Co to jest mapa dźwiękowa? Dlaczego naukowcy badają połączenia kojota w parkach narodowych

Nasz słuch mówi nam o samochodzie zbliżającym się od tyłu, niewidocznym lub ptaku w odległym lesie. Wszystko wibruje, a dźwięk przechodzi przez nas i przez cały czas. Dźwięk jest krytycznym czynnikiem środowiskowym.

Coraz częściej uczymy się, że ludzie i zwierzęta nie są jedynymi organizmami, które wykorzystują dźwięk do komunikacji. Podobnie jak rośliny i lasy. Rośliny wykrywają wibracje w sposób selektywny częstotliwościowo, wykorzystując ten „słuch” w celu znalezienia wody poprzez wysyłanie emisji akustycznych i komunikowanie zagrożeń.

Wiemy również, że jasna komunikacja werbalna jest krytyczna, ale łatwo ulega degradacji przez obce dźwięki, inaczej zwane „hałasem”. Hałas jest czymś więcej niż czynnikiem drażniącym: zagraża również naszemu zdrowiu. Wykazano, że średnie poziomy hałasu w mieście wynoszące 60 decybeli zwiększają ciśnienie krwi i tętno oraz wywołują stres, przy utrzymujących się wyższych amplitudach powodujących skumulowaną utratę słuchu. Jeśli tak jest w przypadku ludzi, może to być również prawdą w przypadku zwierząt, a nawet roślin.

Badania konserwatorskie kładą duży nacisk na wzrok - pomyśl o inspirującym widoku lub rzadkich gatunkach złapanych na filmie za pomocą pułapek kamery - ale dźwięk jest również krytycznym elementem naturalnych systemów. Studiuję cyfrowe media dźwiękowe i interaktywne oraz współtworzę laboratorium ekologii akustycznej Arizona State University. Używamy dźwięku w celu zwiększenia świadomości i zarządzania środowiskiem, a także dostarczamy krytycznych narzędzi do głębszego uwzględnienia dźwięku w rezerwatach przyrody, urbanistyce i wzornictwie przemysłowym.

Dźwięk jako znak zmiany środowiska

Dźwięk jest potężnym wskaźnikiem degradacji środowiska i skutecznym narzędziem rozwoju bardziej zrównoważonych ekosystemów. Często słyszymy zmiany w środowisku, takie jak zmiany w połączeniach ptaków, zanim je zobaczymy. Organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw Oświaty, Nauki i Kultury (UNESCO) utworzyła niedawno solidną kartę promującą świadomość dźwięku jako krytyczny czynnik decydujący o zdrowiu środowiska i planowaniu miejskim.

Spędziłem dekady, robiąc nagrania terenowe, w których tworzę konfigurację przed świtem lub zmierzchem, a potem leżę na ziemi słuchając przez kilka nieprzerwanych godzin. Projekty te nauczyły mnie, jak gęstość powietrza zmienia się, gdy słońce wschodzi lub zachodzi, jak zmienia się zachowanie zwierząt, i jak wszystkie te rzeczy są ze sobą ściśle powiązane.

Na przykład dźwięk przemieszcza się dalej przez gęstszy materiał, taki jak zimne powietrze, niż przez ciepłe letnie powietrze. Inne czynniki, takie jak zmiany gęstości liści w lesie od wiosny do jesieni, również zmieniają charakterystykę pogłosu obiektu. Poznawanie tych cech skłoniło mnie do zastanowienia się, w jaki sposób percepcyjne pomiary dźwięku informują nasze rozumienie zdrowia środowiskowego, otwierając nowy punkt widzenia na temat właściwości psychoakustycznych dźwięku środowiskowego.

Zmiana otoczenia dźwiękowego wpływa na przeżycie

Aby zaangażować społeczności publiczne i naukowe w te badania, Laboratorium Ekologii Akustycznej rozpoczęło w 2014 r. Szeroko zakrojony projekt pozyskiwania tłumu, ucząc umiejętności słuchania i nagrywania dźwięku społecznościom sąsiadującym z parkami narodowymi i zabytkami narodowymi w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Po ukończeniu warsztatów nagraniowych i nagraniowych, członkowie społeczności dobrowolnie rejestrują się co miesiąc w stałych lokalizacjach w parkach, tworząc dużą kolekcję przechwyconych dźwięków, która jest zarówno radością, jak i bogatym źródłem danych do analizy naukowej.

Wyobraź sobie, jak zmiany klimatu mogą wpłynąć na sygnatury dźwiękowe środowisk. Zmniejszona gęstość roślin zmieni równowagę między powierzchniami chłonnymi, takimi jak liście, a powierzchniami odbijającymi, takimi jak skały i budynki. Zwiększy to pogłos i sprawi, że środowisko dźwiękowe będzie bardziej ostre. Możemy to uchwycić, powtarzając nagrania dźwiękowe na stronach badawczych.

W ustawieniach, w których dźwięk odbija się długo, takich jak katedra, rozmowa może stać się męcząca, ponieważ echa przeszkadzają. Zwiększony pogłos może mieć podobny efekt w naturalnych ustawieniach. Rodzime gatunki mogą usiłować usłyszeć połączenia godowe. Drapieżniki mogą mieć trudności z wykryciem zdobyczy. Takie oddziaływanie może pobudzić populacje do przemieszczania się, nawet jeśli dany obszar wciąż oferuje obfite pożywienie i schronienie. Krótko mówiąc, właściwości dźwiękowe środowisk są kluczowe dla przetrwania.

Słuchanie może również promować zarządzanie. Używamy nagrań, które nasi wolontariusze produkują, aby tworzyć utwory muzyczne, skomponowane wyłącznie z dźwięków otoczenia, które są wykonywane w społecznościach, które dokonały nagrań. Wydarzenia te są wspaniałym narzędziem mobilizowania ludzi do poruszania kwestii wpływu zmian klimatu.

Mapowanie charakterystyki dźwięku i pogody

Prowadzę również projekt badawczy o nazwie EcoSonic, który pyta, czy właściwości psychoakustyczne dźwięku środowiskowego korelują z warunkami pogodowymi. Jeśli tak, chcemy wiedzieć, czy możemy użyć modeli lub regularnych nagrań dźwiękowych, aby przewidzieć długoterminowe skutki zmian klimatu dla właściwości akustycznych środowisk.

Ta praca opiera się na psychoakustyce - punkcie, w którym dźwięk spotyka mózg. Psychoakustyka jest stosowana w badaniach nad percepcją mowy, utratą słuchu i szumami usznymi, lub dzwonieniem w uszach, a także w projektowaniu przemysłowym. Do tej pory jednak nie stosowano go szeroko do jakości dźwięku środowiskowego.

Używamy analizy psychoakustycznej do oceny jakościowych miar dźwięku, takich jak głośność, szorstkość i jasność. Mierząc liczbę unikalnych sygnałów w określonym miejscu, możemy stworzyć dla tego miejsca indeks różnorodności akustycznej. Następnie korzystamy z uczenia maszynowego - szkolenia maszyny w celu przewidywania na podstawie danych z przeszłości - aby modelować korelację między lokalnymi danymi pogodowymi a wskaźnikiem różnorodności akustycznej.

Nasze wstępne testy pokazują pozytywny, istotny statystycznie związek między różnorodnością akustyczną i zachmurzeniem, prędkością wiatru i temperaturą, co oznacza, że ​​wraz ze wzrostem tych zmiennych, różnorodność akustyczna też. Znajdujemy również odwrotny, statystycznie istotny związek między różnorodnością akustyczną a punktem rosy i widocznością: wraz ze wzrostem tych czynników zmniejsza się różnorodność akustyczna.

Brzmi przyszłość: sztuka, nauka i społeczność

Jakość dźwięku ma kluczowe znaczenie dla naszego codziennego doświadczenia świata i naszego samopoczucia. Badania w Laboratorium Ekologii Akustycznej opierają się na sztuce i opierają się na odczuwanym doświadczeniu bycia obecnym, słuchaniu, odczuwaniu gęstości powietrza, słyszeniu klarowności dźwięku i dostrzeganiu różnic w zachowaniu zwierząt.

Bez sztuki nie zadawalibyśmy tych pytań percepcyjnych. Bez nauki nie mielibyśmy zaawansowanych narzędzi do przeprowadzania tej analizy i tworzenia modeli predykcyjnych. Bez społeczności sąsiadujących nie mielibyśmy danych, lokalnych obserwacji ani historycznej wiedzy o wzorcach zmian.

Wszyscy ludzie mają zdolność do zatrzymywania się, słuchania i rozpoznawania różnorodności i jakości dźwięku w danej przestrzeni. Dzięki bardziej aktywnemu słuchaniu każdy z nas może znaleźć inny związek ze środowiskiem, które zamieszkujemy.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Gartha Paine. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.