הפיכת נתוני הוריקן למוזיקה

במהלך עונת ההוריקנים 2017, סערות גדולות בצפון האוקיאנוס האטלנטי הרסו קהילות ביוסטון וסביבתה, פלורידה, פורטו ריקו ובאיים הקריביים הרחבים.

תוכן קשור

• הפיכת פעימות לב לא סדירות למוזיקה

ההרס מראה עד כמה חשוב להבין ולתקשר את האיומים הקשים שהסערות הללו מציבות. מדענים עשו צעדים גדולים בחיזוי היבטים רבים של סערות, אך אם האנשים בסיכון אינם מבינים את הסכנה בה הם נמצאים, ההשפעה הולכת לאיבוד.

אנו קולגות מתחומים שונים בקמפוס פן סטייט: אחד מאיתנו פרופסור למטאורולוגיה, והשני פרופסור לטכנולוגיית מוזיקה. מאז 2014 אנו עובדים יחד כדי להשלים את הדינמיקה של סערות טרופיות. במילים אחרות, אנו הופכים נתונים סביבתיים למוזיקה.

על ידי הענקת סרטוני לוויין כמו אלה שנראים לעיתים קרובות בדיווחי מזג האוויר, אנו מקווים שאנשים יבינו טוב יותר כיצד הסערות הקיצוניות הללו מתפתחות.

נתונים לצליל

רובנו מכירים את הדמיית הנתונים: תרשימים, גרפים, מפות ואנימציות המייצגות סדרות מספרים מורכבות. Sonification הוא תחום מתהווה שיוצר גרפים עם צליל.

כדוגמה פשוטה, גרף מאוייש עשוי להיות מורכב מלחן עולה ויורד, במקום קו עולה ויורד על עמוד.

Sonification מציע כמה יתרונות על פני הדמיית נתונים מסורתית. האחת היא נגישות: אנשים עם מוגבלות חזותית או קוגניטיבית עשויים להיות מסוגלים יותר לעסוק במדיה מבוססת קול.

Sonification טוב גם לגילוי. העיניים שלנו טובות בזיהוי תכונות סטטיות, כמו צבע, גודל ומרקם. אבל האוזניים שלנו טובות יותר בחישה של תכונות שמשתנות ומתנודות. איכויות כמו המגרש או הקצב עשויים להשתנות בעדינות רבה, אך עדיין ירגישו די בקלות. האוזניים גם טובות יותר מהעיניים בעוקבות אחר דפוסים מרובים בו זמנית, וזה מה שאנחנו עושים כשאנחנו מעריכים את החלקים השזורים ביצירת מוסיקה מורכבת.

הצליל מעובד גם בצורה מהירה יותר ויותר חזותית מאשר חזותית. זו הסיבה שאנחנו מקישים ברצון על כפות הרגליים ושרים יחד לשיר אהוב.

הופכת סערות לשירים

חיי הוריקן יכולים להימשך בכל יום מיום למספר שבועות. סוכנויות כמו הממשל האמריקני לאוקיאנוסים אטמוספרי מודדות ללא הפסקה כל מיני תכונות של סערה.

זיקקנו את המאפיינים המשתנים של הוריקן לארבע תכונות הנמדדות כל שש שעות: לחץ אוויר, קו רוחב, קו אורך ואסימטריה, מדד לדפוס הרוחות הנושבות סביב מרכז הסערה.

כדי ליצור את הסוניפיקציות, אנו מייצאים נתונים אלה לתוכנית סינתזת המוזיקה SuperCollider. כאן ניתן לערוך את הערכים המספריים ולהעביר אותם לפי הצורך, כך למשל, ניתן לשחק בסערה הנמשכת מספר ימים על מספר דקות או שניות בלבד.

לאחר מכן מתייחסים לכל סוג נתונים כאל חלק בניקוד מוזיקלי. נתונים משמשים ל"נגינה "של כלים מסונתזים שנוצרו כדי להשמיע קולות שמעידים על סערה ולהשתלב היטב.

בהקלטות שלנו, לחץ האוויר מועבר על ידי צליל מסתובב וסוער, המשקף שינויי לחץ. להוריקנים עזים יותר יש ערכים נמוכים יותר של לחץ אוויר בגובה פני הים. הרוחות הסמוכות לקרקע חזקות גם בסופות עזות.

ככל שהלחץ יורד, מהירות הסחרור בהקלטות הקוליות שלנו עולה, הנפח עולה והצליל הרוח הופך בהיר יותר.

אורך מרכז הסער בא לידי ביטוי בתבנית סטריאו, מיקום מקור קול בין ערוצי הרמקול השמאלי והימני.

קו הרוחב בא לידי ביטוי בגובה הצליל המתערבל, כמו גם בצליל פועם גבוה יותר. כאשר סערה מתרחקת מהקו המשווה לכיוון אחד הקטבים, המפלס צונח כדי לשקף את הירידה בטמפרטורות מחוץ לטרופיים.

סערה מעגלית יותר היא בדרך כלל אינטנסיבית יותר. ערכי סימטריה באים לידי ביטוי בהירות צליל נמוך ובסיסי. כאשר לסערה יש צורה מלבנית או סגלגלה, הצליל בהיר יותר.

באמצעות צליל

עד כה הקנו לנו 11 סופות, כמו גם מיפוי פעילות הסערה העולמית משנת 2005.

פגיעות סערות יכולות להועיל למי שעוקב אחר מערכות סערה או לעדכן את הציבור בנוגע לפעילות מזג האוויר. ניתן להשמיע רדיו באמצעות רדיו, למשל. הם עשויים גם להיות שימושיים עבור אנשים שיש להם רוחב פס מוגבל לטלפון והם מסוגלים לקבל תוכן שמע טוב יותר מאשר תוכן וידאו.

אפילו עבור מומחים בתחום המטאורולוגיה, קל יותר לקבל תחושה של דינמיקת סערה קשורה על ידי שמיעתם כחלקים מוסיקליים סימולטניים מאשר על ידי הסתמכות על גרפיקה בלבד. לדוגמה, בעוד שצורת סערה קשורה בדרך כלל ללחץ אוויר, ישנם זמנים שסופות משנות צורה מבלי לשנות את לחץ האוויר. אמנם קשה לראות את ההבדל הזה בתרשים חזותי, אך הוא נשמע בקלות בנתונים המאושרים.

המטרה שלנו היא להכניס sonifying של כל מיני גרפים לשיעורי מדע, במיוחד אלה עם סטודנטים צעירים יותר. Sonification הופכת לשיטת מחקר מוכרת, ומספר מחקרים הוכיחו שהיא יעילה בהעברת נתונים מורכבים. אולם ספיגתו הייתה איטית.

בפריסה ארצית, מדענים, מורים ומנהלי בתי ספר מכירים בחשיבותם של האמנויות, כולל צליל ומוזיקה, כאשר הם מלמדים מדעים ומתמטיקה. אם דור סטודנטים גדל וחווה מדע באמצעות יותר מחושים שלהם - ראייה, שמיעה ומגע - אז הם עשויים למצוא את המדעים יותר מזמינים ופחות מאיימים.

מארק בלורה, פרופסור לטכנולוגיית מוזיקה, אוניברסיטת פנסילבניה

ג'ני אוונס, פרופסור למטאורולוגיה, אוניברסיטת מדינת פנסילבניה