Znajdź zawartość

Oceany stanowią zdecydowaną większość naszej planety i nie sposób przecenić ich znaczenia. Nie tylko naukowego: oceany to przecież i transport, i źródło pożywienia, i źródło bogactw naturalnych, wielki regulator klimatu, są ważne dla ekonomii, zdrowia, ekologii, wojskowości. Mimo to wciąż są bardzo słabo poznane, nawet pomijając największe, niedostępne dla nas głębie, mapy oceaniczne są daleko mniej doskonałe od lądowych, a potrzebujemy nadto dokładnego rozeznania w przebiegu prądów morskich, ilości i dystrybucji morskich organizmów. Od dawna główną, a w zasadzie jedyną metodą badania oceanów jest echolokacja przy pomocy dźwięków - odpowiednik radaru na lądzie. W wodzie fale akustyczne rozchodzą się bardzo szybko, a analiza ich odbicia i rozproszenia pozwala na mapowanie dna morskiego, lokalizowania ławic ryb i dużych organizmów. Jednak interpretacja takich danych jest bardzo trudna, jak bowiem rozpoznać, co konkretnie zlokalizował sonar? Jak zwiększyć szczegółowość danych do pożądanego poziomu? Tim Stanton i Andone Lavery z Woods Hole Oceanographic Institution uważają, że są na drodze do rozwiązania tych problemów. Skok w jakości badań oceanograficznych, jaki ma się dokonać dzięki ich innowacjom, porównują do różnicy między starą, czarno-białą telewizją, a nowoczesnym, kolorowym obrazem w HD. Tak doskonały obraz mają dać skonstruowane przez nich systemy akustycznej lokalizacji. W czym kryje się sekret? Dotychczasowe sonary używały jedynie jednej, dwóch, czasem kilku częstotliwości. Obraz uzyskiwany dzięki nim był mało szczegółowy i podatny na przekłamana i omyłki interpretacyjne. Opracowany we współpracy z firmą EdgeTech nowy system jest systemem szerokopasmowym - celem jest użycie jak najpełniejszego spektrum fal dźwiękowych. Każdy obiekt inaczej odbija i rozprasza każdą ze składowych fali akustycznej. Analiza i interpretacja tak bogatych danych wymaga wielu eksperymentów i symulacji oraz zaawansowanej obróbki komputerowej. Pierwsze próby, przeprowadzone w pobliżu amerykańskiej miejscowości Cape Cod w stanie Massachusetts, dały bardzo dobre rezultaty. Dalszy rozwój nowej koncepcji echolokalizacji pozwoli między innymi na dokładne śledzenie wędrówek morskich organizmów, oszacowanie ilości ryb na badanych obszarach, a nawet na badanie zooplanktonu, którego namierzanie, ze względu na mały rozmiar tworzących go żyjątek, jest bardzo trudne. Już sama możliwość dokładnego poznania pogłowia i rozmiaru ryb stanowić będzie wielkie osiągnięcie morskiej ekonomii i rybołówstwa. A dochodzi jeszcze możliwość dokładnego zbadania dna morskiego, prądów oceanicznych i przeprowadzenia wielu badań i analiz naukowych. W kolejce do nowych zastosowań czekają więc naukowcy, menedżerowie, ekonomiści, rybacy, ekolodzy, wreszcie wojskowi. Sami autorzy projektu przyznają, że nie stworzyli niczego naprawdę nowego. Ich rewolucja to po prostu połączenie w nową całość istniejących i dostępnych już technologii. Dlatego nawet prototypowe urządzania w wykorzystanych pierwszych badaniach to zmodyfikowany komercyjny sprzęt firmy EdgeTech, która współpracowała z inżynierami. Dzięki temu nowe szerokopasmowe systemy akustyczne będą mogły być masowo montowane i używane. Stanton podsumowuje dwadzieścia lat badań, bo tyle zajęło opracowanie i wdrożenie tej koncepcji: odwaliliśmy podstawową część pracy, a przed nami kolejne kamienie milowe.

Do czego służyła kamienna konstrukcja Stonehenge? Od lat głowią się nad tym zarówno naukowcy, jak i amatorzy. Często wspomina się o względach religijnych, dr Rupert Till z Huddersfield University twierdzi jednak, że mogło chodzić również o rozrywkę, ponieważ bloki skalne idealnie wzmacniają wprowadzający w trans powtarzalny rytm. Wg specjalisty, kiedyś było to bardzo przyjemne miejsce, a jego właściwości przypominały akustykę muszli koncertowej. Kolejne pokolenia pracowały nad ulepszeniem systemu "zarządzania" dźwiękiem. Jak wiadomo, Stonehenge częściowo się zawaliło, podczas eksperymentów akustycznych Till musiał się więc posłużyć modelem komputerowym. Do najważniejszych odkryć doszło, gdy doktor i jego współpracownik Bruno Fazenda zwiedzili betonową replikę nietkniętego Stonehenge. Powstała w Maryhill w USA, a stworzył ją Sam Hill. Brytyjczycy skorzystali z okazji i zastosowali oprogramowanie do analizy akustycznej, mikrofon przestrzenny oraz zestaw głośników (olbrzymi głośnik basowy i inny o 12 ściankach). Porównując rezultaty wyliczeń na papierze, symulacji komputerowych z wykorzystaniem modeli cyfrowych i eksperymentów w betonowym kręgu, mogliśmy zaproponować kilka teorii dotyczących funkcji Stonehenge. Byliśmy też w stanie odtworzyć dźwięki generowane przez kogoś przemawiającego lub klaszczącego w kręgu 5 tys. lat temu. Co jednak najbardziej interesujące, uzyskaliśmy efekt rezonansu całej przestrzeni, tak jak wtedy, gdy umoczonym w winie palcem wodzi się po brzegu kieliszka czy szklanki. W takich warunkach nawet uderzenie w bęben brzmi bardzo dramatycznie. Wcześniejsze badania archeologiczne także wskazywały na świetną akustykę neolitycznego zabytku. Nie tylko same bloki, ale i poprzeczne belki były odpowiednio wyprofilowane i idealnie odbijały dźwięk. Till wyjaśnia, że dwie najważniejsze teorie związane z rolą Stonehenge odnoszą się do rytuałów: uzdrawiania bądź kultu zmarłych. Jedno i drugie wymaga zaś śpiewów oraz tańca. Zespół z Huddersfield udowodnił, że w kręgu da się wyznaczyć parę punktów o wyjątkowych właściwościach akustycznych. Prawdopodobnie tam właśnie stawał szaman czy kapłan.

Świetny słuch, wybitna ruchliwość, umiejętność pracy w zespole... Te cechy przydadzą się nie tylko tancerzowi. Równie chętnie korzystają z nich niektóre gatunki delfinów, gdy tylko udają się na polowanie. Dzięki badaniom przeprowadzonym przez specjalistów z Uniwersytetu Stanu Oregon oraz Uniwersytetu Hawajskiego uzyskaliśmy nowe dane na temat tych niezwykłych ssaków. Zebrane informacje rzucają nowe światło na życie delfinów długoszczękich (Stenella longirostris). Używając do orientacji w przestrzeni wyłącznie słuchu, zwierzęta te wykonują skomplikowany taniec, a zaraz potem atakują z zabójczą skutecznością. Pływacy synchroniczni nie mogą się nawet równać z delfinami długoszczękimi, twierdzi główna autorka badań, Kelly Benoit-Bird. Prezentowany przez nie stopień synchronizacji jest niesamowity, szczególnie, jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że robią to w nocy, kilka metrów pod wodą, nie widząc ofiary ani siebie nawzajem. Do niedawna istniało wiele przypuszczeń na temat taktyki stosowanej przez delfiny podczas polowań. Wykonywanie badań nad ich zachowaniami było jednak wyjątkowo trudne ze względu na dynamiczny rozwój wydarzeń oraz fakt, że przedstawiciele S. longirostris polują głównie w nocy. Rozwój nowoczesnych technologii z zakresu akustyki pozwolił jednak na "oglądanie" ssaków z wykorzystaniem dźwięków. Co ważne, zastosowany system odpowiedzialny za wykonywanie pomiarów był całkowicie pasywny, tzn. odbierał dźwięki, lecz nie wysyłał ich. Umożliwiło to przeprowadzenie badań bez wywierania jakiegokolwiek wpływu na zachowanie zwierząt. Badania prowadzono podczas polowania na ryby z rodziny świetlikowatych. Eksperyment wykazał, że zdobywanie pokarmu przez delfiny długoszczękie opiera się na niezwykle skomplikowanej, lecz bardzo "wydajnej" technice. Zwierzęta zbierają się w grupie około dwudziestu osobników i płyną, jeden obok drugiego, aż znajdą na swojej drodze ławicę ryb. Zbliżają się wówczas do ofiar na odległość około pięciu metrów i okrążają je, pływając jednocześnie na zmianę w górę i w dół. Istnieją dwie hipotezy na temat tego charakterystycznego sposobu poruszania się: albo delfiny tworzą w ten sposób obszar o zmienionym ciśnieniu, albo zwyczajnie wprowadzają chaos w ławicy. Jedno jest pewne: ryby są zdezorientowane, a dzięki temu - znacznie łatwiejsze do złapania. Przestraszone ofiary skupiają się w ciasną grupę, najprawdopodobniej z myślą o odstraszeniu przeciwnika. Okazuje się jednak, że delfinom jest to na rękę. Natychmiast zacieśniają krąg wokół ryb, a następnie parami wpływają do jego wnętrza, wychwytują możliwie wiele pokarmu, i wracają do formacji. Dopiero wtedy do akcji wkracza kolejna para. Cały proces trwa około pięciu minut, a każda dwójka ma dwie szanse na upolowanie własnej porcji ryb. Gdy pierwsza faza polowania zakończy się, zwierzęta udają się na powierzchnię, by zaczerpnąć powietrza. Ani na chwilę nie wymykają się jednak ze zwartego szeregu. Zamiast tego już po chwili znikają pod powierzchnią i przystępują do kolejnego ataku. Zaskoczeniem dla naukowców była nie tylko sprawność delfinów, lecz także stosowany przez nie niezawodny system komunikacji. Dzięki zastosowaniu czułych hydrofonów zaobserwowano, że podczas polowania delfiny długoszczękie używają podczas polowania zupełnie innych dźwięków, niż w innych okolicznościach. Zamiast charakterystycznego "gwizdania" o zmiennej częstotliwości, ssaki korzystają z dźwięków przypominających raczej klikanie. Dlaczego? Odpowiedź, zdaniem pani Benoit-Bird, jest prosta: gwizdy są wielokierunkowe, zupełnie jak włączenie żarówki w pomieszczeniu. Klikające dźwięki są z kolei kierunkowe, tak jak światło lasera. Myślimy, że strategia może polegać na tym, by komunikować się wyłącznie wewnątrz grupy, ale nie przekazywać informacji innym drapieżnikom polującym na świetlikowate. Tuńczyki i włócznikowate poszukują tego samego pokarmu i mogą usłyszeć gwizdy, lecz nie kliknięcia, ponieważ dźwięk jest zbyt wysoki i zbyt ukierunkowany. Zdaniem badaczy, badania naukowców z Oregonu i Hawajów mogą być bardzo istotne dla zrozumienia procesów zachodzących w ekosystemach wodnych. Przeprowadzone studium jest jednym z pierwszych, w których wykorzystano na szeroką skalę tak doskonały sprzęt, pozwalający na śledzenie zachowań zwierząt bez wywierania na nie jakiegokolwiek wpływu. Otwiera to nowe możliwości prowadzenia jeszcze lepszych i jeszcze bardziej szczegółowych badań nad zachowaniem zwierząt wodnych.

Profesor Iegor Reznikoff z Uniwersytetu Paryskiego twierdzi, że malowidła naścienne w jaskiniach powstawały pod wpływem odbywających się tam "wydarzeń" muzycznych. Wszystkie rysunki umieszczano bowiem na ścianach pomieszczeń o doskonałych właściwościach akustycznych. Naukowiec przedstawił swoją teorię na konferencji Acoustics08, organizowanej przez 3 stowarzyszenia akustyczne: amerykańskie, europejskie i francuskie. Jestem specjalistą od akustyki budynków i przestrzeni, zwłaszcza kościołów romańskich. Kiedy pierwszy raz odwiedziłem prehistoryczną jaskinię, wypróbowałem właściwości akustyczne wszystkich jej części. Szybko pojawiło się pytanie: czy istnieje zależność między akustyką a lokalizacją malowideł? Aby to sprawdzić, Reznikoff śpiewał i nucił w różnych pomieszczeniach sławnych francuskich jaskiń z malowidłami naściennymi. W tym celu wybrał się m.in. do Niaux, Le Portle i Arcy-sur-Cure w Burgundii. Doszedł do następujących wniosków. Po pierwsze, większość rysunków powstała w lub tuż obok miejsc z doskonałym rezonansem. Po drugie, zagęszczenie malowideł w danej lokalizacji jest proporcjonalne do właściwości akustycznych: im są one lepsze, tym więcej rysunków. Po trzecie, gdy oddawanie się działalności artystycznej było z jakichś powodów trudne, np. korzystne brzmienie dało się uzyskać w wąskim korytarzu, malowano tam czerwone linie. Oznacza to, że nasi przodkowie z paleolitu nie malowali bezmyślnie. Zanim wybrali formę, najpierw sprawdzali akustykę poszczególnych pomieszczeń. Odkrycie Francuza pozwoliłoby też wyjaśnić, czemu w pobliżu jaskiń z prehistoryczną grafiką zdarzało się znajdować kościane flety. Uważa on, że pierwotni ludzie przygrywali sobie instrumentami z kamienia, kawałków drewna oraz na różnego rodzaju bębenkach. Musieli też śpiewać, dlatego Reznikoff przekonuje, że w pomieszczeniach z dobrą akustyką odbywały się rytuały. Inni specjaliści czekają jednak na kolejne dowody naukowe, które uprawdopodobniłyby teorię Francuza.

O tym, że niemal każde zwierzę wykorzystuje dźwięk w celu komunikacji, nie trzeba przekonywać nikogo. Zaskakujący może być jednak fakt, że istnieją zwierzęta "rozumiejące" naturę fali akustycznej i wykorzystujące ją do "filtrowania" wysyłanych przez siebie wiadomości. Odkryte niedawno zachowania amazońskich ptaków śpiewających z gatunku Basileuterus leucoblepharus pokazują wybitne zdolności adaptacji do właściwości akustycznych otoczenia. Ptaki należące do tego gatunku, po polsku określanego jako koronówka siwogłowa, dobierają zakres stosowanych dźwięków w zależności od tego, czy wysyłana informacja ma charakter "publiczny", czy też "prywatny". Samce tego gatunku oznaczają swój zasięg bytowania, używając dźwięków zdolnych do przebicia się nawet przez gęsty las. Z drugiej jednak strony, ptaki te bardzo niechętnie udzielają informacji o sobie: każdy z nich ma własną pieśń, charakterystyczną dla osobnika. Tę ostatnią jednak odśpiewują, używając dźwięków słyszalnych wyłącznie dla osobników znajdujących się w najbliższym otoczeniu. Co więcej, analizując nadchodzące z otoczenia pieśni innych samców, koronówki są w stanie wykryć osobnika znajdującego się poza zasięgiem wzroku. Pokazuje to bardzo wyraźnie, jak doskonale zwierzęta potrafią przystosować się do warunków otoczenia. Stworzony w ten sposób system komunikacji pozwala na efektywne wykorzystanie właściwości akustycznych ich miejsca bytowania. Lasy deszczowe stwarzają wspaniałe możliwości badania systemów komunikacji zwierząt. Ze względu na mnogość występujących tam gatunków, konieczna jest dla nich zdolność "filtrowania" dźwięków oraz nadawania ich w taki sposób, by były zrozumiałe dla określonej grupy odbiorców. Jest to kolejny istotny argument popierający starania o ochronę tych unikatowych na skalę światową rezerwatów dzikiej przyrody. Chętni do posłuchania ptasich pieśni znajdą je tutaj.

Włoscy naukowcy prowadzą szeroko zakrojone badania nad akustyką kościołów. Nikt przed nimi nie próbował tak dokładnie zbadać, w których budynkach wiernym najbardziej podoba się śpiew. Od 2000 roku uczeni odwiedzili i zbadali 40 świątyń, od gotyckich katedr po współczesne świątynie. Następnie wybrali 9 z nich, których przeprowadzono szczegółowe badania akustyki na pięciu wybranych utworach. Po zamknięciu kościołów o zmierzchu, uczeni rozłożyli aparaturę i przez kilka godzin w różnych miejscach i za pomocą różnego typu mikrofonów nagrywali utwory, wśród których znalazła się zarówno uwertura z Figara, jak i gregoriański Pange Lingua. Początkowo księża myśleli, że chcemy im coś sprzedać – wspomina Francesco Martellotta z politechniki w Bari. Teraz rozumieją, że jakość dźwięku nie zależy tylko od głośników zamontowanych w kościołach. Po dokonaniu nagrań do laboratorium zaproszono ochotników, którzy mieli ich wysłuchać. Wstępne wyniki badań wykazują, że słuchaczom najbardziej podobają się dźwięki ze starych chrześcijańskich kościołów, które posiadają drewniany sufit. Bardzo dobrze brzmiały też śpiewy w budynkach barokowych. Natomiast koszmarem dla słuchających okazały się kościoły gotyckie. W bolońskiej bazylice Św. Petroniusza pogłos było słychać przez 12-13 sekund co bardzo zakłócało odbiór. W kwietniu ukaże się książka omawiająca pierwszą fazę badań nad akustyką chrześcijańskich świątyń. Księża czasami zwracają się do uczonych z prośbą o zbadania wyjątkowych właściwości kościołów. Tak było w 1997 roku, gdy ksiądz Silvano Burgalassi poprosił włoską Radę Badań Naukowych o dokładne zbadanie, skąd wynikają niezwykłe właściwości akustyczne baptysterium w Pizie. Badaniami zajął się zespół z Laboratorium Muzyki Komputerowej pod kierunkiem Leonello Tarabelli. Następnie, opierając się na ich wynikach, skomponowano specjalny utwór i w 2006 roku baptysterium wykorzystano jako największy instrument muzyczny na świecie. Nagrano 15-minutowy utwór pt. "Siderisvox" na 200 osób. Jeszcze w bieżącym roku ma się on ukazać na płycie CD.