Động vật xác định âm thanh xung quanh bằng cách nào?

Lisa Zyga

Bạn đang đi trên một con phố đông đúc tấp nập xe cộ đến nỗi hầu như bạn không nghe thấy gì. Chợt có ai đó gọi tên bạn. Bạn phải quay sang bên trái 60 độ rồi nhìn lên cửa sổ tầng hai của một toà nhà cách xa 100m để xác định vị trí chính xác một người bạn đang vẫy tay chào.

Theo các nhà khoa học, con người và các loài động vật khác có khả năng xác định nguồn âm thanh tương đối tốt. Kể từ đầu những năm 1990, rất nhiều nghiên cứu đã giải thích cơ chế vật lý cơ bản về hiện tượng tai của động vật có thể xác định vị trí của “âm thanh định hướng”.

Trong một nghiên cứu và tổng kết mới đây, hai nhà khoa học Axel Michelsen và Ole Naesbye Larsen thuộc đại học Southern Denmark đã áp dụng phương pháp phân tích định lượng cách một số loài động vật như côn trùng và các loài chim nhỏ có thể xác định hướng phát ra của nguồn âm thanh. Mặc dù những loài vật này không thể tận dụng được những “gợi ý” như con người vẫn làm (sự thay đổi trong hướng phát ra của âm thanh và thời gian âm thanh đến tai người). Tuy nhiên, kết quả của nghiên cứu được phát hành trên số mới ra của tờ Bioinspiration and Biomimetics cũng tìm ra được những tương đồng quan trọng đối với con người.

Đôi tai của loài dế nằm trên chân trước của chúng và có đến bốn bộ phận tiếp nhận âm thanh. Âm thanh đầu tiên sẽ tiếp xúc với màng nhĩ ngoài thông với một ống tai, một ống nằm ngang và một ống tai nữa nằm đối diện giúp âm thanh có thể đến được tất cả mọi nơi trên cơ thể chú dế. (Ảnh: Michelsen và Larsen)

Michelsen nói với phóng viên PhysOrg.com rằng: “Chúng tôi hiện đã hiểu được cơ chế vật lý của hệ thống thính giác và có thể đưa ra những dự đoán định lượng để tiến hành làm thí nghiệm”.

Để xác định âm thanh đến từ đâu, các loài động vật có thể sử dụng thông tin thu được từ hai tai (còn gọi là tín hiệu từ hai tai) hoặc thông tin thu được từ một tai (tín hiệu một tai). Michelsen và Larsen giải thích, rất nhiều loài động vật không phải động vật có vú có thể tính toán góc phương vị của nguồn âm thanh bằng cách sử dụng tín hiệu từ hai tai tiếp nhận âm thanh từ cả trong lẫn ngoài bề mặt màng nhĩ. Đây được gọi là “áp lực tiếp nhận khác biệt”.

Chim và châu chấu có thể áp dụng áp lực tiếp nhận khác biệt. Điều này thể hiện trong cấu tạo hai tai của chúng có liên kết với một ống khí chạy suốt cơ thể. Khi âm thanh chạy giữa hai tai, các âm thanh khác nhau sẽ làm rung hai màng nhĩ. Chính bề mặt bên trong và bên ngoài của màng nhĩ giúp chúng xác định được nguồn âm thanh. Ví dụ, tai nào hướng về nguồn âm thanh nhiều hơn thì biên độ rung lớn hơn tai ở xa nguồn âm thanh. Theo như các nhà nghiên cứu đã nhấn mạnh, động vật có thể xác định vị trí âm thanh nhờ sự truyền âm thanh trong cơ thể và nhờ tín hiệu từ hai tai của chúng.

Mặc dù các nhà khoa học đã biết được cơ chế định vị âm thanh nói chung nhưng khi tiến hành thí nghiệm trong một môi trường thuận tiện, không bị cản trở thì đối tượng thí nghiệm lại tỏ ra sao lãng. Michelsen và Larsen giải thích rằng các nhà khoa học vẫn chưa tiếp cận được với cơ chế nghe định hướng, ví dụ như sự truyền âm thanh trong các ống trong cơ thể và tác động của môi trường sống đến khả năng nghe của các loài động vật.

Michelsen cho biết: “Hiện chúng ta cần phải tìm hiểu về khả năng nghe định hướng trong môi trường tự nhiên nơi có nhiều cây cối khiến âm thanh bị suy yếu”.

Ngược lại, con người sử dụng một cơ quan tiếp nhận âm thanh khác biệt so với động vật. Cơ quan này chỉ đơn giản áp dụng áp lực tiếp nhận. Trong tai người chỉ có bề mặt bên ngoài mới tiếp xúc với âm thanh. Vòi Ot-tat giúp cân bằng áp lực giữa hai tai nhưng lại ngăn không cho âm thanh đi vào tai giữa. Người có thính giác bình thường có khả năng xác định nguồn âm thanh đáng ngạc nhiên. Còn những người phải dùng đến máy trợ thính chỉ có thể định vị âm thanh ở mức giới hạn.

Nhưng Michelsen và Larsen giải thích, sử dụng kỹ thuật “áp lực tiếp nhận khác biệt” giống loài chim và châu chấu có thể cải thiện khả năng định vị âm thanh của các thiết bị trợ thính. Chúng sẽ được đưa vào trong hai tai, trao đổi thông tin nhờ tín hiệu radio làm tăng tín hiệu âm thanh và giúp xác định thời gian chính xác hơn ở cả hai tai. Từ đó người sử dụng có thể định vị hướng của âm thanh. Như Michelsen nói, khả năng định vị này chính là một kĩ năng tồn tại cần thiết.

Bọ ngựa (Ảnh: Soulpix.com)

Ông cho biết: “Bọ ngựa bay ban đêm có thể nghe được tiếng kêu của con dơi đi săn mồi nhưng không thể xác định được hướng của con dơi đó. Do đó, số lượng bọ ngựa bị dơi ăn sẽ nhiều hơn so với trường hợp thính giác của bọ ngựa được trang bị kỹ thuật tiếp nhận áp lực khác biệt”.

Vẫn còn nhiều bí ẩn về khả năng nghe định hướng ở các loài động vật khác nhau. Ếch nghe bằng phổi và miệng. Dế thì lại có tai ở chân trước ngay dưới đầu gối của nó. Khả năng nghe của chúng vô cùng phức tạp và nhờ đó chúng ta có thể tìm hiểu sâu hơn về những khả năng thính giác kì diệu của thiên nhiên.