Vì sao con vật nhỏ lại kêu được rất to: bí quyết của dế, ếch và tôm gõ mõ

Con vật nhỏ kêu được rất to nhờ ba bí quyết: phát tiếng ở cao độ cao, hợp với cơ thể bé; dùng một bộ phận cộng hưởng hay "loa" để khuếch đại, như túi kêu của ếch, hang hình phễu của dế trũi, chiếc lá đục lỗ của dế cây; và dồn năng lượng rồi xả ra thật nhanh, như cú bập càng của tôm gõ mõ. Kêu cùng lúc thành đàn và chọn chỗ đứng, giờ kêu thuận lợi càng giúp tiếng đi xa hơn nữa.

Vấn đề của kẻ tí hon: cơ thể nhỏ khó đẩy không khí

Âm thanh là những đợt nén – giãn của không khí. Muốn phát tiếng to, con vật phải đẩy được thật nhiều không khí, thật mạnh. Một con voi hay con bò có phổi lớn, thanh quản to, kêu to là chuyện dễ hiểu. Một con dế bằng đốt ngón tay thì khác: nó không có phổi để thổi, chỉ có đôi cánh mỏng.

Khó khăn thứ hai đến từ chính bước sóng âm. Trong không khí, âm thanh đi khoảng 343 m/s. Một tiếng trầm cỡ 100 Hz có bước sóng khoảng 3,4 m; tiếng cao cỡ 5.000 Hz chỉ khoảng 7 cm. Một vật rung nhỏ hơn bước sóng nhiều lần thì phát âm rất kém: không khí bị đẩy ở mặt trước chỉ việc "lách" vòng ra mặt sau đang hút vào, hai bên triệt nhau, gọi là hiện tượng "đoản mạch âm". Đây cũng là lý do một chiếc loa nhỏ tháo khỏi thùng nghe rất rè, rất bé.

Vì vậy, kêu to với một kẻ tí hon là cả một bài toán kỹ thuật. Và mỗi nhóm loài có lời giải riêng.

Bí quyết 1: kêu cao giọng

Cách đơn giản nhất là phát tiếng ở tần số đủ cao để bước sóng không quá dài so với cơ thể. Đó là lý do côn trùng và ếch nhái nhỏ gần như đều kêu cao: dế, nhái bầu, nhái bén, chim chích. Tai người lại nghe tốt nhất ở khoảng vài nghìn hertz, nên những tiếng cao ấy với ta nghe rất rõ và "chói", dù năng lượng thật ra không lớn.

Quy luật chung trong tự nhiên khá dễ thấy: con càng to kêu càng trầm, con càng nhỏ kêu càng cao. Ễnh ương kêu trầm hơn nhái bầu, ong bầu vo ve trầm hơn ong mật, chim bồ câu gù trầm hơn chim sẻ.

Bí quyết 2: gắn thêm "loa"

Túi kêu của ếch nhái

Ếch đực phồng túi kêu dưới cằm hoặc hai bên mép thành quả bóng căng. Túi này giúp không khí đi vòng trong cơ thể để kêu liên tục, đồng thời làm tiếng vang và tỏa đều hơn ra xung quanh. Một số loài ếch cây nhỏ xíu ở vùng nhiệt đới nổi tiếng vì kêu rất to so với thân hình, như loài ếch coqui quê ở Puerto Rico, tên gọi theo chính tiếng "co-kí" của nó; ở Hawaii, nơi loài này du nhập, cư dân từng phàn nàn vì tiếng kêu ban đêm.

Hang hình phễu của dế trũi

Dế trũi sống dưới đất, nhưng tiếng "rì rì" của nó lại nghe được rất xa. Bí mật nằm ở cái hang. Nhà sinh học Henry Bennet-Clark nghiên cứu một loài dế trũi ở châu Âu từ những năm 1970 và thấy con đực đào phần miệng hang thành hình loa kèn, có loài còn đào hai loa đôi. Con dế ngồi ở chỗ thắt của hang mà kêu, phần loa đất giúp đẩy âm ra ngoài hiệu quả hơn nhiều so với kêu trên mặt đất trống. Nói cách khác, dế trũi tự đào cho mình một chiếc loa.

Chiếc lá đục lỗ của dế cây

Dế cây gặp đúng vấn đề "đoản mạch âm": cánh mỏng quá nhỏ so với bước sóng. Một số loài dế cây ở Ấn Độ có lời giải tuyệt vời: con đực khoét một lỗ giữa chiếc lá, vừa bằng đôi cánh, rồi chui đầu qua lỗ, giương cánh đúng giữa lỗ mà kêu. Chiếc lá trở thành vách ngăn, tách mặt trước và mặt sau của cánh ra, giống thùng loa ngăn âm phía trước với âm phía sau. Năm 2017, nhóm của Natasha Mhatre công bố trên tạp chí eLife rằng những con dế này còn chọn kích thước lá và vị trí lỗ khá tối ưu, nhờ vậy tiếng kêu to hơn hẳn khi kêu không có lá.

Bong bóng cá

Dưới nước, cá đù dùng bong bóng cá làm mặt trống, cơ phát âm gõ liên tục vào đó. Bong bóng chứa khí rung mạnh trong nước, đẩy tiếng đi xa. Chi tiết có ở bài về cá biết kêu cùng danh mục.

Bí quyết 3: dồn sức rồi bật thật nhanh

Tôm gõ mõ: tiếng "tách" từ một bong bóng

Tôm gõ mõ là những con tôm nhỏ, dài cỡ vài centimet, có một chiếc càng to bất thường. Càng có cơ chế khoá: tôm kéo căng cơ, rồi bật mở khoá cho càng đóng sập cực nhanh. Năm 2000, nhóm của Michel Versluis và Detlef Lohse (Hà Lan và Đức) quay camera siêu tốc và công bố trên tạp chí Science: tiếng "tách" không phải do hai má càng va nhau. Càng đóng nhanh đến mức phun ra một tia nước, áp suất trong tia tụt mạnh tới mức nước "sôi lạnh", tạo một bong bóng hơi. Bong bóng xẹp đột ngột phát ra tiếng nổ lách tách cực to. Một năm sau, cùng nhóm nghiên cứu còn ghi nhận lúc bong bóng xẹp có một chớp sáng rất yếu, mắt thường không thấy được.

Một quần thể tôm gõ mõ ở rạn san hô có thể tạo ra tiếng lách tách rộn ràng liên tục như mỡ nổ trên chảo. Tiếng ồn ấy đủ mạnh để gây nhiễu thiết bị nghe dưới nước của tàu thuyền, nên ngành hàng hải cũng phải tính đến nó.

Ve sầu: mảnh vỏ bật lách cách

Ve sầu đực có hai màng cứng ở hai bên bụng, khi cơ kéo, màng bật lõm vào rồi bật ra như nắp hộp sữa bằng kim loại, mỗi lần bật là một tiếng lách. Phần bụng rỗng làm hộp cộng hưởng. Cơ chế này được kể kỹ trong bài về tiếng ve sầu ở mục hiện tượng âm thanh quanh ta; ở đây chỉ nhắc ve sầu là một trong những "kẻ tí hon to tiếng" nổi bật nhất.

Kỷ lục bất ngờ: con bọ nước hai milimet

Năm 2011, nhóm của Jérôme Sueur (Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Paris) công bố bài báo có tựa "So small, so loud" (Bé thế, to thế) về một loài bọ nước nhỏ ở châu Âu, thân chỉ khoảng hai milimet. Con đực tạo tiếng bằng cách cọ một bộ phận ở bụng vào gờ trên thân. Tiếng kêu dưới đáy sông của nó, theo các tác giả, đủ to để người đi dạo trên bờ đôi khi nghe thấy, dù âm thanh phải vượt qua mặt nước. Tính theo tỷ lệ kích thước cơ thể, đây được coi là một trong những loài to tiếng nhất từng đo.

Bí quyết 4: kêu thành đàn, chọn chỗ, chọn giờ

• Đồng ca: một con dế, một con ếch thì nhỏ, nhưng cả cánh đồng cùng kêu thì thành tiếng rền. Nhiều loài còn biết so nhịp với nhau, xen kẽ tiếng kêu để tiếng mình không bị đè.
• Chọn chỗ cao, thoáng: ếch cây trèo lên cành, ve sầu bám thân cây cao, chim chích đậu ngọn cây. Đứng cao, tiếng ít bị cỏ và đất hút mất.
• Chọn giờ: chạng vạng và ban đêm thường lặng gió, mát, ít tiếng ồn khác, âm thanh đi xa hơn. Chuyện vì sao ban đêm nghe xa rõ hơn có bài riêng ở mục hiện tượng âm thanh.

Bảng tóm tắt: những kẻ tí hon to tiếng

Góc nhìn hôm nay: kêu to cũng có giá

Kêu to giúp gọi bạn từ xa, nhưng cũng tốn năng lượng và lộ chỗ cho kẻ săn. Dế bị ruồi ký sinh lần theo tiếng, ếch bị dơi ăn ếch và rắn tìm đến theo tiếng gọi. Vì vậy nhiều loài kêu to chỉ trong mùa sinh sản, chỉ vào giờ an toàn, và im bặt ngay khi có động. Lần sau đi tới gần một con dế đang kêu mà nó lặng thinh, đó là bản năng sinh tồn đang làm việc.

Muốn tự kiểm chứng bí quyết "loa", bạn có thể làm một thí nghiệm nhỏ an toàn: đặt điện thoại phát một đoạn nhạc nhỏ lên bàn, rồi đặt nó vào trong một chiếc cốc hoặc bát sứ. Tiếng to và vang hơn hẳn dù âm lượng không đổi. Chiếc cốc đã làm đúng việc mà hang dế trũi và chiếc lá của dế cây vẫn làm.