Vuoden 2017 hirmumiskaudella Pohjois-Atlantin suuret myrskyt tuhosivat yhteisöjä Houstonissa, Floridassa, Puerto Ricossa ja Karibialla laajemmin.
Asiaan liittyvä sisältö
- Epäsäännöllisten sykeiden muuttaminen musiikiksi
Tuhoaminen osoittaa, kuinka tärkeää on ymmärtää ja kommunikoida näiden myrskyjen aiheuttamien vakavien uhkien kanssa. Tutkijat ovat edistyneet huomattavasti myrskyjen monien näkökohtien ennustamisessa, mutta jos vaarassa olevat ihmiset eivät ymmärrä heidän mukanaan tulevaa vaaraa, vaikutus häviää.
Olemme kollegoita Penn State -kampuksen eri alueilta: Yksi meistä on meteorologian professori ja toinen musiikkitekniikan professori. Vuodesta 2014 olemme työskennelleet yhdessä trooppisten myrskyjen dynamiikan sonisoimiseksi. Toisin sanoen muutamme ympäristödatan musiikiksi.
Äänittämällä satelliittivideoita, kuten usein sääennusteissa nähtyjä, toivomme, että ihmiset ymmärtävät paremmin näiden äärimmäisten myrskyjen kehitystä.
Tiedot vakaiksi
Suurin osa meistä tuntee tiedon visualisoinnin: kaaviot, kuvaajat, kartat ja animaatiot, jotka edustavat monimutkaisia numerosarjoja. Äänitys on syntyvä kenttä, joka luo ääniä kuvaavia kuvaajia.
Yksinkertaisena esimerkkinä sonisoitu kaavio voi koostua nousevasta ja laskevasta melodiasta nousevan ja laskevan viivan sijaan sivulla.
Sonifikaatiolla on muutamia etuja verrattuna perinteiseen datan visualisointiin. Yksi on saavutettavuus: Näkö- tai kognitiiviset vammaiset ihmiset voivat paremmin olla yhteydessä äänipohjaisiin medioihin.
Äänitys on myös hyvä löytö. Silmämme pystyvät havaitsemaan staattiset ominaisuudet, kuten väri, koko ja rakenne. Mutta korvamme kykenevät paremmin tunnistamaan ominaisuudet, jotka muuttuvat ja vaihtelevat. Ominaisuudet, kuten sävelkorkeus tai rytmi, voivat muuttua erittäin hienouksellisesti, mutta tunnistetaan silti melko helposti. Korvat ovat myös parempia kuin silmät, kun seurataan useita kuvioita samanaikaisesti, mikä on mitä teemme, kun arvostamme monimutkaisen kappaleen keskinäisiä osia.
Ääni prosessoidaan myös nopeammin ja viskeelisemmin kuin visuaalit. Siksi napaamme tahattomasti jalkojamme ja laulamme suosikkikappaleen mukana.
Myrskyjen muuttaminen kappaleiksi
Hurrikaani-ikä voi kestää mistä tahansa päivästä muutamaan viikkoon. Virastot, kuten Yhdysvaltain kansallinen valtameren ja ilmakehän hallinto, mittaavat jatkuvasti kaikenlaisia myrskyn piirteitä.
Me tislattiin hurrikaanin muuttuvat ominaisuudet neljään piirteeseen, jotka mitattiin kuuden tunnin välein: ilmanpaine, leveys, pituus ja epäsymmetria, myrskyn keskuksen ympärillä puhaltavien tuulien kuvio.
Skannausten luomiseksi viemme nämä tiedot musiikkisynteesiohjelmaan SuperCollider. Tässä numeeriset arvot voidaan skaalata ja siirtää tarvittaessa, jotta esimerkiksi useita päiviä kestävä myrsky voidaan toistaa vain muutamassa minuutissa tai sekunnissa.
Sitten kutakin tietotyyppiä käsitellään kuin osaa partituuriin. Tietoja käytetään "soittamaan" syntetisoituja soittimia, jotka on luotu myrskyyn viittaavien äänien sovittamiseksi ja sekoittumiseksi hyvin yhteen.
Äänityksissämme ilmanpaine välittyy pyöreällä tuulisella äänellä, joka heijastaa paineen muutoksia. Voimakkaammilla hurrikaaneilla on alhaisemmat ilmanpaineen arvot merenpinnan tasolla. Maan lähellä olevat tuulet ovat myös voimakkaampia myrskyissä.
Kun paine laskee, äänitteidemme pyörityksen nopeus kasvaa, äänenvoimakkuus kasvaa ja tuulinen ääni kirkkaampi.
Myrskykeskuksen pituusaste heijastuu stereopanos, äänilähteen sijainti vasemman ja oikean kaiuttimen välillä.
Leveysaste heijastuu pyörivän äänen sävelkorkeudessa samoin kuin korkeammassa, sykkivässä äänessä. Kun myrsky siirtyy pois päiväntasaajasta kohti yhtä napaa, nousu laskee heijastamaan lämpötilan laskua tropiikan ulkopuolella.
Pyöreämpi myrsky on tyypillisesti voimakkaampi. Symmetria-arvot heijastuvat alhaisen taustaäänen kirkkaudessa. Kun myrsky on muodoltaan pitkänomainen tai soikea, ääni on kirkkaampi.
Äänen käyttäminen
Toistaiseksi olemme sonikoineet 11 myrskyä sekä kartoittaneet globaalin myrskyaktiivisuuden vuodesta 2005.
Myrskyjen sonifikaatiot voisivat olla hyödyksi niille, jotka seuraavat myrskyjärjestelmiä tai päivittävät yleisöä säätoiminnasta. Äänitys voidaan toistaa esimerkiksi radion kautta. Ne voivat olla hyödyllisiä myös ihmisille, joilla on rajoitettu puhelimen kaistanleveys ja jotka pystyvät paremmin vastaanottamaan äänisisältöä kuin videosisältöä.
Jopa meteorologian asiantuntijoille voi olla helpompi saada käsitys toisiinsa liittyvästä myrskydynamiikasta kuulemalla ne samanaikaisina musiikillisina osina kuin luottamalla pelkästään grafiikkaan. Esimerkiksi, vaikka myrskyn muoto on tyypillisesti sidottu ilmanpaineeseen, on joskus myrskyjä, jotka muuttavat muotoa muuttamatta ilmanpainetta. Vaikka tätä eroa voi olla vaikea nähdä visuaalisessa kaaviossa, se on helppo kuulla sonikoidussa tiedossa.
Tavoitteenamme on esitellä kaikentyyppisten graafien sonikaatio luonnontieteiden luokkiin, erityisesti nuorempien opiskelijoiden kanssa. Sonifikaatiosta on tulossa tunnustettu tutkimusmenetelmä, ja useat tutkimukset ovat osoittaneet sen olevan tehokas monimutkaisten tietojen välittämisessä. Mutta sen käyttöönotto on ollut hidasta.
Valtakunnassa tutkijat, opettajat ja koulujen hallintohenkilöt tunnustavat taiteen, ääni ja musiikki mukaan lukien, merkityksen opettaessaan luonnontiedettä ja matematiikkaa. Jos opiskelijoiden sukupolvi kasvaa kokeessaan tiedettä useamman aistinsa kautta - näön, kuulon ja kosketuksen kautta -, he saattavat löytää tieteet kutsuvammiksi ja vähemmän pelottaviksi.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Mark Ballora, musiikkitekniikan professori, Pennsylvanian osavaltion yliopisto
Jenni Evans, meteorologian professori, Pennsylvanian osavaltion yliopisto
