Отчего люди не свистят так, как птицы?
Многие люди умеют имитировать птиц свистом. Да и сами слова «свист» и «посвист» часто употребляют при описании птичьего пения — послушайте, например, высокий свист пухляка (Poecile montanus) или более низкий свист иволги (Oriolus oriolus). Свистом люди «разговаривают» с птицами для того, чтобы на них охотиться, фотографировать и даже чтобы определять их вид на орнитологических учетах. «Птичий» свист люди используют даже для общения друг с другом (см. Свистящий язык), как, например, куш дили (kuş dili) — особую «свистовую» форму турецкого языка, которой пользуются жители села Кушкёй (см. видео).
Свист птиц и людей мы воспринимаем похожими не только по звучанию — они похожи и по своим физическим характеристикам, на сонограммах (рис. 1, а, б). «Нормальный» же человеческий голос не похож на те и другие свисты ни на слух, ни на сонограммах (рис. 1, в).
Задача
Несмотря на схожее звучание, свист человека и птицы имеет абсолютно разную природу. А вот человеческая речь и птичий свист имеют одинаковый базовый принцип возникновения. Так почему же человек имитирует птиц свистом?
Подсказка
В каком месте рождается звук, когда человек свистит? А когда говорит? А когда свистит птица?
Решение
Человек свистит губами, пропуская между ними воздух под давлением. Такой способ звукопродукции относят к турбулентности, а точнее, к ее варианту — истинному свисту (true whistle). Истинный свист — это «упорядоченная» турбулентность, когда завихрения воздуха концентрируются на одной частоте звучания (на рис. 2а свист человека производится примерно на частоте 1,5 кГц). Поэтому мы видим на сонограмме только одну линию, соответствующую этой частоте.
Рис. 2. Сонограммы (а) свиста и (b) звука «а-а-а» в исполнении автора задачи
Источник же птичьего звука находится внутри, в сиринксе (нижней гортани), и получается он с помощью самоподдерживающегося колебания мембран. Это называется фонацией. У человека так работают голосовые связки, расположенные в гортани (верхней по отношению к птичьей). Во время колебания сирингиальных мембран птицы или голосовых связок человека получается звук гармонической структуры. Его спектр содержит пики энергии не только на основной частоте, но и на гармониках (см. И. А. Володин. Структурно-функциональная организация внутривидового разнообразия вокального поведения млекопитающих и птиц).
На рис. 2б показана сонограмма голоса человека, связки которого колеблются с частотой 400 Гц (основная частота), а гармонические колебания возникают на частотах 800 Гц, 1200 Гц и т. д. На сонограмме гармоники представляют собой полосы, лежащие выше основной частоты (их значения относятся к значению основной частоты как целые числа: 2:1, 3:1 и т. д.). Если мы видим гармоники в человеческом голосе, то почему же мы не видим их у птиц (см. рис. 1а)?
Большой кроншнеп кричит, раздувая горло (сонограмму его свиста вы видите на рис. 1а), Оркнейские острова (Шотландия), 3 июля 2013 года. Фото © Jim 592 с сайта flickr.com
Дело в том, что, свистя губами, человек производит «чистый» сигнал без гармоник. Птица достигает тех же результатов, подстраивая резонирующий объем своего вокального тракта (верхнюю часть пищевода и ротоглоточную полость) под основную частоту сигнала, усиливая ее и ослабляя гармоники.
Видео, иллюстрирующее подстройку верхней части вокального тракта птицы. Из статьи T. Riede et al., 2006. Songbirds tune their vocal tract to the fundamental frequency of their song
Послесловие
Голоса человека и птиц устроены очень похоже. Источник звука — это верхняя или нижняя гортань. Колеблющиеся связки или мембраны производят звук гармонической структуры. Затем звук идет через вокальный тракт и «фильтруется» там. Многочисленные полости и углубления служат резонаторами, перераспределяющими энергию между гармониками. Форма вокального тракта, а с ней и объем резонирующих полостей, может меняться. Таким образом мы «усиливаем» одни гармоники и «глушим» другие. На рис. 3 показано, как по-разному выделяются одни и те же гармоники человеческого голоса, когда он произносит разные гласные звуки.
Рис. 3. Сонограмма гласных звуков а, и, о, произнесенных человеком
Устройство вокального тракта птиц позволяет им активно изменять объем ротоглоточно-пищеводной полости, которая служит резонатором (рис. 4).
Рис. 4. Изменение объема ротоглоточно-пищеводной полости красного кардинала (Cardinalis cardinalis) во время издавания звука с низкой и высокой основной частотой. Иллюстрация из статьи T. Riede et al., 2006. Songbirds tune their vocal tract to the fundamental frequency of their song
В результате этих изменений происходит непрерывное «отслеживание» основной частоты звука и подстраивание под нее резонанса. То есть чем ниже звук, тем больше объем полости, и наоборот.
Поющий красный кардинал (видно, как раздуто его горло), Loxahatchee National Wildlife Refuge (Флорида, США), 2 июня 2011 года. Фото © Alexandria Green с сайта flickr.com
Такая подвижность птичьего «горла» возможна в основном благодаря особенностям строения гиоидного (подъязычного) аппарата птиц — костей, подвешенных на мышцах между ветвями нижней челюсти, когда-то служивших предкам жаберными дугами (рис. 5).
Рис. 5. Части гиоидного аппарата птенца черноголового настоящего бюль-бюля (Pycnonotus atriceps). Фото из статьи: Е. Н. Зубкова, 2018. Функциональная морфология подъязычного аппарата кричащих воробьиных птиц Старого Света (Eurylaimides). 2. Функциональный анализ
Но мы не можем менять форму нашего вокального тракта настолько радикально, как это делают птицы. У человека, как и у других млекопитающих, такая подвижность ограничена, поскольку гиоид прочно крепится к костям черепа (см. главу «Эволюция вокального тракта» из книги Уильяма Фитча «Эволюция языка»). Да и издавать настолько высокие звуки своими связками мы тоже не можем, они слишком массивны по сравнению с птичьими (например, предел основной частоты сопрано у человека составляет 1100 Гц, а у соловья-красношейки я обрабатывала звуки, спетые на 11000 Гц, наверняка бывают и выше).
Так что человеку остается только свистеть!
Рис. 1. Сонограммы следующих звуков: свист большого кроншнепа (Numenius arquata) (а), человеческий свист из видео про деревню Кушкёй (б), человеческий крик «а-а-а» (в)