Песня цикады была романтизирована в музыке мариачи, используемой для выражения лета в японской кинематографии, и проклятый многими американскими жителями пригорода, желающими тишины и покоя. Несмотря на повсеместность жуков, ученые не раскрыли, как они поют так же громко — некоторые являются столь же шумными как реактивный двигатель — и почему они не расходуют много энергии, делающей ее.
Но исследователи вчера сообщили в Монреале на 21-м Международном Конгрессе по Акустике, что у них теперь есть ответ.Подробный механизм песни цикады далек от полностью понятого, говорит Паулу Фонсека, акустик животных в университете Лиссабона, не вовлеченный в проект.
Работа исследователей «инновационна и прокладывает наш путь к лучшему пониманию этой сложной системы, разрешающей таким мелким животным произвести такой сильный звук».Цикады не являются просто естественным любопытством.
Маленькие устройства, производящие чрезвычайно громкие шумы при требовании очень небольшого количества энергии, обращаются к американскому военно-морскому флоту, использующему гидролокатор для подводной разведки и коммуникации. Дерк Хьюз, инженер-исследователь в Военно-морском Подводном Центре Войны в Ньюпорте, Род-Айленд, говорит, что самые громкие цикады могут шуметь на 20 – 40 дБ громче, чем компактный стандартный спикер RadioShack в его офисе с помощью той же суммы энергии.
Заинтригованный, он и его коллеги использовали микрокомпьютерную томографию) — своего рода компьютерная томография, берущая детали всего микрон в размере — к изображению tymbal цикады, помогающий насекомому сделать свой оглушительный щебет. У каждой цикады есть два tymbals, один расположенный на каждой стороне ее живота. tymbal сделан из тонкой мембраны, соединяющей более толстые секции, известные как ребра, каждое из которых является более тонким, чем человеческие волосы. Бригада Хьюза просмотрела неповрежденный tymbal, как будто это было в серии поперечных сечений всего несколько микронов толщиной и затем собрало те поперечные сечения через компьютер для предоставления чрезвычайно подробной картины tymbal.Компьютерная модель, развитая из изображения, показывает, что цикада шумит путем деформации tymbal.
Мышца тянет все tymbal ребра внутрь и вместе. Ребра делают короткий, острый шум, когда они соединяют и снова когда они делают моментальный снимок обособленно. Цикада повторяет действие 300 – 400 раз в секунду, создавая характеристику crescendoing дрон.
Производство шума деформацией необычно в мире насекомого, говорит Хьюз. Сверчки и кузнечики углокрылые, например, потирают ноги для создания своих типичных щебетов.
Но исследователи обнаружили, что деформация не является целой историей, когда они нанесли на карту каждое поперечное сечение tymbal с сеткой и тщательно отследили каждый квадрат на сетке как их модель tymbal ребра, сплоченные и сфотографированные обособленно. Вместо того, чтобы действовать как единственный спикер, левый и правый tymbals цикады может действовать как два спикера, производящие звуковые волны, которые это конструктивно объединяет.
Чтобы видеть, как это происходит, вообразите две волны, путешествующие на той же веренице. Где пики этих двух волн отлично накладываются, они добавляют вместе и пронзают намного выше, чем пик одной только любой волны. Если бы волны являются звуковыми волнами, путешествующими через воздух, пики были бы пятнами, где объем очень высок.
Цикады могут искусно использовать этот результат для перекачки их объема к оглушительным уровням, не расходуя столько же энергии, как будто единственный tymbal должен был сделать это один.Хьюз говорит, что в конечном счете надеется быть в состоянии тиражировать звуковую эффективность распространения цикады, посылая громкие большие расстояния звуков в низкой энергии с маленьким устройством. Такая крошечная погремушка могла быть легче и более эффективной, чем типичная установка гидролокатора.
Прямо сейчас Хьюз моделирует ребристые раковины, которые формы легкого как орган цикады, но у него есть догадка, что форма не могла бы быть важной. «Это не должно быть похожим на цикаду», говорит Хьюз. Это просто должно походить на него.