聲學工程師將鯨魚海豚叫聲繪製成精美圖片(全文)

在我們耳中，鯨和海豚的叫聲如同仙樂般美妙。聲學工程師馬克菲舍爾更進一步的將這些美妙的聲音轉換成可見的視覺圖像。較之以往的鯨鳴視覺化方法，他的作品捕捉到了海洋之聲的更多細節。

圖1 白喙斑紋海豚的高頻鳴叫聲

這是上幅圖中同樣的聲音信號形成的聲圖，但是菲舍爾用了另外一種不同形式的小波進行變換，而且在聲圖上玩了一些花樣，得到了這樣花朵錦簇的效果。他稱之為「藝術能夠達到的極致」。他將聲音片段一層層疊起來，旋轉並且改變其尺度。最後得到的這張複合圖像中，花朵的每一輪都代表聲音信號中一個不同部分。

圖2 小鬚鯨叫聲的聲譜圖

為了分辨生物種類，海洋生物學家通常會用繪製聲譜的方法將動物叫聲可視化。這幅圖是將小鬚鯨的喊叫聲頻率沿時間軸繪製而成的。原始的聲音信號通過數學方法中的傅立葉變換分解成正弦波成分。

傅立葉變換適用於連續的周期噪聲的分析，但是鯨和海豚的聲音在音調，音量和長短上都有所變化。尤其是在對某種物種的聲音片段進行轉換時，傅立葉變換的效果不甚理想。就像你在這張小鬚鯨「啵嚶」聲的線性聲譜中看到的那樣，細節信息被模糊掉了，獨立的脈衝也很難分辨出來。

圖3 小鬚鯨叫聲的小波變換

菲舍爾更喜歡一種比較不常用的數學方法——小波變換，這種方法可以將聲音分解成比較短的離散的小波成分。同樣是小鬚鯨「啵嚶」聲轉換成的圖像，這幅圖相較於之前以傅立葉變換為基礎轉化的圖形來說，更好的捕捉了鯨類的聲音特徵：脈衝，也就是圖中綠色的「小水滴」，非常明顯。「傅立葉變換方法太常用了，以致於人們在考慮如何處理聲音信號時，這幾乎成了唯一的方法。對鯨類來說，聲音還可以轉化成很多聲譜圖無法展現的形式，」菲舍爾說。

網易探索2月4日報導 據《新科學家》雜誌報導，在我們耳中，鯨和海豚的叫聲如同仙樂般美妙。聲學工程師馬克菲舍爾更進一步的將這些美妙的聲音轉換成可見的視覺圖像。較之以往的鯨鳴視覺化方法，他的作品捕捉到了海洋之聲的更多細節。

本文譯自/新科學家 譯/七點鐘 譯言網供網易探索獨家稿件，未經許可請勿轉載。

圖4 小鬚鯨的叫聲

菲舍爾在舊金山開設了一家公司AguaSonic Acoustics ，專門銷售這些迷人的聲圖。這是用上幅圖中同樣的聲音信號形成的線性圖像，不同的是圖像圍成了一個環形。菲舍爾有時會在圖像的外觀上玩些花樣：比如將聲音信號疊加起來，形成一朵花的形狀，或者將聲圖內外顛倒或者是放大其中某一個特徵，但他表示在大多數情況下，他更樂於保持聲圖的原貌。 這幅圖沒有經過任何的藝術加工，是根據加州拉霍亞的西南漁業科學中心錄製的聲音信號生成的。

圖5 小鬚鯨的叫聲

這是用上幅圖中同樣的聲音信號經過另外一種形式的小波變換而形成的聲圖。小波的形式有上百種， 菲舍爾從中選擇最能夠表現聲音信號特徵或者最讓人賞心悅目的一種。

圖6 斑原海豚的叫聲

這是亞述爾群島附近錄製的一隻斑原海豚的聲圖。其中包含了「喀嚦」聲和鳴叫聲。「喀嚦」聲對應圖中的向外放射的直線，鳴叫聲對應粗略的黑線。囀鳴哨聲在音量上稍微弱一些，所以有可能是來自於其他海豚。

圖7 偽虎鯨的叫聲

這是亞述爾群島海上賞鯨活動中錄製的偽虎鯨的聲音。儘管名字裡有「虎鯨」兩個字，但是這種生物更接近於海豚而非虎鯨。他們的聲音中包含了豐富的高頻「喀嚦」聲，鳴叫聲和喊叫聲，用來進行回聲定位和溝通信息。這幅圖中，你可以看到他們是如何同時發出「喀嚦」聲和鳴叫聲的。「喀嚦」聲沿徑向輻射，而鳴叫聲是圖中間模糊的一團。

圖8 白喙斑紋海豚的叫聲

這幅聲圖展示了某些生物發出「喀嚦」聲的精確性。這是一隻白喙斑紋海豚發出的用於回聲定位的信號，「喀嚦」聲的頻率在15萬赫茲左右。聲音信號錄製於冰島附近的南大西洋地區。

圖9 座頭鯨的叫聲

這幅聲圖展示了某些生物發出「喀嚦」聲的精確性。這是一隻白喙斑紋海豚發出的用於回聲定位的信號，「喀嚦」聲的頻率在15萬赫茲左右。聲音信號錄製於冰島附近的南大西洋地區。

本文譯自/新科學家 譯/七點鐘 譯言網供網易探索獨家稿件，未經許可請勿轉載。

本文來源：網易探索 責任編輯：王曉易_NE0011