La Terra è rumorosa. Perché i suoi dati dovrebbero essere silenziosi?

Le eruzioni vulcaniche possono coinvolgere tutti i nostri sensi. Scene drammatiche di colate di lava e nuvole di cenere, il suono e la sensazione delle vibrazioni sismiche, l'odore e il sapore delle emissioni di gas e della cenere, l'intensità del calore: gli strumenti scientifici possono misurare e registrare le cause fisiche e chimiche di queste sensazioni e preservarle come dati numerici. Tuttavia, quando gli scienziati analizzano i dati per cercare modelli e anomalie, si rivolgono molto spesso a rappresentazioni visive. Gli altri sensi potrebbero dirci cose che mancano ai nostri occhi?

Il sistema uditivo umano a volte supera la vista nell’aiutare le persone a individuare sottili schemi temporali o a individuare le relazioni di causa-effetto.

Grafici, foto, mappe e video sono strumenti familiari e ben utilizzati per la visualizzazione visiva. Tuttavia, il sistema uditivo umano a volte supera la vista nell’aiutare le persone a rilevare sottili schemi temporali o a individuare relazioni di causa-effetto tra più flussi di dati. Nella ricerca, nuovi modi di esaminare i dati spesso portano a scoperte. La visualizzazione e la sonificazione uditiva – la rappresentazione dei dati attraverso il suono – racchiude quindi un grande potenziale per il progresso della scienza aiutando gli scienziati a sfruttare appieno le loro capacità creative e deduttive.

La sonificazione è stata utilizzata in modi limitati in passato, ad esempio attraverso i noti suoni dei display sonar e dei contatori Geiger. I tempi sono maturi per introdurre questa capacità in un uso più ampio nella ricerca. L'educazione scientifica e gli sforzi di sensibilizzazione possono anche sfruttare le attuali tendenze culturali e gli sviluppi tecnologici che facilitano esperienze multimediali immersive per rendere le informazioni accessibili a un pubblico più ampio e non tecnico utilizzando il suono [ad esempio, Holtzman et al., 2014]. Inoltre, la sonificazione fornisce un quadro per i dati che possono essere percepiti e valutati da scienziati non vedenti [ad esempio, Song e Beilharz, 2007], che potenzialmente hanno una percezione uditiva e una consapevolezza più sviluppate rispetto ai non vedenti.

La sonificazione prevede fasi di elaborazione dei dati che a volte sono analoghe e complementari a quelle utilizzate nei metodi di apprendimento automatico [Holtzman et al., 2018], che possono rivelare rapidamente caratteristiche importanti e flussi di lavoro utili per l'esplorazione di set di dati [Barth et al., 2020]. Combinate con i risultati del modello, che possono anche essere rappresentati acusticamente, le caratteristiche identificate attraverso la sonificazione dei dati fisici possono portare a nuove comprensioni di sistemi naturali complessi nella Terra solida e nell'ambiente superficiale.

La sonificazione diretta è una delle forme più semplici di visualizzazione uditiva e può essere facilmente applicata a una vasta gamma di dati oscillatori.

Nella geoscienza, la sonificazione è stata utilizzata in sismologia sin dalla Guerra Fredda [Speeth, 1961]. Gli scienziati hanno riconosciuto che l'orecchio umano poteva distinguere tra esplosioni di bombe e terremoti tettonici semplicemente accelerando le registrazioni dei movimenti del terreno nella gamma dell'udito umano (da circa 20 hertz a 20 kilohertz). Questa sonificazione diretta è una delle forme più semplici di visualizzazione uditiva e può essere facilmente applicata (con un'adeguata preelaborazione) a una vasta gamma di dati oscillatori, come quelli che descrivono in dettaglio orbite planetarie, sismicità, infrasuoni, nuclei di ghiaccio o registrazioni sedimentarie e paleomagnetismo.

Lavori recenti hanno dimostrato che anche senza un addestramento speciale, gli esseri umani possono distinguere le caratteristiche della propagazione delle onde sismiche attraverso la Terra dalle tracce della fonte del terremoto nelle visualizzazioni uditive dei sismogrammi, e questa capacità migliora dopo l’addestramento [Boschi et al., 2017]. Poiché le frequenze di interesse nei dati sui terremoti telesismici (0,0001–10 hertz) sono molto al di sotto del limite inferiore della gamma uditiva umana, la sonificazione diretta richiede che i dati grezzi vengano spostati a frequenze più elevate. Questo spostamento di frequenza, moltiplicando i tempi di osservazione campionati in modo discreto per un fattore di velocità, rappresenta un parametro estetico che deve essere scelto, come il colore o la dimensione di un simbolo su un grafico visivo.

Nella sonorizzazione dei cataloghi di terremoti o di altri eventi oscillatori che generano dati, i ricercatori possono utilizzare più fattori di velocità per allungare o comprimere singoli eventi preservando accuratamente la sequenza temporale del catalogo. La spazializzazione audio può inoltre aiutare a distinguere i suoni o rappresentare parametri spaziali, come gli ipocentri dei terremoti, rispetto a un luogo di osservazione prescelto [Paté et al., 2022].