ביואקוסטיקה

בִּיּוֹאַקוֹסְטִיקָה או בִּיּוֹ-אַקוֹסְטִיקָה (באנגלית: Bioacoustics) הוא תחום מדעי המשלב ביולוגיה ואקוסטיקה. בדרך כלל זה מתייחס לחקירתו של צליל, יצורו, פיזורו וקבלתו אצל בעלי חיים (כולל בני אדם). הביואקוסטיקה נעזרת בנוירופיזיולוגיה ואנטומיה בסיסית, איתורם וייחוסם של אותות אקוסטיות עד לאותות בינוניות שבהם מתפזרים בדרך. הממצאים של הביואקוסטיקה מצביעים על האבולוציה של מנגנוני האקוסטיקה ובעלי החיים.
באקוסטיקה תת-מימית ודיג אקוסטיקה, המונח משמש גם להביע את השפעת הצמחים ובעלי החיים על קול שנשמע מתחת למים, בדרך כלל, תוך התייחסות לשימוש של הסונאר הטכנולוגי‏. המחקר של תנודות המצויות במצע המשמש את בעלי החיים נחשב על ידי חלק מהחוקרים שדה נפרד שנקרא ביוטרמולוגיה.

היסטוריה

חקר קולות בעלי החיים, הכרתם ומציאתם, העסיקו את האנושות רבות לאורך ההיסטוריה. תחום הביואקוסטיקה נוצר על ידי איוואן רגן ו-Slovenes, אשר החלו באופן שיטתי ללמוד איך חרקים נשמעים. ב-1925, המכשיר בו השתמשו היה ייעודי לצרצור וניגון דואט עם חרק. אחר כך, ראגאן שם צרצר מאחורי מיקרופון ונקבות צרצרים מול רמקול. הנקבות לא נעו לכיוון הזכר אלא לקראת הרמקול. תרומתו החשובה ביותר של ראגאן על המגרש מלבד מימוש חרקים הוא גם זיהוי באוויר חיות נשמעות שבו היה הגילוי של הפונקציה של Tympanal organ.
יחסית, התקנים האלקטרו-מכניים זמינים באותו זמן (כגון: פונוגרף) שמותר רק עבור הערכה גסה של אות מאפייני. מדידות מדויקות יותר התאפשרו במחצית השנייה של המאה ה-20 על ידי התקדמות האלקטרוניקה ועם ניצול של מכשירים כגון אוסצילוסקופים והקלטות דיגיטליות.
ההתקדמות האחרונה בביואקוסטיקה, הדאגה היחסים בין החיות שלהם בסביבה האקוסטית ואת ההשפעה של הרעש האנתרופוגני. טכניקות הביואקוסטיקה לאחרונה מוצעים כשיטה לא הרסנית להערכת מגוון ביולוגי של האזור.

שיטות בביואקוסטיקה

הקשבה היא עדיין אחת השיטות המרכזיות בשימוש מחקר בביואקוסטיקה.

אותות אקוסטיים

הצופה יכול להשתמש בקולות של בעלי החיים (כגון: זיהוי מ"שירה") כדי לזהות חיה, מינה, מיקומה ומצבה בטבע. החקירה של קולות בעלי החיים כוללת גם את אות ציוד ההקלטה האלקטרונית. עקב מגוון רחב של מאפייני אותות התקשורת, הם מפשיטים את הדרך עם ציוד מיוחד שעשוי להידרש במקום הרגיל כגון: מיקרופון, הידרופון (תת-נשמע), גלאי של אולטרה סאונד (גבוהה מאוד - התדירות נשמעת), אינפרה סאונד (קולות בתדרים מאוד נמוכים), LDV (מצע שמקורן את אותות הרטט). מחשבים משמשים לאחסון וניתוח של פריטי קול מוקלטים. מתמחה סאונד עורך בתוכנה המשמשת לתיאור ומיון אותות לפי משרעות, תדירות, משך ופרמטרים נוספים.
אוספי צלילים של חיות מנוהלות על ידי מוזיאונים להיסטוריה של הטבע ומוסדות אחרים הם כלים חשובים עבור חקירה שיטתית של אותות. יעילות רבות בשיטות אוטומטיות הכוללות עיבוד אותות, כריית מידע ולימוד מכני לגבי שיטות שפותחו כדי לזהות ולסווג את אותות הביואקוסטיקה.

שמיעה וזיהוי של היצור

מדענים בתחום הביואקוסטיקה מעוניינים באנטומיה ונוירופיזיולוגיה של איברים על ידי שמיעה וזיהוי היצור הכולל את צורתם, פעולתם של השרירים, הפעילות של רשת עצבית המעורבים ועניין מיוחד שהוא קידוד האותות עם דחף עצבי בחודש האחרון.
אבל מאז שיטות הנוירופיזיולוגיה, המחקר הוא עדיין די מורכב מכיוון שהבנת התהליכים הרלוונטיים הוא לא שלם. יותר שיטות טריוויאליות משמשים גם. תצפית של התנהגות תגובות אותות אקוסטים הוא שימושי במיוחד. בתגובה שבה כיווני התנועה לכיוון המקור על ידי התבוננות התגובה מוגדרת היטב אותות בסביבה מבוקרת, אנחנו יכולים לקבל תובנות לתוך האות פונקציה, רגישות של מכשיר שמיעה, רעש סינון היכולת וכו'.

ביומסת הערכה

ביומסת ההערכה היא שיטה לזיהוי ולכמיתת דגים ושאר האורגניזמים הימיים באמצעות סונאר טכנולוגי המייצר גלי קול קצרים העוברים דרך המים, ואילו העצמים נפגשים עם גלי הקול, כגון דגים המשקפים את הצליל בחזרה לכיוון מקור הצליל הם אלו שמספקים מידע על גודל הדגים, מיקומם ואת השפע. את המרכיבים הבסיסיים של מדעי האקו-סאונר הוא חומרה של הפונקציה לשידור הצליל, לקליטה, לסינון, להגברה, להקלטה ולניתוח את הדגים. אמנם ישנם יצרנים רבים שהם זמינים באופן המסחרי "דג-מד" (באנגלית: fish-finders), ניתוח כמות המדידות דורש להתבצע עם ציוד אקו-סאונר מכויל הגבוה מיחס אות לרעש.

קולות של בעלי חיים

שמיעה שבשימוש על ידי חיות, נופל לתוך הטווח של הביואקוסטיקה הכולל מגוון רחב של תדרים ומדיה והם לעיתים קרובות לא "קול" במובן הצר של המילה (כלומר גל אורך זה התפשטות דרך האוויר הם לזיהוי על ידי אוזן האדם). חרגוליים, למשל, יכולים לתקשר באמצעות צלילים בתדרים גבוהים יותר מ-100 קילוהרץ, רחוק לתוך סאונד מגוון. בצד השני של תדירות נמוכה של תנודות, לעיתים קרובות לא זוהה על ידי שמיעת איברים, אבל כמו אחרים, פחות חושים מיוחדים. דוגמאות אלה כוללות תנודות קרקע המיוצרות על ידי פילים שתדירות הרכיב שלהם נמצא סביב 15 הרץ שהיא בעצם תדירות נמוכה-בינונית והמצע של התנודות שמקורן בשימוש על ידי רוב החרקים הוא סדרות. רוב הקולות של בעלי חיים, לעומת זאת, נופל לתוך טווח התדרים וניתן לגילוי על ידי אוזן אנושית, בין 20 ל-20,000 הרץ 
 (). מנגנוני היצור נשמעים ואיתורם של המנגונים הם מגוונים כמו אותות.

קולות של צמחים

בסדרה של מאמרים מדעיים שפורסמו בין 2013 ל-2016, ד"ר מוניקה גאגליאנו מאוניברסיטת מערב אוסטרליה הרחיבה את המדע כדי לכלול ביואקוסטיקה של צמחים.