4 года назад
Нету коментариев

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 мГрубо 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.

T_006

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.

T_007

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.