Добрый день. На этой неделе мы, наконец, приступим к акустическому анализу. Но перед тем как к нему приступить, я бы хотел обсудить два больших блока. Первый связан с биоакустикой, а второй связан с артикуляционной фонетикой. Биоакустику в каком-то смысле можно воспринимать как некоторую соседнюю область с фонетикой, возможно, даже можно считать, что фонетика является частью биоакустики, так как биоакустика ― это некоторая дисциплина на границе биологии и акустики, которая занимается исследованиями того, какие сигналы производят животные или даже живые организмы, иногда некоторые даже говорят, что растения могут издавать звуки и коммуницировать таким образом. Основателем этой дисциплины можно считать словенского исследователя Ивана Регена, который начал подробно исследовать звуки, которые издают насекомые. Какие задачи стоят у биоакустики? Во-первых, конечно же, задача ― то, какие есть механизмы производства звуков у разных животных, какие механизмы используются при произнесении тех сигналов или других. Не стоит думать, что животные произносят только один тип сигналов. Часто бывает так, что люди себе представляют, например, птиц, которые производят только пение. Но даже птицы могут произносить самые разные типы звуков, это может быть пение, крики. Или, например, дельфины, которые могут как щелкать, как мы делаем, или же они могут производить что-то больше похожее на пение, например, на пение китов. Также связано с этими проблемами то, как животные воспринимают звук. Потому что, получается, что важно понимать, что животное издает сигналы в таком-то промежутке, в таком-то диапазоне частот, а в каком диапазоне частот оно их понимает, и в каком диапазоне частот их слышит. Кроме того, важно понимать про то, что есть целый ряд проблем, и они все связаны, приходится исследовать всю коммуникацию животных целиком. То есть вот у нас есть какой-то сигнал, но про него нужно понять, во-первых, а какой сигнал специфический для этого вида, а какой сигнал животные подают в такой-то ситуации, когда они, например, хотят приманить самку. В какой ситуации животные, наоборот, пытаются отпугнуть другое животное, это, получается, взаимодействие между разными животными. И всё это позволяет иметь и какие-то практические применения, то есть простая акустическая классификация, что если у нас есть звук высоких частот, скорее всего, это летучая мышь, например. И таким образом мы можем идентифицировать виды, то есть есть такое приложение BirdGenie, которое работает как Shazam для птиц. То есть мы услышали пение какой-то птицы, открываем это приложение, и оно нам как-то определяет, что это за птица. Стоит также отметить, что вообще-то животные часто взаимодействуют с окружающей их природой. В результате получается, что, например, мы обычно воспринимаем, что звуки ― это нечто, что животное производит само. Например, производится какой-то звук человеком, и он использует только возможности своего тела. Однако часто бывает так, что разные среды, в которых находятся животные, влияют на то, как они производят звуки. Например, в воде звуки распространяются не так, как в воздухе, поэтому это стоит учитывать. А некоторые лягушки на самом деле очень маленькие, в результате, если они будут квакать самостоятельно на открытом воздухе, их никто не услышит. В результате такие лягушки, древесные лягушки, забираются в дупла деревьев и начинают квакать в дуплах этих деревьев, чтобы приманить самку. Почему это работает? Потому что дерево начинает резонировать, в результате получается такой музыкальный инструмент, который начали использовать лягушки. Кроме того, животные адаптируются под разные изменения. Если у нас в нашей экосистеме появилось много лягушек, они становятся очень большими и начинают громко кричать. Если их много, они много кричат, то, получается, что какие-то животные должны поменять свой диапазон частот и, например, издавать сигналы в другом диапазоне. То же самое происходит с городами. Животные адаптируются к шуму городов и как-то меняются, и, например, какие-то птицы перестают слышать звуки в каком-то диапазоне и переходят, например, в какие-то более высокие. Всё вот это вот ― интересные задачи для исследования биоакустики. Другие задачи, которые можно поставить, ― это задачи компьютерной биоакустики. Дело в том, что поле в биоакустике устроено достаточно сложно, и это может быть куча всего. Это может быть, как корабль в Северном Атлантическом океане, с которого мы опускаем микрофон в воду, чтобы послушать, как общаются белуги. Это может быть тропический лес, где люди ставят такую коробку, которая записывает нон-стоп в течение недели, месяцев, годов. Соответственно, возникают вопросы, как нам анализировать такое вот огромное количество данных. Нам нужна автоматическая инвентаризация и оценка разнообразия видов, то есть просто по записи можем ли мы понять, сколько разных видов животных тут есть. Можем ли мы оценить, что в одном году их было столько-то, а в этом году их стало столько-то, таким образом проследить увеличение или уменьшение видового разнообразия. Также можно оценить размер популяции. Мы можем себе представить, например, историю носорогов, которые издают специальный звук для того, чтобы приманивать самцов, когда самки готовы. В результате, если мы слышим только один такой звук, значит, у нас остался только один носорог. Если мы слышим пять таких звуков в разное время, значит, видимо, у нас пять разных носорогов. Таким образом, мы можем понять, что популяция какая-то сократилась, и нам нужно уже быстрее предпринимать какие-то шаги для сохранения этого вида. Это работает в обратную сторону. Например, существуют сельскохозяйственные вредители, которых мы можем отследить заранее. Мы можем понять, что, например, цикады или колорадский жук начали размножаться, и мы сейчас в этом месте наблюдаем, что их по звукам можно определить, что их столько-то. Когда они повзрослеют и промчатся по всем полям, и съедят кучу картошки, будет уже поздно. Но мы можем уже оценить, действительно ли нам нужно дополнительно как-то обрабатывать наши сельскохозяйственные продукты, чтобы как-то спасти их от вредителей, или нет. Наоборот, то же распространение болезней. Если мы знаем, что комары разносят какой-то вид болезни, то мы можем понять, не будет ли вспышка какой-нибудь болезни, которая разносится комарами, и мы это можем понять, опять же, по количеству этих животных. Конечно же, самая важная задача в компьютерной биоакустике ― это извлечение информации из записи звукового ландшафта. То есть вот такая вот коробка, как я уже говорил, в которую записывается всё-всё-всё. В результате это могут быть месяцы, могут быть годы. Как нам автоматически понять, что тут находится вот такой тип сигнала и что это связано с таким-то животным? Это отдельная задача, которую нужно ставить и решать каждый раз, иногда заново, иногда уже есть какие-то готовые решения, которые решаются в компьютерной биоакустике. [МУЗЫКА]
