Биоакустика - Bioacoustics

В сонограммы из Дрозд соловей (Luscinia luscinia) и Обыкновенный соловей (Luscinia megarhynchos) пение помогает однозначно различить эти два вида по голосу.

Биоакустика междисциплинарный наука это объединяет биология и акустика. Обычно это относится к исследованию звук производство, распространение и прием в животные (включая люди ).[1] Это включает нейрофизиологический и анатомический основы производства и обнаружения звука, а также отношение акустических сигналы к средний они расходятся. Полученные данные позволяют понять эволюция акустических механизмов и, следовательно, эволюции животных, которые их используют.

В подводная акустика и акустика рыболовства этот термин также используется для обозначения эффекта растения и животные на звуке, распространяющиеся под водой, обычно в отношении использования сонар технология для биомасса оценка.[2][3] Исследование вибраций, переносимых субстратом, используемых животными, рассматривается в некоторых отдельных областях, называемых биотремология.[4]

История

В течение долгого времени люди использовали звуки животных, чтобы распознавать и находить их. Биоакустика как научная дисциплина была создана Словенский биолог Иван Реген кто начал систематически учиться насекомое звуки. В 1925 году он использовал специальный стридуляторный устройство для игры в дуэте с насекомым. Позже поставил самца крикет за микрофоном и сверчки-самки перед громкоговорителем. Самки двигались не к самцу, а к громкоговорителю.[5] Самым важным вкладом Регена в эту область помимо осознания того, что насекомые также обнаруживают звуки в воздухе, было открытие барабанная перепонка функция.[6]

Доступные в то время относительно грубые электромеханические устройства (такие как фонографы ) допускается только для грубой оценки свойств сигнала. Более точные измерения стали возможны во второй половине 20-го века благодаря достижениям в электронике и использованию таких устройств, как осциллографы и цифровые рекордеры.

Последние достижения в области биоакустики касаются взаимоотношений между животными и их акустической средой, а также воздействия антропогенных факторов. шум. Биоакустические методы недавно были предложены в качестве неразрушающего метода оценки биоразнообразие площади.[7]

Методы

Гидрофон

Прослушивание до сих пор остается одним из основных методов биоакустических исследований. Мало что известно о нейрофизиологических процессах, которые играют роль в производстве, обнаружении и интерпретации звуков у животных, поэтому поведение животных а сами сигналы используются для понимания этих процессов.

Акустические сигналы

Спектрограмма (выше) и осциллограмма (ниже) из Горбатый кит звонки

Опытный наблюдатель может распознавать «поющее» животное по звукам животных. разновидность, его расположение и состояние в природе. Исследование звуков животных также включает запись сигналов с помощью электронного записывающего оборудования. Из-за широкого диапазона свойств сигнала и среды, через которую они распространяются, может потребоваться специализированное оборудование вместо обычного микрофон, например гидрофон (для подводных звуков), детекторы УЗИ (очень высоко-частота звуки) или инфразвук (очень низкочастотные звуки) или лазерный виброметр (колебательные сигналы от подложки). Компьютеры используются для хранения и анализа записанных звуков. Специализированный звуковой монтаж программного обеспечения используется для описания и сортировки сигналов по их интенсивность, частота, продолжительность и другие параметры.

Коллекции звуков животных, управляемые музеи естествознания и другие учреждения, являются важным инструментом для систематического исследования сигналов. Для обнаружения и классификации биоакустических сигналов было разработано множество эффективных автоматизированных методов, включающих обработку сигналов, интеллектуальный анализ данных и машинное обучение.[8]

Производство звука, обнаружение и использование у животных

Ученые в области биоакустики интересуются анатомией и нейрофизиологией органы участвуют в производстве и обнаружении звука, включая их форму, мышца действие и деятельность нейронные сети участвует. Особый интерес представляет кодирование сигналов с помощью потенциалы действия в последнем.

Но поскольку методы, используемые для нейрофизиологических исследований, все еще довольно сложны, а понимание соответствующих процессов неполно, используются также более тривиальные методы. Особенно полезно наблюдение за поведенческими реакциями на акустические сигналы. Один из таких ответов: фонотаксис - направленное движение к источнику сигнала. Наблюдая реакцию на четко определенные сигналы в контролируемой среде, мы можем получить представление о функции сигнала, чувствительность слухового аппарата, шум возможность фильтрации и т. д.

Оценка биомассы

Основная статья: Гидроакустика

Оценка биомассы - это метод обнаружения и количественной оценки рыбы и другие морские организмы, использующие сонар технологии.[3] Когда звуковой импульс проходит через воду, он сталкивается с объектами, плотность которых отличается от плотности окружающей среды, например, рыбы, которые отражают звук обратно к источнику звука. Эти эхо-сигналы предоставляют информацию о размере рыбы, ее местонахождении и избыток. Основные компоненты научного эхолот Функция оборудования заключается в передаче звука, приеме, фильтрации и усилении, записи и анализе эхо-сигналов. Хотя существует множество производителей коммерчески доступных «эхолотов», количественный анализ требует, чтобы измерения проводились с откалиброванный оборудование эхолота, имеющее высокий отношения сигнал / шум.

Звуки животных

Бергише Крауэр кукареканье
Европейский скворец пение

Звуки, используемые животными, которые подпадают под сферу применения биоакустики, включают широкий диапазон частот и носителей, и часто не являются "звук"в узком смысле слова (т.е. волны сжатия которые распространяются через воздуха и обнаруживаются человеком ухо ). Катыдид сверчки, например, общаться с помощью звуков с частотой выше 100 кГц, далеко в ультразвуковой диапазон.[9] Низкие, но все же в УЗИ звуки, используемые летучие мыши за эхолокация. Сегментированный морской червь Леократиды кимураорум издает один из самых громких хлопающих звуков в океане на уровне 157 дБ, частотах 1-100 кГц, аналогично звуку ловля креветок.[10][11] По другую сторону частотного спектра находятся низкочастотные колебания, часто не обнаруживаемые слушание органов, но с другими, менее специализированными органами чувств. Примеры включают колебания грунта произведено слоны чья основная частотная составляющая составляет около 15 Гц, а низко- и среднечастотные колебания подложки используются большинством насекомое заказы.[12] Однако многие звуки животных попадают в диапазон частот, воспринимаемый человеческим ухом, от 20 до 20 000 Гц. Механизмы производства и обнаружения звука столь же разнообразны, как и сами сигналы.

Звуки растений

В серии статей в научных журналах, опубликованных в период с 2013 по 2016 год, д-р Моника Гальяно из Университет Западной Австралии расширил науку, чтобы включить биоакустика растений.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Биоакустика - Международный журнал звуков животных и их записи». Тейлор и Фрэнсис. Получено 31 июля 2012.
  2. ^ Медвин Х. и Клэй С.С. (1998). Основы акустической океанографии, Академическая пресса
  3. ^ а б Симмондс Дж. И МакЛеннан Д. (2005). Акустика рыболовства: теория и практика, второе издание. Блэквелл
  4. ^ Hill, Peggy S.M .; Вессель, Андреас (2016). «Биотремология». Текущая биология. 26 (5): R187 – R191. Дои:10.1016 / j.cub.2016.01.054. PMID  26954435.
  5. ^ Кочар Т. (2004). Кот листя по-кобыличски (Столько же листьев и кузнечиков). GEA, октябрь 2004 г. Младинская книга, Любляна (на словенском)
  6. ^ Глен Вевер, Эрнест (2008). «Звуковой прием: свидетельство слуха и общения у насекомых». Британника онлайн. Получено 2008-09-25.
  7. ^ Sueur J .; Pavoine S .; Hamerlynck O .; Дювайл С. (30 декабря 2008 г.). Реби, Дэвид (ред.). «Экспресс-акустическая съемка для оценки биоразнообразия». PLoS ONE. 3 (12): e4065. Bibcode:2008PLoSO ... 3.4065S. Дои:10.1371 / journal.pone.0004065. ЧВК  2605254. PMID  19115006.
  8. ^ М. Поурхомаюн, П. Дуган, М. Попеску и К. Кларк, «Классификация биоакустических сигналов, основанная на характеристиках непрерывной области, функциях маскирования сетки и искусственной нейронной сети», Международная конференция по машинному обучению (ICML), 2013.
  9. ^ Mason, A.C .; Моррис, Г.К .; Уолл, П. (1991). «Ультразвуковой слух и функция барабанной перегородки в тропических лесах Катидидс». Naturwissenschaften. 78 (8): 365–367. Bibcode:1991NW ..... 78..365M. Дои:10.1007 / bf01131611. S2CID  40255816.
  10. ^ Гото, Рютаро; Хирабаяси, Исао; Палмер, А. Ричард (2019-07-08). «Замечательно громкие щелчки во время схватки с губчатым червем». Текущая биология. 29 (13): R617 – R618. Дои:10.1016 / j.cub.2019.05.047. ISSN  0960-9822. PMID  31287974.
  11. ^ Саплакоглу 2019-07-16T15: 48: 02Z, Ясемин. «Крошечные боевые черви издают один из самых громких звуков в океане». livescience.com. Получено 2019-12-28.
  12. ^ Virant-Doberlet, M .; Чокл, А. (2004). «Колебательная коммуникация у насекомых». Неотропическая энтомология. 33 (2): 121–134. Дои:10,1590 / с 1519-566x2004000200001.
  13. ^ http://www.monicagagliano.com. Проверено 26 декабря +2016.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка