En lydbølge kaldes også en trykbølge eller en længdebølge. Partikler i en længdebølge bevæger sig parallelt med den retning bølgen bevæger sig.

Transkript

1 er som udgangspunkt en gren af fysikken, som omhandler lyd og lydbølger. Mere specifikt handler dem om lydproduktion, lyds udbredelse og hvordan lyd opfanges. Bioakustik er en tværfaglig disciplin, som kombinerer biologi med akustik. Grundlæggende kan bioakustik beskrives som en videnskabelig undersøgelse af dyrelyde ved hjælp af lydoptagelser og lydanalyse. 1. Hvad er lyd? Figure 1: Transverse versus longitudinal wave. Northwestern University Ligesom bølger fra havet, der ruller op på stranden, bevæger lyd sig som bølger gennem luft og vand. Lyd behøver et medium at bevæge sig igennem en væske (f.eks. vand), en fast form (f.eks. havbunden), eller en gas form (f.eks. luft). Lyd kan ikke eksistere, hvis det ikke har et medium at bevæge sig igennem. Lyd kan således ikke bevæge sig igennem det ydre rum, da det er et vakuum som intet indeholder. En lydbølge kaldes også en trykbølge eller en længdebølge. Partikler i en længdebølge bevæger sig parallelt med den retning bølgen bevæger sig. Modsat bevæger partikler i transversale bølger sig op og ned. Partikler i transversale bølger bevæger sig ortogonalt i forhold til bølgens bevægelsesretning. En transversal bølge ses jævnligt ved sportsbegivenheder, når tilskuerne laver La Ola-bølgen. 2. Hvordan hører/kommunikerer/opfanger marine pattedyr deres omgivelser? Dyrelivet i havet lever og kommunikerer i omgivelser, som ofte er lysfattige og mudrede (som Nordsøen). De har derfor kun begrænset gavn af deres syn. I særdeleshed har hvaler udviklet specielle strategier til kommunikation og til at orientere sig om omgivelserne, som gør at de kan finde byte og endda kommunikere med artsfæller over store afstande. Tandhvaler bruger ekkolokalisering. Deres anatomi er tilpasset til denne meget unikke form for kommunikation og orientering. De kan producere meget højfrekvente lydbølger ved at presse luft forbi de foniske læber og ind I luftsækkene I deres næsegange. Dette genererer klik som transmiteres gennem det såkaldt akustiske fedt som sidder foran på hovedet (også kendt som melonen ), som samler lyden og former den til en snæver lydstråle (klik eller lydpulser). Disse lydbølger bevæger sig gennem vandet til de rammer et objekt, som f.eks. et bytte eller en forhindring under vandet. 1 / 8

2 Objektet reflekterer lydbølgen, så den til sidst kommer tilbage til hvalen. Det tilbagevendte ekko bliver opfanget i hvalens hule underkæbe, som udmunder tæt på hvalens indre ørekompleks. Altså, ved at udsende ultralydsklik eller korte lydpulser, kan hvalen lytte efter returnerende ekkoer og på den måde finde bytte eller undgå at svømme ind i noget. De kan på den måde se deres omgivelser ved hjælp af de lydbølger de producerer, på nogenlunde samme måde som skibes undervandssonar. Bardehvaler og sæler bruger ikke ekkolokalisering, men de er stadig afhængige af lyd og hørelse under vandet. Bardehvaler kan kommunikere med hinanden over meget store afstande, ved at udsende meget kraftige lavfrekvente lyde, som kan bevæge sig meget langt i vand. Disse lyde produceres troligvis i laryngiale luftsække. Sæler og søløver er udover at være gode til at høre, både over og under vand, i stand til også at opfange/ føle bevægelser i vandet med deres knurhår. Sæler og søløver producerer lyde med stemmelæberne ligesom andre pattedyr og mennesker, og de kommunikerer med artsfæller ved hjælp af lyd. 3. Hvad er støjforurening? Omverdenen består af mange forskellige lyde, som enten kan være naturlige, såsom torden, vind, dyrelyde og regn, eller de kan være forårsaget af mennesker (antropogene lyde). Marine pattedyr er tilpassede til naturligt forekommende lyde; de kender dem, og har lært at ignorere dem eller handle i forhold til dem. Støjforurening er summen af alle lyde, ud over de naturligt forekommende, som kan påvirke marine pattedyr I deres naturlige habitat og som potentielt kan være skadelige. I bebyggede eller industrialiserede områder kan der være mange forskellige støjkilder som bidrager til støjforureningen: fritidsbåde, kommercielle skibe, vindmølleparker, olieboreplatforme, seismiske undersøgelser, byggerier, og mange flere. Vi bruger havmiljøet på mange forskellige måder, og mange af disse måder introducerer lyd til omgivelserne. Summen af disse unaturlige lyde kaldes støjforurening. 4. Hvorfor er akustik/støjforurening vigtig/farlig for marine pattedyr? Da lyd for marine pattedyr er den vigtigste måde at finde føde og kommunikere med hinanden på, og for tandhvaler bruges lyd endda til at orienterer sig med, er en velfungerende hørelse helt essentiel. Hvis deres kommunikationslyde maskeres af menneskeskabt støj, er de måske ikke længere i stand til at høre deres artsfæller så de kan finde en mage, eller få information om hvor der findes føde, hvilket kan have alvorlig betydning for det enkelte individs overlevelse, og dermed også artens. Der ud over kan meget høje lyde tvinge hvaler til at strande i forsøget på at undvige lyden, hvilket kan være fatalt. Støj kan også forstyrre dyrenes naturlige adfærd, og tvinge dem til at forlade et kendt område for at finde nye mere stille områder enten midlertidigt eller permanent, hvilket kan lede til spontane aborter på grund af akut stress samt til permanente ændringer i dyrenes udbredelse. Meget høj kontinuert eller impulsiv støj kan også skade dyrenes hørelse ved bestemte frekvenser, hvilket kan resultere i at dyret ikke længere er i stand til at høre vigtige lyde (såsom et skib der nærmer sig eller en vigtig del af et parringskald). Kronisk stress som følge af støjforurening kan også sænke et dyrs immunrespons, og gøre dem mere modtagelige for infektioner og parasitter. Mange marine pattedyr har en hørelse som er mere følsom i andre frekvenser end dem som er vigtige for mennesker. De 2 / 8

3 kan derfor blive påvirket af lyde, som vi måske ikke kan opfange hverken i vand eller I luft. Det er derfor vigtigt at evaluere støjeffekter på marine pattedyr ved hjælp af bredbåndede lydoptagelser, så analyse kan afsløre om der er støj indenfor det pågældende marine pattedyrs følsomhed, selvom støjen er uden for vores ørers følsomhed. 5. Hvordan kan vi forbedre den nuværende situation? Der er brug for mere forskning af det nuværende støjniveau i havet, og hvordan det påvirker marine pattedyr. Politikere og beslutningstagere er nødt til at tage den nyeste forskning med i betragtning, når nye forslag og løsninger for hvordan vi bruger havet skal vurderes. Før nye byggeprojekter starter, bør man udføre en risikovurdering. Derudover bør afværgeforanstaltninger tages i brug. Dette kunne f.eks. være at bruge boblenet ved konstruktionsarbejde, eller at udvikle lyddæmpede skibsmotorer. For yderligere forklaringer af disse afværgeforanstaltninger, kan du finde en video af boblenet-eksperimentet i PowerPoint præsentationen og efterfølgende kan du udføre eksperimentet sammen med dine studerende. At købe flere lokalt producerede varer i stedet for at få fragtet ting ind fra udlandet via skib er en anden måde at reducere mængden af skibstrafik, og dermed reducere baggrundsstøjen i havet. Vi kan altså også forbedre situationen for marine pattedyr, og naturligvis også havmiljøet generelt, ved at ændre på vores personlige adfærd, som f.eks. den måde vi sejler motorbåde på i farvande med mange havpattedyr. 6. Hvordan kan vi bruge forskning i akustik til at beskytte marine pattedyr og lære mere om dem? Vi ved stadig ikke ret meget om, hvordan marine pattedyr kommunikerer eller navigerer under vand ved hjælp af lyd. Forskere kan arbejde med trænede dyr, der med bind for øjnene, kun kan brug lyd til at klare et eksperiment. På den måde kan det ses at f.eks. tandhvaler kun bruger lyd til at finde vej gennem en labyrint eller finde føde. Vi kan også undersøge trænede dyrs høre-evner. Strandede dyrs evne høretærskel kan testes ved hjælp af AEP (Auditory Evoked Potentials), som en helbredsparameter før de genudsættes. Et dyr burde være i stand til at høre artsspecifikke frekvenser, før det kan genudsættes i det fri. En anden tilgang er statisk akustisk overvågning. Akustiske dataopsamlere kan sættes ud i kritiske habitatområder eller langs skibsruter. Her optager de lyde fra mål-arten. På den måde kan forskere bedre få forståelse af hvordan en art fordeler sig og bruger forskellige habitater, uden at skulle være fysisk tilstede på en båd, som potentielt ville kunne forstyrre dyrene. For at undgå kollision mellem skibe og hvaler, kan real-time passive akustiske sensorer via satellit transmittere lydsignaler fra hvaler og sæler direkte til kaptajnen eller forskeren, som på den made gøres opmærksom på at der er dyr tilstede i området og at man skal være ekstra opmærksom på den pågældende art når man har modtaget advarsel-signalet: 3 / 8

4 Øvelser 1. Frekvensberegner: For at spille frekvensberegner spillet har vi udviklet en audio CD (eller filer kan downloades på www. marine-mammals.com), med lyd med forskellige frekvenser og styrker, som kan afspilles. Der ud over er layout til et audiogram ark blevet lavet til at dele ud til eleverne. Det er meget simpelt og magen til eksemplet nedenfor. Del en kopi ud til hver elev før lydene fra CD en afspilles (lydene er navngivet i henhold til arket). Eleverne skal markere når de hører en lyd og lade være med at markere når de ikke høre lyden. Resultatet er deres egen personlige menneskelige høretærskel (audiogram)! Figur 2: Audiogram. audiocheck.net 2. Ekkolokalisering hos mennesker: Til dette eksperiment skal du brug flere store træ-, plastic-, eller pap plader/paneler (A0 eller lign. størrelse. Du skal også bruge papkasse eller andre ting du har tilgængelig på skolen). Alle elever skal prøve at øve sig i at lave klik-lyde før eksperimentet går i gang, ved at bruge deres egen hånd som en barriere, for at se om det klik, de udsender, er effektivt til at generere ekkoer. Det kan godt tage lidt tid at lære at lave et ordentligt klik, men det er sjovt gruppearbejde. Mens eksperimentet er i gang skal alle elever være stille, for at få den bedste eksperimentelle oplevelse. Eleverne skal stå i en cirkel og afskærme den med vægge. Placer en elev med bind for øjnene i midten af cirklen. De andre elever holder pap pladerne/panelerne op foran eleven i midten, som nu skal lave klik og langsomt gå fremad. Når eleven når hen til væggen vil hun/han opdage en forandring i kliklyden og på den måde objektet foran, og det vil få eleven til at dreje af. Afhængig af tiden og elevernes interesse, kan dette eksperiment gentages flere gange med en nye elever som forsøgsdyr. 3. Hvor kommer lyden fra? Brug den grå slange og orange tragt til denne øvelse. En elev holder den ud fra det ene øre og rundt om nakken til det andet øre. En anden elev banker let på slangen bag ved den lyttende elevs ryg. Det kan gøres på forskellige positioner på begge sider, så den lyttende elev kan høre og indikere hvilken side af slangen der blev banket på. Jo tætter på midten der bliver banket, jo sværere bliver det at for eleven at skelne, hvor lyden kommer fra. 4 / 8

5 4. Bestem lyden: Dette inkluderer en PowerPoint præsentation med forskellige naturlige og menneskabte lyde til sammenligning. Efter at have hørt lyden får eleverne 4 mulige svar (a, b, c, og d), og så skal de gætte hvilken de har hørt. Dette spil kan udføres individuelt, hvor hver elev notere sine egne svar, eller I mindre grupper, hvor eleverne skal nå til enighed om et svar, hvilket stimulerer tænkning og diskussion. 5. Boblenet eksperiment (se separat beskrivelse for detaljer): Alle de nødvendige materialer til at lave boblenettet findes i undervisningsmaterialet. Der ud over skal du bruge et akvarium, et kar eller en spand med vand. Forbind bobleslangen med den udleverede gummislange til akvariepumpen, og læg den i en ring, så der dannes 2 næsten fulde cirkler. Placer ringene i vandbeholderen med nogle vægte ovenpå, så gummislangen bliver på bunden. Som lydkilde er der en rød panikalarm, som startes ved at trække i snoren (den stoppes ved at presse den lille stift tilbage i alarmen). Alarmen skal hænge frit i vandsøjlen. VIGTIGT: sørg for at sikre at alarmen hænger frit i vandsøjlen og ikke ligger på bunden. Hvis den ligger på bunden, vil akvariets/spandens sider fungere som højtalere og eksperimentet vil ikke fungere, idet panik lyden vil blive udsendt lige så effektivt af vandbeholderens sider. Når eleverne har lyttet til lyden af alarmen, når den hænger under vand, skal de være stille i resten af eksperimentets forløb. Start akvariepumpen og dermed boblenettet. Lydniveauet vil nu falde markant! Lad ikke eksperimentet kører for længe, da vores ører vender sig til lydniveauet, og alarmens bippende lyd vil efter nogen tid igen begynde at føles højere. 6. Byg din egen hydrofon I ekspeditionskassen vil du også finde de nødvendige materialer til at bygge en hydrofon, og til at lytte med den under vand. Se separat beskrivelse for flere detaljer. 5 / 8

6 7. Sammenligning af hørelse og kommunikationsspektra for marsvin og spækhugger Sammenlign hørelsen for de to arter nedenfor (Figur 3). Hvorfor tror du der er så stor forskel mellem marsvin og spækhuggere, når de begge er tandhvaler? Figur 3: Hørelse og kommunikationsspektra for forskellige arter. Reference: Einführung in die Physik: Band 2 - Von Schwingungen über Elektromagnetismus bis zur Astrophysik, Cornelsen Dette projekt er finansieret af den Europæiske Unions Horizon 2020 Rammeprogram under Tilskudsaftale nr / 8

7 Information til lærere og undervisere: Denna modul är utformad att förklara komplexiteten i den akustiska världen och väcker elevens intresse för ämnen med anknytning till biologi och fysiken. Den generelle information findes i en PowerPoint præsentation, som kan afholdes eleverne eller bare bruges som baggrundsinformation for læreren. For mere detaljeret information om akustik besøg hjemmesiderne og (begge sider er på engelsk). Der er også flere praktiske øvelser som eleverne kan udføre individuelt eller i grupper. Hver del af modulet er tilpasset en 45 minutters undervisningstime, men kan forlænges eller forkortes i forhold til lærerens ønsker. Øvelser kan kombineres eller udlades; det er ikke nødvendigt at bruge alt materiale i dette modul til et særligt undervisningsprogram. Hvis klassen udviser interesse for en særlig del af emnet kan læreren gå mere i detaljer eller springe over og udlade andre dele. Hvor stor succes, og hvor mange timer man burger på de enkelte øvelser, afhænger af elevernes evne til at fokusere. Hvis man har mere rastløse elever, som let bliver distraherede, skal mere tid sættes af til øvelserne. Dette module r sammensat af: Generel information om akustik (PowerPoint præsentation) Spørgsmål til de studerende - Hvad betyder akustik? - Hvordan hører/kommunikerer/opfatter marine pattedyr deres omgivelser? - Hvorfor er akustik/støjforurening vigtig/farlig for marine pattedyr? - Hvad er støjforurening? - Hvordan kan vi forbedre den nuværende situation i forhold til støjforurening under vand? - Hvordan kan vi bruge akustik til at beskytte marine pattedyr samt lære mere om dem? Spil/eksperimenter til at understøtte indlæringsprocessen - Frekvensberegner (Audio CD / file til download med lyde så eleverne kan bestemme deres egen høretærskel på et audiogram ark) - Ekkolokalisering hos mennesker (En elev med bind for øjnene udsender klik mens han/ hun går rundt I en afskærmet cirkel. Væggene vil reflektere lyden og få dem til at dreje væk fra den) - Hvor kommer lyden fra? (Elever lukker af for deres øregang med en gummislange. Ved at banke let på slangen kan eleven bestemme fra hvilken retning lyden kommer) - Bestem lyden (En præsentation med forskellige naturlige og menneskeskabte lyde, som eleverne skal sammenligne og identificere) - Hydrofonen (Elever kan bygge deres egen hydrofon og lytte i en lokal å eller sø, for at finde ud af, hvad man kan høre under vandet) - Boblenet eksperimentet (Et boblenet bygges rundt om en støjkilde for at illustrere, hvordan en type afværgeforanstaltning bruges I praksis) - Sammenligning af hørelse og kommunikations spektra fra marsvin og spækhugger 7 / 8

8 Generel information om akustik Brug den tilgængelige PowerPoint præsentation til at understøtte/forbedre din egen baggrundsviden. Hele eller dele af præsentationen kan også gives for eleverne. Spørgsmål til eleverne Start dette emne med en Q&A time med eleverne. Vi vil gerne have dem til at begynde at tænke på marine pattedyr og lyd. Ved de allerede noget om akustik? - Hvad betyder akustik? - Hvad er lyd? - Hvordan hører/kommunikerer/opfatter marine pattedyr deres omgivelser? - Hvad er støjforurening? - Hvorfor er akustik/støjforurening vigtig/farlig for marine pattedyr? - Hvordan kan vi forbedre den nuværende situation? - Hvordan kan vi bruge akustik til at beskytte marine pattedyr samt lære mere om dem? Efter at have indsamlet svar fra eleverne, gives eleverne de korrekte svar og forklaringer til de enkelte spørgsmål. Brug så mange detaljer fra de medfølgende løsninger og PowerPoint præsentationer i dine forklaringer, så de passer til aldersgruppen i klassen. Yderligere information: Hvis din skole har eller tillader brug af tablets eller ipads finds der Apps som Analyzer ( tilgængelig online, som kan bruges til akustisk analyse. Du og dine elever kan hente Appen og evaluere forskellige arbejdsmiljøer og lydkilder. Dette projekt er finansieret af den Europæiske Unions Horizon 2020 Rammeprogram under Tilskudsaftale nr / 8