Про перешкодостійкість деяких сигналів риб
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
По мнению большинства исследователей (Шулейкин, 1953; Красильников, 1954; Кавитницкий, 1963, и др.), одним из основных средств связи при передаче информации в воде является звук.
Из общей теории связи известно, что прохождение передаваемых сигналов через среду, обладающую определенным уровнем помех, в значительной степени зависит от структуры передаваемых сигналов.
Акустическая сигнализация у рыб осуществляется в условиях, характеризующихся определенным уровнем помех. Шумовые помехи возникают в результате волнений, прибоя, деятельности человека и звучания разнообразных организмов.
Возникает вопрос, какова «дальнобойность» различных сигналов рыб и чем она определяется?
Каждый сигнал характеризуется определенной структурой и интенсивностью. Поэтому сопоставление «дальнобойности» сигналов рыб с их акустической структурой дает представление о их помехоустойчивости.
В связи с этим мы предприняли анализ имеющихся у нас материалов и поставили специальные опыты с целью выявления бионической модели помехоустойчивых акустических сигналов связи у рыб.
Рассмотрим дистанции действия (привлечения и отпугивания) трех наиболее распространенных сигналов рыб: призыва самцом самки, угрозы и наличия пищи.
Звуки, возникающие при питании, имеют значение сигналов привлечения рыб к пище. Опыты показали, что в аквариумах и бассейнах различные виды привлекаются на звуки питания с расстояния 0,5—1 м. Звуки угрозы издаются рыбами при драках и охране своих гнезд. Оборонительная реакция рыб на них проявляется обычно на расстоянии 1 —1,5 м.Наибольшей дистанцией привлечения обладают нерестовые звуки (зов самцом самки). По данным Мешкат (Meschkat, 1957), барабанные и колокольные звуки рыб в Амазонке слышны на сотни метров. Нерестовые звуки сциеновых рыб Средиземного моря — сциены-орла и квакуна-барабанщика привлекают самок с расстояний 10— 25 м. Грубо имитируя эти звуки, итальянские рыбаки подманивают указанных рыб к своим орудиям лова. Нерестовая перекличка черноморских горбылей и морских петухов неоднократно наблюдалась Шишковой (1958, 1963) и Протасовым и Романенко (1962) у берегов Крыма. Дистанция, на которой она ведется рыбами, часто достигает 50 м.
Таким образом нерестовые барабанные звуки оказывают свое действие на дистанциях 10—25 м. Исходя из этих данных, нерестовые звуки можно назвать сигналами дальней связи, а звуки питания и угрозы — сигналами ближней связи.
Каковы же акустические особенности перечисленных типов сигналов?
Звуки питания и угрозы состоят из широкой полосы частот. Их давление обычно ниже 10 бар. Эти звуки носят шумовой характер. Они издаются различными стридуляционными механизмами: трением зубов и челюстей, трением шипов и т. д. (на рис. 19, 20, показаны звуки питания рыб).
Звуки нереста имеют узкую полосу основных частот и являются типично резонансными. Максимум их энергии приходится на частоты 200—250 гц. Они имеют импульсную природу и состоят обычно из нескольких одинаковых импульсов. Давление этих звуков колеблется от 10 до 100 бар. Эти звуки издаются при помощи сокращений плавательного пузыря или при помощи других «голосовых» аппаратов и напоминают барабанную дробь или ритмические удары. На рис. 61, 64 показаны ритмические звуки рыб, служащие для связи самца и самки.
Приведенные дистанции действия различных типов акустических сигналов лишь косвенно характеризуют «дальнобойность» звуков рыб.
Рыбы могут слышать звуки, но не реагировать на них в силу сложившихся приспособлений. Так, акустический сигнал угрозы у рыб проявляется на дистанции прямой видимости; он обычно сочетается с позой угрозы (зрительный сигнал), хотя слышен рыбой на большем расстоянии. В связи с этим нам казалось целесообразным провести примерные расчеты дистанций, на которые рыбы могут слышать свои различные сигналы. В расчетах мы исходили из предположения, что сигнал становится неслышимым, как только его интенсивность становится ниже уровня шумов.
Такое допущение нам казалось возможным, учитывая, что многие сигналы рыб имеют шумовой характер.
В расчетах мы исходили из того, что энергия звука убывает обратно пропорционально квадрату расстояния и что отношение сигнала к шуму изменяется при одном и том же состоянии моря в зависимости от ширины полосы частот звука.
Шум моря при двух баллах для звука, полоса частот которого n определяется формулой Р бар = 0,2 корень п (где Р—звуковое давление шумов моря для данной полосы частот звука). Шумы моря для других состояний его волнения соответственно уменьшались или увеличивались.
В* табл. 6 приведены дистанции восприятия и сигнального действия рыбами различных типов акустических сигналов.
Уже при волнении моря в два балла звуки питания и угрозы практически скрываются в окружающих шумах. Звуки же нереста и при 4 баллах распространяются над фоном до 9 м.
В последнее время Шишковой (1963) были проведены тщательные исследования по изучению биоакустических полей Черного моря.
Автор показал, что основную массу биологических шумов составляют барабанные звуки и ритмические удары. Они хорошо регистрируются приборами даже при волнении в 4 балла. Проводя параллельные замеры эхолотом, автор установил, что барабанные звуки издаются разрозненными рыбами или редкими их скоплениями.
Другой исследователь Гриффин (Griffin, 1950) описывает случай, когда в районе Порта-Рико на исследовательском корабле над глубинами около 5100 м четко принимались такие звуки и их эхо.
Эти факты указывают на большую «дальнобойность» звуков нереста рыб, обеспечивающих противоположным полам встречу с большого пространства.
Характерной особенностью звуков нереста являются их высокое давление от 10 до 100 бар. Но не только интенсивности обязана высокая «дальнобойность» звуков нереста. В связи с этим нами были проанализированы опыты, в которых у рыб (барабуля, смарида, окунь и плотва) вырабатывалась условные рефлексы по локализации в пространстве источников звука. В качестве условных раздражителей использовали звуки нерестового и пищевого типов. Безусловным раздражителем был корм. Для создания шума использовали падающую в бассейн струю воды. В качестве звуков пищевого типа использовались звуки питания окуней (см. рис. 16), имеющие ясно выраженный шумовой характер. Эти звуки воспроизводились рыбам при помощи магнитофона МАГ-8 и гидроизолированных динамиков. В качестве звуков нерестового типа применялись ритмические импульсы прямоугольной формы частотой 500 гц (4—8 импульсов, длительностью 0,5 сек, идущие через 0,5—1 сек), воспроизводимые рыбами посредством звукового генератора ЗГ-10 и гидроизолированных динамиков. В бассейнах сигнал подавался из разных мест. Отмечались места бассейна, где рыбы начинали делать рыскающие движения, воспринимая сигнал и место, с которого рыбы прямо направлялись на излучатель. Затем в этих местах при помощи гидрофона и магнитофона проводились замеры звукового сигнала. Полученные магнитные записи проигрывались на магнитофоне МАГ-8, прослушивались на слух и просматривались на экране катодного осциллографа ЭО-4. Результаты опытов приведены в табл. 7.
Из таблицы видно, что шумовой сигнал (звуки питания окуня) различается как рыбой, так и человеком, вооруженным приборами (на слух), если эти сигналы превышают шум фона.
Ритмический сигнал (нерестовый тип звуков) хорошо воспринимается как рыбой, так и человеком, вооруженным приборами (на слух) даже в том случае, когда сигнал тонет в окружающих шумах. На осциллограммах же ритмические сигналы в шуме выделяются плохо.
Таким образом ритмическая структура звуковых сигналов в водной среде оказывается помехоустойчивой к шумам как для рыб, так и для человека.
Бионическая модель помехоустойчивости звуков в воде, выведенная из анализа акустической сигнализации рыб, находится в соответствии с полученными ранее выводами физиологической акустики относительно легкости выделению человеком ритмических звуков из шума.
Ритмическую структуру акустических сигналов следует учитывать в технике подводной связи на низких частотах.