умелого использования формы тела для направления звука - ни один из этих факторов не может воспроизвести человек.
«Смогут ли люди когда-нибудь звонить друг другу на большие расстояния в чрезвычайной ситуации, поскольку дикая жизнь эволюционировала, чтобы преуспеть в течение миллионов лет?» - спрашивает Инго Титце, директор Национального центра голоса и речи при Университете Юты.
Исследование опубликовано в Журнале акустического общества Америки и финансировалось Национальным институтом глухоты и других коммуникативных расстройств.
Перейдите по этим ссылкам, чтобы найти видео криков, издаваемых трехбородым колокольчиком, кричащей пихой, пищухой, волком и лосем-быком.
Эффективное перемещение воздуха
Животные издают звук, перемещая воздух из легких через горло и изо рта. Медленно движущийся воздух должен быть преобразован в быстрое возвратно-поступательное движение для создания звука. На каждом этапе часть этой звуковой мощности теряется. Только около 10 процентов аэродинамической мощности, производимой в легких, попадает в горло. Мягкие ткани в горле дополнительно поглощают звук, говорит Титце. Но еще есть эффективность излучения - количество звука, которое передается изо рта.
Это расчет, который Титце и Анил Палапарти, докторант в области биомедицинской инженерии, представили в этом исследовании. «Мы вернулись к математике, которая была доступна 100 лет назад, - говорит Титце. «Мы рассмотрели более современный способ расчета и придумали формулу эффективности."
Некоторые птицы и млекопитающие размером меньше волейбольного мяча могут кричать так же громко, как человек, в основном из-за высокой эффективности излучения. Но в чем разница между тем, как и почему кричат люди и животные?
Почему они могут, а мы нет
Рассчитывая факторы, влияющие на эффективность излучения, Титце и Палапарти обнаружили, что у животных есть три основных характеристики, которые повышают их эффективность: широкий рот, высокие частоты и способность превращать все свое тело в акустическую отражающую камеру.
Частота звука может рассказать нам больше о его назначении, говорит Титце. «Человеческая речь включает в себя большое разнообразие гласных и согласных, образованных за счет множества вариаций ваших губ, языка и челюсти. Для этого вам нужен низкий тон, чтобы сделать это изменение очень четким и отделить гласные от согласных». Но животные, которым нужно послать сигнал на дальнее расстояние, не нуждаются в таком же распознавании звуков и могут использовать более высокий тон.«Мощность излучения резко возрастает, - пишут исследователи, - когда длина волны звука порядка диаметра рта или клюва».
(Если вам интересно, средний диаметр отверстия рта человека составляет около 2 дюймов или 50 миллиметров. Посчитайте, и вы получите оптимальную частоту 6 860 герц. до 300 герц в речи - значительно ниже оптимума.)
Животные, особенно мелкие птицы и млекопитающие, также могут использовать все свое тело в качестве перегородки. Перегородка похожа на коробку, в которой находится аудиодинамик, или на изогнутую поверхность позади хора на сцене - это отражающая поверхность, которая направляет звук вперед. «Человек, находящийся перед перегородкой, слышит намного лучше, чем человек, находящийся за ней», - говорит Палапарти.
Чтобы стать перегородкой, животное запрокидывает голову назад, а иногда втягивает ее в тело. (Чтобы увидеть примеры, перейдите по ссылкам вверху истории). У людей, к сожалению, относительно негибкая шея, которая не позволяет выполнять ту же функцию перегородки. Объедините это с нашей неспособностью достичь необходимых высоких частот, и единственное, что мы можем сделать, чтобы улучшить нашу эффективность излучения, - это «широко открыться».
«Если вы хотите стать лучше, мало что можно сделать, - говорит Палапарти. «Биология этого не поддерживает».
Вызов службы экстренной помощи
Но это не значит, что люди не могут извлечь уроки из мощных призывов животных. Титце провел исследование, которое скоро будет опубликовано, чтобы проверить, насколько далеко и насколько понятно люди могут звать на помощь. Научиться звонить более эффективно может стать вопросом жизни или смерти в чрезвычайной ситуации, когда электронные методы, которые мы в настоящее время используем, чтобы сигнализировать другим, находящимся далеко, - наши телефонные сети - недоступны.
«И не раз или два, - говорит Палапарти, - а в течение длительного периода времени, таким образом, что вы сохраняете свою энергию, пока не прибудет помощь».
«Если мы потеряем способность к электронному усилению наших голосов и нам придется перейти к естественному воспроизведению, - добавляет Титце, - что могут сделать люди, чтобы передать свои сообщения на большие расстояния?»
Горн бычьего лося:
Пика: