Cum măsoară oamenii de știință viteza cu care se repetă cântecele balenelor cu cocoașă?

Balenele cu cocoașă produc cântece complexe formate din sunete recurente, fraze și secvențe mai lungi. Unele părți ale unui cântec pot fi repetate de mai multe ori, creând modele pe care cercetătorii le pot măsura și compara.

Dar cum determină oamenii de știință cât de repede repetă o balenă cu cocoașă un anumit sunet sau o anumită frază. Nu se pot baza pe o impresie generală că o balenă sună rapid sau lent. În schimb, cercetătorii analizează înregistrările subacvatice, identifică unitățile vocale repetate, măsoară timpul dintre ele și calculează ratele de repetiție folosind metode consistente.

Înțelegerea acestor măsurători îi ajută pe oamenii de știință să descrie mai precis comportamentul vocal al balenei. De asemenea, oferă o altă modalitate de a investiga sunetele produse de balenele cu cocoașă în timpul vizitelor sezoniere în Golful Samaná din Republica Dominicană.

Ce este o rată de repetiție a cântecului de balenă?

O rată de repetiție descrie cât de frecvent are loc un anumit eveniment într-o anumită perioadă. În cercetarea balenelor cu cocoașă, evenimentul poate fi producerea unui sunet recunoscut, a unei unități vocale sau a unei fraze complete.

Oamenii de știință trebuie să definească ceea ce numără înainte de a calcula o rată. Numărarea sunetelor individuale produce o măsură diferită față de numărarea frazelor complete sau a secvențelor întregi de cântece.

De exemplu, să presupunem că cercetătorii identifică 12 cazuri ale unei anumite unități vocale în timpul unei înregistrări care durează 60 de secunde. Frecvența observată este:

12 repetări ÷ 60 de secunde = 0,2 repetări pe secundă.

Aceasta este echivalent cu 12 repetări pe minut, cu condiția ca intervalul de numărare și definiția unei repetări să rămână consecvente.

Acesta este un calcul ilustrativ, nu o rată de repetare măsurată în mod clar definit pentru Samp>

a Bay Bay

. rata permite cercetătorilor să compare înregistrările fără a se baza pe descrieri subiective.

1. Înregistrarea cântecelor de balene cu hidrofoane

Primul pas este obținerea unei înregistrări acustice care surprinde tiparele vocale de interes.

Oamenii de știință folosesc hidrofoane, care sunt microfoane subacvatice concepute pentru a înregistra sunetele care călătoresc prin apă. În funcție de studiu, echipamentele pot fi desfășurate din nave de cercetare, instalate în locații fixe sau utilizate în alte configurații adecvate.

Metoda de înregistrare afectează calitatea datelor rezultate. Cercetătorii trebuie să ia în considerare zgomotul de fond, distanța dintre balenă și hidrofon, durata înregistrării și posibilitatea ca mai multe balene să cânte simultan.

O înregistrare care conține întreruperi frecvente poate face dificilă numărarea corectă a repetărilor. De asemenea, suprapunerea vocalizărilor poate determina cercetătorii să confunde sunetele de la cântăreți diferiți cu repetări ale unei singure balene.

Oamenii de știință evaluează, prin urmare, calitatea înregistrării înainte de a selecta un eșantion pentru o analiză detaliată.

2. Identificarea sunetelor care se repetă

Înainte de a număra repetițiile, cercetătorii trebuie să stabilească ce sunete aparțin tiparului studiat.

Cântecele balenelor cu cocoașă conțin diferite unități acustice aranjate în fraze și secvențe mai lungi. Un cercetător s-ar putea concentra pe o unitate de recunoaștere, pe o anumită frază sau pe recurența unei secvențe mai mari.

Aceste niveluri sunt diferite de analiză. Un sunet scurt poate apărea de multe ori într-o frază, în timp ce fraza completă poate să apară mai rar.

Oamenii de știință folosesc ascultare, spectrograme și criterii de etichetare stabilite pentru a identifica modelul țintă. O spectrogramă arată modul în care frecvența sunetului se modifică în timp și poate ajuta la distingerea unei unități vocale de alta.

Identificarea consecventă este esențială. Dacă cercetătorii numără sunete ușor diferite ca aceeași unitate într-o înregistrare, dar le tratează ca unități separate într-o altă înregistrare, este posibil ca ratele rezultate să nu fie comparabile.

3. Măsurarea timpului dintre repetiții

O metodă simplă este de a măsura intervalul dintre aparițiile succesive ale aceluiași eveniment recunoscut.

Să presupunem că o unitate începe la 5 secunde și următoarea apariție începe la 9 secunde. Intervalul dintre orele de începere a acestora este de 4 secunde.

Cercetătorii pot repeta această măsurătoare într-o înregistrare pentru a determina dacă intervalele rămân similare sau variază.

Pentru evenimente repetate cu sincronizare aproximativă regulată, rata poate fi estimată din intervalul mediu:

Rata de repetiție = 1 ÷ interval mediu în secunde.

Pentru intervalul succesiv, rata medie de 5 secunde este corespunzătoare, dacă intervalul corespunzătoare este de 5 secunde. este de 0,2 repetări pe secundă sau 12 pe minut.

Această metodă funcționează cel mai bine atunci când evenimentele țintă sunt identificate în mod clar și intervalul este măsurat în mod constant. Când repetările sunt neregulate, cercetătorii ar trebui să raporteze variația mai degrabă decât să sugereze că cântăreața urmează un ritm perfect regulat.

4. Numărarea repetițiilor într-o fereastră de timp fix

O altă metodă este de a număra numărul de apariții într-o perioadă definită.

Cercetătorii pot selecta un eșantion de 30 de secunde sau 60 de secunde și pot număra fiecare apariție care îndeplinește criteriile lor. Ei pot împărți apoi numărul la lungimea ferestrei de observare.

De exemplu, dacă o unitate clar identificată apare de 15 ori în 30 de secunde, rata observată este de 30 de repetări pe minut.

Fereastra aleasă trebuie să fie adecvată comportamentului măsurat. Este posibil ca un eșantion foarte scurt să nu reprezinte modelul de cânt mai larg, în timp ce un eșantion foarte lung poate include modificări ale structurii frazei sau pauze extinse.

Oamenii de știință ar trebui, de asemenea, să stabilească cum să gestioneze evenimentele care încep înaintea ferestrei de observație sau se termină după aceasta. Regulile consecvente reduc erorile de numărare și îmbunătățesc comparațiile între înregistrări.

5. Utilizarea spectrogramelor pentru a localiza unitățile repetate

Spectrogramele îi ajută pe cercetători să vizualizeze modelele acustice recurente și să le localizeze pozițiile într-o înregistrare.

O spectrogramă arată de obicei timpul de-a lungul axei orizontale și frecvența de-a lungul axei verticale. Intensitatea semnalului înregistrat este reprezentată de variații ale puterii vizuale sau ale culorii.

Atunci când un sunet de recunoscut se repetă, forme similare pot apărea în puncte diferite de-a lungul axei timpului. Cercetătorii pot marca acele apariții și pot măsura intervalele dintre ele.

Cu toate acestea, nu toate modelele similare vizual reprezintă aceeași unitate vocală. Sunete diferite pot împărtăși anumite caracteristici acustice, iar zgomotul de înregistrare poate ascunde detalii importante.

Oamenii de știință combină, prin urmare, inspecția spectrogramei cu ascultarea și criteriile de clasificare clar definite. Afișajul vizual susține analiza, dar nu elimină necesitatea unei interpretări atente.

6. Distingerea repetiției unității de repetiția frazei

O sursă majoră de confuzie este diferența dintre o unitate vocală repetată și o frază repetată.

O frază poate conține mai multe sunete individuale. Aceste sunete pot apărea în mod repetat în frază, în timp ce fraza în sine revine la intervale mai lungi.

Luați în considerare o secvență ipotetică în care o balenă produce patru unități scurte urmate de o pauză, apoi repetă aceeași secvență. Cercetătorii ar putea măsura cel puțin trei lucruri diferite:

• Rata cu care apar unitățile individuale.
• Timpul dintre începuturile succesive ale frazei.
• Numărul de fraze complete produse pe minut.

Toate cele trei măsurători pot fi utile, la întrebări diferite,

pentru comparație.

un articol sau un raport de cercetare ar trebui să explice ce nivel de repetiție este măsurat. Fără această definiție, două rate raportate ar putea părea contradictorii, chiar dacă descriu părți diferite ale cântecului.

7. Contabilizarea pauzelor și cronometrajului neregulat

Cântecele balenelor cu cocoașă nu urmează neapărat un program perfect uniform. Un cântăreț poate repeta o unitate de mai multe ori, poate întrerupe și apoi continua cu o altă frază.

Aceste pauze afectează modul în care cercetătorii calculează ratele de repetare.

O rată calculată pentru o întreagă înregistrare include perioade în care unitatea țintă nu este produsă. O rată calculată numai în timpul secvențelor active măsoară modelul în mod diferit.

Nici o abordare nu este corectă automat pentru fiecare întrebare de cercetare. Metoda adecvată depinde dacă oamenii de știință doresc să descrie rezultatul general în timpul perioadei de observație sau ritmul de repetare în timp ce unitatea este produsă în mod activ.

Cercetătorii ar trebui să documenteze modul în care sunt gestionate pauzele, astfel încât cititorii să poată interpreta rezultatele cu acuratețe.

De asemenea, ar trebui să evite să presupună că o pauză reprezintă o schimbare deliberată în comunicare. Poate face parte din structura normală a cântecului, o întrerupere temporară a cântării sau un interval în care sunetul țintă nu a fost detectat.

8. Utilizarea software-ului pentru a îmbunătăți consistența măsurătorilor

Software-ul de analiză acustică poate ajuta oamenii de știință să inspecteze înregistrările, să afișeze forme de undă, să genereze spectrograme, să marcheze evenimente vocale și să calculeze intervale.

Pentru înregistrări lungi, instrumentele de detectare automată pot ajuta la identificarea posibilelor apariții ale unei unități țintă. Aceste sisteme pot reduce cantitatea de materiale de care cercetătorii trebuie să inspecteze manual.

Cu toate acestea, detectările automate pot conține erori. Zgomotul de fundal poate fi confundat cu un sunet de balenă, iar vocalizările suprapuse pot duce la ratarea evenimentelor autentice.

De aceea, cercetătorii ar trebui să verifice rezultatele automate în comparație cu înregistrările originale și să evalueze cât de bine funcționează metoda de detectare.

Setările software consecvente și procedurile de măsurare documentate ajută, de asemenea, să se asigure că diferențele dintre probele analizate nu sunt cauzate pur și simplu de modificările analitice. proces.

9. Compararea ratelor de repetare între înregistrări

Odată ce ratele de repetiție au fost calculate, cercetătorii pot compara înregistrările colectate la momente diferite sau în condiții diferite.

Ei s-ar putea întreba dacă o anumită unitate se repetă la o rată similară în mai multe sesiuni sau dacă rata observată variază în timpul unei înregistrări.

Comparațiile necesită un tratament consecvent al ferestrei țintă și de observare a definițiilor. Cercetătorii trebuie, de asemenea, să țină cont de diferențele de calitate a înregistrării și de posibilitatea ca cântăreți diferiți să fi contribuit la mostre.

Dacă înregistrările provin de la diferite balene, o diferență de rată nu poate fi atribuită automat unei preferințe individuale sau unei strategii de comunicare. Alți factori pot influența modelul.

O comparație solidă descrie ceea ce arată datele; a explica de ce apare o diferență necesită dovezi suplimentare.

10. Înțelegerea incertitudinii de măsurare

Nici o metodă de măsurare nu este complet lipsită de incertitudine.

Un sunet poate fi dificil de distins de zgomotul de fond. Începutul exact al unei unități vocale poate fi ambiguu sau două unități se pot suprapune. Diferiți cercetători pot, de asemenea, să nu fie de acord cu privire la modul în care o frază complexă ar trebui să fie împărțită în componente mai mici.

Oamenii de știință pot reduce aceste probleme prin stabilirea de definiții clare, folosind măsurători repetate, documentând evenimente incerte și verificând în mod independent un eșantion de înregistrări.

Atunci când datele nu susțin o numărare precisă, cercetătorii ar trebui să recunoască incertitudinea mai degrabă decât să raporteze exact o incertitudine. rata.

De asemenea, ar trebui să distingă precizia unui calcul de puterea concluziei biologice. O rată poate fi calculată cu precizie dintr-o înregistrare fără a dezvălui de ce balena produce acel model.

11. Poate rata de repetiție să explice ce comunică o balenă?

Rata de repetiție descrie sincronizarea unui model vocal, dar nu dezvăluie prin ea însăși scopul acelui model.

O diferență de rată ar putea fi asociată cu structura cântecului, stadiul unei secvențe de cânt sau alte aspecte ale comportamentului vocal. Stabilirea unei explicații funcționale necesită dovezi suplimentare.

Oamenii de știință ar putea fi nevoiți să combine analiza acustică cu observații ale comportamentului, contextului social și schimbărilor în timp.

Ar fi prematur să presupunem că o rată mai rapidă de repetiție indică întotdeauna entuziasm, agresivitate sau un anumit mesaj. Astfel de interpretări necesită dovezi care leagă caracteristica acustică măsurată cu semnificația propusă.

Cercetarea atentă separă caracteristicile măsurabile ale sunetului de ipotezele despre funcția lor.

12. Studierea repetiției cântecului balenelor în golful Samaná

Golul Samaná este o destinație sezonieră recunoscută pentru observarea balenelor cu cocoașă în migrație. Un proiect de cercetare din regiune ar putea investiga ratele de repetare prin colectarea de înregistrări subacvatice adecvate în perioadele de observare documentate.

Cercetătorii ar putea identifica unitățile vocale recurente, ar putea măsura sincronizarea acestora, ar putea calcula ratele pe ferestre definite și ar putea compara rezultatele înregistrărilor.

Ar trebui să țină seama de zgomotul bărcii, cântăreții suprapuneri, înregistrările incomplete și incertitudinea despre care sunetul produce incertitudine. Înregistrările mai lungi și eșantionarea repetată ar putea ajuta la determinarea dacă un model observat este consecvent sau limitat la o singură sesiune.

Orice afirmații despre ratele locale de repetiție ar trebui să provină din date acustice verificate. Fără astfel de date, oamenii de știință și editorii nu ar trebui să prezinte măsurători ipotetice ca descoperiri stabilite despre Golful Samaná.

Pentru vizitatori, lecția mai largă este că cântecele balenelor conțin modele temporale măsurabile pe care oamenii de știință le pot studia chiar și atunci când comportamentul vocal este invizibil de la suprafață.

Concluzie

Rata de repetiție a cântecelor măsoară. identificarea unităților sau frazelor vocale recurente, numărarea apariției acestora și măsurarea timpului dintre ele sau printr-o fereastră de observație fixă.

Spectrogramele și software-ul acustic ajută la localizarea tiparelor repetate, în timp ce definițiile consecvente și verificările calității reduc erorile de măsurare. Cercetătorii trebuie, de asemenea, să distingă repetiția unităților de repetarea frazei și să explice modul în care sunt gestionate pauzele și golurile de înregistrare.

Aceste măsurători oferă descrieri utile ale comportamentului vocal al balenei, dar rata de repetiție singură nu poate stabili sensul sau scopul unui cântec.

Pentru cei interesați de observarea balenelor din Samaná, studierea ratelor de repetiție dezvăluie o altă dimensiune a analizei atentă a comunicării și a întoarcerii la spate. sunete subacvatice în dovezi științifice utile.