Τι είναι η Ηχοποίηση (sonification) ή αλλιώς πως γίνεται να ακούμε αστροφυσικά φαινόμενα; Μέρος Α

Στις μέρες μας, καθώς κοιτάμε νέα στο διαδίκτυο, συχνά συναντάμε ειδήσεις με τίτλους όπως: το τραγούδι μιας μαύρης τρύπας ή ακούστε τα βαρυτικά κύματα ή η μουσική από το κέντρο του Γαλαξία μας. Αυτοί οι τίτλοι όμως έρχονται σε αντίφαση με την κοινή γνώση ότι στο διάστημα δε διαδίδονται ήχοι, μιας και είναι σε καλή προσέγγιση κενό, δηλαδή ο αριθμός σωματιδίων στο χώρο είναι πολύ μικρός, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει η κατάλληλη ποσότητα ύλης για να μεταδοθεί ήχος. O ήχος, δηλαδή ένα διαμήκες κύμα πίεσης (βλ. Εικόνα 1), χρειάζεται ένα υλικό μέσο (στερεό, υγρό ή αέριο)  ώστε να θέσει σε ταλάντωση τα σωματίδια του, δημιουργώντας πυκνώματα και αραιώματα στο μέσο αυτό, που όταν φτάνουν στο τύμπανο του αυτιού μας (με το εύρος συχνοτήτων ή αλλιώς ακουστό φάσμα που αντιλαμβάνεται το αυτί μας να ξεκινά από 20Hz στους πιο μπάσους ήχους έως 20kHz στους πιο υψίσυχνους ή πρίμους) δημιουργούν τη γνώριμη αίσθηση της ακοής.

Πώς όμως τότε μπορούμε και μιλάμε για ήχους από τέτοια μακρινά κοσμικά αντικείμενα και από διαδικασίες που συμβαίνουν σε αυτά ενώ δε φαίνεται να σχετίζονται με την παραγωγή ακουστικών σημάτων όπως είναι π.χ. τα βαρυτικά κύματα; Εδώ εισάγεται μια διαδικασία επεξεργασίας και μετατροπής διαφόρων δεδομένων σε ήχο, η λεγόμενη ηχοποίηση (sonification), αντίστοιχη με την οπτικοποίηση δεδομένων που είναι η διαδικασία μετατροπής σε εικόνες οι οποίες είναι διαισθητικά πιο κατανοητές από τους ανθρώπους. Ένα παράδειγμα μετατροπής δεδομένων σε μια ανθρώπινα κατανοητή μορφή είναι για παράδειγμα τα ψευδοχρώματα που αντιστοιχούν τα μη ορατά μήκη κύματος (π.χ. υπέρυθρη ακτινοβολία) σε οράτα, δηλαδή σε χρώματα που βλέπει το ανθρώπινο μάτι [1].  

Για να γίνει εύκολα κατανοητό ας δούμε μερικά ιστορικά παραδείγματα. Ίσως, η πιο χαρακτηριστική και γνώριμη σε όλους μας εφαρμογή της ηχοποίησης είναι το τικ τακ του ρολογιού που μας ενημερώνει για το πέρασμα των δευτερολέπτων. Η επιστημονική της προσέγγιση και χρήση ξεκινά το 1908 με τη γνωστή συσκευή καταμέτρησης ραδιενέργειας, τον μετρητή Geiger-Muller. Αυτός μετατρέπει κάθε αλληλεπίδραση του με ραδιενεργά σωματίδια σε “κλικ” ήχου συγκεκριμένης έντασης, έτσι ώστε όταν τον διαπερνούν πολλά σωματίδια, να αυξάνεται η ποσότητα των “κλικ” που ακούμε. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιείται ως παράμετρος ηχοποίησης ο ρυθμός των “κλικ”, για να καταλάβουμε την ποσότητα της ραδιενέργειας.

Γενικότερα στην ηχοποίηση, χρησιμοποιούνται παράμετροι του ήχου όπως είναι η συχνότητα του (πόσο πρίμος ή μπάσος είναι ο ήχος, αλλιώς τονικό ύψος ή οξύτητα), η ένταση του (πόσο δυνατά ακούγεται), ή η χρονική διάρκεια του και ο ρυθμός του (πόσο διαρκεί ένας δεδομένος ήχος π.χ. μια νότα, ή πόσοι διαφορετικοί ήχοι ακούγονται στη μονάδα του χρόνου π.χ. πόσες νότες, κλικς κλπ το δευτερόλεπτο), έτσι ώστε να μπορούν να μετατραπούν διάφορες ιδιότητες των επιστημονικών δεδομένων σε αυτές του ήχου και να εκτιμηθούν με πιο άμεσο και διαισθητικό τρόπο. Για παράδειγμα, η αύξηση έντασης ή συχνότητας του ήχου μπορεί να αντιστοιχεί σε αύξηση μιας πειραματικής ποσότητας που μετριέται (π.χ. μια άνοδος τιμής μιας μετοχής να συνδέεται με άνοδο της οξύτητας του ήχου και η πτώση της με πτώση της οξύτητας του ήχου κάτι που ήδη χρησιμοποιείται στο χρηματιστήριο).

Στην καθημερινή ζωή, εφαρμογές της ηχοποίησης έχουν αξιοποιηθεί σε πλήθος εφαρμογών όπως: ακουστικά αλτίμετρα για τη μέτρηση του υψομέτρου (ειδικά σε σπόρ όπως η πτώση με αλεξίπτωτο), ακουστικά θερμόμετρα, παλμικά οξύμετρα, ηχητικές παρουσιάσεις δεδομένων σε κόκπιτ αεροπλάνων ή στην ιατρική, δείκτες μετοχών, σόναρ κλπ. Με βάση τα παραπάνω βλέπουμε ότι η ηχοποίηση αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο σε ένα μεγάλο πεδίο επιστημών. Στο δεύτερο μέρος αυτού του άρθρου θα εξετάσουμε λίγο πιο αναλυτικά μερικά παραδείγματα από τις εφαρμογές της ηχοποίησης στην αστροφυσική. 

[1] Διαβάστε περισσότερα για τον “χρωματισμό” των αστρονομικών εικόνων στην ιστοσελίδα μας: https://2science.gr/questions/jwst-images/

Πηγές:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sonification

http://www.astrosurf.com/luxorion/audiofiles.htm

http://www.astrosurf.com/luxorion/audiofiles-geomagnetosphere.htm

https://cosmosmagazine.com/space/astronomy/explainer-is-there-sound-in-space/

https://www.space.com/sounds-in-space

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/new-nasa-black-hole-sonifications-with-a-remix.html

https://www.ligo.org/multimedia.php