Cum deosebesc oamenii de știință cântecele balenei cu cocoașă de alte sunete subacvatice?

Oceanul este plin de sunete pe care oamenii le aud rar în mod direct. Animalele marine produc apeluri, valurile creează zgomot subacvatic, iar navele generează sunete care pot călători prin apă. Atunci când oamenii de știință înregistrează aceste sunete, ei se confruntă cu o provocare importantă: determinarea sunetelor probabil să provină de la balenele cu cocoașă și care au altă sursă.

Această sarcină este esențială pentru înțelegerea comunicării balenelor. Înainte ca cercetătorii să poată studia structura unui cântec, să compare înregistrările sau să investigheze modificările comportamentului vocal, trebuie să stabilească dacă înregistrarea conține o vocalizare autentică a balenei.

Oamenii de știință abordează această problemă examinând modelele acustice, ascultând înregistrări, studiind spectrogramele, comparând sunete cu exemple cunoscute și evaluând contextul înregistrării. Instrumentele de detectare automată pot ajuta, dar rezultatele lor necesită și o verificare atentă.

Pentru vizitatorii interesați de observarea balenelor din Samaná în Republica Dominicană, acest proces dezvăluie o parte adesea trecută cu vederea a cercetării balenelor: identificarea unui sunet subacvatic poate fi o investigație științifică în sine.

De ce este identificarea melodiilor subacvatice

Underwater Whale rareori conțin o singură sursă de sunet. Un hidrofon, care este un microfon conceput pentru utilizare subacvatică, poate capta mai multe sunete în același timp.

O înregistrare poate conține o vocalizare a unei balene alături de zgomotul navei, mișcarea apei, alte sunete de animale marine sau sunete din surse îndepărtate. Unele dintre aceste sunete se pot suprapune în frecvență sau sincronizare, ceea ce face identificarea dificilă.

Provocarea devine mai mare atunci când o înregistrare este scurtă, zgomotoasă sau incompletă. Un sunet care este ușor de recunoscut într-o înregistrare curată poate fi mult mai greu de identificat atunci când este amestecat cu alte activități acustice.

Oamenii de știință trebuie, de asemenea, să facă distincția între caracteristicile aparente ale sunetului și sursa reală. Două surse diferite pot produce semnale similare acustic, în timp ce sunetele de la aceeași specie pot varia considerabil.

În consecință, cercetătorii nu se bazează pe o singură caracteristică. Ei evaluează împreună mai multe caracteristici și iau în considerare cât de sigur sunt dovezile disponibile susțin o anumită identificare.

1. Ascultarea modelelor vocale recunoscute

Unul dintre primii pași este ascultarea înregistrării.

Cercetătorii experimentați pot recunoaște modele acustice asociate cântecelor balenelor cu cocoașă, inclusiv secvențe de sunete tonale, înălțimi în schimbare, gemete și alte elemente recurente.

O melodie poate conține fraze recunoscute care se repetă sau urmează o secvență organizată. Aceste modele pot oferi indicii utile care disting un posibil cântec de zgomotul de fundal neregulat.

Cu toate acestea, nu orice vocalizare a balenei cu cocoașă este un cântec. Balenele produc și alte sunete vocale, iar unele înregistrări pot conține sunete greu de clasificat cu încredere.

Ascultarea oferă, prin urmare, o evaluare inițială, mai degrabă decât o metodă de identificare infailibilă.

Cercetătorii pot asculta o înregistrare de mai multe ori, pot folosi căști sau echipamente audio adecvate și pot examina diferite secțiuni separat. Ei pot compara, de asemenea, înregistrarea cu exemple de referință ale căror surse au fost stabilite mai fiabil.

Scopul este de a identifica caracteristici acustice semnificative fără a presupune că fiecare sunet neobișnuit subacvatic provine de la o balenă.

2. Examinarea spectrogramelor pentru indicii acustice

O spectrogramă este unul dintre cele mai utile instrumente pentru investigarea sunetelor subacvatice.

Afișează modul în care conținutul de frecvență al unei înregistrări se modifică în timp. Timpul apare de obicei pe axa orizontală, frecvența pe axa verticală, iar intensitatea sunetului este reprezentată prin variații vizuale.

Diferitele sunete pot produce diferite modele de spectrogramă.

De exemplu, o vocalizare tonală poate apărea ca o linie îngustă care crește sau scade în frecvență. Un sunet de bandă largă poate ocupa o gamă mai largă de frecvențe. Sunetele repetate pot crea modele recunoscute pe parcursul înregistrării.

Aceste caracteristici vizuale îi ajută pe cercetători să examineze sunete care pot fi dificil de distins doar ascultând.

O spectrogramă poate dezvălui, de asemenea, dacă sunete multiple se suprapun. Un semnal poate continua în timp ce începe altul, arătând clar că înregistrarea conține mai mult de o componentă acustică.

Cu toate acestea, o spectrogramă nu dezvăluie automat sursa fiecărui sunet. Diferitele animale și surse mecanice pot produce modele acustice suprapuse. Cercetătorii trebuie să interpreteze dovezile vizuale alături de alte informații.

Contează și setările folosite pentru a genera o spectrogramă. Gama de frecvență, rezoluția în timp și alte opțiuni de procesare pot afecta modul în care apare un sunet. Setările consecvente sunt deosebit de importante atunci când se compară înregistrările.

3. Distingerea cântecelor balenelor de zgomotul navelor

Zgomotul navelor este o considerație importantă în cercetarea acustică marine, inclusiv în studiile efectuate în zonele în care bărcile și animalele sălbatice împart aceleași ape.

Navele și bărcile mai mici pot genera sunet prin motoare, elice și alte procese mecanice. Înregistrările rezultate pot conține zgomot continuu, componente tonale în schimbare sau sunet de bandă largă.

Unele sunete ale navelor se pot suprapune cu intervalele de frecvență utilizate de animalele marine. Drept urmare, cercetătorii nu pot identifica o vocalizare de balenă pur și simplu pentru că apare într-o anumită bandă de frecvență.

În schimb, ei examinează modelul acustic general.

Un cântec de balenă candidat poate conține elemente tonale organizate și fraze recurente. Zgomotul navei poate prezenta diferite caracteristici, cum ar fi componente mecanice susținute sau modificări asociate cu funcționarea motorului. Cu toate acestea, acestea sunt mai degrabă indicii generale decât reguli absolute.

O înregistrare cu barca poate conține atât zgomotul navei, cât și vocalizările de balene în același timp. Prin urmare, oamenii de știință trebuie să evite să trateze o înregistrare întreagă ca fiind pur biologică sau pur mecanică atunci când dovezile indică un amestec.

Acolo unde este cazul, cercetătorii pot compara observațiile acustice cu informații despre locația navei, perioadele de funcționare cunoscute sau alte înregistrări contextuale.

Acest lucru îi ajută să investigheze dacă o sursă de sunet este mai compatibilă cu o altă sursă mecanică. plauzibil.

4. Separarea vocalizărilor balenelor de alte sunete de animale

Balenele cu cocoașă nu sunt singurele animale care produc sunete sub apă. În funcție de locație, înregistrările pot conține vocalizări de la alte mamifere marine și sunete de la alte animale acvatice.

Unele dintre aceste sunete pot fi ușor de distins, în timp ce altele pot împărtăși caracteristici acustice similare.

Oamenii de știință investighează mai multe caracteristici atunci când încearcă să identifice sursa:

• Durata și forma elementelor individuale.
• Modelul sunetelor repetate.
• Organizarea sunetelor în secvențe.
• Prezența caracteristicilor acustice asociate înregistrărilor de referință cunoscute.

De asemenea, pot fi de ajutor sincronizarea și contextul unui sunet. De exemplu, o secvență de elemente de cântec de balenă cu cocoașă care pot fi recunoscute poate oferi dovezi mai puternice pentru identificarea unui cântec decât un singur sunet izolat.

Chiar și așa, cercetătorii nu ar trebui să atribuie o etichetă de specie atunci când dovezile acustice sunt insuficiente.

În funcție de calitatea înregistrării, un sunet poate fi clasificat ca o vocalizare posibilă neidentificată, o posibilă vocalizare neidentificată. Terminologia utilizată variază în funcție de proiectul de cercetare, dar principiul este același: încrederea identificării ar trebui să se potrivească cu dovezile disponibile.

5. Căutarea structurii de repetiție și secvență

E posibil ca un singur sunet să nu ofere suficiente informații pentru a-și determina sursa. O secvență mai lungă poate oferi mai multe indicii.

Cântecele balenelor cu cocoașă includ adesea elemente repetate și fraze organizate. Când cercetătorii detectează un sunet candidat, ei pot examina înregistrarea înconjurătoare pentru a vedea dacă sunete înrudite apar înainte sau după acesta.

De exemplu, un sunet tonal izolat poate avea mai multe explicații posibile. Dacă apare într-o secvență mai lungă care conține modele de cântece repetate și recognoscibile, dovezile pentru interpretarea cântecului de balenă pot deveni mai puternice.

Cercetătorii pot analiza:

• Distația dintre sunete.
• Oare forme similare.
• Oare forme de sunet.
• să rămână consecventă.
• Dacă înregistrarea conține o secvență recunoscută.
• Dacă secvența seamănă cu exemplele verificate independent.

Această abordare folosește structura acustică înconjurătoare mai degrabă decât să judece un sunet izolat.

Cu toate acestea, structura secvenței nu este o dovadă definitivă. O înregistrare scurtă sau incompletă poate omite părțile cele mai informative ale unui cântec, iar sunete neînrudite pot apărea în apropierea vocalizărilor reale ale balenelor.

Oamenii de știință trebuie să ia în considerare întreaga înregistrare și să evite să presupună că sunetele învecinate provin în mod necesar din aceeași sursă.

6. Utilizarea înregistrărilor de referință

Înregistrările de referință pot ajuta oamenii de știință să stabilească dacă un sunet necunoscut seamănă cu o vocalizare cunoscută.

Cercetătorii pot compara un sunet candidat cu înregistrările care au fost identificate folosind dovezi solide. Ei pot examina caracteristicile frecvenței, durata, conturul și structura secvenței.

Asemenea comparații sunt utile deoarece oferă o bază documentată pentru evaluarea asemănărilor.

Cu toate acestea, calitatea unei biblioteci de referință afectează cât de bine suportă identificarea. Este posibil ca o bibliotecă care conține doar o gamă limitată de sunete să nu reprezinte toată variația acustică găsită în natură.

Condițiile de înregistrare pot fi, de asemenea, diferite. O vocalizare captată în mod clar de un hidrofon poate părea diferită atunci când este înregistrată de la o distanță mai mare sau este amestecată cu zgomot de fond substanțial.

Oamenii de știință ar trebui, prin urmare, să folosească exemple de referință adecvate și să ia în considerare diferențele dintre condițiile de înregistrare. O potrivire acustică strânsă poate sprijini o identificare, dar nu întotdeauna dovedește sursa sunetului.

7. Cum îi ajută detectarea automată pe cercetători

Cercetarea acustică modernă poate implica cantități mari de înregistrări subacvatice. Examinarea manuală a fiecărei secunde poate fi nepractică, mai ales atunci când cercetătorii trebuie să găsească vocalizări relativ scurte în perioade lungi de sunet de fundal.

Instrumentele automate de detectare pot ajuta prin scanarea înregistrărilor pentru modele care seamănă cu sunete cunoscute de balene.

Unele sisteme folosesc caracteristici acustice predefinite, în timp ce altele folosesc metode de învățare automată instruite pe înregistrări etichetate. În funcție de sistem, aceștia pot identifica vocalizările candidate, pot marca secțiunile relevante sau pot clasifica sunetele în categorii largi.

Acest lucru poate economisi timp prin direcționarea cercetătorilor către înregistrări care merită o examinare mai atentă.

Cu toate acestea, sistemele automate pot face greșeli.

Un sistem poate clasifica un sunet mecanic ca fiind o vocalizare greșită, o vocalizare, o vocalizare greșită sau ascunsă. performanță slabă la înregistrările care diferă de datele sale de antrenament.

Din acest motiv, oamenii de știință evaluează performanța detectării utilizând exemple adecvate etichetate și testează cât de bine funcționează sistemul în diferite condiții de înregistrare.

Detecția automată este cel mai bine înțeleasă ca un instrument care sprijină cercetarea acustică, nu ca un înlocuitor infailibil al verificării științifice.

8.

De ce contează detecțiile false

O detecție falsă are loc atunci când un sistem sau un observator identifică o vocalizare a unei balene unde dovezile nu susțin această concluzie.

Detecțiile false pot afecta rezultatele cercetării. Dacă zgomotul mecanic este clasificat în mod repetat drept cântec de balenă, oamenii de știință pot supraestime cât de des apar vocalizările sau pot trage concluzii inexacte despre când balenele sunt active acustic.

Detecțiile ratate creează problema opusă. Vocalizările reale ale balenelor pot trece neobservate, în special atunci când sunt slabe sau se suprapun cu zgomotul de fundal.

Cercetătorii evaluează, prin urmare, ambele tipuri de erori.

Aceștia pot examina manual un eșantion de detecții, pot compara rezultatele automate cu înregistrări atent etichetate și pot documenta incertitudinea în analiza lor.

Echilibrul dintre scopurile falsificate depind de studiul sunetului greșit. Un sistem conceput pentru a găsi cât mai multe vocalizări posibile poate utiliza praguri de decizie diferite față de un sistem conceput pentru a produce o colecție foarte fiabilă de exemple confirmate.

Înțelegerea acestor compromisuri îi ajută pe oamenii de știință să decidă cum să utilizeze datele rezultate.

9. Pot oamenii de știință să identifice o balenă individuală din cântecul ei?

Identificarea unei vocalizări nu este același lucru cu identificarea individului care a produs-o.

O înregistrare poate conține un cântec de balenă cu cocoașă recunoscut, dar nu oferă dovezi suficiente pentru a determina ce balenă cânta.

Chiar și atunci când ei trebuie să observe echipamentul de înregistrare, oamenii de știință trebuie să observe dacă balena cânta. sunetul înregistrat poate fi legat cu încredere de acel animal. Sunetul poate călători sub apă, iar alte balene pot fi prezente în afara vederii observatorului.

Identificarea individuală necesită, în general, dovezi suplimentare. În funcție de studiu, cercetătorii pot combina înregistrările acustice cu observații vizuale, identificarea foto, etichetarea sau alte date adecvate.

Asemănarea unui cântec cu o altă înregistrare, de asemenea, nu stabilește automat că același individ le-a produs pe ambele.

Această distincție contează, deoarece cercetătorii investighează mai multe întrebări diferite: ce fel de sunet a apărut, ce specie poate fi identificat, și ce specie a produs sunetul. Fiecare întrebare necesită propriile sale dovezi.

10. Ce se întâmplă când oamenii de știință nu pot identifica un sunet?

Nu orice sunet subacvatic poate fi clasificat cu încredere, iar aceasta este o parte normală a cercetării științifice.

O înregistrare poate fi prea zgomotoasă, prea scurtă sau prea incompletă pentru a susține o concluzie de încredere. Unele sunete pot să semene cu mai multe surse posibile, în timp ce altele pot să nu se potrivească cu materialul de referință disponibil.

În astfel de cazuri, cercetătorii pot păstra înregistrarea și o pot eticheta ca incertă sau neidentificată, conform sistemului de clasificare al proiectului.

Ei pot revizui sunetul atunci când devin disponibile înregistrări de referință mai bune sau când metodele de analiză îmbunătățite fac accesibile mai multe informații. Dacă multe înregistrări conțin evenimente similare ambigue, cercetătorii pot avea nevoie de echipamente mai bune, observații mai detaliate sau proceduri de clasificare îmbunătățite.

Punctul important este că incertitudinea ar trebui documentată mai degrabă decât ascunsă. Un proces de identificare onest distinge ceea ce știu cercetătorii de ceea ce mai trebuie să investigheze.

Ce ar putea însemna identificarea sunetului subacvatic pentru Golful Samaná?

Golul Samaná din Republica Dominicană este bine cunoscut ca destinație sezonieră pentru observarea balenelor cu cocoașă. Zona oferă, de asemenea, un context util pentru explicarea modului în care funcționează cercetarea acustică subacvatică.

Dacă cercetătorii colectează înregistrări adecvate în zonă, ar putea investiga cât de des apar vocalizările balenelor candidate, modul în care condițiile de înregistrare afectează identificarea acestora și modul în care sunetele biologice pot fi separate de zgomotul de fond.

Întrebările potențiale de cercetare includ:

• Ce modele acustice pot fi identificate în mod fiabil în înregistrările locale?
• Cum afectează zgomotul navei detectarea vocalizărilor balenelor?
• Ce condiții de înregistrare fac identificarea sunetului mai dificilă?
• Cât de des necesită detectarea manuală a sunetului revizuire?
• Ce dovezi suplimentare sunt necesare pentru a conecta o înregistrare cu o anumită specie sau individ?

Acestea sunt întrebări potențiale de cercetare, nu pretenții că un anumit proiect de identificare a sunetului a fost deja efectuat în Golful Samaná.

Răspunsul la acestea ar necesita înregistrări adecvate, metode documentate și proceduri de verificare adecvate.

<-p>Pentru cercetarea subiecților, care se referă la o vizită de supraveghere, ar fi nevoie de înregistrări adecvate, metode documentate și proceduri de verificare adecvate. mult mai mult decât să vezi o balenă la suprafață. Oamenii de știință ar putea avea nevoie de echipamente specializate și analize atente pentru a investiga sunetele care apar sub apă.

Cum pot aprecia vizitatorii de observare a balenelor cercetarea acustică

Vizitatorii dintr-o excursie de observare a balenelor, în general, nu pot determina dacă o balenă cântă doar observând suprafața ei sau scufundându-se. Cântecele sunt vocalizări subacvatice, iar confirmarea prezenței lor necesită, de obicei, dovezi acustice adecvate.

Cu toate acestea, învățarea despre identificarea sunetului subacvatic poate face o experiență de vizionare a balenelor mai informativă.

Vizitatorii pot întreba ghizi sau organizații educaționale cum funcționează hidrofoanele, cum interpretează cercetătorii spectrogramele și de ce zgomotul de fundal poate face dificil de analizat.

oamenii de știință disting între observarea unei balene, înregistrarea unui sunet, identificarea sursei probabile a acestuia și determinarea animalului responsabil individual.

Observarea responsabilă a faunei sălbatice rămâne esențială. Respectarea îndrumărilor operatorului de ambarcațiune și a regulilor aplicabile ajută la reducerea perturbărilor inutile pentru mamiferele marine și habitatul acestora.

Gânduri finale

Distingerea cântecelor balenelor cu cocoașă de alte sunete subacvatice necesită o combinație de ascultare atentă, vizualizare acustică, analiză a modelelor, înregistrări de referință și, în unele cazuri, mai degrabă caracteristici de detecție automatizate, decât de analiză automată.

bazându-se pe o singură înălțime, frecvență sau formă a sunetului. Acestea țin cont, de asemenea, de zgomotul navei, alte sunete de animale, calitatea înregistrării și posibilitatea unei identificări incerte.

Uneltele automate pot ajuta la procesarea unor seturi mari de date, dar rezultatele acestora trebuie evaluate pentru erori și limitări. Cel mai important, identificarea vocalizării unei balene nu identifică automat balena individuală sau explică scopul sunetului.

Pentru persoanele interesate de observarea balenelor din Samaná, înțelegerea acestui proces dezvăluie o altă latură a cercetării balenelor cu cocoașă. Sub suprafața oceanului, fiecare descoperire acustică de încredere începe cu o întrebare simplă, dar importantă: ce a produs sunetul și cât de puternice sunt dovezile?