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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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。

Oceanoise Asia 2016

2016/4/20

Characterization of the marine soundscape at the core habitat of Indo-Pacific humpback dolphins

Tzu-Hao Lin, Lien-Siang Chou
Institute of Ecology and Evolutionary Biology, National Taiwan University

Shane Guan
Office of Protected Resources, National Marine Fisheries Service, Silver Spring, MD, USA

The soundscape in shallow waters displays a high level of spatial variation due to the difference in ocean environments, biological communities, and human activities. Many marine animals rely on sound for orientation; therefore, the soundscape has been hypothesized as one of the environmental indicators for marine animals. The population of Indo-Pacific humpback dolphins in western Taiwan waters is critically endangered. The anthropogenic noise might alter the marine soundscape evidently. However, the importance of soundscape for the habitat selection of cetacean remains unclear until now. In this study, underwater recorders were deployed in inshore waters to compare the difference of soundscape between the core habitat and non-core habitat of humpback dolphins. The result indicates that the composition of soundscape scene is different among our recording stations. At the core habitat, soundscape was characterized by the nighttime chorus of croakers and the quiet ambient sound in the daytime. On the contrary, snapping shrimp sounds represent the most dominated sound at the non-core habitats. The current result indicates that humpback dolphins prefer soundscape dominated by the chorus of their prey resources. The potential impacts of human activities on marine soundscape should be carefully evaluated in the future.

[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?

 

2015台灣聲學學會第28屆學術研討會

2015/11/13

從海洋聲景探討中華白海豚的棲地特徵

 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

淺海聲景受到各地地理環境、生態群聚以及人為活動的影響而具有高度的變異性。許多海洋動物仰賴聲音訊息尋找活動方位,因此聲景可能是海洋動物棲地環境的指標之一。中華白海豚在台灣西岸的族群量少於80隻,主要使用3-15 kHz的哨聲溝通,並使用超音波的生物聲納進行回聲定位,因此聲音的感知對牠們相當重要。然而,目前仍不了解聲景是否在中華白海豚的棲地選擇中扮演重要的角色。本研究於苗栗海域利用SM2+錄音機長期收錄水下聲音,自動偵測回聲定位聲音,以了解中華白海豚的核心活動區域。長期時頻譜分析顯示,苗栗海域的聲景有明顯的日週期變化,且可在中華白海豚核心棲地與非核心棲地之間觀察到不同的頻譜特徵。核心棲地的中、高頻聲壓標準差較大,但平均值較低。顯示核心棲地的聲景特徵,以夜間的石首魚群體鳴唱,和白天較低的環境音為主。非核心棲地則有截然不同的聲景特徵,石首魚群體鳴唱較不明顯,但可偵測到大量槍蝦的寬頻脈衝聲波。未來許多離岸風力發電廠的開發工程將在西岸進行,本研究可協助相關單位了解中華白海豚棲地的海洋聲景變化。

關鍵字:中華白海豚、海洋聲景、生物音、時空變化、聲音偵測器

The soundscape in shallow marine environment displays a high level of spatial variation due to the regional change of geophysical environment, biological community, and human activity. Many marine animals rely on sounds for orientation; therefore the soundscape has been hypothesized as one of the environmental indicators. Indo-Pacific humpback dolphins in western Taiwan waters are critically endangered. The sound perception is essential for humpback dolphins, which communicate through 3-15 kHz whistles and echolocate through ultrasonic clicks. However, the importance of soundscape for their habitat selection remains unclear. In this study, SM2+ recorders were deployed in Miaoli waters to collect long-duration underwater recordings. Echolocation clicks were automatically detected to identify the core habitat of humpback dolphins. The long-term spectral average reveals that the soundscape in Miaoli waters evidently changed among the diurnal cycle. The spectral characteristic varied between the core habitat and non-core habitat. The soundscape at the core habitat was characterized by the higher standard deviations and lower means of SPL in mid- and high-frequency range. It indicates that the nighttime chorus of croakers and the low-level of ambient sound in the daytime represent the classical soundscape at the core habitat. On the contrary, the croaker chorus was less prominent at the non-core habitat. Instead, snapping shrimp sounds dominated the local soundscape. The current results can help understand the soundscape change of humpback dolphin habitat during the future development and operation of offshore wind farms.

Keywords:Sousa chinensis, marine soundscape, biological sound, temporal and spatial variations, sound detector

論文全文 (pdf)

[聲物誌] 錄音機漂流記

近期颱風肆虐,連帶著海洋觀測也跟著遭殃。前一陣子就因為蓮花颱風和昌鴻颱風接連靠近台灣,造成研究團隊在苗栗外海所放置的海下錄音機因為不明原因而脫離錨錠裝置、漂流上岸。還好遇到當地的好心人通報之後,得以將錄音機尋回,今天也才有機會讓大家聽聽錄音機迷途的這段過程。 

這段漂流的時間其實不長,大約5至6個小時後錄音機就被浪打上岸。錄音機漂流的路徑根據推測應是從後龍外海約15公尺水深的礁石區一路北漂至附近的中港溪口南岸,再進入潮間帶與碎波帶。然而,在這段濃縮的3分半鐘錄音裡,卻可以聽到海洋聲景有著非常大幅度的改變。

0:00 – 1:00
礁石區內眾多的槍蝦聲音。注意1分鐘後的水花聲,顯示錄音機已經浮上水面 (痛心)。

1:00 – 1:30
脫離礁石區,槍蝦聲音明顯減少。當時已進入傍晚,可以聽見河口附近的石首魚開始發出低頻的鳴聲。

1:30 – 2:57
台灣西部河口附近著名的石首魚群體鳴唱。注意這段時間之中,石首魚聲音的音頻特徵隨錄音機漂流進入潮間帶後的改變趨勢。

2:57 – 3:39
碎波帶的浪花與水流聲。這段聲音是透過水下麥克風所錄製,和空氣中聽到的略有不同。
 

從這段錄音之中,其實我們不難發現在不同型態的海床、地區之間,可能受到當地生態系組成的不同,而造就了多樣化的海洋聲景。許多海洋動物,也可能是透過各地聲景的不同,以此來尋找其偏好的棲地位置。因此,自然的海洋聲景是否受到人為噪音的干擾,將會是海洋保育非常重要的課題,亟需我們更多的關注。

竊聽生態系的變化

竊聽生態系的變化?

可能很多人頭上會冒出很多問號,生態系的變化可以用眼睛觀察,但是要怎麼樣聽呢? 其實錄音也是一種不同於目視觀察的科學研究方法,透過收聽環境裡面的背景噪音(例如溪流、風聲和雨聲)、動物的叫聲(求偶聲、覓食聲)、以及人為活動的噪音(車聲、開發活動噪音)。最近一篇刊載Science的文章,就專文介紹了近年來科學界利用被動式聲學(passive acoustic monitoring)探討生物多樣性、生態系變動的研究方法。有興趣的人可以到下列網址閱讀全文,或在此觀看Science-2014-Servick-834-7

http://www.sciencemag.org/content/343/6173/834.full

在每一個環境中所聽到的每一個聲音都有其來源(生物性 or 非生物性),透過追蹤這些不同聲音的來源,其實我們可以推敲某些動物是否在此活動,或是了解當時環境的狀況。舉例來說,早晨時聽到雞鳴,即使我們沒有看到任何東西,我們也自然的會聯想到附近有一隻公雞。當我們聽到窗外的暴雨聲,我們會跟同事哀怨著又下起了午後雷陣雨。這些推測並不是來自於親自看到,而是來自於聽到的體驗。這個簡單的概念現在被應用在野生動物研究上,當我們知道昆蟲、蛙類、鳥類、哺乳動物發出的各種聲音,我們便可以利用這些聲音的出現時間來推敲這些發聲動物的主要活動時間,甚至了解一整個群聚的生態變動。

例如,當我們去爬郊山時,傍晚走在溪澗、山溝附近時,經常可以聽到許多種類的蛙鳴。但是隨著山區道路的開發,山溝漸漸水泥化,慢慢地你可能還是會聽到很大量的蛙鳴,但是聲音的種類變少了。我想這樣的狀況,就連國小六年級的學生都想到的,這個生態系到底發生了甚麼改變吧? 環境中的生態多樣性可能隨著山溝環境的改變而降低了。

那可能有人會問,如果要了解生態多樣性的改變,我們不就找人去調查就好了嗎? 的確,要真正的證實環境變化,最好的方法就是直接了解這個生態系的物種組成。但是人難找、錢也沒有阿! 生態系調查其實不是我們想像的這麼簡單,派幾個人去做做紀錄、翻翻圖鑑就好。這些調查人員往往需要長時間的訓練,更需要對分類物種的技術熟悉,甚至可能還要時時對現有的物種分類依據抱持懷疑。假使人有了,錢呢? 不要說政府對於環境監控的冷漠,就連一般企業和民眾可能也覺得我幹嘛要注意我周遭環境的變化勒,那不是政府的責任嗎? 我想正是整個社會對於環境監測的冷漠,造就了很多開發過程的衝突。

Ocean_soundscape

這張圖顯示了台灣西海岸的淺海聲音環境在兩天中的日夜變化。X軸是時間、Y軸是聲音的頻率(kHz)。在6/14和15的子夜前6個小時,都可以觀察到有一個明顯的噪音出現在10kHz以下的範圍,這個聲音其實就來自於一堆吵鬧的發聲魚類。另外偶爾會出現一些高頻(>10kHz)的噪音,這些聲音現在還無法確認其來源,但有可能來自於當地的槍蝦或是白海豚,很值得進一步的去探討。如果你仔細看,你還會看到每隔幾個小時就有一兩個在很低頻的間歇性噪音(主要<5kHz),這些頻繁出現的低頻噪音其實都來自於西海岸來往頻繁的船隻。

聲音監測在這個時候提供了另一個環境監測的可能選項。現在科技的進步已經把製造一台長時間錄音機的成本降到非常低,你可能用2萬元台幣就可以買到一台可以錄兩個禮拜以上的錄音機。此外,軟體演算法的開發,也已經進步到可以幫助人們處理這些大量的聲音資料,透過自動化偵測就可以知道你有興趣的聲音在何時出現。甚至把整個長時間錄音濃縮成一張圖,知道這個環境何時吵鬧、何時安靜,也都不是一件難事。

所以呢,關心環境的人們,如果你想知道一個環境的長時間變動,除了自己定時去採樣、觀察之外,在那邊放置一台定時錄音的錄音機,也將會大力幫助你對這個環境的了解喔!