akustiset (eli Äänimerkit) signaalit ovat monisuuntaisia (eli ne kulkevat kaikkiin suuntiin) ja ne voidaan lähettää suurelle yleisölle, mukaan lukien aiotut ja tahattomat kuuntelijat, sekä ne, jotka ovat näkyvillä ja piilossa. Koska Äänimerkit ovat lyhytikäisiä ja tarkoituksellisia, ne ovat hyödyllisiä, kun halutaan antaa tietoa välittömästä tilanteesta eikä jatkuvasta tilasta. Heijastuksen, taittumisen ja absorption kautta ympäristö heikentää äänisignaaleja tavoilla, jotka ovat usein paljon suurempia korkeataajuisille äänille kuin matalataajuisille äänille. Norsut ovat asiantuntijoita matalataajuisen äänen tuottamisessa ja pitkän matkan viestinnässä. Katso hyviä esimerkkejä norsujen akustisesta viestinnästä National Geographicin vuonna 2014 julkaisemasta artikkelista ”What Elephant Calls Mean: a User ’s Guide”, joka perustuu Elephantvoicesin teokseen.

ääntöalue norsut tuottavat

norsut tuottavat laajan kirjon ääniä hyvin matalataajuisista jyrinöistä korkeampitaajuisiin snorkseihin, haukkuihin, karjuntaan, huutoihin ja muihin omituisiin huutoihin. Myös aasiannorsut tuottavat sirityksiä. Ainakin Afrikannorsujen kohdalla yleisin huutoluokka on hyvin matalataajuinen rähinä. Voit etsiä, kuunnella ja lukea lukuisista äänistä Multimedia Resources-osiossa-puhelutyypit ja kontekstit.

saadakseen käsityksen norsujen käyttämien taajuuksien vaihteluvälistä voi olla hyödyllistä verrata niitä ihmisten käyttämiin taajuuksiin. Tyypillisen ihmismiehen puheääni vaihtelee noin 110 hertsiä (Hz eli sykliä sekunnissa), naaraan ääni noin 220 Hz ja lapsen noin 300 Hz. Norsujen keskuudessa tyypillinen uroksen jyrinä vaihtelee keskimäärin vähintään 12 hertsin (yli 3 oktaavia miehen äänen alapuolella), naaraan jyrinä noin 13 hertsin ja vasikan noin 22 hertsin välillä.

normaalissa ihmisen puheessa värähtelynopeus voi vaihdella yli 2:1 suhde, toisin sanoen yli yksi oktaavi, kun taas laulajien ääni voi olla yli kaksi oktaavia. Sitä vastoin yhden norsukutsun perustaajuus voi vaihdella yli 4 oktaavia, alkaen jyrinästä 27 Hz: n taajuudella ja jyrinästä 470 Hz: n taajuudella! Mukaan lukien harmoniset norsu puhelut voivat sisältää taajuudet vaihtelevat yli 10 oktaavia, Alhainen 5 Hz korkea yli 10 000 Hz. Kuvittele mielessäsi musikaali, jossa on oopperanorsuja!

norsut voivat tuottaa hyvin lempeitä, pehmeitä ääniä sekä erittäin voimakkaita ääniä. Voit kuunnella pari esimerkkiä alta. (Kuulokkeita/äänentoistojärjestelmää suositellaan) osa norsujen tuottamista puheluista voi olla jopa 112 desibelin (dB) tehoisia, jotka on äänitetty metrin päässä lähteestä. Desibelit mitataan logaritmisella asteikolla, ja antaaksemme sinulle jonkinlaisen käsityksen siitä, kuinka kovaa jotkin norsujen äänet ovat, olemme kopioineet tietoja T. D. Rossingin The Science Of Sound-teoksessa olevasta taulukosta, joka antaa joitakin esimerkkejä tyypillisistä äänitasoista, joita saatat kohdata.

Jet takeoff (60 m)	120 dB
Construction site	110 dB Intolerable
Shout at 1.5 m	100 dB
Heavy truck at 15 m	90 dB Very noisy
City street	80 dB
Vehicle interior	70 dB Noisy
Normal conversation at 1 m	60 dB
Office, classroom	50 dB Moderate
Living room	40 dB
Bedroom at night	30 dB Quiet
Broadcast studio	20 dB
Ruostelehdet	10 dB tuskin kuultavissa

miten norsut tuottavat tällaisen kirjon ääniä?

ääni syntyy, kun keuhkoista poistettua ilmaa johdetaan äänihuulten tai kurkunpään yli, joka on norsuilla noin 7,5 cm pitkä rakenne. Liikkuva ilma saa äänihuulet värähtelemään tietyllä taajuudella riippuen siitä, millaisen äänen norsu tekee. Pidentämällä tai lyhentämällä äänihuulia norsu voi tuottaa monenlaisia taajuuksia. ilmapatsas värähtelee norsun pidennetyssä äänenkannattimessa tai resonoivassa kammiossa, ja riippuen siitä, miten norsu pitää tämän kammion eri osia (runko, suu, kieli, nielun pussi, kurkunpää) se pystyy muokkaamaan ja vahvistamaan äänen eri osia.

tietyt norsujen tekemät kutsut liittyvät tiettyihin pään ja korvien asentoihin. Uskomme, että pitämällä päätään tietyssä asennossa ja räpyttelemällä korviaan tietyssä rytmissä ja kulmassa norsu pystyy vaikuttamaan kurkunpään ympärillä olevaan lihaksistoon ja muokkaamaan siten tiettyä kutsua halutun äänen saavuttamiseksi. Kuuntele tästä must-ryminää, joka liittyy erityiseen sykkivään korvaläpsyttelyyn, jota kutsutaan korvaläpyttelyksi.

aivan erilaisia tuloksia voidaan saavuttaa samalla perusluonteisella rytinällä lähteellä (kesto ja taajuus) riippuen siitä, pitääkö norsu suunsa auki vai kiinni, onko sen pää pystyssä vai alhaalla, ovatko korvat vakaat, räpyttelevätkö ne hitaasti vai nopeasti vai ovatko ne ehkä koholla ja taittuneet. Ja riippuen rungon sijainnista ja sen läpi kulkevan ilman nopeudesta ja kestosta norsut pystyvät tuottamaan suurenmoisen sekoituksen korkeampitaajuisia trumpettiääniä.

norsut kykenevät tuottamaan hyvin matalataajuisia ääniä useista syistä. Ennen kaikkea ne kykenevät tuottamaan matalia ääniä, koska ne ovat kookkaita, ja aivan kuten soittimissakin, mitä pidempi ja väljempi värähtelevä kieli (tai äänihuulet) ja mitä suurempi resonoiva kammio, sitä matalampi on tuotettu taajuus. Sen lisäksi, että norsut ovat suuriruumiisia eläimiä, niillä on useita sopeutumia, joiden avulla ne voivat tehdä resonoivista kammioistaan vielä suurempia ja äänihuulistaan vielä pidempiä ja siten tuottaa vielä alhaisempia ääniä kuin saatamme odottaa.

ensimmäinen näistä on norsun kärsä, joka aikuisella koiraalla voi lisätä jopa 2 metriä resonoivan kammion pituuteen.

toiseksi kieliluulaitteen rakenteet (sarja luita kielen tyvessä) ja kieltä ja kurkunpäätä tukevat lihaksistot norsuilla poikkeavat muista nisäkkäistä. Norsujen kieliluussa on yhdeksän sijaan viisi luuta, ja ne kiinnittyvät kalloon lihasten, jänteiden ja nivelsiteiden avulla eikä luiden avulla, kuten useimmilla muilla nisäkkäillä. Tämä melko löyhä järjestely mahdollistaa kurkunpään suuremman liikkeen ja joustavuuden, minkä vuoksi sen ajatellaan helpottavan matalataajuisten äänten tuottamista ja resonointia.

kolmanneksi useimmilla nisäkkäillä kieliluulaite tukee kieltä ja kurkunpäätä. Norsujen väljemmässä järjestelyssä on myös nielupussi, norsuille ominainen rakenne, joka sijaitsee kielen tyvellä ja joka sen lisäksi, että se tarjoaa hätävesilähteen, näyttää toimivan matalataajuisten puhelujen tuottamisessa.

ihmisillä ja päätellen myös norsuilla kurkunpään lihakset auttavat supistamaan ja rentouttamaan äänihuulia. Mitä suurempi on kurkunpään joustavuus, sitä suurempi on näiden lihasten kyky venyä ja rentoutua, mikä puolestaan vaikuttaa äänihuulten supistumiseen ja rentoutumiseen ja siten syntyvän äänen sävelkorkeuteen tai taajuuteen. Kieliluulaitteen muuttaminen nielun pussia varten mahdollistaa siis norsuilla myös resonoivan kammion laajentumisen alentamalla löyhästi kiinnittynyttä kurkunpäätä. Näin ollen norsut pystyvät tuottamaan hyvin matalataajuisia ääniä.

nielupussin

äärimmäisen kuumalla säällä norsujen saatetaan nähdä työntävän kärsänsä suuhunsa ja vetävän vettä kurkustaan. On käynyt ilmi, että norsut pystyvät varastoimaan useita litroja vettä nielun (eli nielun alueella) pussiin, joka on ainutlaatuinen norsujen rakenne, joka sijaitsee kielen pohjalla. Norsut voivat vetää sinne varastoitua vettä työntämällä rungon nieluun asti, supistamalla nielun reuna-alueen lihaksia muodostaen tiiviin tiivisteen takaruumiin kärjen ympärille ja sitten supistamalla nielupussin lihaksia puristaakseen vettä ylöspäin, jolloin norsu voi täyttää kärsänsä.

äänensiirto

useimmin tuotetut norppien äänet kuuluvat luokkaan, jota kutsutaan jyrinäksi. Nämä hyvin matalataajuiset äänet saivat nimensä, koska ihmiset ajattelivat kerran, että jotkin niistä olivat peräisin norsun ruoansulatuskanavasta, ja antoivat niille siksi nimen vatsarumina! Nämä hyvin matalataajuiset äänet ovat herättäneet paljon kiinnostusta ja tutkimusta kahdesta syystä. Ensinnäkin näiden norsukutsujen alimmat komponentit ovat yhden ja kahden oktaavin välillä ihmisen kuulon alarajan alapuolella. Toiseksi, koska matalataajuinen ääni kulkee kauemmas kuin korkeataajuinen ääni, norsut käyttävät voimakkaampaa näistä kutsuista viestiäkseen pitkiä matkoja.

ilman läpi kulkeva ääni vaimenee käänteisen neliölain vaikutuksesta 6 desibeliin (dB) jokaista lähdematkan kaksinkertaistumista kohti. Siten esimerkiksi ääni, joka mittaa 100 dB metrin päässä lähteestä, pienenee 94 dB 2 metrissä, 88 4 metrissä, 82 dB 8 metrissä ja niin edelleen. Ääni myös vaimenee ”liiallisen vaimenemisen” kautta kulkiessaan ympäristön läpi. Liiallisen vaimenemisen asteeseen vaikuttaa äänen taajuus ja se, millaisen elinympäristön läpi se kulkee. Mutta hyvin matalataajuiset äänet, kuten jyrisevien norsujen tuottamat hyvin matalat taajuudet, kärsivät vain vähän jos lainkaan ylimääräisestä vaimenemisesta. Ruohoisilla savanneilla ja metsämailla norsujen, jotka kommunikoivat yli 100 metrin etäisyyksillä, pitäisi pystyä havaitsemaan matalataajuiset puhelut paremmin kuin korkeataajuiset puhelut. Norsuryhmät ovat usein läpimitaltaan yli 100 metriä ja sukulaisnorsujen alaryhmät on usein erotettu toisistaan useilla kilometreillä. Voimakkaat jyrisevät äänet ovat keino, jolla nämä yksilöt pitävät yhteyttä toisiinsa.

jotkut norsujen soitoista ovat erittäin voimakkaita ja voivat saavuttaa jopa 112 dB: n äänen metrin päässä lähteestä. Nämä puhelut kuuluvat yllä olevan taulukon äänitasoalueelle ”sietämätön”. Miten pitkälle tällainen ääni voi kantaa? Käänteisen neliölain avulla voimme arvioida, että 112 dB: n puhelu 1 metrissä olisi noin 46 dB 2 048 metrin päässä lähteestä. Toistokokeiden avulla Karen McComb on osoittanut, että päivisin norsut pystyvät sekä havaitsemaan nämä puhelut että tunnistamaan tiettyjen yksilöiden äänet 1-1, 5 km: n ja toisinaan jopa 2.5 km lähteestä!

äänen välitykselle tapahtuu eri vuorokaudenaikoina jotain mielenkiintoista. Savannilla on osoitettu, että ympäristöolosuhteet noudattavat melko säännöllistä vuorokausirytmiä. Illan tienoilla muodostuu yleensä voimakas lämpötilan inversio, joka haihtuu vasta aamunkoitteessa. Suurimmat kutsuma-alueet saavutetaan näiden yöllisten inversioiden muodostumisen ja hajoamisen aikana, erityisesti pilvettömällä ja suhteellisen häiriöttömällä säällä. Tällaisissa olosuhteissa norsun kutsumusalue voi olla 300 km2 – lähes koko Amboselin kansallispuiston kokoinen alue! Toisin sanoen norsu voi havaita toisen norsun huudot lähes 10 kilometrin päästä. Päivisin, ilman apua inversio ja tekijät, kuten raskas aurinko ja tuuli usein tulevat peliin, kutsuvan alueen koko pienenee rajusti, vaihtelevat pari tusinaa ja 150 neliökilometriä.

norsujen matalataajuiset jyrinät eivät ainoastaan sovellu hyvin pitkän matkan viestintään, vaan koska ne ovat ääniä, joilla on rikas harmoninen rakenne, ne antavat myös kuuntelevan norsun laskea kutsuvan norsun etäisyyden. Tämä johtuu siitä, että lähietäisyydeltä koko harmoninen rakenne on ehjä, kun taas yhä etäisyys ylemmät taajuudet tulee suhteellisen heikompi lopulta jättäen vain alemman ja keskialueen taajuudet jatkuvat.

äänentunnistus

nisäkkäillä ilmasyntyisen äänen mitattu yläraja vaihtelee 12 kHz: n (norsut) ja 114 kHz: n (pikkurouskulepakko) välillä ja alaraja alle 0,016 kHz: n (norsut) ja 10,3 kHz: n (pikkurouskulepakko) välillä, joka on yli yhdeksän oktaavia.

nisäkkäät, joilla on pieni pää ja kapeat korvat, kykenevät kuulemaan korkeataajuisia ääniä paremmin kuin nisäkkäät, joilla on suuri pää ja leveät korvat. Suuret nisäkkäät ovat yleensä erikoistuneet matalampitaajuiseen kuuloon, koska suuremmat kallot voivat käsittää pidemmät korvakäytävät (meatuset), leveämmät tärykalvot (välikorvan ulkoapäin sulkevan kalvon) ja avarat välikorvat. Miten nämä kolme tekijää suosivat korkeampaa herkkyyttä matalilla taajuuksilla?

normaaleissa ilmasta johdetuissa kuuloääniaalloissa tärähtävät tärykalvo ja välikorvan luut (tai Kuuloluut), jolloin soikeaan ikkunaan syntyy liikkeitä ja sisäkorvan nesteen painegradientti muuttuu.

yksi matalataajuisen äänen vaikeus on signaali-kohina-suhde. Matalammilla taajuuksilla taustamelu on yleensä korkeampaa, joten matalataajuiseen kuuloon erikoistuneilla eläimillä täytyy olla tapa erottaa signaali melusta. Tärykalvon keräämän äänienergian määrä kasvaa kalvon pinta-alan kasvaessa, mikä parantaa signaali-kohina-suhdetta sisäkorvan tasolla. Mitä suurempi tärykalvo on, sitä paremmin eläin kuulee matalilla taajuuksilla. Pikkuruisten välikorvan luiden eli kuuloluiden (malleus, incus ja jalustimet) täytyy kestää suuremman tärykalvon värähtelyjen tuottamia suurempia voimia, ja siksi eläimillä, joilla on suuret tärykalvot, on myös massiivisia (suhteellisen!) välikorvan kuulopuikot. Aikuisen afrikannorsun incus (jonka Joyce oli kerännyt Emily-nimisen norsun kallosta, joka kuoli syyskuussa 1989 ollessaan 39-vuotias) painoi 237 mg. Nummela ja kollegat arvioivat tämän norsun malleuksen 278 mg: ksi ja jalustimen 22,6 mg: ksi ja tärykalvon alueen 855 neliömillimetriksi.

suuret tärykalvot aiheuttavat kuitenkin ongelman: nisäkkäiden tärykalvot ovat erittäin ohuita ja niiden naarmuuntumisen ja vahingoittumisen riski on saattanut estää useimpien suurten nisäkkäiden tärykalvojen kehittymisen liian suuriksi. Norsun valtava kallo on kuitenkin mahdollistanut noin 20 cm: n pituisen ulomman korvakäytävän kehittymisen, mikä on tarjonnut riittävän suojan sen hyvin suurelle tärykalvolle. Koska suuri norsun välikorvan luut eivät estä lähetystä matalilla taajuuksilla ja suuri tärykalvo mahdollistaa korkean signaalin kohinasuhteen, norsun välikorva heijastaa erityistä sopeutumista matalataajuiseen kuuloon.

lopuksi vielä yksi norsun korvan rakenne, simpukka, saattaa helpottaa matalataajuista kuuloa. Yhdessä sukulaistensa Sirenien (dugongien ja manaattien) kanssa norsut ovat ainutlaatuisia nykyajan nisäkkäiden joukossa, koska ne ovat palanneet matelijamaiseen simpukkarakenteeseen, joka voi helpottaa suurempaa herkkyyttä matalammille taajuuksille. Koska matelijoiden sisäkorvan rakenne helpottaa voimakasta tärinäherkkyyttä, on ehdotettu, että norsujen samanlainen rakenne saattaa mahdollistaa myös värähtelysignaalien havaitsemisen.

joten kaikilla näillä erityissovituksilla, kuinka matalalta norsut kuulevat? Ainoa tutkimus norsujen kuuloherkkyydestä tehtiin Aasiannorsulla. Valitettavasti tutkimus valmistui pari vuotta ennen kuin tiedettiin, että norsut tuottavat hyvin matalataajuisia ääniä ja äärimmäisen matalataajuisia ääniä ei testattu. Mutta tämän tutkimuksen perusteella tiedämme, että norsuilla on erittäin hyvä kuulo infraääniin (ihmisen kuulon alapuolelle). Tämä norsu, nuori Aasialaisnaaras, pystyi kuulemaan 16 Hz: n taajuudella 65 dB. Koska 65 dB: tä voidaan kuvailla maltilliseksi tai äänekkääksi ääneksi, oletettavasti norsut kuulevat huomattavasti tätä matalammalta. Joycella on nauhoituksia norsujen puheluista, jotka ovat matalia kuin 8 Hz, ja muut ihmiset ovat raportoineet puheluista, jotka ovat matalia kuin 5 Hz, joten on todennäköistä, että norsuilla on tapa havaita nämä äärimmäisen matalat taajuudet, miksi he muuten tuottaisivat niitä? Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että norsujen jyrinä tarttuu myös maan läpi eli seismisesti. Jos joskus opimme, että norsut eivät kykene kuulemaan 5 Hz: n taajuudella, saatamme huomata, että sen sijaan ne poimivat nämä äänet herkkien jalkojensa avulla (voit lukea lisää tästä seismisen viestinnän kohdasta).

asteikon toisessa päässä norsut eivät pysty kuulemaan yli 12 kHz: n, mikä tekee niistä eläimen, jolla on alin korkeataajuuksinen kuuloraja kaikista tutkituista nisäkkäistä.

äänen lokalisointi

norsut ovat erittäin hyviä paikantamaan ääniä. On ehdotettu, että mitä suurempi tila eläimen korvien välillä on (äänien välinen etäisyys), sitä parempi kyky paikallistaa ääntä, koska kuhunkin korvaan ulottuvan äänen aikaeroa ja voimakkuutta voidaan käyttää vihjeinä äänen paikallistamisessa. Norsut ojentavat korvansa kohtisuoraan päihinsä, jotta äänet paikallistuisivat paremmin.

yksi nuori aasiannorsu, jonka kuulo testattiin, kykeni paikantamaan naksahdukset ja melupurkaukset 1 asteen tarkkuudella. Hän ei ollut yhtä hyvä erottamaan ääniä, mutta kykeni erottamaan matalammat taajuussävelet paremmin kuin korkeammat taajuussävelet; alle noin 300 Hz hän kykeni paikallistamaan äänen 10 asteen tarkkuudella 75 prosentin tarkkuudella, 20 asteen noin 80 prosentin tarkkuudella ja 30 asteen 90 prosentin tarkkuudella.