ハリケーンのデータを音楽に変える

2017年のハリケーンシーズン中、北大西洋での大嵐により、ヒューストン、フロリダ、プエルトリコ、およびより広いカリブ海周辺のコミュニティが荒廃しました。

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破壊は、これらの嵐がもたらす深刻な脅威を理解し、伝えることの重要性を示しています。 科学者は暴風雨の多くの側面を予測する上で大きな進歩を遂げましたが、危険にさらされている人々が自分がいる危険を理解していない場合、その影響は失われます。

私たちはペンシルベニア州立大学のさまざまな分野の同僚です。1人は気象学の教授であり、もう1人は音楽技術の教授です。 2014年以来、私たちは熱帯低気圧のダイナミクスを音化するために協力しています。 つまり、環境データを音楽に変えます。

天気予報でよく見られるような衛星ビデオを音響化することにより、これらの極端な嵐がどのように進化するかを人々がよりよく理解することを願っています。

音へのデータ

私たちのほとんどは、データの視覚化に精通しています。チャート、グラフ、マップ、アニメーションは複雑な一連の数値を表します。 音化は、音でグラフを作成する新しい分野です。

簡単な例として、音化されたグラフは、ページの上下の線ではなく、上下のメロディで構成されます。

Sonificationには、従来のデータ視覚化に比べていくつかの利点があります。 1つはアクセシビリティです。視覚障害または認知障害のある人は、音声ベースのメディアをよりうまく活用できる可能性があります。

音響化も発見に適しています。 私たちの目は、色、サイズ、テクスチャなどの静的プロパティの検出に優れています。 しかし、私たちの耳は、変化し変動する特性を感知するのに優れています。 ピッチやリズムなどの品質は非常に微妙に変化する場合がありますが、それでも非常に簡単に感知できます。 耳は、複数のパターンを同時に追跡する点で目よりも優れています。これは、複雑な音楽の連動部分を理解するときに行うことです。

サウンドはビジュアルよりも迅速かつ内臓的にも処理されます。 だから私たちは思わず足を叩き、好きな歌に合わせて歌います。

嵐を歌に変える

ハリケーンの寿命は、1日から数週間のどこでも続きます。 米国国立海洋大気庁などの機関は、嵐のあらゆる種類の特徴を継続的に測定しています。

ハリケーンの変化する特性を、6時間ごとに測定される4つの特徴に抽出しました。気圧、緯度、経度、非対称性、嵐の中心の周りに吹く風のパターンの尺度です。

超音波処理を作成するために、これらのデータを音楽合成プログラムSuperColliderにエクスポートします。 ここで、必要に応じて数値をスケーリングおよび転置できるため、たとえば、数日間続く嵐を数分または数秒で再生できます。

その後、各タイプのデータは楽譜の一部のように扱われます。 データは、嵐を連想させる音を作成し、うまく調和させるために作成された合成楽器を「再生」するために使用されます。

録音では、空気圧は、圧力の変化を反映した渦巻く風の音によって伝えられます。 より強いハリケーンは、海面での気圧の値が低くなります。 地面の近くの風は、激しい嵐でも強くなります。

圧力が下がると、ソニックレコーディングでの渦巻きの速度が上がり、音量が上がり、風の強い音が明るくなります。

ストームセンターの経度は、左右のスピーカーチャネル間の音源の位置であるステレオパンに反映されます。

緯度は、渦巻く音のピッチと、より高い脈動する音に反映されます。 嵐が赤道から極の1つに向かって移動すると、熱帯外の気温の低下を反映してピッチが低下します。

通常、より円形の嵐はより激しいです。 対称性の値は、低い基礎となる音の明るさに反映されます。 嵐が楕円形または楕円形の場合、音は明るくなります。

音を使う

これまでに、11の嵐を音響化するとともに、2005年の世界的な嵐の活動をマッピングしました。

暴風雨の音化は、暴風雨システムを追跡したり、気象活動について一般の人々を更新している人々に利益をもたらす可能性がある たとえば、ラジオで超音波を再生できます。 また、電話の帯域幅が制限されており、ビデオコンテンツよりもオーディオコンテンツをよりよく受信できる人にとっても便利です。

気象学の専門家であっても、グラフィックスだけに頼るよりも、同時の音楽の一部としてそれらを聞くことにより、相互に関連する嵐のダイナミクスの感覚を得やすくなります。 たとえば、通常、嵐の形状は気圧に関連していますが、気圧が変化せずに嵐の形状が変化する場合があります。 この違いは視覚的なグラフでは見にくい場合がありますが、音響データでは簡単に聞き取れます。

私たちの目標は、あらゆる種類のグラフの音響化を科学のクラス、特に若い学生のクラスに導入することです。 超音波検査は、認められた研究方法になりつつあり、いくつかの研究が複雑なデータの伝達に効果的であることを証明しています。 しかし、その取り込みは遅かった。

全国的に、科学と数学を教えるとき、科学者、教師、学校管理者は音と音楽を含む芸術の重要性を認識しています。 視覚、聴覚、触覚など、より多くの感覚を通して科学を経験する世代の学生は、科学がより魅力的で威圧的になると感じるかもしれません。

ペンシルベニア州立大学音楽技術教授、マーク・バローラ

ペンシルベニア州立大学気象学教授、ジェニ・エヴァンス