Analisis Espectral de Los Sonidos de Los Pájaros [PDF]

Zitiervorschau

            UNIVERSIDAD  NACIONAL  DE  QUILMES   Acústica  y  Psicoacústica  

  Terrile  Germán  Andrés  

 

  Análisis  sobre  los  sonidos  de  las  aves    

   

OBJETIVOS  

Se   pretende   realizar   un   análisis   sobre   distintos   sonidos   producidos   por   aves.   Por   un   lado   ver   la   composición   de   los   mismos,   tanto   espectral   como   formal   y   por   otro   lado   buscar   indicios   que   permitan   demostrar   la   formación   de   melodías  y  si  las  supuestas  notas  utilizadas  tienen  relación  alguna  con  las  notas   musicales  de  la  escala  temperada.         METODO  DE  TRABAJO     Como   material   primario   de   análisis   se   utilizaron   entre   ocho   y   diez   grabaciones   de   entre   cinco   y   diez   minutos   cada   una.   Las   grabaciones   fueron   tomadas  en  el  parque  que  rodea  El  Rosedal  desde  distintos  puntos.  Se  utilizó  un   grabador  digital  Tascam  dr-­‐40  y  un  micrófono  Audio  Technica  AT-­‐897.     Del  material  obtenido  se  descartó  lo  que  no  servía  para  la  investigación  y   se   hizo   una   selección   de   cinco   pequeños   fragmentos.   En   cada   uno   de   ellos   se   observan  resultados  dispares  y  se  analizaron  desde  distintos  puntos  de  vista.  El   análisis  se  realizó  con  el  programa  Adobe  Audition  3.0.                    

 

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  1.  GENERACION  DEL  SONIDO  EN  LAS  AVES     Se  dará  una  breve  descripción  del  aparato  encargado  de  generar  sonidos   en  las  aves  y  sus  principales  elementos.  Los  elementos  básicos  que  lo  componen   son:  pulmones,  bronquios,  siringe,  tráquea,  laringe,  boca  y  pico  [Fig  1].            

Fig  1.  Partes  encargadas  de  generar  sonidos  en  las  aves.        

El  sistema  generador  de  sonidos  de  las  aves  a  diferencia  del  del  humano,   no  posee  de  cuerdas  vocales,  sino  que  posee  la  siringe.  La  siringe  es  un  órgano   que   tiene   la   particularidad   de   poder   generar   dos   sonidos   simultáneamente.   El   aire  proveniente  de  los  pulmones  pasa  por  los  bronquios  y  al  llegar  a  la  siringe,   por   medio   de   las   vibraciones   de   sus   dos   membranas,   se   genera   el   sonido   que   continua   por   la   tráquea.   El   poseer   dos   membranas   hace   que   pueda   generar   sonidos  con  una  sola  de  ellas,  con  ambas  o  parte  del  sonido  con  una  y  parte  con   la   otra.   Este   órgano   permite   que   las   aves   puedan   realizar   distintos   tipos   de   sonidos  y  como  se  verá  mas  adelante,  cada  uno  de  ellos  posee  una  composición   espectral  particular.             2.  CLASIFICACION  GENERAL       A  modo  general,  los  sonidos  de  las  aves  se  dividen  en  dos  tipos:  cantos  y   llamadas.   Los   cantos   son   mas   elaborados,   poseen   una   estructura   mas   compleja   y   las  llamadas  son  sonidos  mas  simples  y  mecánicos.      

 

     

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Fig  2:  Composicion  formal  del  canto.  

Fig  3:  Llamadas.  

 

 

      3.  ANALISIS       En  el  primer  fragmento  a  analizar  {Audio  1}[Fig  4],  vemos  que  el  sonido   resultante   es   un   canto   que   tiene   varias   partes   y   que   es   una   sinusoide.   Del   siguiente   fragmento   se   tomaron   como   referencia   de   análisis   aquellos   puntos   que   estén  a  los  extremos  de  la  línea  melódica,  inferior  y  superior.      

Fig  4:  Canto  sinusoidal.  Analisis  con  tamaño  de  ventana  2048  Hamming.    

 

 En   el   siguiente   cuadro   se   comparan   las   frecuencias   obtenidas   en   los   recuadros  del  1  al  4  con  las  frecuencias  de  notas  musicales.    

 

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Canto  vs.  Notas  Musicales   4000   Hz.  

3000   2000   1000   Notas  Musicales  

0   Nota  1  

 

Nota  2  

Canto   Nota  3  

Nota  4  

Canto  

Nota  1   3120  

Nota  2   2051  

Nota  3   2762  

Nota  4   2344  

Notas  Musicales  

3136  

2093  

2793  

2349  

 

Del  cuadro  anterior  se  puede  ver  que  la  nota  uno  corresponde  al  Sol  3136   hz.,  la  nota  dos  al  Do  2093  hz.,  la  nota  tres  al  Fa  2397  hz.  y  la  cuatro  al  Re  2349   hz.   y   que   el   porcentaje   de   error   en   la   entonación   es   de   0,51%,   1,95%,   1,1%   y   0,21%   respectivamente.   Para   tener   una   referencia   de   la   precisión   en   la   entonación,  el  porcentaje  de  error  entre  la  nota  musical  y  su  semitono  anterior   es  de  5,7%,  5,6%,  5,5%  y  5,6%  respectivamente.  En  todos  las  notas  analizadas,  el   error  es  menor  al  cuarto  de  tono.           El   segundo   fragmento   a   analizar   {Audio2}   es   una   llamada,   se   ve   en   su   contenido   espectral   la   simplicidad   en   la   forma   y   la   replicaciones   en   distintas   bandas  de  la  nota  fundamental  [Fig  5].    

Fig  5.  Llamada  con  una  zona  de  fundamental  indefinida  y  sus  réplicas.  Analisis  con  tamaño  de  ventana  2048  Hamming.    

 

A  simple  vista  se  puede  decir  que  es  un  sonido  armónico  basándonos  en   su   contenido   espectral,   aunque   en   la   zona   de   los   4500hz.   y   6000hz.   no   esté   definida  la  información.  Esto  se  debe  a  que,  a  diferencia  del  caso  anterior  donde  a   la   sinusoide   se   le   puede   asignar   una   frecuencia   determinada   en   un   punto   determinado  del  tiempo,  esta  llamada  no  tiene  una  fundamental,  sino  que  tiene   una   zona   de   fundamental   indefinida[Fig   6].   Se   observa   que   la   llamada   hace   un  

 

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pequeño  descenso  de  entonación  y  a  medida  que  continua  agrega  información  en   la  zona  de  la  fundamental.    

Fig  6.  Zona  de  fundamental  indefinida.  Análisis  con  tamaño  de  ventana  2048  Hamming.             PARCIALES   LIMITE  INFERIOR  (Hz)   1er  parcial   2do  parcial   3er  parcial   4to  parcial  

1395   2903   4414   5718  

 

LIMITE  SUPERIOR  (Hz)   1583   3037   4563   6050  

  Fig  7.    Limites  de  frecuencias  de  los  cuatro  parciales.    

  En   el   cuadro   de   análisis   de   frecuencia   [Fig   8]   se   ven   las   cuatro   zonas   donde  hay  información.    

Fig  8.  Analisis  de  frecuencia.  Analisis  con  tamaño  de  ventana  4096  Kaiser.          

 

    El   tercer   fragmento   a   analizar   {Audio   3}   presenta   en   la   zona   de   la   fundamental,   tres   fundamentales   independientes   que   se   replicaran   en   el   espectro  de  manera  mas  o  menos  armónica  [Fig  9].  Como  se  puede  observar,  este   sonido   posee   una   fundamental   mucho   mas   grave   que   las   anteriores   y   presenta   mayor  cantidad  de  parciales  que  los  casos  anteriores.      

 

Fig  9.  Tres  fundamentales.              

Fig  10.  Espectro  completo.    

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Analizando  en  detalle  los  distintos  parciales  que  se  presentan  se  pudo  ver   que   algunos   de   ellos   corresponden   a   la   fundamental   mas   grave   (322,9   hz.),   otros   a   la   fundamental   intermedia   (403,9   hz.)   y   otros   a   la   fundamental   mas   aguda   (489,8   hz.)   pero   que   no   todos   guardan   una   relación   armónica   precisa   con   sus   fundamentales.   Según   la   magnitud   de   estas   imprecisiones,   los   parciales   analizados  se  organizan  en  tres  grupos.     a. una   diferencia   muy   pequeña   entre   el   parcial   y   el   valor   ideal   correspondiente   a   dicho   parcial.   Ej.:   el   sexto   parcial   de   la   serie   con   fundamental   en   403,9   hz.   es   2422   hz.   cuando   idealmente   debería  ser  2423,4  hz.  Esto  es  un  error  del  0,05%.  Caso  similar  es   el  del  quinto  parcial  de  serie  con  fundamental  en  322,9  hz.  donde   el   error   es   del   0,15%.   Los   parciales   incluidos   en   este   grupo   se   entienden  prácticamente  como  ideales.   b. Diferencia  mayor  a  la  del  primer  grupo.  Ej.:  el  segundo  parcial  de   la   serie   con   fundamental   en   489,8   hz.   es   968,9   hz.   cuando   debería  ser  979,6  hz.  Error  del  1,1%.  Caso  similar  es  el  del  cuarto   parcial  de  la  primera  serie  donde  el  error  es  del  0,8%.   c. Parcial  no  considerado.  En  este  grupo  se  ubican  los  parciales  que   no  poseen  valores  significativos  como  para  ser  considerados,  ya   sea   por   diferencia   en   la   frecuencia   o   por   la   escasa   amplitud   en   esa  región  del  espectro.  Parciales  del  seis  en  adelante  en  la  serie   con  fundamental  en  322,9  hz.  y  del  cinco  en  adelante  en  la  serie   de  489,8  hz.    

 

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Fig  11.  Tres  fundamentales  y  sus  replicas  en  el  espectro.  Analisis  con  tamaño  de  ventana  16384  Kaiser.              

Evolucion  de  las  Fundamentales   4000   3500   3000   Hz.  

2500   2000   1500   1000   500   0  

P1  

P2  

P3  

P4  

P5  

P6  

P7  

P8  

P9  

Series  1   322,9  

645,9  

968,9  

1302  

1612  

0  

0  

0  

0  

Series  2   403,9  

810,1  

1219  

1612  

2016  

2422  

2826  

3227  

3631  

Series  3   489,8  

968,9  

0  

1962  

0  

0  

0  

0  

0    

  De  las  tres  series  armónicas,  la  que  presenta  parciales  mas  fieles  es  la  que   tiene  como  fundamental  403,9  hz.  donde  casi  todos  sus  parciales  pertenecen  al   primer  grupo,  siendo  0,6%  el  máximo  error  en  toda  la  serie.   En  cuanto  a  la  vinculación  con  notas  musicales,  la  fundamental  403,9  hz.   tiene   un   error   del   2,7%   con   el   Sol   sostenido   de   frecuencia   415,3   hz.   La   fundamental  322,9  hz.  tiene  un  error  del  2%  con  el  Mi  de  frecuencia  329,6  hz.  y   la   fundamental   489,8   tiene   un   error   del   1%   con   respecto   al   Si   de   frecuencia   493,8  hz..  En  el  {Audio  4}  se  pueden  escuchar  las  tres  fundamentales  aisladas.            

 

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En  el  último  audio  a  analizar  {Audio  5}  se  puede  comprobar  como  las  aves   son   capaces   de   crear   melodías   y   de   recrearlas   reiteradamente.   Este   fragmento   pertenece  a  un  canto  y  se  pueden  distinguir  los  elementos  descriptos  en  la     [Fig  2].    

          4.  CONCLUCIONES     De  los  fragmentos  analizados,  se  puede  concluir  lo  siguiente:   a. Son  muy  diversos  los  sonidos  que  pueden  realizar  las  aves.  Desde   sonidos   puramente   sinusoidales,   sonidos   con   componentes   armónicos  y  con  componentes  no  del  todo  armónicos.     b. En   los   cantos   de   las   aves,   las   notas   utilizadas   se   asemejan   a   las   notas   utilizadas   por   los   humanos   en   frecuencia.   En   un   caso   se   vio   que   las   notas   producidas   son   semejantes   a   las   de   la   escala   diatónica   (notas   Do,   Re,   Fa   y   Sol)   y   en   otro   caso   las   tres   fundamentales   superpuestas   eran   cercanas   a   las   notas   Mi,   Sol   sostenido  y  Si.   c. Las   aves   son   capaces   de   generar   melodías,   recordarlas   y   repetirlas  fielmente.         5.  BIBLIOGRAFIA     Härmä,   A.   &   Somervuo,   P.   (2004),   “Classification   of   the   harmonic   structure   in   bird  vocalization”.     Fagerlun,   S.   (2004),   “Automatic   Recognition   of   Bird   Species   by   Their   Sounds”,   Master  Thesis,  HUT,  Laboratory  of  Acoustics  and  Audio  Signal  Processing.