Wytwarzanie i odbieranie dźwięków przez...

Ośrodkami akustycznymi, w których rozchodzą się dźwięki wydawane przez zwierzęta mogą być powietrze, woda i ciała stałe. żródła tych dźwięków, czyli aparaty generujące fale dźwiekowe to narządy głosotwórcze, które u kręgowców są systemami ciał sprężystych, podlegających drganiom, kiedy przechodzi przez nie powietrze. Bezkręgowce mają narządy strydulacyjne, czyli rózne części ciała, którymi bezkręgowce, jak owady, wije, pajęczaki pocierają o siebie.

Głosy zwierząt mają różną częśtotliwość, rytm i natężenie, które są charakterystyczne dla danego gatunku i zależą od budowy narządów głosotwórczych. Rytm ma znaczenie dla owadów, których narządy słuchowe reagują własnie na rytm.

Artykulacja i percepcja dźwieków u bezkręgowców na przykładzie skorupiaka, langusty i owadów: świerszczy, cykad, pasikoników i innych szarańczaków.

Lagusta wydaje dźwięki pocierając pilnikowatym tworem, znajdującym się u podstawy czułków o pancerz. W trakcie pocierania pancerz odgina się i podąża za podstawą czułka. W miarę uginania sie rośnie siła tarcia statycznego, z którą czułek ciągnie pancerz do chwili zerwania przyczepności. siła tarcia statycznego jest zastąpiona przez siłe tarcia dynamicznego, która ma mniejsżą wartość. Pancerz cofa się wracając do poprzedniego stanu, spada jego naprężenie, czyli siła potrzebna do poruszania czułkiem, odzykana zostaje przyczepność i cykl sie powtarza, dając drgania pancerza, które przekazują swoja energię ośrodkowi i wprawiają jego cząsteczki w drgania. Rozchodzą sie fale dźwiekowe.

Sygnały akustyczne owadów są stukająće, kiedy owad oderza częścią ciała o jakiś przedmiot lub drgające, powstałe za pomocą drgań wytwarzanych przez napinanie specjalnych błon np. narządy strylacyjne czy twory pilnikowate, po ktorych przeuwają się ząbki, jak u langusty.

Ruch drgający to ruch powtarzający się w jednakowych odstępach czasu.

Owady słyszą dźwieki stukające, gdy są przenoszone przez drewno lub glebę. Ciała stałe to lepsze przewodniki dźwieku (ośrodki akustyczne) niż gazy. Owady te mają na odnózach receptory, które przejmuja drgania ośrodka akustycznego. Na synapsach nerwowych jest zamiana energii mechanicznej na elektryczną. Impuls elektryczny idzie do ośrodkowego układy nerwowego, gdzie jest interpretowany.

Samce cykad wytwarzają dźwięki poprzez napinanie specjalnego narządu blony bębenkowej za pomocą mięśnia bębenkowego. Mięsień kurczy się od 200 do 500 razy na sekundę powodując drgania błony bębenkowej. Drgania przekazują swoją energię powietrzu wprawiają jego cząsteczki w drgający ruch. Budowa ucha samicy jest dostrojona do drgań błony bębenkowej samca swojego gatunku. błona w uchu samicy drga z taką sama częstotliwościa, siłą i natężeniem co bębenek samca.

Szarańczaki pocierają tylnymi kończynami zaopatrzonymi w grzebykowate twory o pokrywy skrzydeł. Rytm ruchów decyduje o rytmie dźwięków. Mechanizm powstawania dźwięków związany jest z siłami tarcia. Pokrywy skrzydeł uginają się, rośnie siła tarcia statycznego, w chwili oderwania kończyny od pokrywy skrzydła zmienia się w siłe tarcia dynamicznego mniejszą od siły tarcia statycznego. Pokrywa odzyskuje swój kształt. Owad pociera ja znowu, tak powstałe drgania pokryw są przekazywane powietrzu, które jest ośrodkiem rozchodzenia dźwięku.

Świerszcze maja aparat strydulacyjny na pokruwach skrzydeł, pocierają o siebie lewą i prawą pokrywę, naprężają je, a kiedy puszczają, pokrywy wracają do dawnego kształtu przy zmianie siły tarcia statycznego na mniejszą siłę tarcia dynamicznego i powtarzają ruch przekazując drgania cząsteczkom powietrza.

Narząd słuchu owadów ma wrażliwy bębenek, od którego uchodzą wrażliwe zakończenia nerwowe. Pasikoniki i świerszcze mają narządy słuchu na pierwszej parze kończyn, inne szarańczaki po bokach ciała. Wszystkie szarańczaki najlepiej słyszą dźwięk dobiegający z boku, słabo lub wcale nie słyszą dźwięku dochodzącego z przodu. Związane jest to z kątem padania fal dźwiekowych. Fale dochodzące z boku padają prostopadle na bębenek i maksymalnie pobudzają jego drgania, fale przekazują mu maksymalna energię. Fale dochodzące z przodu nienzacznie pobudzają drgania bębenka ze względu na mały kąt padania.

Ruchy skrzydeł owadów latających też generują dźwieki np. brzęczący komar, Jego samica generuje skrzydłami fale akustyczna o częśtotliwości ok. 500 Hz. Skrzydła odkształcają powietrze tworząc fale akustyczne. Ilość i prędkość uderzeń skrzydeł warunkuja częśtotliwość fal, samce odbieraja dźwięki za pomocą narządu Johnstona. Na głównej osi każdego czułka samiec ma pierzaste wloski, które działają jak antena. właściwy narząd Johnstona jest u podstawy czułka zbudowany jest ze stawu, który ma błonę stawu i komórki kontrolujące stan błony. Masy powietrza takie jak fale akustyczne, wiatr czy pęd lotu odginają staw powodując drgania błony stawu. w stawie powstają impulsy nerwowe, które plyną nerwami do układu nerwowego.

Samce żab, kumaków i ropuch maja rezonatory, sa to uchyłki jamy gębowo-gardzielowej, które umozliwiają wydobywanie dźwięku. Rezonatory mogą być parzyste po bokach jamy gębowej lub pojedyncze na podgardlu. Rezonatory są pokryte cienkim naskórkiem tworzącym worki rezonacyjne, samiec napełnia je powietrzem, wprawiając je w ten sposów w drgający ruch. Przeplywające powietrze powoduje drgania naskórka, energia drgań jest przekazywana owietrzu, wprawia w ruch jego cząsteczki. Fale akustyczne rozchodzące się w powietrzu wprawiają w ruch błonę bębenkową w uchu żaby. Drgania błony idą na kosteczki sluchowe, do nerwu słuchowego i do mózgu.

Niektóre ptaki jak bociany generują dźwięki uderzeniami dolnej szczęki o górną. W czasie uderzeń powstają fale dźwiękowe. Ptaki spiewające mają w większości przypadków specjalny narząd głosowy umieszczony na końcu tchawicy, w miejscu, gdzie rozgałęzia się ona na 2 oskrzela. Narząd głosowy ptaków nazywa się krtań dolna. w krtanii dolnej jest pojedyncza w tchawicy lub parzysta w oksrzelach błona bębenkowa i rozdzielająca ujścia oskrzeli błona półksiężycowata. Elementami krtanii dolnej porusza zespół cienikch i silnych mięśni. Krtań dolna dzieli się na dwie połowy, które mogą być kontrolowane przez ptaki niezależnie od siebie, niektóre gatunki ptaków mogą wytwarzac dwa dźwięki jednocześnie. Ptaki w przeciwieństwie do ssaków nie maja strun glosowych, ich role pełnią błony leżace w krtanii dolnej. Ptaki zmieniają wysokośc dźwięku przez zmiane napięcia błon i kontrolują wysokośc i glośnośc dźwięku przez regulowanie siły z jaką przepływa strumień powietrza przez krtań dolną. Dźwiek powstaje podczas wydechu, niektórzy uważają, że także przy wdechu. aparat głosowy wytwarza dźwięk wtedy, gdy skurcze mięśni wprawiają w drgania elementy krtani dolnej oraz przepływający przez z nią strumień powietrza. Wytworzony w ten sposób dźwięk jest wzmocniony przez komory glosowe (worki powietrzne), które są częścią układu oddechowego ptaków. Wzmacnianie dźwieku przez odpowiednie rezonatory sprawia, że niekiedy bardzo małe ptaki potrafia wytworzyć niekiedy bardzo donosne dźwięki. U ptaków spiewających elementami krtanii dolnej porusza silny zestaw wielu mięśni. Im liczniejsza grupa mięsni porusza elementami krtani dolnej, tym większym zestawem dźwieków może poslugiwać sie ptak. Niektóre ptaki spiewające potrafią śpiewać bez przerwy przez dlugi czas, co może sprawiać wrażenie, że ptaki podczas śpiewu nie oddychają. W rzeczywistości uzupełniaja zapas powietrza przez płytkie minioddechy, podczas których ptaki spiewaja sylabami. Kanarek może wziąć do 30 takich minioddechów w ciągu sekundy.

U ssaków głosy wydobywaja się z chrzęstnego instrumentu krtanii. Krtań jest zbudowana z kilku chrząstek. Chrząstki te są połaczone ze sobą, z tchawicą i kościa gnykową więzadłami. do chrząstek przyrosnięta jest błona sprężysta krtanii, składająca sie z 2 części, górnej (błony czworokątnej) i dolnej (stożka sprężystego). górne krawędzie stozka sprężystego to własnie więzadła głosowe. Przyśrodkowo do więzadłe glosowych leżą jeszcze fałdy błony sluzowej-fałdy głosowej (plicae vocales). Mięsnie poruszają chrząstkami zamykając i otwierając szczelinę pomiędzy fałdami głosowymi, czyli szparę głośni, która wraz z otaczającymi ją fałdami tworzy głośnię. Ilośc zwarć i rozwarć szczeliny warunkuje częstotliwość. Skurcze te powoduja drgania błon, zwanych tez strunami głosowymi. głos powstaje w głośni, czyli przestrzeni między wolnymi brzegami strun głosowych. Powstanie głosu za każdym razem jest warunkowane drganiem więzadeł glosowych na skutek dochodzących do nich impulsów nerwowych. Drgania te polegaja na rytmicznych, bardzo szybkich ruchach oddalania i zbliżania sie więzadeł do siebie, przecinaja słup powietrza nagromadzonego pod zwartymi więzadłami głosowymi i daja początek falom głosowym, czyli głosowi. Ruchy krtani, które mkożemy świadomie regulować, wiążą się z ruchami żuchwy, języka, miękkiego podniebienia. Czynnikiem warunkującym prawidłowe wydobycie sie głosu jest właściwa praca mięśni nie tylko krtaniowych, ale też, które łaczą krtań z językiem, gardłem, żuchwą itd. Cały narząd głosu jest podporządkowany i uzależniony od systemu nerwoego. Lekki niedowład, któregoś z nerwów od razu wpływa na brzmienie glosu, gdyż od nerwów zależy praca mięśni, a one nigdy nie dzialają oddzielnie. Następuje zjawisko rezonansu-drgania fałdów glosowych ulegają przeróżnym zmianom dzieki pracy mięsni krtani. Każde ciało zdolne do dgrań ma własną częśtotliwość drgań czyli ton własny. Jesli w pobliżu jest inne ciało, które ma tę samą częstotliwośc, wtedy i ono zaczyna drgać. To zjawisko określamy mianem rezonansu. W naszym ciele rezonatorami współgrającymi z falami głosowymi sa wszystkie chrząstki krtaniowe, niektóre kości i jamy powietrze zdolne do współgrania, dlatego katar i zalaenie zatok zmieniają głos. Rezonans to zjawisko akustyczne, które wzmacnia ton krtaniowy w przestrzeniach klatki piersiowej i nasady, czyli drgania odczuwane w czasie wydawania glosu, co wpływa na dźwięczność mowy. głos bez tego rezonansu jest matowy i gluchy, pozbawiony blaksu czyli metalu. Nasada to zespół komór rezonacyjnych leżących ponad krtanią. Jest ona ośrodkiem ostatecznie formułującym głos powstały w krtani, nadaje mu barwę i ostateczny kształt głosek. Spełnia funkcje oddechową, rezonanasową i artykulacyjną. W skład nasady wchodzą: gardło, jama ustna (rezonatory ruchome), zatoki (rezonatory stałe).

Jednym z najmniej poznanych zwierzęcych dźwiękwó jest mruczenie kota. Są na nie 3 teorie. Pierwsza mówi, że mróczenie jest spowodowanie wibrowaniem fałszywych strun głosowych, połozonych obok więzadeł głosowych. Druga mówi, że turbulencje przepływu krwi wywołuja wibracje w klatce piersiowej i tchawicy, których energia jest przekazywana powietrzu w jamach zatok, gdzie powstaja fale akustyczne. Trzecia mówi, że są to pozafazowe skurcze mięśni krtani brzusznej i częsci przepony.

Echolokacja polega na określaniu przeszkód i odległości za pomocą echa akustycznego. Nietoperze, ptaki, walenie, niektóre ryjówkowate i tenrekowate wykorzystują ją do nawigacji, odnajdowania i wychwytywania zdobyczy i w komunikacji międzyosobniczej. Zwierzęta te wytwarzają krókotrwałe dźwięki o wysokiej częstotliwości (ultradźwięki powyżej 20 kHa), które odbijaja się od przeszkód i wracają jako fale odbite. Na podstawie natężenia, czasu powrotu i kierunku fali odbitej określane są kierunek, odległośc i wielkość przeszkody. Nietoperze na podstawie drugiej fali harmonicznej (fali, której drgania zachodzą zgodnie z fukncją sinus lub cosinus) moga okręślić prędkość obiektu w ruchu. Odbywa sie to na zasadzie przesunięcia dopplerowskiego. Zjawiskie Dopplera nazywamy zjawisko względnej zmiany częstotliwości fali, która jest obserwowana podczas ruchu źródła fali lub odbiornika względem ośrodka.