Comunicação sonora Profa Silvia Mitiko Nishida

Objetivos da Aula

I. Revisão: conceitos básicos sobre as propriedades das ondas sonoras , sentido da audição e sua percepção

II. Diversidade e adaptação dos órgãos produtores de sons dos animais

III. Diversidade e adaptação dos órgãos sensoriais auditivos

IV. Efeito colateral do sentido auditivo: modulação do som e a comunicação sonora

V. Registro dos sons e análise sonografica

VANTAGENS E DESVANTAGENS DA COMUNICAÇÃO SONORA

Vantagens DesvantagensPropaga-se a longas distâncias e contorna objetos; ambientes com pouca ou sem nenhuma iluminação

Denuncia a localização do emissor.

As barreiras físicas apena atenuam a propagação

Em ambiente barulhento (ruidoso) a eficácia diminui (Conversar numa balada não é fácil...)

Altamente modulável (em freqüência, intensidade e duração) e, portanto, pode carregar grande quantidade de informações

Metabolicamente custoso ( o esforço físico é grande – contração muscular)

Enfatiza outros canais de informação A intensidade cai com a distância

A vocalização precisa ser mantida para que a informação continue a existir (Hã?, como? Você repete?)

O QUE É SOM?

SOM: ondas mecânicas que captadas pela orelha evocam o sentido da audição. Som é portanto um conceito relacionado a percepção!Ex: Cordas vibrantes (violão; violino;piano;cordas vocais, etc.); Tubos sonoros (órgão, flauta, oboé. etc.);Membranas e placas vibrantes (tambor ; címbalos. etc.)Hastes vibrantes: (diapasão ;“triangulo” etc..)

Quando esses objetos vibram provocam distúrbios nas moléculas a sua volta (ar ou liquido) e se propagam até uma distância.

O som produzido pelo diapasão gera uma onda senoidal.

Cada vibração produz uma onda concêntrica de compressão e rarefação que se propaga em todas as direções, longe da fonte emissora, como se fosse uma onda ola (a onda viaja e as pessoas servem de meio ).

Revisão de Acústicahttp://www.feiradeciencias.com.br/sala10/index10.asp

A qualidade sonora percebida dependemos de três PROPRIEDADES FÍSICAS:Intensidade, Freqüência e Duração

Freqüência (tom; Hz): número de vezes que o evento sonoro repete na unidade de tempo (Hz). Por causa desta propriedade , percebemos os sons agudos e graves. O diapasão vibra numa única freqüência pura (nota) mas a maioria das fontes sonoras produzem várias notas harmônicas proporcionando qualidades sonoras (timbre)características. Por isso, para a mesma nota, cada instrumento tem um som que lhe é peculiar (piano, violino, voz humana etc.) .

5.000 Hz

500 Hz

Fortefraco

Intensidade (altura, volume; dB) : Refere-se à amplitude da onda sonora ou do nível de pressão sonora; percebemos estas variações como sons fortes ou fracos.

Duração (padrão temporal; ms): duração do vento sonoro.

Tone generator

Tom puro: uma onda senoidal com freqüência

única.

Ouça um tom puro.

Som musical: som que possui uma nota fundamental

mais os seus vários harmônicos. Cada instrumento

musical ou a voz humana possui um número de

harmônicos típicos que caracteriza o seu timbre.

Ouça uma mota musical

Ruído: sons com muitas freqüências sem harmônia;

Trovão

Chuva

Vento, etc.

Altura e Intensidade do Som

90 dB risco de lesões.

Voz humanaSoprano:2.090 Hz Baixo: 65 Hz

UltrassonsInfrassons

Limite da audição humanaElefante Morcegos, cetáceos

AVES (Passeriformes)

SIRINGE: a maioria possui um par de siringes,região modificada do tubo respiratório, situadona região caudal da traquéia e cranial aosbrônquios.

Os hemisférios cerebrais controlam cada siringeindependentemente (como as nossas mãos).

A complexidade de sua organização anatômicaé usado como referenciamento filogenético dediferentes grupos de aves.

Aves oscinesAves não-oscines

ÓRGAOS PRODUTORES DE SONS

http://acd.ufrj.br/~museuhp/CP/Arquivos/Arq.2006/Arq.64-2/Arqs%2064%282%29%20p.181-191%20Raposo.pdf

D. siringe traqueobronquial(Arachnothera longirostris)

A. siringe traqueobronquial(Neodrepanis coruscans)

B. siringe traqueal (Conopophaga aurita)

C. siringe bronquial (Steatornis caripensis)

MAMIFEROS

LARINGE: situado na garganta, é responsável pela produção de som.

Quando o ar expirado passa pelas pregas vocais, conforme o nível de tensão e espessura, produz freqüências notas fundamentais diferentes.Homem: voz grave (100 a 150Hz)Mulher: voz aguda (150 a 300Hz).

Ao modificarmos o fluxo de ar que sai pela boca e o nariz, a estrutura do som se torna diferente. Repare quando falamos: modular o tom de voz com os movimentos da língua, dentes, lábios para na linguagem humana. Devido à variações anatômicas cada pessoa possui um timbre próprio da voz.

A velocidade e o ritmo com que empurramos o ar pelas pregas também contribui para modular o som.

Pregas vocais humanasSons vários animais

Veja um video

Estruturas amplificadoras de som

Macaco Bugio (Alouatta sp): possuem sacos aéreos na garganta que amplificam os sons e os “rugidos” que podem alcançar 12km de distância! Os anfíbios anuros também, possuem e adaptações semelhantes para amplificar o sinal.

Isso é fácil de entender!Vibre uma corda de violão sem e com a caixa acústica!

Meio Velocidade

Ar 340 m/s

Água 1.435m/s

Granito 4.000 a 5.000 m/s

Se a velocidade do som no ar = ~ 300m/s,

Freqüência (Hz) Comprimento (m) Impressão sonora

30 10 Grave

300 1 Referência

3000 0,1 Agudo

30000 0,01 Muito agudo

Quando o som se propaga, pode encontrar objetos no meio do caminho cujo tamanho é igual ou maior do que a onda e ser refletida. As ondas com freqüências menores (mais compridas) contornarão os objetos mas terá sofrido atenuações.

Na água, como a velocidade de propagação é maior, os som produzidos com a mesma intensidade no ar, alcançam distâncias maiores!

Entender as propriedades dos sons facilita a comunicação sonora dos animais

Efeito da temperatura na propagação dos sons

Por que será que aves e mamíferos vocalizam mais de manhã cedo e no final da tarde??

Durante a manhã e no início de noite , quando a temperaturas do ar se torna menor e as moléculas de ar estão mais próximas a propagação do som é melhor do que a noite.

Canal privado de comunicação

Mico-leãozinho (Cebuella pygmaea)Produz sons de alta freqüência (8 a 14KHz), ficando oculto aos predadores naturais (águias e falcões que não escutam bem, acima dos 5 a 6KHz).

Primatas maiores do que os mico-leoezinhos também produzem sons agudos.

A anatomia da orelha determina a capacidade de captação sonora.

Audição dos Vertebrados

Por que temos um par de orelhas?Para escutar basta uma mas para localizar a fonte sonora, é necessário o par.

Localizando presasVários animais utilizam o sentido da audição apurado para capturar presas.

Defendendo-se dos predadoresMobbing behavior: a produção de sons de diferentes lugares despistam a origem da fonte sonora. O silêncio e imobilidade total também pode significar uma informação (mico-leaozinho, perigo ).

A comunicação animal vocal-auditiva foi um efeito colateral vantajoso.

Peixes, anfíbios, repteis e aves não possuem orelha externa.

Como garantir para que o som alcance longas distâncias?

1) Usar sons de baixa freqüência (Infrassons- Elefantes)2) Produzir em alta intensidade

http://acp.eugraph.com/elephetc/infra.html

Clique na figura para ouvirsons graves dos elefantes

http://www.youtube.com/watch?v=VCjBgPCna-w&feature=related

O som se propaga muito rapidamente na água (5x mais rápido)A piraúna produz sons, ativando músculos de contração muito rápido.

http://www.lapshin.iitp.ru/project2/index.php?page=auditory/tympanic

Órgão timpânico

Mariposa produzem clics durante o voo

Audição dos Insetos

Os insetos possuem órgãos timpânicos –semelhantes a um tambor: uma membrana entra em ressonância com os sons incidentes.

A localização varia: tórax de alguns Hemipteros; no abdômen das cigarras, gafanhotos e mariposas ou na tíbia de grilos e katydids.

A área de processamento neural dos sinais acústicos varia entre as espécies.

Neural mechanisms of birdsong memory

NMNA

Area X

NCM

CVSRA

nXIIts

RA= núcleo robusto do arquipálio (área crucial na produção do canto)CVS=centro vocal superiorNMNA= porção lateral do núcleo magnocelular do nidopálio anteriorNCM=neoestriado caudo medialArea XnXIIts=nucleo motor do nervo hipoglosso

Os destacados são T e seus metabolitos dependentes

Siringe

RA= núcleo robusto do arquipálio (área crucial na produção do canto)HVC= centro vocal superior (essencial para o processo de aprendizagem)IMAN= porção lateral do núcleo magnocelular do nidopálio anterior (essencial para o aprendizado)NCM= neoestriado caudo medialX= Area XnXIIts = núcleo motor do nervo hipoglosso que controla a siringe

Todos esses núcleos são T e seus metabolitos dependentes

Principais elementos neurais responsáveis pelo controle do canto nas aves canoras

Macho Fêmea

Os circuitos neurais das aves canoras (Oscines) são mais complexos que os Subocines. A ontogenia do canto nas aves canoras mostra que o circuito neural para a produção do canto do adulto depende de uma delicada integração funcional entre a regulação da expressão gênica de neurônios, memorização, sinalização hormonal, integridade sensorial auditiva da ave e influências ambientais.

Neural mechanisms of birdsong memory

Itaporanga/SEhttp://www.wikiaves.com.br/midias.php?tm=s&t=c&s=10992&c=2803203

Ubatuba/Sphttp://www.wikiaves.com.br/150494&p=1&tm=s&t=c&c=3555406&s=10992

Joinville/SChttp://www.wikiaves.com.br/midias.php?tm=s&t=c&s=10992&c=4209102

Aves cujos cantos são inatosEX: galinha do mato (Formicarius colma).

Esta ave que habita áreas florestais terrestres (Mata Atlântica) não é migratória e se desloca muito pouco .

Manaus-AMhttp://www.wikiaves.com.br/62867&p=1&tm=s&t=c&c=1302603&s=10992

Fonte: Wikiaves

Repare na imutabilidade do canto, apesar da distancia entre os ponto selecionados.

Quando chega a puberdade, o número de neurônios do HVC (=Centro vocal superior) dos machos aumenta e o das fêmeas, diminui.

Aves cujos cantos são aprendidos, modificados com a experiência.

10 a 50 dias: janela de aprendizagem para o canto da própria espécie (tutor);

Subcanto: fase em que o jovem precisa ouvir o próprio canto

150 e 200 dias: fase em que ocorrer o aperfeiçoamento e o canto equivale ao do tutor: grande aumento da expressão do gene Zenk que, depois, é desativado com a cristalização . Além deste, há outros genes envolvidos: FoxP2

Ontogenia do Canto

gene Zenk: só se expressa qdo a própria ave ouve o canto!

Apenas 3 das 23 ordens de aves aprendem;

As demais produzem cantos e gritos que independem de aprendizado

Psitaciformes Apodiformes Passeriformes

Como a capacidade de aprender teria evoluído?

H1) Evolução independente nas 3 ordens?H2) Origem no ancestral comum às 3 ordens

Curió (Oryzoborus angolensis)

Ave criada e “treinada” para cantar determinada melodia pelos passarinheiros.

R$ 200.000,00 por um campeão?

Ouça uma modalidade de canto “treinado” http://www.youtube.com/watch?v=iH2AFXxyU34&feature=fvst

Treinadores de curióshttp://www.youtube.com/watch?v=yc116SXpIyE

Curió: treinado para cantar

Como registrar e analisar sons dos animais?

1) Gravar o som de interesse

2) Classificar e identificar o arquivo

3) Análise sonográfica (“ver” e fazer medidas)Espectrossonograma e osciligrama

Frase: a frase acima tem 13 notas sonograficamente distintas (A a M) Cada uma recebe denominações descritivas como :Notas de modulação ascendente=BNota de modulação descendente=H, Nota de ataque rápído (=I)Trinados (L e M), etc.

Freqüências máxima e mínima da notaIntervalo entre notasDuração da nota

ML

Curió ( Oryzoborus angolensis)

JOÃO DOS PRAZERES LOPES. Análise da comunicação sonora do Curió Oryzoborus angolensis.(Aves, Passeriformes, Emberizidae)

SABIA-BRANCO

Oscilograma

Espectrossonograma

Rêmiges e rectrizes sonoras

Manakins da familiaPipridaeVeja um exemplode cauda-redonda

Bicos (tamborilar dos pica-paus)

Perdiz (ruffed grouse)

Loon commonGavia immer

http://www.birds.cornell.edu/Publications/Birdscope/violin_feather.html

Machaeropterus deliciosus

Violino de asas?Club-winged Manakin(Machaeropterus deliciosus)

Além da siringe, há outras ferramentas para a comunicação sonora.