科学家如何测量座头鲸歌曲重复的速度？

座头鲸会发出由重复出现的声音、短语和较长序列组成的复杂歌曲。 一首歌的某些部分可能会重复多次，从而形成研究人员可以测量和比较的模式。

但是科学家如何确定座头鲸重复特定声音或短语的速度？他们不能依赖鲸鱼声音快或慢的普遍印象。 相反，研究人员分析水下录音，识别重复的发声单元，测量它们之间的时间，并使用一致的方法计算重复率。

了解这些测量有助于科学家更准确地描述鲸鱼的发声行为。 它还提供了另一种方法来调查座头鲸在季节性访问多米尼加共和国萨马纳湾期间发出的声音。

什么是鲸鱼歌曲重复率？

重复率描述了特定时间段内特定事件发生的频率。 在座头鲸研究中，事件可能是发出可识别的声音、发声单元或完整的短语。

科学家必须在计算比率之前定义他们正在计算的内容。 计算单个声音所产生的测量结果与计算完整短语或整个歌曲序列所产生的测量结果不同。

例如，假设研究人员在持续 60 秒的录音中识别出特定声音单元的 12 个实例。 观察到的速率为：

12 次重复 ÷ 60 秒 = 每秒 0.2 次重复。

如果计数间隔和重复的定义保持一致，这相当于每分钟 12 次重复。

这是一个说明性计算，而不是萨美纳湾座头鲸的测量重复率。

明确定义的速率允许研究人员在不依赖于记录的情况下比较记录 主观描述。

1. 使用水听器录制鲸鱼歌曲

第一步是获得捕获感兴趣的声音模式的声学录音。

科学家使用水听器，这是一种水下麦克风，旨在记录在水中传播的声音。 根据研究的不同，设备可以从研究船上部署、安装在固定位置或以其他合适的配置使用。

记录方法会影响结果数据的质量。 研究人员必须考虑背景噪音、鲸鱼与水听器之间的距离、记录持续时间以及多头鲸鱼同时唱歌的可能性。

包含频繁中断的录音可能会导致难以准确计算重复次数。 同样，重叠的发声可能会导致研究人员将不同歌手的声音误认为是一只鲸鱼的重复声音。因此，科学家在选择样本进行详细分析之前会评估录音质量。

2。 识别重复的声音

在计算重复次数之前，研究人员需要确定哪些声音属于正在研究的模式。

座头鲸的歌曲包含排列成短语和较长序列的不同声学单元。 研究人员可能会关注一个可识别的单元、一个特定的短语或一个较大序列的重复。

这些是不同级别的分析。 一个短的声音可能会在一个短语中出现多次，而完整的短语可能会不太频繁地出现。

科学家使用听力、声谱图和既定的标签标准来识别目标模式。 声谱图显示声音频率如何随时间变化，可以帮助区分一个发声单元与另一个发声单元。

一致的识别至关重要。 如果研究人员将一个录音中略有不同的声音视为同一单元，但在另一个录音中将它们视为单独的单元，则所得的比率可能不具有可比性。

3。 测量重复之间的时间

一种简单的方法是测量同一可识别事件连续发生之间的间隔。

假设一个单元在 5 秒处开始，下一个单元在 9 秒处开始。 开始时间之间的间隔为 4 秒。

研究人员可以在记录中重复此测量，以确定间隔是否保持相似或变化。

对于时间大致有规律的重复事件，可以根据平均间隔估算速率：

重复速率 = 1 ÷ 平均间隔（以秒为单位）。

例如，如果连续重复之间的平均间隔为 5 秒，则相应的速率为 0.2 每秒重复次数，或每分钟 12 次。

当目标事件明确且测量间隔一致时，此方法效果最佳。 当重复不规则时，研究人员应该报告变化，而不是暗示歌手遵循完全规则的节奏。

4。 计算固定时间窗口内的重复次数

另一种方法是计算指定时间段内出现的次数。

研究人员可能会选择 30 秒或 60 秒的样本，并对符合其标准的每个出现情况进行计数。 然后他们可以将计数除以观察窗口的长度。

例如，如果一个明确标识的单元在 30 秒内出现 15 次，则观察到的速率为每分钟 30 次重复。

所选窗口必须适合所测量的行为。 非常短的样本可能无法代表更广泛的歌唱模式，而非常长的样本可能包括短语结构的变化或延长的停顿。

科学家还应该确定如何处理在观察窗口之前开始或在观察窗口之后结束的事件。 一致的规则可以减少计数错误并改善记录之间的比较。

5. 使用频谱图来定位重复单位

频谱图可帮助研究人员可视化重复出现的声学模式并定位它们在录音中的位置。

频谱图通常沿水平轴显示时间，沿垂直轴显示频率。 记录信号的强度通过视觉强度或颜色的变化来表示。

当可识别的声音重复时，类似的形状可能会出现在沿时间轴的不同点处。 研究人员可以标记这些事件并测量它们之间的间隔。

但是，并非每个视觉上相似的模式都代表相同的声音单元。 不同的声音可能共享一些声学特征，而记录噪声可能会掩盖重要的细节。

科学家因此将频谱图检查与听力和明确定义的分类标准结合起来。 视觉显示支持分析，但并不能消除仔细解释的需要。

6。 区分单元重复和短语重复

混淆的一个主要来源是重复的发声单元和重复的短语之间的区别。

一个短语可能包含多个单独的声音。 这些声音可能会在短语中重复出现，而短语本身会以较长的间隔返回。

考虑一个假设的序列，其中鲸鱼发出四个短单位，然后停顿，然后重复相同的序列。 研究人员可以测量至少三个不同的东西：

• 单个单元出现的速率。
• 连续短语开始之间的时间。
• 每分钟产生的完整短语的数量。

这三种测量方法都很有用，但它们回答了不同的问题。

为了进行有意义的比较，一篇文章 或研究报告应解释正在测量的重复程度。 如果没有这个定义，两个报告的速率可能会显得矛盾，即使它们描述了歌曲的不同部分。

7. 考虑暂停和不规则时间

座头鲸的歌曲不一定遵循完全统一的时间表。 歌手可能会多次重复一个单元，暂停，然后继续另一个乐句。

这些暂停会影响研究人员计算重复率的方式。

在整个录音中计算的重复率包括未产生目标单元的时段。 仅在活动序列期间计算的速率以不同的方式测量模式。

这两种方法都不会自动正确地解决每个研究问题。 适当的方法取决于科学家是否想要描述观察期间的总体输出或正在积极生产单元时的重复速度。

研究人员应该记录如何处理停顿，以便读者可以准确地解释结果。

他们还应该避免假设停顿代表沟通中的故意改变。 它可能是歌曲正常结构的一部分、歌唱中的暂时中断或未检测到目标声音的间隔。

8。 使用软件提高测量一致性

声学分析软件可以帮助科学家检查录音、显示波形、生成频谱图、标记声音事件并计算间隔。

对于长时间录音，自动检测工具可以帮助识别目标单元可能出现的情况。 这些系统可以减少研究人员需要手动检查的材料量。

但是，自动检测可能包含错误。 背景噪音可能会被误认为是鲸鱼的声音，而重叠的发声可能会导致错过真正的事件。

因此，研究人员应根据原始录音检查自动结果，并评估检测方法的表现。

一致的软件设置和记录的测量程序也有助于确保样本之间的差异不仅仅是由分析过程的变化引起的。

9. 比较记录之间的重复率

计算出重复率后，研究人员可以比较在不同时间或不同条件下收集的记录。

他们可能会询问某个特定单元是否在多个会话中以相似的速率重复，或者在记录期间观察到的速率是否变化。

比较需要对目标事件、观察窗口和暂停处理进行一致的定义。 研究人员还必须考虑录音质量的差异以及不同歌手对样本做出贡献的可能性。

如果录音来自不同的鲸鱼，则速率差异不能自动归因于个人偏好或沟通策略。 其他因素可能会影响该模式。

合理的比较描述了数据所显示的内容； 解释为什么会出现差异需要进一步的证据。

10. 了解测量不确定性

没有一种测量方法是完全没有不确定性的。

声音可能很难与背景噪声区分开来。 声音单元的确切开头可能不明确，或者两个单元可能重叠。 不同的研究人员对于如何将复杂的短语划分为较小的组成部分也可能存在分歧。

科学家可以通过建立明确的定义、使用重复测量、记录不确定事件以及独立检查记录样本来减少这些问题。

当数据不支持精确计数时，研究人员应该承认不确定性，而不是报告过于精确的比率。

他们还应该区分计算的精度和生物学结论的强度。 可以根据记录准确地计算出速率，而无需揭示鲸鱼产生该模式的原因。

11。 重复率可以解释鲸鱼正在交流的内容吗？

重复率描述了声音模式的时间，但它本身并不能揭示该模式的目的。

重复率的差异可能与歌曲结构、歌唱序列的阶段或声音行为的其他方面有关。 建立功能性解释需要额外的证据。

科学家可能需要将声学分析与对行为、社会背景和随时间变化的观察结合起来。

假设更快的重复率总是表明兴奋、攻击性或特定信息还为时过早。 这种解释需要证据将测量到的声学特征与所提出的含义联系起来。

仔细的研究将可测量的声音特征与其功能的假设分开。

12。 研究山美纳湾鲸鱼的歌声

山美纳湾是公认的观察座头鲸迁徙的季节性目的地。 该地区的一个研究项目可以通过在有记录的观察期间收集合适的水下录音来调查重复率。

研究人员可以识别重复出现的发声单位，测量它们的时间，计算定义窗口内的速率，并比较各个录音的结果。

他们需要考虑船的噪音、重叠的歌手、不完整的录音以及哪条鲸鱼发出声音的不确定性。 更长的记录和重复采样可以帮助确定观察到的模式是否一致或仅限于一个会话。

任何有关局部重复率的说法都需要来自经过验证的声学数据。 如果没有这些数据，科学家和出版商就不应该将假设的测量结果作为萨美纳湾的既定发现来呈现。

对于游客来说，更广泛的教训是，鲸鱼的歌曲包含可测量的时间模式，即使从表面看不到声音行为，科学家也可以研究这些模式。

结论

科学家通过识别重复出现的声音单元或短语、计算它们的出现次数、测量它们之间的时间或固定观察的时间来测量座头鲸的歌曲重复率。 窗口。

频谱图和声学软件有助于定位重复模式，而一致的定义和质量检查可减少测量误差。 研究人员还必须区分单位重复和短语重复，并解释如何处理停顿和录音间隙。

这些测量提供了对鲸鱼发声行为的有用描述，但仅凭重复率无法确定歌曲的含义或目的。

对于那些对山美纳鲸鱼观赏感兴趣的人，研究重复率揭示了座头鲸交流的另一个维度，并展示了仔细的声学分析如何将水下声音转化为有用的科学证据。