Acoustic classification of Australian frogs for ecosystem survey

Novel bioacoustics signal processing techniques have been developed to classify frog vocalisations in both trophy and field recordings. The research is useful in helping ecologists monitor frog community activity and species richness over long-term. Two major contributions are the construction of novel feature descriptors in the Cepstral domain, and the design of novel classification systems for multiple simultaneously vocalising frog species

Classification and ranking of environmental recordings to facilitate efficient bird surveys

This thesis contributes novel computer-assisted techniques to facilitating bird species surveys from a large number of environmental audio recordings. These techniques are applicable to both manual and automated recognition of bird species by removing irrelevant audio data and prioritising those relevant data for efficient bird species detection. This work also represents a significant step towards using automated techniques to support experts and the general public to explore and gain a better understanding of vocal species

Algorithmic Analysis of Complex Audio Scenes

In this thesis, we examine the problem of algorithmic analysis of complex audio scenes with a special emphasis on natural audio scenes. One of the driving goals behind this work is to develop tools for monitoring the presence of animals in areas of interest based on their vocalisations. This task, which often occurs in the evaluation of nature conservation measures, leads to a number of subproblems in audio scene analysis. In order to develop and evaluate pattern recognition algorithms for animal sounds, a representative collection of such sounds is necessary. Building such a collection is beyond the scope of a single researcher and we therefore use data from the Animal Sound Archive of the Humboldt University of Berlin. Although a large portion of well annotated recordings from this archive has been available in digital form, little infrastructure for searching and sharing this data has been available. We describe a distributed infrastructure for searching, sharing and annotating animal sound collections collaboratively, which we have developed in this context. Although searching animal sound databases by metadata gives good results for many applications, annotating all occurences of a specific sound is beyond the scope of human annotators. Moreover, finding similar vocalisations to that of an example is not feasible by using only metadata. We therefore propose an algorithm for content-based similarity search in animal sound databases. Based on principles of image processing, we develop suitable features for the description of animal sounds. We enhance a concept for content-based multimedia retrieval by a ranking scheme which makes it an efficient tool for similarity search. One of the main sources of complexity in natural audio scenes, and the most difficult problem for pattern recognition, is the large number of sound sources which are active at the same time. We therefore examine methods for source separation based on microphone arrays. In particular, we propose an algorithm for the extraction of simpler components from complex audio scenes based on a sound complexity measure. Finally, we introduce pattern recognition algorithms for the vocalisations of a number of bird species. Some of these species are interesting for reasons of nature conservation, while one of the species serves as a prototype for song birds with strongly structured songs.Algorithmische Analyse Komplexer Audioszenen In dieser Arbeit untersuchen wir das Problem der Analyse komplexer Audioszenen mit besonderem Augenmerk auf natürliche Audioszenen. Eine der treibenden Zielsetzungen hinter dieser Arbeit ist es Werkzeuge zu entwickeln, die es erlauben ein auf Lautäußerungen basierendes Monitoring von Tierarten in Zielregionen durchzuführen. Diese Aufgabenstellung, die häufig in der Evaluation von Naturschutzmaßnahmen auftritt, führt zu einer Anzahl von Unterproblemen innerhalb der Audioszenen-Analyse. Eine wichtige Voraussetzung um Mustererkennungs-Algorithmen für Tierstimmen entwickeln zu können, ist die Verfügbarkeit großer Sammlungen von Aufnahmen von Tierstimmen. Eine solche Sammlung aufzubauen liegt jenseits der Möglichkeiten eines einzelnen Forschers und wir verwenden daher Daten des Tierstimmenarchivs der Humboldt Universität Berlin. Obwohl eine große Anzahl gut annotierter Aufnahmen in diesem Archiv in digitaler Form vorlagen, gab es nur wenig unterstützende Infrastruktur um diese Daten durchsuchen und verteilen zu können. Wir beschreiben eine verteilte Infrastruktur, mit deren Hilfe es möglich ist Tierstimmen-Sammlungen zu durchsuchen, sowie gemeinsam zu verwenden und zu annotieren, die wir in diesem Kontext entwickelt haben. Obwohl das Durchsuchen von Tierstimmen-Datenbank anhand von Metadaten für viele Anwendungen gute Ergebnisse liefert, liegt es jenseits der Möglichkeiten menschlicher Annotatoren alle Vorkommen eines bestimmten Geräuschs zu annotieren. Darüber hinaus ist es nicht möglich einem Beispiel ähnlich klingende Geräusche nur anhand von Metadaten zu finden. Deshalb schlagen wir einen Algorithmus zur inhaltsbasierten Ähnlichkeitssuche in Tierstimmen-Datenbanken vor. Ausgehend von Methoden der Bildverarbeitung entwickeln wir geeignete Merkmale für die Beschreibung von Tierstimmen. Wir erweitern ein Konzept zur inhaltsbasierten Multimedia-Suche um ein Ranking-Schema, dass dieses zu einem effizienten Werkzeug für die Ähnlichkeitssuche macht. Eine der grundlegenden Quellen von Komplexität in natürlichen Audioszenen, und das schwierigste Problem für die Mustererkennung, stellt die hohe Anzahl gleichzeitig aktiver Geräuschquellen dar. Deshalb untersuchen wir Methoden zur Quellentrennung, die auf Mikrofon-Arrays basieren. Insbesondere schlagen wir einen Algorithmus zur Extraktion einfacherer Komponenten aus komplexen Audioszenen vor, der auf einem Maß für die Komplexität von Audioaufnahmen beruht. Schließlich führen wir Mustererkennungs-Algorithmen für die Lautäußerungen einer Reihe von Vogelarten ein. Einige dieser Arten sind aus Gründen des Naturschutzes interessant, während eine Art als Prototyp für Singvögel mit stark strukturierten Gesängen dient

Acoustic sequences in non-human animals: a tutorial review and prospectus.

Animal acoustic communication often takes the form of complex sequences, made up of multiple distinct acoustic units. Apart from the well-known example of birdsong, other animals such as insects, amphibians, and mammals (including bats, rodents, primates, and cetaceans) also generate complex acoustic sequences. Occasionally, such as with birdsong, the adaptive role of these sequences seems clear (e.g. mate attraction and territorial defence). More often however, researchers have only begun to characterise - let alone understand - the significance and meaning of acoustic sequences. Hypotheses abound, but there is little agreement as to how sequences should be defined and analysed. Our review aims to outline suitable methods for testing these hypotheses, and to describe the major limitations to our current and near-future knowledge on questions of acoustic sequences. This review and prospectus is the result of a collaborative effort between 43 scientists from the fields of animal behaviour, ecology and evolution, signal processing, machine learning, quantitative linguistics, and information theory, who gathered for a 2013 workshop entitled, 'Analysing vocal sequences in animals'. Our goal is to present not just a review of the state of the art, but to propose a methodological framework that summarises what we suggest are the best practices for research in this field, across taxa and across disciplines. We also provide a tutorial-style introduction to some of the most promising algorithmic approaches for analysing sequences. We divide our review into three sections: identifying the distinct units of an acoustic sequence, describing the different ways that information can be contained within a sequence, and analysing the structure of that sequence. Each of these sections is further subdivided to address the key questions and approaches in that area. We propose a uniform, systematic, and comprehensive approach to studying sequences, with the goal of clarifying research terms used in different fields, and facilitating collaboration and comparative studies. Allowing greater interdisciplinary collaboration will facilitate the investigation of many important questions in the evolution of communication and sociality.This review was developed at an investigative workshop, “Analyzing Animal Vocal Communication Sequences” that took place on October 21–23 2013 in Knoxville, Tennessee, sponsored by the National Institute for Mathematical and Biological Synthesis (NIMBioS). NIMBioS is an Institute sponsored by the National Science Foundation, the U.S. Department of Homeland Security, and the U.S. Department of Agriculture through NSF Awards #EF-0832858 and #DBI-1300426, with additional support from The University of Tennessee, Knoxville. In addition to the authors, Vincent Janik participated in the workshop. D.T.B.’s research is currently supported by NSF DEB-1119660. M.A.B.’s research is currently supported by NSF IOS-0842759 and NIH R01DC009582. M.A.R.’s research is supported by ONR N0001411IP20086 and NOPP (ONR/BOEM) N00014-11-1-0697. S.L.DeR.’s research is supported by the U.S. Office of Naval Research. R.F.-i-C.’s research was supported by the grant BASMATI (TIN2011-27479-C04-03) from the Spanish Ministry of Science and Innovation. E.C.G.’s research is currently supported by a National Research Council postdoctoral fellowship. E.E.V.’s research is supported by CONACYT, Mexico, award number I010/214/2012.This is the accepted manuscript. The final version is available at http://dx.doi.org/10.1111/brv.1216

Improving individual identification of wolves (Canis lupus) using the fundamental frequency and amplitude of their howls: a new survey method

Many bioacoustic studies have been able to identify individual mammals from variations in the fundamental frequency (F0) of their vocalizations. Other characteristics of vocalization which encode individuality, such as amplitude, are less frequently used because of problems with background noise and recording fidelity over distance. In this thesis, I investigate whether the inclusion of amplitude variables improves the accuracy of individual howl identification in captive Eastern grey wolves (Canis lupus lycaon). I also explore whether the use of a bespoke code to extract the howl features, combined with histogram-derived principal component analysis (PCA) values, can improve current individual wolf howl identification accuracies. From a total of 89 solo howls from six captive individuals, where distances between wolf and observer were short, I achieved 95.5% (+9.0% improvement) individual identification accuracy of captive wolves using discriminant function analysis (DFA) to classify simple scalar variables of F0 and normalized amplitudes. Moreover, this accuracy was increased to 100% when using histogram-derived PCA values of F0 and amplitudes of the first harmonic

Variability in Baleen Whale Acoustical Ecology: Implications for Optimal Monitoring Using Passive Acoustics

This study aimed to improve the acoustical ecology knowledge of humpback and pygmy blue whales migrating through Geographe Bay - Western Australia. Vocalisations produced by each species were described. Vocalisation rates and detection probabilities varied between species and were dependent on temporal, behavioural and ecological parameters. Correlations between sound energy and visual observations were low for both species. This information suggests that optimal monitoring protocols for passive acoustics should be species specific

Population analysis of Hyla arborea and Hyla meridionalis (Amphibia, Anura) in Portugal:a molecular genetic and bioacoustic approach

Tese de doutoramento, Biologia (Biodiversidade), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013The focus of this work is on the species of Hylids (Amphibia, Anura) present in Portugal, Hyla meridionalis and Hyla arborea (=H. molleri), to examine the geographic patterns of genetic and mating calls diversity. The aim is to determine the patterns of variation of genetic and bioacoustic markers between populations, exploring how the current distribution patterns were influenced by the origins, colonization events of both species, and finally their evolutive history. For comparison and biogeographically integrative reasons, information from outside Portugal is used. The genetic and bioacoustic analyses revealed different diversity patterns among the studied populations of both species. Iberian H. arborea is highly divergent from European taxon, supporting the ressurection of H. molleri species. Within Iberia two distinct groups, ‘North’ and ‘South’, were identified, having the southern one higher haplotype diversity, a pattern seen in other Iberian amphibians. A different pattern was however seen at the bioacoustic level. Populations did not cluster into groups, and no significant differences were found between populations. In H. meridionalis COI analysis corroborated previous results, with three well differentiated clades identified, all with little genetic diversity within groups. Tunisia and Algeria specimens were highly divergent from all other, suggesting an ancient split between the two lineages. Advertisement calls showed little diversity between populations. In syntopy, the presence of males of the other species calling apparently has little effect on advertisement calls: only frequencies and call duration of H. meridionalis were significantly smaller in sympatry. Being unlikely the hypothesis of reproductive character displacement of mating calls. This, together with the absence of F1 hybrids in the studied sites (although earlier studies have reported their presence) and of any sign of introgression in adults and tadpoles, suggests a rare occurrence of heterospecific mating, and that advertisement calls are an effective premating barrier.As relas do género Hyla da Europa e do Norte de África pentencentes à família Hylidae, da ordem dos Anuros, repartem-se por duas espécies na Península Ibérica, a rela-europeia, Hyla arborea e a rela-meridional, H. meridionalis. Durante muito tempo estas duas espécies, bem como outras do mesmo género que habitam o continente europeu, eram consideradas meras subspécies de H. arborea. Estudos morfológicos, genéticos e bioacústicos foram contudo determinando a atribuição do seu carácter de espécie a muitas destas formas. Actualmente são 16 reconhecidas espécies repartidas por dois grandes grupos, H. arborea e H. japonica, correspondentes aos extremos da sua área de distribuição global, uma a ocidente da Eurásia e outro no seu extremo Oriental. Considerada uma espécie distinta da sua congénere por critérios morfológicos, imunológicos e bioacústicos (estes últimos salienta-se serviriam de base ao seu reconhecimento original. A H. meridionalis, é peculiarmente o único Hilídeo que ocorre em África. As chamadas de acasalamento dos machos, comparadas com as da H. arborea, são mais longas (aproximadamente cinco vezes para a mesma temperatura ambiental) e mais graves (as suas frequências são relativamente mais baixas). Estudos genéticos recentes baseados na análise de ADN mitocondrial e nuclear, sugerirem que a H. meridionalis se caracteriza por uma baixa diversidade genética patente nas amostras provenientes dos dois clados bem diferenciados: 1) um ocidental que inlcui Marrocos, o Sudoeste da Europa (incluindo a Península Ibérica) e as ilhas Canárias e 2) um oriental que inclui a Tunísia. As amostras pertencentes à Tunísia formariam um clado altamente divergente das restantes, o que sugere ter havido uma separação bastante antiga destas duas linhagens. A presente distribuição da espécie teria resultado de dois grandes eventos de dispersão a partir do Norte de África provavelmente recentes (e a introdução, mediada por humanos ou em ‘jangadas’ naturais arrastadas por correntes, nas Ilhas Canárias e na Madeira). Um primeiro evento de dispersão, mais antigo, teria ocorrido com a colonização do Sul da Península Ibérica por indíviduos vindos originalmente do Sul de Marrocos, que teriam migrado primeiro para o Norte de Marrocos e daí para a Península Ibérica. Num segundo evento, mais recente, como atrás referimos, alguns elementos provenientes do Norte de Marrocos teriam sido introduzidos na costa mediterrânica de França e daí migrado para Norte, Este e Sul, ocupando o Sul de França e o Nordeste de Espanha. As diferenças encontradas entre estes indivíduos e os do primeiro evento de expansão (pertencem a dois grupos distintos), podem ser resultado de uma recolonização do Norte de Marrocos, após a primeira dispersão para o continente europeu, por uma população com algum grau de diferenciação genética em relação aos primeiros. Quanto à H. arborea, os seus estudos são geralmente mais abrangentes do ponto de vista geográfico, uma vez que a distribuição da espécie se estende desde a Europa Central até à Pensínsula Ibérica. Recentemente, a descrição da variabilidade genética ao nível dos ADN mitocondrial e nuclear, de muitas das suas populações europeias, demonstrou a existência de grupos altamente diferenciados e com uma forte associação com a sua distribuição geográfica. Alguns desses grupos correspondem a espécies actualmente aceites como espécies distintas de que falámos, como são os casos da H. sarda (endémica da Sardenha e da Córsega), H. orientalis (presente na Europa do Leste, nomeadamente, Ucrânia, Roménia e Turquia), H. savignyi (Médio Oriente, incluindo Chipre, Turquia, Síria, Irão e Iraque), e da H. intermedia (sul de Itália, na Península Apenina e na Sicília). Um dos resultados concordantes nos vários estudos realizados foi a acentuada diferenciação genética entre H. arborea da Europa Central e a da Península Ibérica, tendo sido, por isso, proposta a ressureição, da antiga sugestão, do carácter de espécie distinta para a forma da Península Ibérica, Hyla molleri Bedriaga 1890. Na Península Ibérica estas duas espécies ocorrem em simpatria numa vasta área das suas distribuições geográficas, e são conhecidas várias situações de sintopia em que indíviduos das duas espécies partilham o mesmo charco (ou outra zona húmida). Através do canto de acasalamento, foram detectados híbridos (machos, dados serem estes os únicos a emitir chamadas) em Portugal e Espanha. Todos os híbridos encontrados apresentavam características intermédias às das espécies parentais relativamente às chamadas de acasalamento, aos padrões de variação de aloenzimas (híbrido encontrado em Portugal). A nível morfológico, a banda lateral em alguns elementos estendia-se até metade dos flancos ou apresentava um ‘escudo’ rudimentar na região inguinal (típico da H. arborea). Todos os indivíduos híbridos capturados, revelaram ser estéreis, com testículos sem células espermatogénicas. Com base nestes conhecimentos prévios, estabelecemos como objectivo central desta tese o aprofundar do estudo sobre a história evolutiva de H. arborea e H. meridionalis, na tentativa de avaliar, confirmando ou infirmando as hipóteses anteriormente formuladas com recurso a uma dupla abordagem genética e bioacústica, acerca dos vários aspectos que poderiam informar o melhor conhecimento do que podemos considerar as suas filogeografias e interrelação no nosso território. Assim, mais especificamente propusemo-nos 1) determinar os padrões biogeográficos da diversidade genética das populações das duas espécies na Pensínsula Ibérica (sobretudo em Portugal), utilizando diferentes marcadores moleculares, fazendo uma re-análise dos padrões filogeográficos, anteriormente propostos, ao nível da Europa e do Norte de África e uma análise a uma escala mais fina dos padrões ibéricos e mais em particular dos de Portugal; 2) paralelamente procurámos investigar quais os padrões geográficos da diversidade bioacústica em Portugal ao nível dos cantos de acasalamento dos machos de ambas as espécies, pelas potencialidades que este tipo de abordagem oferece em termos de contribuições de índole ecológica e evolutiva; e 3) tentar obter informação acerca das relações interespecíficas através da análise integrada de dados genéticos e bioacústicos, explorando aspectos ligados a eventuais processos de hibridação/introgressão das duas espécies e correlativamente da ocorrência de fenómenos de ‘deslocação de caracteres’. Nestas espécies para conseguirmos concretizar os objectivos propostos apostámos numa abordagem dupla e complementar, baseada na análise de dados genético-moleculares e bioacústicos. Para fazer face à parca amostragem, em estudos destas espécies, efectuados em Portugal, o esforço de amostragem (para recolha de tecido e para gravações áudio dos cantos de acasalamento) foi significativamente aumentado, tentando-se cobrir uma área bastante mais abrangente da área de distribuição das espécies. A amostragem de campo decorreu entre 2005-2010. Recolheram-se amostras de tecido de indivíduos adultos e de girinos e foram gravados os cantos de acasalamento dos machos de ambas as espécies. Para completar a cobertura geográfica no que refere a recolha de amostras para ulterior estudos genéticos, foram aproveitadas amostras cedidas por outros investigadores, bem como se usaram as sequências já publicadas em estudos anteriores. O gene escolhido do ADN mitocondrial foi o Citocromo Oxidase I (COI) dado ter já sido utilizado noutros estudos para estas mesmas espécies. No que concerne ao estudo das interacções das espécies, através da técnica de RFLP (do inglês, ‘Restriction Fragment Length Polymorphism’) testaram-se os indivíduos provenientes de locais sintópicos na busca de possíveis híbridos F1 e, paralelamente, compararam-se os pârametros dos cantos de acasalamento de machos de locais sintópicos com os de locais alopátricos (que serviram de referência). No que diz respeito à H. arborea, da análise das sequências de COI obtidas, confirmou-se a grande divergência entre o grupo europeu e ibérico, com um distância genética (p-uncorrected) de 0.125. Da análise destes dados resultou a obetnção de uma árvore filogenética robusta, em que estes dois clados são suportados por elevados valores de bootstrap. Corrobora-se assim a proposta expressa em estudos anteriores de revalidar a espécie Ibérica, H. molleri. Analisando separadamente as sequências obtidas de elementos da Península Ibérica obtiveram-se dois ‘grupos’, aqui denominados por ‘Norte’ e ‘Sul’, mas sem grande suporte ao nível da árvore filogenética. Os haplótipos pertenecentes ao grupo do ‘Norte’ distribuem-se na sua maioria a Norte do rio Mondego e no Noroeste de Espanha; os haplótipos do grupo ‘Sul’ ocupam as áreas a sul do rio Mondego e a costa Atlântica Nordeste da Ibéria. O último grupo apresenta uma diversidade haplotípica mais elevada que o grupo ‘Norte’, contrariando resultados de estudos anteriores efectuados para esta espécie, mas que estão de acordo com estudos efectuados sobre outros anfíbios ibéricos/portugueses. Ao nível da acústica não se observou este padrão com uma divisão Norte-Sul. Pelo contrário os parâmetros dos cantos de acasalamento revelaram-se homogéneos entre os vários locais amostrados, excepção feita ao local amostrado na Serra da Estrela (CFO) cujos valores da duração dos ‘grupos de chamadas’ e o número de chamadas por ‘grupo de chamadas’ são significativamente maiores que os dos demais locais amostrados. Esta diferença, não reflectida ao nível do ADN mitocondrial, poderia ser explicada pela altitude, tratando-se de um local acima dos 1500 m. Seria importante, no entanto, amostrar outros locais a altitudes semelhantes para comparar os cantos. Os padrões de diversidade genética de H. meridionalis estudados através da sequenciação do gene COI, revelaram a existência de dois clados robustos com elevados valores de bootstrap, um incluindo haplótipos da região da Tunísia e Argélia (TA) e outro que se subdivide em três subclados distintos, um de Marrocos Central (CM), e os outros dois subclados que partilham haplótipos com o Norte de África e a Europa. Um deles, denominando por ‘Norte de Marrocos’ (NM) inclui haplótipos de amostras provenientes do Norte de Marrocos e, na Europa, do Nordeste Ibérico, Sul de França e Itália, e também das ilhas Canárias. O outro subclado denominado ‘Sudoeste’ inclui haplótipos do sudoeste de Marrocos e do sudoeste da Península Ibérica. Estes resultados estão de acordo com os obtidos em estudos anteriores, e em conjunto com a baixa diversidade genética encontrada nos grupos Ibéricos quando comparados com os Africanos bem como a presença de haplótipos partilhados dos dois lados do Estreito de Gibraltar, vêm ao encontro da hipótese de ter havido uma colonização recente da Península Ibérica. A divergência entre o clado TA e os demais sugere uma divergência já antiga destes grupos, sendo até possível que se trate de um grupo tão diferenciado que possa pertencer a uma subespécie ou até espécie distinta. No subclado NM a presença de haplótipos partilhados aponta para uma colonização mais recente da Ibéria que a do subclado SW, em que não há partilha de haplótipos entre a Ibéria e África. No entanto, em qualquer dos casos, os baixos valores de diversidades haplotípica suportam a hipótese de uma colonização recente, pós abertura do Estreito de Gibraltar (~5.33 Mya, após a Grande Crise Messiânica durante a qual o Mediterrâneo ocidental secou), levando a supor que ou os animais terão usado ‘jangadas’ naturais ou então teriam sido transportados por humanos. Os cantos de acasalamento dos machos seguem este padrão de baixa diversidade entre populações, observado ao nível do ADN mitocondrial, não se verificando diferenças significativas. No que respeita ao nível do estudo da interacção das duas espécies, ao contrário do esperado, não foram encontrados elementos relevantes, nomeadamente da ocorrência de híbridos na natureza. Apesar do esforço de amostragem efectuado nas zona sintópicas, a análise de RFLP não revelou a presença de nenhum híbrido F1 ou retrocruzamento. Igualmente, da análise dos parâmetros dos cantos de acasalamento não se encontraram quaisquer indicíos que pudessem apontar nesse sentido. No entanto, a análise dos cantos mostrou que quando em simpatria os machos de H. meridionalis alteram alguns dos parâmetros das suas chamadas de acasalamento. Quer a frequência fundamental quer a frequência dominante apresentam valores médios mais baixos em situações de sintopia, assim como na duração das chamadas que foi, em média, inferior. Será difícil justificar com certeza a razão para estas diferenças, sendo que estudos sobre as preferências fonotácticas de fêmeas e experiências de playback com machos poderão ajudar a esclarecer esta matéria. No seu conjunto, os resultados obtidos realçam a importância da utilização de duplas abordagens como utilizámos, em que vias, em princípio, mais ou menos independentes, são usadas de forma complementar para tentar responder às questões referentes à determinação dos padrões espaciais e temporais da estrutura populacional destas espécies (e dos anuros e outros vertebrados em geral). O que fica ainda por esclarecer obriga à realização, idealmente num futuro próximo, de estudos utilizando de forma efectiva vários marcadores moleculares nomeadamente microssatélites, em particular no caso da H. arborea/H. molleri para tentar discernir qual a zona de fronteira entre as espécies e esclarecer melhor a estruturação populacional evidenciada pela existência dos dois grupos, ‘Norte’ e ‘Sul’. O uso de microssatélites e outros marcadores nucleares irá favorecer o estudo ainda mais aprofundado de potenciais casos de hibridação/introgressão, utilizando-se a acústica para explorar o valor que representam os cantos de acasalamento como barreira reprodutiva eficaz entre as espécies.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, SFRH/BD/16446/2004

The sound effect: a study in radical sound design

This research project combines a theoretical intervention into sound ontology, with an empirical investigation into listening experience, in parallel with two technologically focused, research-led creative practice projects. The design follows an iterative cycle of research and creative practice that integrates theory, practice and empirical approaches. The research makes an initial contribution to the field of sound studies by re-appraising the work of pioneers in the field—Pierre Schaeffer and R. Murray Schafer—in light of the concept of the sonic effect. This concept is developed as an effective tool for both sound studies and sound design. This theoretical work attempts to critically and creatively examine the ontology or mode of existence of sonic phenomena and is informed by the post-structural theory of the effect. The theory of the sonic effect is empirically investigated by examining verbal accounts of listening experience elicited by semi-structured interview. Finally, having deconstructed sonic phenomena in terms of their potential to be actualised in diverse contexts, sonic effects are interrogated as a creative strategy in the field of sound design for performance and installed sonic art. Two projects are documented. One is a hybrid live performance installation utilising a novel software design for sound composition and projection. The other is a sound installation work demonstrating a novel loudspeaker design for the creation of very dense sound fields. In this context, design occurs as an effect at the intersection of new technologies of sound production and the production of audible sense. This approach enacts a radical pragmatism that underlies the radical sound design strategy outlined in the thesis

Revealing structure in vocalisations of parrots and social whales

This thesis proposes methods to investigate structure in bioacoustic signals. For this two frameworks are proposed. The first concerns the automatic annotation of audio recordings by using supervised machine learning methods. The second concerns a quantitative analysis of temporal and combinatorial patterns in vocal sequences of animals by using non-parametric statistics. These methods are used to investigate vocalisations of two wild living animals — known very little — in their natural ecosystems: lilac crowned parrots and pilot whales

Studies Of Sound Propagation In The Acoustic Trachea: An Experimental, Anatomical And Numerical Approach

Bush-crickets (Ensifera: Tettigoniidae) rely on the perception of sound to detect and localise predators and potential mates, and this has led to the development of complex ears. This is not confined to bush-crickets, and a variety of sound detection and localisation mechanisms have arisen in other ensiferans and tetrapods. This thesis aims to summarise the literature across these two groups to provide an overview of auditory anatomy and directional hearing. Bush-crickets possess ears in their forelegs to detect and localise sound predators and potential mates. Each ear consists of two tympanic membranes which are exposed to sound both externally, where sound transmits to the ear through the environment, and internally, via an ear canal derived from the respiratory system. As sound propagates through the ear canal it reduces in velocity, causing a time delay between the arrival of the internal and external input. The delay was suspected to arise as sound propagation changes from adiabatic to isothermal, caused by the ear canal geometry. If true, then the reduction in sound velocity should persist independently of the gas composition in the ear canal. This method was first simulated on a simplified plastic model of the ear canal, formed by a linear tube with an opening at one end for sound input, and a balloon membrane at the other for sound reception. A probe-loudspeaker was used to project a signal into the linear tube, and laser Doppler vibrometer recorded the arrival time of the signal at the membrane. A reduction in sound propagation velocity was observed in the linear tube. The sound propagation velocity through air and carbon dioxide was also quantified. Experiments were then conducted on specimens of Copiphora gorgonensis. By integrating laser Doppler vibrometry, micro-CT scanning, and numerical analysis on 3D geometries of each experimental animal ear, we demonstrate that the narrowing radius of the ear canal is the main factor reducing sound velocity. The numerical simulations of the sound propagation use the precise 3D geometry of the ear canal and take into account the viscous and thermal boundary layers formed near the wall of the ear canal; whose thickness also depend on the tube radius. Likewise, the ear canal is asymmetrically bifurcated at the tympana organ location (one branch for each tympanic membrane) creating two additional internal sound paths and imposing different sound velocities for each tympanic membrane. Therefore, external and internal inputs add up to four auditory paths for each ear (to compare, only one for humans). Implication of findings in avian directional hearing and potential applications in acoustic triangulation devices are discussed