Основной принцип действия локатора — использование эха от специально посылаемых сигналов — известен человеку достаточно давно, и, кстати, локатор был изобретен человеком совершенно независимо от природы, то есть до того, как стало известно, что локаторы есть и у животных. По этому принципу действуют и созданные человеком радиолокаторы (радары), и звуковые локаторы (сонары). В первых в качестве посылаемых сигналов используются радиоволны, во вторых, как и у дельфинов, — звуки.

Принцип-то, конечно, понятен, но осуществить его не так уж просто. Давайте-ка мы с вами попробуем завязать глаза и для начала хотя бы пройтись по незнакомой комнате, ориентируясь таким же образом, как это делают дельфины, то есть пытаясь услышать эхо от собственного голоса. По-моему, совершенно ясно, каков был бы результат такого мероприятия. В лучшем случае мы отделались бы несколькими синяками от столкновения с мебелью и со стенами, в худшем — пришлось бы еще и поломанную мебель чинить. Да и вообще, мы сразу же заявили бы, что, несмотря на все старания, попросту не слышим никакого эха от окружающих предметов.

В чем же тут дело? Может быть, нас окружают предметы, не способные отражать звук, не создающие эха? Ничего подобного! Звук прекрасно отражается от большинства предметов, окружающих нас в повседневной жизни. Фактически мы постоянно живем в мире эха, которое составляет неотъемлемую часть окружающего нас звукового фона. Просто в повседневной обстановке мы не замечаем эха и не умеем им пользоваться.

В некоторых научных учреждениях, где исследуются свойства звука, есть специальные безэховые камеры; они нужны, чтобы при проведении точных акустических измерений эхо от окружающих предметов и стен комнаты не влияло на результаты. Безэховая камера — это комната, в которой все стены, пол и потолок покрыты специальными материалами, которые почти полностью поглощают падающий на них звук и практически не отражают его, не создают эхо. До сих пор помню свои ощущения, когда впервые вошел в такую камеру. Первое и самое яркое впечатление — странное, совершенно непривычное, никогда ранее не испытанное ощущение давящей глухоты, как будто уши заложены ватой. И это при том, что все звуки вроде бы прекрасно слышны; можно спокойно разговаривать, даже кричать и шуметь в такой камере, но все равно ощущение приглушенности не исчезает, все звуки какие-то ненормальные, непривычные, как будто мгновенно вязнут в чем-то, и стоит хоть на мгновение замолчать — ощущение давящей тишины моментально наваливается вновь. А секрет такого необычного ощущения прост: все из-за того, что там отсутствует привычное нам эхо. Значит, в обычных условиях эхо вокруг нас присутствует постоянно. Просто мы не умеем им пользоваться, не научились по его характеру определять, что нас окружает. Мы не способны это делать до такой степени, что просто перестали замечать эхо в обычной обстановке. Но обнаруживаем эхо, только когда оно особенно сильно и, главное, отчетливо прослушивается отдельно от вызвавшего его звука, тогда мы говорим: «В этом месте есть эхо». В большинстве же случаев мы эхо совершенно не замечаем.

Обычно эхо трудно услышать прежде всего потому, что оно возвращается к нам слишком быстро. Сделаем несложный подсчет. Скорость звука в воздухе довольно высока — примерно 330 метров в секунду. Значит, если мы разговариваем в комнате, стена которой находится от нас на расстоянии 3 метров (то есть путь от нас до стены и обратно — 6 метров), то эхо возвращается к нам раньше чем через 0,02 секунды. А от расположенных более близко предметов эхо возвращается еще быстрее. Это слишком короткое время, чтобы по отдельности расслышать исходный звук и вызванное им эхо: исходный звук и эхо сливаются. Вспомните, о чем мы говорили немного выше: человеческий слух воспринимает звуки раздельно, если они следуют друг за другом не чаще чем 50 раз в секунду, то есть с интервалами не меньше чем как раз 0,02 секунды. Но это ведь предел возможного, при котором возникает лишь едва-едва уловимое смутное ощущение, что звук не совсем равномерный. А чтобы четко слышать звуки раздельно, нужно, чтобы интервал между ними был хотя бы 0,1–0,2 секунды, а лучше (учитывая, что и сами звуки, которые мы умеем издавать, обычно не слишком короткие) — около полсекунды. Чтобы задержаться на полсекунды, звук должен пробежать больше 160 метров, то есть это может быть эхо от предмета, удаленного метров на 80. При таком удалении предмета эхо от него уже не сольется с исходным звуком. Но зато появится другая проблема: эхо от столь удаленного предмета, как правило, окажется слишком слабым.

Поэтому только в отдельных местах, где обстановка благоприятствует тому, чтобы эхо пришло к нам от отдаленных предметов, но при этом все же оказалось достаточно громким, мы хорошо различаем его и говорим: «В этом месте есть эхо». На самом же деле эхо есть всегда и везде, потому что всегда и везде на небольшом расстоянии от нас найдутся предметы, отражающие звук (даже если кругом пустыня — есть ведь земля, на которой мы стоим, есть, в конце концов, наше собственное тело). Но наличие эха от близко расположенных предметов не замечается нами, а лишь придает звукам определенную окраску.

Кстати, это обстоятельство в последнее время стали учитывать разработчики звуковоспроизводящей электронной аппаратуры. Долгое время оставалась нерешенной проблема: почему искусственно воспроизведенный звук, даже если воспроизведение очень точное, все равно звучит не совсем естественно. Попытки усовершенствовать аппаратуру так, чтобы она все более и более точно воспроизводила звук, ни к чему не привели. А как оказалось, все потому, что при обычной звукозаписи микрофон записывает голос певца или звук музыкального инструмента без естественного эха. Когда это поняли, стало ясно, как помочь делу. В хорошей современной звуковоспроизводящей аппаратуре есть возможность компенсировать этот недостаток, создавая искусственное эхо: специальное устройство чуть-чуть задерживает звуковой сигнал, и этот задержанный сигнал (искусственный заменитель эха) накладывается на оригинал. Звук сразу становится более сочным, естественным.

Ну а как же дельфин? Для него эхо от близко расположенных предметов тоже сливается с издаваемыми звуками, или он все же может расслышать эхо отдельно? А эхо от отдаленных предметов тоже слишком слабое, чтобы расслышать его? Между прочим, для дельфина эта задача — услышать эхо отдельно от оригинального звука — должна быть еще труднее, чем для человека. Дело в том, что звук в воде распространяется почти в 5 раз быстрее, чем в воздухе. Значит, при том же расстоянии до предмета эхо вернется к дельфину через время, в 5 раз более короткое, чем к человеку; например, при расстоянии до предмета в 3 метра (туда и обратно — 6 метров) — через 0,004 секунды (4 миллисекунды). А при меньших расстояниях до предмета задержка эха еще короче — доли миллисекунды. Для человека такие короткие интервалы времени вообще неразличимы.

Но ведь не зря же слух дельфина обладает фантастическим быстродействием, способностью различать звуки, следующие друг за другом с интервалом в доли миллисекунды. Вот, оказывается, для чего это нужно! Именно огромное быстродействие слуха позволяет дельфину расслышать эхо от предметов, находящихся даже на небольшом расстоянии так, чтобы это эхо не сливалось с первоначальным звуком.

Но для того, чтобы звук и созданное им эхо не сливались, необходимо выполнить еще одно условие: звук должен быть достаточно коротким. Если эхо вернется к дельфину через доли миллисекунды, а в это время издаваемый им звук все еще не закончится, то этот звук и эхо просто физически наложатся друг на друга, и тут уж никакое быстродействие слуха не поможет воспринять их раздельно. Значит, издаваемые дельфином локационные сигналы должны заканчиваться раньше, чем возвращается эхо от них. И так оно и есть на самом деле. Локационные сигналы-импульсы, издаваемые дельфинами, исключительно коротки: они длятся всего лишь десятки микросекунд (стотысячные доли секунды). Эти звуки столь коротки, что каждый из них заканчивается прежде, чем начало звуковой волны успеет отойти от головы животного на расстояние больше чем несколько сантиметров. То есть локационные звуки, издаваемые ими, выглядят как звуковые «пули» длиной всего лишь в несколько сантиметров! Кстати, увидеть звуковые импульсы-пули, издаваемые дельфинами, — это вполне осуществимо. Существуют специальные приборы, они, пропуская лазерный луч через воздух или воду, в которых распространяется звук, делают видимыми звуковые волны. С их помощью можно наглядно увидеть, насколько коротки звуковые импульсы, «выстреливаемые» дельфинами.

Но крайне короткие звуки означают очень быстрые звуковые колебания. Если длительность звукового сигнала составляет всего лишь две-три стотысячные доли секунды и даже если этот сигнал содержит минимально возможное количество звуковых колебаний (пусть всего полтора — два), частота этих колебаний соответствует почти ста тысячам в секунду. Теперь понятно, почему слух дельфина приспособился к восприятию сверхвысоких звуковых частот: именно такие частоты он использует для работы своего локатора.