Sonification은 천문학을 보다 포괄적으로 만들고 과학자들이 천체 관측을 미세 조정하도록 돕습니다.
천문학은 우주를 보는 우리의 눈인 Webb 및 Hubble과 같은 강력한 망원경에서 생성된 발광 이미지에 의해 적절하고 영감을 주는 시각적 직업입니다.

그러나 모든 사람이 그렇게 보는 것은 아닙니다.

Nicolas Bonne에게는 거대한 불타는 구체나 먼 나선 은하의 반짝이는 얼룩보다 하늘에 더 많은 것이 있습니다.

“매우 많은 천문학이 시각에 크게 의존하고 있으며 우주의 많은 부분이 실제로 우리에게 보이지 않기 때문에 그렇게 하는 것이 반드시 의미가 있는 것은 아닙니다.

그는 ABC RN의 Future Tense에 “가시 스펙트럼 밖에 있습니다.”라고 말합니다.

Bonne 박사는 포츠머스 대학의 천문학자입니다. 그는 또한 눈이 멀었습니다. 그는 행성 통과의 움직임이나 태양 플레어의 급증을 볼 수 없지만 “들을” 수 없다는 말은 아니며 그의 작업의 주요 부분은 다른 사람들도 듣게 하는 것입니다.

요즘 Dr Bonne은 시각 장애인을 위한 아웃리치 및 대중 참여 활동에 중점을 둡니다.

그리고 그가 사용하는 음향화라고 하는 기술은 과학적 포용을 위한 더 큰 기회를 창출할 뿐만 아니라 천문학자들이 천체 관측을 미세 조정하는 데 도움을 줍니다.

시각적 우주에 대한 진실
기술적으로 말하면 깊은 우주에는 소음이 없습니다. 분자가 부족하다는 것은 음파가 통과할 수 있는 매질이 없다는 것을 의미합니다. 본질적으로 우주의 대부분은 거대하고 거의 완벽한 진공 상태입니다.

그러나 별의 뜨거운 난류 가스는 망원경으로 포착할 수 있는 내부파와 표면파를 생성합니다. 우주 망원경은 또한 빛의 파장을 측정하고 해당 데이터를 지구로 다시 보냅니다. Sonification을 사용하면 망원경으로 전송된 천문학 데이터를 소리로 변환할 수 있습니다.

생성된 사운드는 공상 과학 영화와 관련된 거슬리는 테크노 로봇 사운드트랙처럼 불협화음일 수도 있고 멜로디일 수도 있습니다. 그것은 모두 음향처리가 설계된 목적에 달려 있습니다.

홍보 목적(전시 또는 교육 목적)에 사용되는 Sonified 데이터는 귀에 쉽게 들리는 경향이 있으며 때로는 종소리나 현수막을 연상시킵니다.

이러한 방식으로 데이터에서 소리를 생성하는 것은 비정통적으로 보일 수 있지만 이탈리아 천체 물리학자 Anita Zanella에 따르면 이는 우주 공간의 시각적 이미지를 생성하는 데 사용되는 기존 기술만큼 유효합니다.

“우리는 하늘의 아름다운 이미지를 보는 데 익숙하지만 실제로 망원경과 계측기에서 받는 것은 일반적으로 이미지로 변환되는 숫자입니다.

“우리가 하려는 것은 소리를 사용하여 이러한 숫자를 이해하고 이러한 데이터 세트를 탐색할 수 있는지 여부를 조사하는 것입니다.”라고 그녀는 말합니다.

Zanella 박사는 6월 이탈리아에서 The Universe in All Senses라는 국제 천문학 축제를 주최할 예정입니다. 그리고 데이터 음향화가 주연 역할을 할 것입니다.

그녀는 “소니피케이션을 사용할 때 대중이 더 많이 참여하는지 테스트할 계획입니다.”라고 말합니다.

“우리는 다감각적인 방식으로 현실을 탐구하는데 왜 시각이라는 한 가지 감각만을 사용하여 우리의 일과 연구를 제한해야 합니까?”

Bonne 박사가 공유하는 감정입니다. 그의 아웃리치 작업에서 그는 시각적 이미지, 점자와 같은 형태의 촉각적 표현 및 소리를 사용하여 다차원적인 표현을 통합합니다.

그는 소니피케이션이 움직임을 해석하는 데 특히 효과적이라고 말합니다. 그는 2020년 영국 과학 주간의 일환으로 맹인 및 시각 장애인을 위한 천문관 쇼에서 그것을 사용했습니다. 그것은 “A Dark Tour of the Universe”라고 불 렸습니다.

“우리는 태양계의 행성이 주위를 움직이는 소리를 들을 수 있는 사운드스케이프를 만들었습니다. 설명하기 정말 어렵습니다.”라고 그는 말합니다.

“하지만 우주에서 주위를 움직이는 행성의 소리를 들을 수 있다는 것은 사실 정말 강력한 것이었습니다.

“소닉화가 그러한 유형의 접근을 어떻게 더 쉽게 만들 수 있는지를 보여주는 정말 좋은 예일 뿐입니다.”

사운드는 우수하지만 균일성이 부족함
Georgia Institute of Technology의 Bruce Walker는 음향화가 이미지 기반 데이터 표현에 대한 새로운 대안 그 이상이라고 생각합니다.

그는 음향화 접근 방식을 취하는 것이 더 나은 경우가 있다고 주장합니다.

“청각 시스템은 환상적인 패턴 인식 장치입니다. 우리는 시간이 지남에 따라 사람의 목소리 변화를 들으면서 말을 합니다. 동일한 기능을 사용하여 데이터 세트의 변화를 들을 수 있습니다.”라고 Walker 교수는 말합니다.

“그래서 우리는 피치, 타이밍, 템포 등 좋은 [청각] 디스플레이를 만드는 것이 무엇인지 알고 이를 활용하여 청각 그래프를 가능한 한 매력적이고 이해하기 쉽게 만들 수 있습니다.”

그러나 그 모든 잠재력에도 불구하고 청각적 표시에 대한 보편적인 표준 세트를 아직 제시한 사람은 아무도 없습니다.

“누군가가 ‘내 데이터가 태양 플레어의 강도와 같은 것을 나타내기를 원합니다’라고 말하는 것은 노력이 됩니다. 그리고 이전에 그런 일이 한 번도 없었다면 그 사람은 기본적으로 그 청각 디스플레이를 발명하거나 설계하고 있는 것입니다.”라고 Walker 교수는 말합니다. .

“그것은

그들이 만든 것을 듣는 방법을 알려주고 가르쳐야 하기 때문입니다. 그리고 우리가 그것을 처음 듣는다면 그것은 도전이 될 수 있습니다.”

이탈리아로 돌아온 Zanella 박사는 파도바 대학의 심리학자들과 협력하여 음향화를 위해 선택된 소리를 덜 임의적으로 만들기 시작했습니다.

“우리가 배우고 있는 것은 … 다른 것보다 더 효과적인 번역이 있다는 것입니다.”

예를 들어 죽은 은하와 별을 형성하는 은하를 구분하기 위해 “우리의 귀는 [그것]을 구별하는 데 매우 능숙하기” 때문에 음색은 “분류에 매우 효과적인 매개변수”라고 그녀는 말합니다.

그러나 별의 밝기를 비교하려면 음높이가 더 효과적입니다. “우리 귀는 음높이의 매우 미묘한 차이를 잘 구분하기 때문입니다.”

새로운 발견의 가능성
따라서 데이터 음향화는 우주와 모든 구성 요소를 더 잘 매핑하는 데 사용되고 있습니다. 그러나 별은 또한 과학자들이 내부 작업을 더 잘 조사할 수 있도록 자체 소음을 생성합니다.

버밍엄 대학교의 천체물리학자 빌 채플린(Bill Chaplin)은 별의 내부 역학을 모니터링하여 수집한 데이터를 이해하는 데 도움이 되도록 초음파 처리를 사용합니다. 그것은 천체지진학으로 알려진 과학 분야입니다.

“별은 자연적인 소리 생성기 역할을 합니다.”라고 Chaplin 교수는 말합니다.

“태양의 가장 바깥층에는 에너지를 함께 이동하고 운반하는 가스 덩어리가 있기 때문에 상황이 매우 격렬해집니다.

“당신은 서로 충돌하는 이러한 가스 덩어리를 가지고 있습니다. 그리고 그것은 가스의 압력을 변화시킵니다 … 그것은 단지 음파입니다.”

채플린 교수는 자신의 접근 방식을 천문학적으로 초음파 스캔과 동일하다고 설명합니다.

“별이 공명하는 배음의 피치를 측정하여 별의 구조에 대한 정보를 얻고 별 내부가 얼마나 빠르게 회전하는지에 대한 정보를 얻습니다.”

그것은 별이 내부에서 어떻게 생겼는지, 시간이 지남에 따라 별이 어떻게 진화했는지, 태양의 변화하는 출력과 방출이 지구에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 보다 정확한 이해를 얻는 데 중요하다고 그는 말합니다.

“그래서 이것은 우리 이론을 실제로 검증하고 테스트할 수 있는 가능성을 열어주었습니다.”

Chaplin 교수는 음향화 접근 방식을 채택함으로써 그의 연구 결과에 훨씬 더 많은 청중이 접근할 수 있다고 말합니다.

Bonne 박사는 접근성 향상이 우주에 대한 우리의 이해를 높일 뿐만 아니라 젊은이들과 시각 장애인들에게도 영감을 주기를 바랍니다.

“우리가 젊은이들과 정말로 하려고 하는 것은 이것이 그들이 열정을 가진 것이라면, 천문학[또는 물리학]이 그들이 하고 싶은 것이라면 … 그들은 그들을 위해 작동할 그것에 액세스할 수 있습니다.

“그들은 상자 밖에서 생각하고 일을 조금 다르게 해야 할 수도 있습니다.”

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Sonification makes astronomy more inclusive and helps scientists fine-tune celestial observations

ABC RN

By Antony Funnell for Future Tense

Posted 8h ago8 hours ago

Blues and orange colours flecked with the stars. — Data sonification can be used to understand and interpret the Universe.(Supplied: Mackay Stargazers and Astronomers)

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abc.net.au/news/sound-data-sonification-future-astronomy-studying-universe/102350408

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Astronomy is such a visual profession, made relevant and inspiring by the luminescent images created from powerful telescopes like the Webb and Hubble — our eyes on the universe.

But not everyone sees it that way.

Listen to the podcast

For Nicolas Bonne, there’s more to the heavens than giant flaming globes or the twinkling smear of a distant spiralling galaxy.

“So much of astronomy relies really heavily on the visual, and a lot of the time doing that doesn’t necessarily make sense because so much of the universe isn’t actually visible to us.

“It’s outside the visible spectrum,” he tells ABC RN’s Future Tense.

Dr Bonne is an astronomer at the University of Portsmouth. He also happens to be blind. While he can’t see the movement of a planetary transit or the surge of a solar flare, that’s not to say he can’t “hear” them, and a major part of his work involves getting others to listen in too.

https://www.youtube.com/embed/ioR5np1fmEc?feature=oembedYOUTUBEBlack Hole at the Center of the Perseus Galaxy Cluster

These days, Dr Bonne focuses on outreach and public engagement activities for the visually impaired.

And the technique he uses, called sonification, is not only creating greater opportunities for scientific inclusion, but helping astronomers to fine-tune their celestial observations.

The truth about our visual universe

Technically speaking, there is no noise in deep space. A lack of molecules means there is no medium through which sound waves can travel. Essentially, most of the universe is a giant, near-perfect vacuum.

But hot turbulent gas in stars produce internal and surface waves which can be picked up by telescopes. Space telescopes also measure wavelengths of light and send that data back to Earth. Sonification allows the astronomical data transmitted by telescopes to then be turned into sound.

The sounds generated can be discordant, like the jarring techno-robotic soundtracks associated with sci-fi films, or they can be melodic. It all depends on the purpose for which the sonifications are designed.

Close up of a solar flare — ‘We explore reality in a multi-sensory way, so why do we have to limit our job and our research by using only one sense, which is sight?’ says Dr Zanella.(Supplied: NASA Goddard Space Flight Centre)

Sonified data used for outreach purposes — that is for exhibitions or educational purposes — tends to be easy on the ear, sometimes reminiscent of bells or a glockenspiel.

Generating sound from data in this way may seem unorthodox, but according to Italian astrophysicist, Anita Zanella, it’s just as valid as the traditional technique used to generate visual images of outer space.

“We are used to seeing these beautiful images of the sky, but in reality what we receive from telescopes and instrumentation are numbers that we usually translate into images.

“What we’re trying to do is investigate whether we can use sound to make sense, let’s say, of these numbers and explore these datasets,” she says.

Dr Zanella will be hosting an international astronomy festival in Italy in June called The Universe in All Senses. And data sonification will play a starring role.

“I plan to test whether the public is more engaged when sonification is used,” she says.

“We explore reality in a multi-sensory way, so why do we have to limit our job and our research by using only one sense, which is sight?”

It’s a sentiment shared by Dr Bonne. In his outreach work, he incorporates representations that are multi-dimensional using visual imagery, a Braille-like form of tactile representation and sound.

He says sonification is particularly effective for interpreting motion. He used it in a planetarium show for the blind and visually impaired in 2020 as part of British Science Week. It was called “A Dark Tour of the Universe”.

A small portion of Earth, seen from the International Space Station, showing the curve of our blue planet, oceans and clouds. — Sonification can be used to track how planets move.(NASA/Reid Wiseman)

“We created this soundscape where you could hear the planets in the solar system moving around you. That’s a really difficult thing to describe,” he says.

“But being able to listen to those planets moving around you in space was actually a really powerful thing.

“It was just a really nice example of how sonification can make that type of thing more accessible.”

Superior sound, but a lack of uniformity

Bruce Walker, from the Georgia Institute of Technology, believes sonification is more than just a novel alternative to image-based data representation.

He argues there are instances where it’s preferable to take a sonification approach.

“The auditory system is a fantastic pattern recognition device. We accomplish speech by listening to changes in a person’s voice over time. We can use the same capabilities to listen for changes in a dataset,” Professor Walker says.

“So we know what makes for a good [auditory] display — pitch, timing, tempo and so on — and we can leverage that and use that to make our auditory graphs as compelling and as understandable as possible.”

https://www.youtube.com/embed/-I-zdmg_Dno?feature=oembedYOUTUBESun Sonification, NASA

But for all its potential, no one has yet come up with a universal set of standards for auditory display.

“It becomes an effort for someone to say, ‘I want my data to represent something like the intensity of a solar flare’. And if that’s never been done before, that person is basically inventing or designing that auditory display,” Professor Walker says.

“That is a challenge because then they have to tell us and teach us how to listen to what they’ve created. And if it’s the first time that we’ve listened to it, it can be a challenge.”

We could soon speak to animals. But should we?

Animals experience sound in vastly different ways to humans and experts say understanding this better could change what we think language is.

Back in Italy, Dr Zanella has begun working with psychologists from the University of Padova to try to make the sounds that are chosen for sonification less arbitrary.

“What we are learning … is that there are some translations that are more effective than others.”

For example, to distinguish dead galaxies from star-forming ones, timbre is a “highly effective parameter for classification” because “our ear is very good at distinguishing [it]”, she says.

But to compare stars’ brightness, pitch is more effective, “because our ears are very good at distinguishing very subtle differences in pitch”.

The potential for new discoveries

So data sonification is being used to better map the universe and all its components. But stars also create their own noises which allow scientists to better probe their inner workings.

Artist's impression of a red dwarf star and super-Earth — Sonification could give us a greater insight into how stars function.(Supplied: ESO)

At the University of Birmingham, astrophysicist Bill Chaplin employs sonification to help make sense of the data he gathers from monitoring the internal mechanics of stars. It’s a field of science known as asteroseismology.

“Stars act as natural generators of sound,” Professor Chaplin says.

“In the outermost layers of the Sun, because we’ve got parcels of gas that are moving around and carrying their energy with them, things get very turbulent.