semnalele acustice (adică sonore) sunt omnidirecționale (adică călătoresc în toate direcțiile) și pot fi transmise unui public larg, inclusiv ascultătorilor intenționați și neintenționați, precum și celor vizibili și ascunși. Fiind de scurtă durată și deliberată, semnalele acustice sunt utile pentru a oferi informații despre o situație imediată, mai degrabă decât despre o stare constantă. Prin reflexie, refracție și absorbție, semnalele acustice sunt degradate de mediu în moduri care sunt adesea mult mai mari pentru sunetele de înaltă frecvență decât pentru sunetele de joasă frecvență. Elefanții sunt specialiști în producerea sunetului de joasă frecvență și în utilizarea comunicațiilor pe distanțe lungi. Consultați câteva exemple bune despre comunicarea acustică de către elefanți în articolul „Ce înseamnă Elephant Calls: a User ‘s Guide” publicat de National Geographic în 2014, pe baza lucrărilor ElephantVoices.

gama de sunete pe care elefanții le produc

pentru a înțelege gama de frecvențe utilizate de elefanți, poate fi util să le comparăm cu gama utilizată de oameni. Vocea unui bărbat tipic uman în vorbire fluctuează în jur de 110 Hertz (Hz sau cicluri pe secundă), vocea unei femei în jur de 220 Hz și a unui copil în jur de 300 Hz. Printre elefanți, un zgomot tipic masculin fluctuează în jurul unui minim mediu de 12 Hz (mai mult de 3 octave sub vocea unui bărbat), un zgomot feminin în jurul valorii de 13 Hz și un vițel în jurul valorii de 22 Hz.

în vorbirea umană normală, rata vibrațiilor poate varia în funcție de 2:1 raport, cu alte cuvinte, peste o octavă, în timp ce o voce cântăreți poate avea o gamă de peste două octave. În schimb, frecvența fundamentală într-un singur apel de elefant poate varia peste 4 octave, începând cu un zgomot la 27 Hz și gradarea într-un urlet la 470 Hz! Inclusiv armonicele apelurile elefantului pot conține frecvențe cuprinse între mai mult de 10 octave, de la un nivel scăzut de 5 Hz la un nivel ridicat de peste 10.000 Hz. Imaginați-vă o compoziție muzicală cu niște elefanți de operă!

elefanții pot produce sunete foarte blânde, moi, precum și sunete extrem de puternice. Puteți asculta câteva exemple de mai jos. (Căști / sistem de sunet recomandat) unele dintre apelurile produse de elefanți pot fi la fel de puternice ca 112 decibeli (dB) înregistrate la 1 metru de la sursă. Decibelii sunt măsurați pe o scară logaritmică și pentru a vă face o idee despre cât de puternice sunt sunetele unor elefanți, am copiat informații dintr-un tabel din știința sunetului de T. D. Rossing care oferă câteva exemple de niveluri sonore tipice pe care le-ați putea întâlni.

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
foșnet frunze	10 dB abia audibil

cum produc elefanții o astfel de gamă de sunete?

sunetul este produs pe măsură ce aerul expulzat din plămâni este trecut peste corzile vocale sau laringele, o structură la elefanți de aproximativ 7,5 cm lungime. Aerul în mișcare face ca corzile vocale să vibreze la o anumită frecvență, în funcție de tipul de sunet pe care îl face elefantul. Prin prelungirea sau scurtarea corzilor vocale un elefant poate produce o gamă largă de frecvențe. coloana de aer vibrează în tractul vocal extins al elefantului sau în camera de rezonanță și, în funcție de modul în care elefantul ține diferitele componente ale acestei camere (trunchi, gură, limbă, pungă faringiană, laringe) este capabil să modifice și să amplifice diferite componente ale sunetului.

anumite apeluri ale elefanților sunt asociate cu anumite posturi ale capului și urechilor. Convingerea noastră este că, ținând capul într-o anumită postură și bătând urechile într-un anumit ritm și unghi, un elefant este capabil să afecteze musculatura din jurul laringelui, modificând astfel un anumit apel pentru a obține sunetul dorit. Ascultați aici un zgomot de musth, care este asociat cu o mișcare specială a urechii pulsatoare cunoscută sub numele de fluturare a urechii.rezultate destul de diferite pot fi obținute cu același zgomot de bază la sursă (durată și frecvență), în funcție de faptul dacă elefantul își ține gura larg deschisă sau închisă, capul ținut sus sau jos, urechile constante, fluturând încet sau rapid sau poate ridicat și pliat. Și în funcție de poziționarea trunchiului și de viteza și durata aerului care se deplasează prin el, elefanții sunt capabili să producă un amestec minunat de sunete de trâmbițe de frecvență mai mare.

elefanții sunt capabili să producă sunete de frecvență foarte joasă din mai multe motive. În primul rând, sunt capabili să producă sunete joase, deoarece sunt mari și, la fel ca în Instrumentele muzicale, cu cât șirul vibrator (sau corzile vocale) este mai lung și mai slab și cu cât camera de rezonanță este mai mare, cu atât frecvența produsă este mai mică. Pe lângă faptul că sunt animale cu corp mare, elefanții au mai multe adaptări care le permit să-și facă camera de rezonanță și mai mare și corzile vocale chiar mai lungi și astfel produc sunete chiar mai mici decât ne-am putea aștepta.

primul dintre acestea este trunchiul elefantului care la un mascul adult poate adăuga până la 2 metri la lungimea camerei de rezonanță.

în al doilea rând, structurile aparatului hioid (o serie de oase la baza limbii) și musculatura care susține limba și laringele la elefanți sunt diferite de alte mamifere. Aparatul hioid al elefanților are cinci mai degrabă decât nouă oase, iar acestea sunt atașate de craniu de mușchi, tendoane și ligamente, mai degrabă decât de oase ca la majoritatea celorlalte mamifere. Acest aranjament destul de slab permite o mișcare și o flexibilitate mai mare a laringelui și, prin urmare, se crede că facilitează producerea și rezonanța sunetelor de joasă frecvență.în al treilea rând, la majoritatea mamiferelor aparatul hioid oferă suport pentru limbă și laringe. Aranjamentul mai slab la elefanți găzduiește, de asemenea, o pungă faringiană, o structură unică pentru elefanții situați la baza limbii, care, pe lângă furnizarea unei surse de apă de urgență, pare să funcționeze în producerea de apeluri de joasă frecvență.

la om și prin inferență și la elefanți, mușchii laringelui ajută la contractarea și relaxarea corzilor vocale. Cu cât este mai mare flexibilitatea laringelui, cu atât este mai mare capacitatea acestor mușchi de a se întinde și relaxa, ceea ce la rândul său afectează contracția și relaxarea corzilor vocale și, în consecință, tonul sau frecvența sunetului produs. Deci, modificarea la elefanți a aparatului hioid pentru a găzdui punga faringiană permite, de asemenea, o mărire a camerei de rezonanță prin coborârea laringelui atașat slab. În consecință, elefanții sunt capabili să producă sunete de frecvență foarte joasă.

punga faringiană

în timpul vremii extrem de calde, elefanții pot fi văzuți că își introduc trunchiurile în gură și retrag apă din gât. Se pare că elefanții sunt capabili să stocheze câțiva litri de apă într-o pungă faringiană (adică în regiunea faringelui), o structură unică pentru elefanții situați la baza limbii. Elefanții pot retrage apa stocată acolo prin introducerea trunchiului până la faringe, constricând mușchii de la periferia faringelui pentru a forma o etanșare strânsă în jurul vârfului trunchiului și apoi constricând mușchii pungii faringiene astfel încât să stoarcă apa în sus, permițând elefantului să-și umple trunchiul.

transmisia sunetului

sunetele produse cel mai frecvent de elefanți se încadrează în categoria denumită bubuituri. Aceste sunete de frecvență foarte joasă au fost numite așa, deoarece oamenii au crezut odată că unele dintre ele își au originea în tractul digestiv al elefantului și astfel le-au dat numele de stomac-rumbles! Aceste sunete de frecvență foarte joasă au atras mult interes și cercetare din două motive. În primul rând, cele mai mici componente ale acestor apeluri de elefant sunt între una și două octave sub limita inferioară a auzului uman. Și în al doilea rând, deoarece sunetul de frecvență mai mică călătorește mai departe decât sunetul de frecvență mai mare, elefanții folosesc cele mai puternice dintre aceste apeluri pentru a comunica pe distanțe lungi.

sunetul care călătorește prin aer se atenuează prin Legea pătrată inversă la 6 decibeli (dB) pentru fiecare dublare a distanței față de sursă. Astfel, de exemplu, un sunet care măsoară 100 dB la un metru de la sursă va fi redus la 94 dB la 2 metri, 88 la 4 metri, 82 dB la 8 metri și așa mai departe. Sunetul atenuează, de asemenea, prin „atenuarea excesivă” pe măsură ce călătorește prin mediu. Gradul de atenuare în exces este afectat de frecvența unui sunet și de tipul de habitat prin care trece. Dar sunetul de frecvență foarte joasă, cum ar fi frecvențele foarte joase produse de elefanții care urlă, suferă de o atenuare excesivă. În savanele ierboase și pădurile, elefanții care comunică pe distanțe mai mari de 100 m ar trebui să poată percepe apelurile de joasă frecvență mai bine decât apelurile de frecvență mai mare. Grupurile de elefanți au frecvent peste 100 m în diametru, iar subgrupurile de elefanți înrudiți sunt adesea separate de câțiva kilometri. Sunetele puternice de zgomot sunt mijloacele prin care acești indivizi rămân în contact unul cu celălalt.

unele dintre apelurile făcute de elefanți sunt extrem de puternice și pot ajunge până la 112 dB la 1 metru de la sursă. Aceste apeluri se încadrează în intervalul de nivel sonor „intolerabil” din tabelul de mai sus. Cât de departe ar putea duce un sunet ca acesta? Ei bine, folosind legea pătratului invers, putem estima că un apel de 112 dB la 1 m ar fi în jur de 46 dB la 2.048 m de la sursă. Prin experimente De redare, Karen McComb a arătat că în timpul zilei elefanții sunt capabili să detecteze aceste apeluri și să recunoască vocile anumitor indivizi până la 1-1, 5 km și ocazional până la 2.5 km de la sursă!

ceva interesant se întâmplă cu transmiterea sunetului în diferite momente ale zilei. Pe savană, s-a demonstrat că condițiile de mediu urmează un ciclu diurn destul de regulat. În jurul serii se formează de obicei o puternică inversare a temperaturii și nu se disipează până în zori. Cele mai mari zone de chemare sunt realizate în timpul formării și dizolvării acestor inversiuni nocturne, în special cu vreme senină și relativ netulburată. În astfel de condiții, este posibil ca un elefant să aibă o rază de apel de 300 km2 – o zonă aproape de dimensiunea întregului parc național Amboseli! Cu alte cuvinte, un elefant poate fi capabil să detecteze apelurile unui alt elefant la aproape 10 km distanță. În timpul zilei, fără ajutorul unei inversiuni și cu factori precum soarele și vântul puternic care intră adesea în joc, dimensiunea zonei de apel este redusă drastic, variind de la câteva zeci la 150 km pătrați.

nu numai că bubuiturile de joasă frecvență ale elefanților sunt potrivite pentru comunicarea pe distanțe lungi, dar fiind sunete cu o structură armonică bogată, ele permit, de asemenea, elefanților ascultători să calculeze distanța elefantului care sună. Acest lucru se datorează faptului că, la distanță apropiată, structura armonică completă va fi intactă, în timp ce, odată cu creșterea distanței, frecvențele superioare vor deveni relativ mai slabe, lăsând în cele din urmă doar frecvențele inferioare și medii să persiste.

detectarea sunetului

limita superioară măsurată a auzului sunetului născut în aer la mamifere variază de la 12 kHz (elefanți) la 114 kHz (liliac mic maro), iar limita inferioară variază de la mai puțin de 0,016 kHz (elefanți) la 10,3 kHz (liliac mic maro), o gamă de peste nouă octave.mamiferele cu capete mici și urechi înguste sunt mai capabile să audă sunete de înaltă frecvență decât mamiferele cu capete mari și urechi largi. Mamiferele mari sunt, în general, specializate în auzul cu frecvență mai mică, deoarece craniile mai mari pot cuprinde canale mai lungi ale urechii (meatuses), membrane timpanice mai largi (membrana care închide urechea medie din exterior) și urechi mijlocii spațioase. Cum favorizează acești trei factori sensibilitatea mai mare la frecvențe joase?

în undele sonore auditive normale conduse de aer, membrana timpanică și oasele urechii medii (sau ossicles) sunt vibrate, producând astfel mișcări pe fereastra ovală și schimbând gradientul de presiune în fluidul cohlear.

o dificultate cu sunetul de joasă frecvență este raportul semnal / zgomot. În frecvențele inferioare tinde să existe un nivel mai ridicat de zgomot de fond și, prin urmare, animalele care se specializează în auzul de joasă frecvență trebuie să aibă un mod de a distinge semnalul de zgomot. Cantitatea de energie sonoră colectată de membrana timpanică crește odată cu creșterea suprafeței membranei, mărind astfel raportul semnal / zgomot la nivelul urechii interne. Deci, cu cât membrana timpanică este mai mare, cu atât un animal poate auzi mai bine la frecvențe joase. Oasele mici ale urechii medii, sau ossicles (malleus, incus și stapes), trebuie să poată rezista forțelor mai mari produse de vibrațiile unei membrane timpanice mai mari, astfel încât animalele cu membrane timpanice mari au, de asemenea, masive (relativ!) ossicles urechii medii. Un incus al unui elefant African adult (colectat de Joyce din craniul unui elefant pe nume Emily care a murit în septembrie 1989 când avea 39 de ani) cântărea 237 mg. Malleusul și stapele acestui elefant au fost estimate de Nummela și colegii săi la 278 mg și respectiv 22,6 mg, iar suprafața membranei timpanice 855 mm pătrați.

membranele timpanice mari prezintă totuși o problemă: membranele timpanice ale mamiferelor sunt extrem de subțiri, iar riscul de zgâriere și deteriorare a acestora ar fi putut împiedica membranele timpanice ale majorității mamiferelor mari să evolueze prea mari. Cu toate acestea, craniul enorm al elefantului a permis evoluția unui canal extern al urechii de aproximativ 20 cm lungime, oferind o protecție adecvată membranei timpanice foarte mari. Deoarece oasele urechii medii mari de elefant nu împiedică transmiterea frecvențelor joase, iar membrana timpanică mare permite raporturi mari de semnal la zgomot, urechea medie a elefantului reflectă o adaptare specială la auzul de joasă frecvență.în cele din urmă, încă o structură a urechii elefantului, cohleea, poate facilita auzul de joasă frecvență. Împreună cu rudele lor Sirenia (dugongii și lamantinii), elefanții sunt unici printre mamiferele moderne, revenind la o structură cohleară asemănătoare reptilienilor, care poate facilita o sensibilitate mai mare la frecvențe mai mici. Deoarece structura cohleară a reptilelor facilitează o sensibilitate deosebită la vibrații, s-a sugerat că structura similară a elefanților le poate permite să detecteze semnale vibraționale.

deci, cu toate aceste adaptări speciale, cât de jos pot auzi elefanții? Singurul studiu al sensibilității auzului elefantului a fost efectuat pe un elefant asiatic. Din păcate, studiul a fost finalizat cu câțiva ani înainte de a se ști că elefanții produc sunete de frecvență foarte joasă și sunetele de frecvență extrem de joasă nu au fost testate. Dar știm din acest studiu că elefanții au auzul foarte bun în gama infrasonică (sub auzul uman). Acest elefant special, o femeie asiatică juvenilă, a putut auzi până la 16 Hz la 65 dB. Deoarece 65 dB poate fi descris ca un sunet moderat până la zgomotos, probabil elefanții pot auzi semnificativ mai mic decât acesta. Joyce are înregistrări de apeluri de elefanți de până la 8 Hz, iar alte persoane au raportat apeluri de până la 5 Hz, deci este probabil ca elefanții să aibă un mod de a detecta aceste frecvențe extrem de joase, altfel de ce le-ar produce? Studii recente au arătat că bubuiturile elefanților sunt transmise și prin sol sau seismic. Dacă într-o zi aflăm că elefanții sunt incapabili să audă până la 5 Hz, atunci s-ar putea să constatăm că, în schimb, ei ridică aceste sunete cu ajutorul picioarelor lor sensibile (puteți citi mai multe despre acest lucru în comunicarea seismică).

la celălalt capăt al scalei, elefanții nu pot auzi peste 12 kHz, ceea ce îi face animalul cu cea mai mică limită de auz de înaltă frecvență dintre orice mamifer testat.

localizarea sunetului

elefanții sunt foarte buni la localizarea sunetelor. S-a sugerat că, cu cât este mai mare spațiul dintre urechile unui animal (distanța interaurală), cu atât este mai bună capacitatea de localizare a sunetului, deoarece diferența de timp și intensitate a unui sunet care ajunge la fiecare ureche poate fi utilizată ca indicii în localizarea sunetului. Elefanții își extind urechile perpendicular pe cap pentru a localiza mai bine sunetele.

Un elefant asiatic juvenil a cărui auz a fost testat a fost capabil să localizeze clicurile și exploziile de zgomot la 1 grad. Era mai puțin bună la distingerea tonurilor, dar era mai capabilă să distingă tonurile de frecvență mai mică decât tonurile de frecvență mai mare; sub aproximativ 300 Hz a reușit să localizeze tonul la 10 grade cu o precizie de 75%, 20 de grade cu o precizie de aproximativ 80% și 30 de grade cu o precizie de 90%.