聆聽大自然四季之音

「聆聽,森林的生命與故事」—系列講座

透過自動錄音機一年365天,從早到晚,每30分鐘錄下5分鐘的檔案,讓我們有機會透過聲音更認識自然谷的風吹草動、燕語鶯啼、龍吟虎嘯。藉著錄音機,錄下土地四季的聲音波動,更進一步運用聲波圖看到四季天氣變化。

講座時間:6月22日(四)晚上0700-0930

講座地點:清華大學圖書館 1樓清華沙龍(新竹市光復路二段101號)

講座報名:點此報名講座

對此講座有興趣的朋友,也歡迎閱讀 用「聲物」識生物 以自動錄音聆聽自然谷之聲 這篇文章,在文章裡面,我們簡單的分享了如何應用自動錄音機探索自然谷的豐富生物多樣性,也可以到我們所製作的互動式網頁中,一探自然谷的各種聲物!

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2017年海洋科學年會

2017/5/4-5 @ 國立中山大學

聆聽海洋的訊息:應用深度學習分析海洋聲景之變動

林子皓、曹昱
中央研究院 資訊科技創新研究中心

被動式聲學監測已被廣泛應用在海洋環境與生態研究中,長期錄音中的各種環境音與動物音增加了我們對海洋生態環境的了解,許多研究也深入探討人為噪音對海洋生態的影響。然而,過去針對海洋聲景的分析大多著重噪音的時頻譜特性,並透過設定規則的偵測器尋找海洋動物的聲音。但海洋聲景受到地形、氣候、生物群聚與人為活動的高度影響,時頻譜分析可能無法有效描述同時出現的多種聲源,偵測器效能也隨著噪音變動而改變。為了有效分離海洋聲景中的各種聲源,本研究應用非負矩陣分解法 (non-negative matrix factorization) 及其變形方法分析長期時頻譜圖,將輸入資料拆解為特徵矩陣與編碼矩陣。雖然單層的非負矩陣分解法在多次疊代後,能夠在特徵矩陣與編碼矩陣約略學習到各種聲源的頻譜特徵與時域上的強度,但仍難以分離重疊的多種聲源。本研究將多層學習器分別預訓練後堆疊成深度學習架構,並在各層之間逐漸減少特徵矩陣之基底數量,藉由最末層回傳後之重建資料和輸入資料的誤差,在多次疊代中自行修正各層模型參數以達到最佳的聲源分離成果。本研究針對各地具有不同環境噪音特性的海洋聲景進行分析,結果顯示在不需要辨識樣本與資料標籤的情況下,深度學習能夠有效分離海洋中的各種主要聲源:魚群鳴唱、槍蝦脈衝聲、船隻噪音與環境音。學習到的特徵矩陣也能夠作為辨識樣本,透過半監督式學習分析大量的線上資料。透過深度學習分離聲源,未來將能夠更有效評估海洋聲景的複雜結構,並藉此探討海洋環境與生態的變動,以及人為開發的影響。

2017年動物行為生態研討會

2017/1/23-24 @ 高雄中山大學

應用機器學習探討海洋聲景變動與中華白海豚發聲活動之關聯

林子皓、曹昱
中央研究院資訊科技創新研究中心

方士豪
元智大學電機工程學系

鯨豚的發聲行為相當多變,不同族群可能會在各種環境音改變哨聲特徵﹐也會在遭遇人為噪音時改變聲音結構。海洋聲景是由環境音、動物音與人為噪音組成,具有高度變異的特性。儘管過去已有不少針對鯨豚發聲與單一音源的研究,但是對鯨豚如何在多變的海洋聲景且多重聲源相互重疊的狀況下改變行為仍不清楚。本研究透過水下錄音機,長期收錄2014年苗栗海域的海洋錄音。首先應用自動偵測器尋找中華白海豚水下聲音,再應用非負矩陣分解法學習海洋聲景中的主要聲源特徵。透過非監督式學習器,可以有效拆解長期時頻譜圖,視覺化呈現石首魚鳴唱、槍蝦聲音、環境與人為噪音等主要聲源的相對變化。利用廣義疊加模型分析聲景與白海豚聲音後,我們發現白海豚的聲音偵測率與複雜度和各種聲源皆有不同的相關性。此結果顯示應用機器學習分離聲景中的各種聲源之後,將能夠有效瞭解動物和各種聲源的交互作用。未來,聲景中的各種訊息也可以作為預測動物活動的生態遙測資料。

2016年臺灣地球科學聯合學術研討會

2016/5/20

近海與海岸環境 Land-Ocean Interactions in the Changing Coastal Zones of Taiwan:
Scientific Basis and Societal Engagements

應用非監督式分類方法調查海洋聲景的時空變化

林子皓
國立台灣大學生態學與演化生物學研究所

海洋聲景由環境音、動物聲音與人為噪音所組成,是由各種水下聲音所構築而成的音響環境。環境音可能來自於風浪、海流、地震等等自然事件,受到海床地形、水文的變化,聲音在各地傳播的路徑有所不同,進而塑造出獨特的音響環境。動物音主要來自於海洋動物發聲,也可能來自動物移動過程或水面活動伴隨發出的聲音。動物音具有高度複雜的變異性,以鯨豚和魚類為例,不同種的聲音特徵有所差別,但同種的聲音卻也有可能受到行為影響而有著不同的結構。海域的人為噪音則以船隻交通、海洋工程的噪音為主,依據接受強度的不同,噪音可能會使動物受到生理傷害、干擾行為、遮蔽溝通,長期暴露下也可能增加免疫壓力。因此,調查海洋聲景不只可以協助我們了解海洋環境特性、海洋動物的種類組成與活動特性,更可以了解人為噪音對海洋生態的影響。近年來隨著水下技術的發展,國際上開始廣泛應用自動錄音機收集長時間水下錄音調查海洋聲景的時空變化。然而目前仍缺乏完整資料庫辨認各種聲音,也難以利用人工分析巨量錄音,因此阻礙了海洋聲景生態學的發展。本研究運用資訊分析技術,解析海洋聲景的事件組成,以進一步了解海洋環境與生態的動態變化。在野外取回水下錄音之後,計算每五分鐘水下錄音的平均功率頻譜,以壓縮大量的錄音資料,並將一系列的平均功率頻譜組合成長期時頻譜圖做為視覺化分析海洋聲景的基礎資料。此外,將每五分鐘的平均功率頻譜作為分析參數,經過多變數分析方法減少特徵向量的維度之後,利用區分資料在多重維度空間內的分佈叢集,作為非監督式分類海洋聲景事件的分析架構。本研究應用自行開發的演算法分析苗栗中港溪口附近海域的水下錄音資料,結果顯示海洋聲景的事件組成在以泥沙底質為主的河口海域以及礁石為主的人工魚礁附近有明顯的結構性差異。海洋聲景在河口海域以較為安靜的環境音、以及夜晚出現的石首魚群鳴唱為主,但在人工魚礁附近則是以吵雜的槍蝦聲音、以及傍晚過後出現的低頻魚群鳴音為主要的事件。透過視覺化分析海洋聲景事件組成的時序變化,將可協助海洋生態研究人員進一步了解各地的海洋動物群聚組成與生態系統的動態變化,並提供海洋生態保育經營的重要基礎資料。

2016 動物行為暨生態研討會

2016/1/25-26

中華白海豚核心棲地的海洋聲景特徵以及保育經營的應用

林子皓、周蓮香

國立台灣大學生態學與演化生物學研究所

Shane Guan

美國國家海洋漁業局保護資源辦公室

海洋聲景由環境音、動物音以及人為噪音所組成,物理環境影響了聲音傳播,各地不同的動物群聚與人類活動也塑造出各種獨特的聲景。聲景中的訊息可讓海洋動物尋找適合的棲地,察知其他個體的活動位置,甚至探測獵物位置,因此可說是海洋動物生存的重要資源之一。台灣西部淺海的中華白海豚族群面臨許多威脅,水下噪音除了可能造成聽力損傷、行為干擾之外,也會改變當地的海洋聲景。但目前仍缺乏對白海豚棲地的聲景研究,也不清楚聲景的變化是否影響白海豚的棲地選擇。本研究於苗栗縣海域收集長時間水下聲音,分析時頻譜圖的時空變化,發現中港溪口的聲景與其他地區之間有明顯差異。中港溪口是中華白海豚的核心棲地,聲景以白天安靜的環境音和夜間吵雜的石首魚鳴唱為主。白海豚鮮少活動在龍鳳漁港外海的定置網區,以及外埔漁港外海的魚礁區,當地聲景則以槍蝦的寬頻脈衝聲與船隻噪音為主,石首魚的夜間鳴唱也較為低頻且不明顯。本研究結果顯示海洋聲景確實在白海豚核心與非核心棲地之間存在差異,高強度的石首魚鳴唱可能代表充足的食餌資源。未來除了可透過海洋聲景了解白海豚的潛在棲地,也可利用水下監聽站自動監測白海豚、石首魚與人為活動在各地海域的動態變化,以協助中華白海豚重要棲息環境的保育經營。

[聲物誌]台北藝術大學

[聲物誌]台北藝術大學

台北藝術大學位於北投區學園路的山丘上,由於校園內的景觀優美,又能從高點俯瞰關渡平原,早已經成為北投關渡地區的知名景點。但還記得12月初關於台北藝術大學校園內的石碑被更名為”台北藝術公園”的新聞嗎? 由於進入校內的遊客太多,加上校方在空間管理的政策未能和學生有效溝通,使得學生以此手段抗議「校園變公園、學殿變學店」的現象。

像是大學這種需要幽靜的環境,確實很容易受到湧入的人潮、辦理的活動而影響。假日進入到台北藝術大學,其實聽到的不是甚麼書香的聲音,往往聽到的是小孩放聲大叫、大人們嬉鬧聊天的聲音。

這些到底算不算噪音呢? 我想是因人而異。

但站在台北藝術大學的草地上,我發現除了遊客的聲音之外,其實有另外更值得大家關注、但也幾乎被所有人忽略的聲音:來自都市的低頻噪音

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我走到一處較為遠離遊客的山坡上,把我手上的錄音機朝向山坡上的一處草叢,除了遠方傳來的遊客交談聲,附近一處建築偶爾傳來的施工聲音、和後方經過的車聲之外,仔細聽會發現這裡有許多高頻、清脆、細微的蟲鳴聲。

但當我站在原地,把錄音機180度轉向關渡平原,驚人的事情發生了。大度路傳來的許多車聲、喇叭聲、松山機場起降的航班,取代蟲鳴聲成為了主角。和剛剛的聲音相比,背景中的低頻噪音非常明顯,雖然分不出確切的聲源,但可想而知應該是來自於台北的都會區。

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如果不是拿著錄音機這樣仔細地聽,其實我原本也沒有發覺原來聲音的感受在不同的角度有如此大的差別。這低頻的噪音一旦被意識抓住之後,短時間內很難不去注意它的存在。看著夕陽從關渡平原緩緩降下,聽著這截然不同的聲景,不禁想像如果台北的都會區能夠更安靜點,那我們的生活壓力是不是也會少了一點?

 

[聲物誌] 北投農禪寺

北投農禪寺是北投地區相當著名的廟宇,尤其在水月道場改建之後,優美的景觀更吸引了許多人前往放鬆心情。

農禪寺

前一次造訪農禪寺時,就聽到法會中的唸佛聲。平常覺得唸佛的聲音頗為無趣,甚至讓人有點想睡,但許多人一起唸佛的聲音則有一種奇妙的感動,甚至就像一首交響樂一樣,讓人佇足於大殿之前,久久無法離去。

走到農禪寺著名的水月池前,看著寺裡的志工緩慢地一邊在池中走著、一邊清理著池底。雖然大殿內的唸佛聲仍然徘徊不去,偶爾也能夠聽見鳥鳴,但在這裡最常聽見的聲音卻是來自於大度路和洲美快速道路出口的車聲、喇叭聲。縱然水月道場的景觀優美,但卻無法抵擋百公尺之外的塵世的喧囂。

穿過金剛經牆到農禪寺的後方,眼界所及正是台北市少有的稻田景觀。一大片的青綠稻田被風吹拂著,稻草之間的摩擦聲也隨著風勢的強弱而上下起伏。不再被大量的車聲干擾,能夠真正地聽見這片土地的聲音,眼前雖然沒有堂皇的建築與令人驚豔的風景,但人在這裡,才真正地得以放鬆。

農禪寺位置

或許,當我們不斷地在保存文化資產、歷史古蹟與自然風景的同時,我們也該關懷耳朵中的聲景是不是也被保護了呢? 如果聲景沒有能夠妥善的保護,那我們又如何能夠真正的去欣賞風景呢?