Научная биоакустическая группа
Ильи и Елены Володиных

logo

head

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретичеcкий и практический курс
по биоакустике позвоночных


Мы преподаем теоретические и практические основы нашей области знаний в рамках курса «Биоакустика позвоночных» на биологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова. Этот курс обычно проходит в весенний семестр и предназначен для студентов третьего курса кафедры зоологии позвоночных. В рамках курса теоретические лекции чередуются с практическими занятиями, в ходе которых учащиеся имеют возможность познакомиться с современными методами и возможностями измерения и анализа акустических параметров звуков млекопитающих и птиц, а также принципами их регистрации в природных и лабораторных условиях. Практические задания проводятся с использованием современного биоакустического оборудования и профессиональных программ для анализа звуков (в том числе бесплатных) и представляют собой набор задач, максимально приближенных к реальным научным исследованиям. Благодаря этому студенты могут познакомиться с особенностями биоакустических исследований на конкретных примерах и в ходе самостоятельной работы. Мы будем рады, если этот практикум пригодится для всех желающих и интересующихся звуками животных.

Для сопровождения практической части курса «Биоакустика позвоночных» используется методическое пособие «Практикум по биоакустике», содержащее подробное описание всех практических задач, разбираемых на занятиях.

book

Цель и задачи курса: Ознакомить студентов с современными представлениями о структуре звуков животных и способах его анализа, строении и функционировании вокальных аппаратов млекопитающих и птиц, подходах к классификации вокальных репертуаров, коммуникативных аспектах звукового поведения, сходстве и различиях звуков животных и речи человека. Одновременно с курсом лекций, в рамках Практикума по биоакустике проводятся занятия по практическим навыкам записи звуков животных и анализа его структуры в профессиональных программах по анализу звуков. Из курса вы узнаете:

    • что такое звук и что и как в нем можно измерить
    • как устроен и работает ларинкс млекопитающих и сиринкс птиц
    • сколько существует способов произвести звук
    • чем отличаются звуки животных и речь человека
    • как можно судить об эволюции речи не имея надежных палеонтологических данных
    • почему животные “честно” сообщают звуками о своем размере, эмоциях и физиологическом состоянии
    • какая информация о животном содержится в звуке и как ее извлечь
    • как люди и животные узнают об эмоциональном состоянии друг друга по звукам.
    • Также вы узнаете о возможностях современных программ по обработке звука и получите представление о работе с ними.
    Структура курса:
    Непосредственные механизмы, лежащие в основе звукового поведения
  1. Физика звука, параметры звуковой волны. Что и как можно измерить в звуке. Звуковая волна как колебательный процесс, временной, частотный и энергетический спектры звука, осциллограмма и спектрограмма звука, измерения длительности, частоты и интенсивности звука.
  2. Вокальная продукция у позвоночных: Анатомия и акустика. Источники звука и модификация звукового сигнала вокальным трактом. Общая схема строения вокального аппарата у позвоночных, Легкие как генератор воздушного потока. Преобразование энергии воздушного потока в акустическую энергию в голосовом источнике. Общая схема строения ларинкса млекопитающих и сиринкса птиц. Миоэластичная теория колебаний голосовых связок. Основная частота и гармоники звука. Роль вокального тракта в фильтрации сигнала источника. Нос и назализация звука. Форманты – резонанты вокального тракта. Расчет частоты формант через длину вокального тракта. Теория независимости источника и вокального тракта.
  3. Морфологическое разнообразие вокальных систем позвоночных. Влияние различных анатомических структур на характеристики звука. Феномен двухголосия у птиц. Гипертрофия вокального источника у млекопитающих. Морфология голосовых связок, вокальные мембраны и утолщения на связках. Модификация вокального тракта (развитие трахеальных удлинений, разрастания носовых полостей, опускание ларинкса). Воздушные мешки.
  4.  Информация о размерах тела в звуках, анатомические и физиологические ограничения. Связь размера тела и возможности распространения звука во внешнюю среду. Объем легких, источник, длина вокального тракта как вокальные ключи к размерам тела. Монофункциональность сиринкса и мультифункциональность ларинкса. 
  5.  Способы звукопродукции у млекопитающих и птиц. Фонация, вибрация, турбулентность (шум и истинный свист). Возможность совместной работы двух механизмов
  6.  Нелинейные феномены в вокализациях млекопитающих и птиц. Их структурные особенности, встречаемость и функциональное значение. Лимитный цикл колебаний голосовых связок. Субгармоники, детерминированный хаос. Бифонация, сайдебанды и биение. Физиологическая основа нелинейных феноменов. Распространенность нелинейных феноменов и их коммуникативное значение. Эволюция звукового поведения.
  7. Подходы к классификации звуков и составлению вокальных репертуаров. Типы звуков – реальны ли они? Структурный и функциональный подход. Классификация с позиции дискретности или континуальности. Дискретность типов звуков на уровне мозгового субстрата и континуальность как результат работы вокального аппарата. 
  8. Звуки животных и речь человека. Эволюция речи, анатомические и биоакустические подходы к ее изучению. Опускание гортани человека и потеря воздушных мешков. Развитие тонкого моторного контроля и вокальной имитации. Ограниченность палеонтологических данных. Сравнительный подход – форманты в коммуникации животных, функции вокальной имитации. 
  9. Нервный контроль вокализаций у млекопитающих и человека. Сходство и различия. Звуки не связанные и связанные с эмоциями – первичный и вторичный вокальный субстрат. Переход звуков, связанных с эмоциями, под оперантный контроль. Сходство и различия в церебральном контроле звуков млекопитающих и речи человека. Функции звукового поведения.
  10. Подходы к изучению коммуникации: этологический, информационный, регуляторный (оценки-управления). Приложение к звуковой коммуникации. Гипотеза сенсорной эксплуатации. Эволюционные ограничения на возможность обмана. 
  11. Дальнедистантная коммуникация. Ограничения, накладываемые на структуру звука внешней средой. Деградация звука. Влияние местообитаний и времени суток. «Акустические окна». Влияние влажности, ветра и расчлененности рельефа. Вибрационные звуки. Нора как акустическое устройство.
  12.   Гипотеза рейнджинга – реальная и мнимая оценка дистанции до кричащего. Вокальные репертуары и диалекты. Деградация звука при прохождении через среду. Эхо, снижение интенсивности, частотно-зависимое затухание. Оценка слушающим расстояния до отправителя крика и возможность обмана через эффект "близкого звучания". Развитие различных типов песен певчими воробьиными и возникновение вокальных диалектов. 
  13.   Ближнедистантная коммуникация. Мотивационно-структурные правила Мортона. Гипотеза экспрессивного символизма размера. Связь структуры звуков и внутреннего (мотивационного) состояния кричащего. Звуки определенной структуры как безусловный стимул, общий для всех наземных позвоночных. 
  14.   Ближнедистантная коммуникация. Гипотеза эмоционального научения. Влияние звуков на получателя – прямое (непосредственное воздействие на нервную систему) и эмоционально обусловленное (через связанные со звуками стимулы). Кросс-культурные параллели в звуках, используемых при дрессировке животных человеком. 
  15.   Гипотеза референтности – «сообщения» о конкретных объектах или событиях. Аргументы за и против референтности – связи звуков с определенными событиями. Произвольность структуры звуков по отношению к функции. Межвидовое общение. Внешнее сходство и различия в механизмах формирования звуковой коммуникации животных и речи человека. Взаимное обучение как основа внутри и межвидовой коммуникации. Прикладная биоакустика 
  16.   Прикладные аспекты биоакустики. Возможности акустического подхода: бесконтактность, оперативность, экономичность. В неволе: определение видов и подвидов, определение пола, контроль за физиологическим состоянием, звуковая стимуляция размножения. В природе: долговременный мониторинг по голосам, определение видового и полового состава, подманивание (акустические ловушки), учеты численности, долговременный мониторинг отдельных особей и групп. Экоакустика - оценка качества природных ландшафтов на основе автоматического акустического мониторинга.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Задача 1. Ручное измерение основных частотно-временных параметров в программе Avisoft-SASLab Pro.Статистический анализ количественной изменчивости звуков.



Задача 2. Визуальный анализ изменчивости звуков, понятие «сигнатурных» звуков. Сравнение результатов количественного и качественного (визуального) анализов.



Задача 3. Разнообразие нелинейных феноменов в звуках млекопитающих и птиц. Измерение основной частоты в звуках, содержащих нелинейные феномены.

Звуковые файлы для работы на занятии:

Задача 4. Вокальные репертуары и методы каталогизации звуков. Дополнительные возможности программы Avisoft-SASLab Pro (автоматическое измерение параметров звуков, маркировка фрагментов записи, фильтрация и др.) и основные возможности программ Syrinx и Audacity (просмотр и маркировка звуков).

Звуковые файлыля работы на занятии: Прочие материалы:

Задача 5. Трекирование и измерение основной и формантных частот звуков в программе Praat.


Звуковые файлы для трекирования и измерения основной частоты:
Прочие материалы:
  • Образец таблицы Excel для сохранения экспортируемых данных из программы Praat

  • Задача 6. Запись звуков животных для проведения биоакустических исследований: выбор оборудования и основные правила при работе в полевых условиях.


    © Все материалы данного сайта являются собственностью биоакустической группы. При использовании обязательна ссылка на источник.

    Только для некоммерческого использования!