什麼是聲景?

生活周遭的環境,無論是都市或是山林裡都充滿著各式各樣的聲音,像是氣候、地殼運動產生的環境音,各種野生動物發出的鳴唱叫聲,還有人類活動製造出的各種噪音,這種由環境音生物音人為噪音所構築而成的聲音景觀Soundscape,簡稱聲景)蘊含著許多關於生態系、棲地環境變動的許多訊息。

透過聲景可以辨識降雨、颱風等天氣事件,甚至可能從長時間錄音資料探討氣候變遷;從野生動物的錄音片段可以判斷哪些動物在鳴唱,也可以從許多地點、時間收集到的大量動物聲音分析物種多樣性的時空變化;從人為噪音的強弱,除了可以調查人為活動的頻度,更可以透過動物聲音和人為噪音之間的交互作用,探討人為開發對生態的潛在影響。

因此,聲景研究不只是探討個人聆聽環境、生態的感受,而是一種記載生態系動態變化的數位資料。一個能夠長期運作、大規模進行監測的聲景資訊平台,已然成為生物多樣性研究不可或缺工具

如何調查海洋聲景?

海洋聲景顧名思義就是海洋聲音景觀,利用「被動式聲學」—不須透過主動聲納而是運用被動竊聽現場聲音的方法,分析錄音資料中各種來自於環境、動物以及人為活動的資訊。只要有一台錄音機和一個專門用來感應水下聲波壓力變化的水下麥克風,就可以聽到海洋中的各種聲音。

水下錄音機

近年來隨著水下技術的發展,小型且較為省電的錄音機可以被放在耐水深100 公尺、甚至更深的防水盒中,透過大容量的硬碟或記憶卡,能收錄長時間的海洋聲音。海洋錄音機可以被錨定在海床上,透過電腦的自主排程定時收錄一段聲音,或是連續不斷地收錄聲音,直到耗盡電池或儲存空間不足為止。

水下麥克風是專門感應水中聲波的感測器,除了人耳可聽見的音頻範圍之外(2020000 赫茲),許多的水下麥克風甚至可以靈敏地收集到超音波範圍的聲音(> 20000 赫茲)。因此,透過海洋錄音機,研究人員便可以偵測地殼活動、人耳可聽見或是超音波範圍的動物聲音、以及各種人為噪音,了解海洋生態的變化趨勢。

錨定於珊瑚礁盤的水下錄音機

以船錨固定水下錄音機

在岸邊收集水下錄音

運用水面浮標收集錄音資料
(照片來源:簡毓群)

視覺化觀察聲景的長期變化

為了有效了解自然聲景的日夜、季節變化,首先可以將音訊進行頻譜分析,產生一張橫軸為時間,縱軸為頻率的圖片,以觀察環境音、動物音與人為噪音的音訊特徵。以小琉球珊瑚礁海域的聲景為例,可以觀察到大量槍蝦聲音(2千赫茲以上)以及魚類合唱(1千赫茲以下)在夜晚時分出現,並在白天偵測到許多船隻與人為活動噪音。

上圖為珊瑚礁聲景的長時間頻譜圖,透過拖拉滑鼠可以放大圖片,橫向放大可以觀察特定的時間,縱向放大則能看到特定的頻率。

但是大量的長時間錄音資料需要投入大量的人力與時間,因此我們開發了一套自動化的機器學習模型,能夠自主學習隱藏於長時間水下錄音資料的日夜與季節性週期變化,從頻譜資料上區分噪音動物聲音。透過此模型,便能將水下錄音轉變成海洋發動物與人為活動的生態訊息

上圖為音訊分離的範例,將橫桿往右側拉可以看到原始的聲音頻譜圖,往左側拉則看到透過機器學習辨認出來的動物聲音(鯨豚回聲定位、哨叫聲與魚類合唱)。

聲音的照片-替聲景留下紀錄

藉由這些錄音機從四處帶回來的聲音訊息,量化轉換成具有意義的頻譜資料,就好像替當時的聲景拍下一張張獨特的照片記錄下來。

水下聲音資料就如同記載著環境與生態訊息的數位化檔案,協助研究人員了解海洋生態與環境的變動趨勢。以雲林新虎尾溪口與外傘頂洲的聲景為例,在低頻處即有明顯的差異,這是跟錄音地點周遭的人為活動影響有關

新虎尾溪口的聲音照片

新虎尾溪口由於鄰近麥寮工業港,時常可以聽到許多貨輪進出的低頻噪音。

外傘頂洲的聲音照片

在外傘頂洲淺海,受到地形的影響導致低頻噪音在淺水域中不易傳播,因此海洋聲景較為安靜。

水下工作紀錄

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