A Terra é barulhenta. Por que seus dados devem ser silenciosos?

As erupções vulcânicas podem envolver todos os nossos sentidos. Cenas dramáticas de fluxos de lava e nuvens de cinzas, o som e a sensação de vibrações sísmicas, o cheiro e o sabor das emissões de gases e cinzas, a intensidade do calor - instrumentos científicos podem medir e registrar as causas físicas e químicas dessas sensações e preservá-las como dados numéricos. No entanto, quando os cientistas analisam os dados para procurar padrões e anomalias, eles recorrem com mais frequência às representações visuais. Nossos outros sentidos poderiam nos dizer coisas que nossos olhos estão perdendo?

O sistema auditivo humano às vezes supera a visão em ajudar as pessoas a detectar padrões temporais sutis ou provocar relações de causa e efeito.

Gráficos, fotos, mapas e vídeos são ferramentas familiares e bem utilizadas para exibição visual. No entanto, o sistema auditivo humano às vezes supera a visão em ajudar as pessoas a detectar padrões temporais sutis ou provocar relações de causa e efeito entre vários fluxos de dados. Na pesquisa, novas formas de examinar os dados geralmente levam a descobertas. A exibição auditiva e a sonorização - a representação de dados por meio do som - têm grande potencial para o avanço da ciência, ajudando os cientistas a aproveitar ao máximo suas capacidades criativas e dedutivas.

A sonificação foi usada de maneiras limitadas no passado, como através dos sons bem conhecidos de monitores de sonar e contadores Geiger. Chegou a hora de levar essa capacidade a um uso mais amplo na pesquisa. Os esforços de educação e divulgação científica também podem alavancar tendências culturais atuais e desenvolvimentos tecnológicos que facilitam experiências multimídia imersivas para tornar as informações acessíveis a públicos mais amplos e não técnicos usando som [por exemplo, Holtzman et al., 2014]. Além do mais, a sonificação fornece uma estrutura para que os dados sejam percebidos e avaliados por cientistas com deficiência visual [por exemplo, Song e Beilharz, 2007], que potencialmente têm percepção auditiva e consciência mais altamente desenvolvidas do que os sem deficiência visual.

A sonificação envolve etapas de processamento de dados que às vezes são análogas e complementares àquelas usadas em métodos de aprendizado de máquina [Holtzman et al., 2018], que podem revelar rapidamente recursos importantes e fluxos de trabalho úteis para explorar conjuntos de dados [Barth et al., 2020]. Combinados com os resultados do modelo, que também podem ser representados auditivamente, os recursos identificados por meio da sonorização de dados físicos podem levar a novos entendimentos de sistemas naturais complexos na Terra sólida e no ambiente de superfície.

A sonificação direta é uma das formas mais simples de exibição auditiva e pode ser prontamente aplicada a uma gama diversificada de dados oscilatórios.

Em geociências, a sonificação tem sido usada em sismologia desde a Guerra Fria [Speeth, 1961]. Os cientistas reconheceram que o ouvido humano pode distinguir entre explosões de bombas e terremotos tectônicos simplesmente acelerando as gravações de tremores de solo ao alcance da audição humana (~ 20 hertz a 20 kilohertz). Essa sonificação direta é uma das formas mais simples de exibição auditiva e pode ser facilmente aplicada (com pré-processamento apropriado) a uma gama diversificada de dados oscilatórios, como detalhamento de órbitas planetárias, sismicidade, infrassom, núcleo de gelo ou registros sedimentares e paleomagnetismo.

Trabalhos recentes demonstraram que, mesmo sem treinamento especial, os humanos podem distinguir características de propagação de ondas sísmicas pela Terra de assinaturas da fonte do terremoto em exibições auditivas de sismogramas, e essa capacidade melhora após o treinamento [Boschi et al., 2017]. Como as frequências de interesse em dados de terremotos telessísmicos (0,0001–10 hertz) estão muito abaixo do limite inferior da faixa de audição humana, a sonificação direta requer que os dados brutos sejam deslocados para frequências mais altas. Essa mudança de frequência – multiplicando os tempos de observação amostrados discretamente por um fator de velocidade – representa um parâmetro estético que deve ser escolhido, como a cor ou o tamanho de um símbolo em um gráfico visual.

Ao sonificar catálogos de terremotos ou outros eventos geradores de dados oscilatórios, os pesquisadores podem usar vários fatores de velocidade para estender ou comprimir eventos individuais, preservando com precisão o sequenciamento de tempo do catálogo. A espacialização de áudio também pode ajudar a distinguir sons ou representar parâmetros espaciais, como hipocentros de terremotos, em relação a um local de observação escolhido [Paté et al., 2022].