A forma do som: um olhar aprofundado sobre a representação gráfica de ondas sonoras

Abstract

Generally, bioacoustical studies still follow the same protocols implemented on the first half of the 20 th century. Moreover, most traditional call parameters are variable, subject to the influence of environmental factors and sexual selection. In light of this, methods of bioacoustic analyses need to improve the accuracy and precision in distinguishing between biological units with similar calls. We herein explore the previously described eigensound method and describe a new one: SoundShape. Both approaches rely on the acquisition of point coordinates (semilandmarks) from wave files, thus translating the spectrogram output into shape configurations that can be assessed by the broad range of tools from Geometric Morphometrics. Both methods were coded into R platform, with the description of two new functions SoundShape and eigensound. Moreover, the new eigensound function include some modifications from the original analysis so that it fits a broader range of animal sounds. SoundShape and eigensound functions were implemented on two empirical studies dealing with anuran advertisement calls from several Physalaemus species. Ordination plot (PCA) from both approaches yielded consistent structuring of biological groups (i.e. species and populations). SoundShape resulted in higher statistical power, whereas eigensound was more sensitive to the specificity of each species call. SoundShape is efficient for species ordination based on overall call similarity and is useful as a protocol for error verification in sound shape analysis. Eigensound is computationally more demanding, yet very sensitive to the sonic structure of calls, being able to describe the vocal signature of each individual. Thus, our study reiterates the biological meaning of the shape of sound and the applicability of Geometric Morphometrics approach in Bioacoustics.

Em geral, estudos bioacústicos ainda seguem os mesmos protocolos implementados na primeira metade do século XX. Além disso, a maior parte dos parâmetros acústicos tradicionais é variável, estando sujeitos à influência de fatores ambientais e à seleção sexual. Em vista disso, métodos de análise bioacústica precisam ser aprimorados, melhorando a acurácia e precisão em distinguir entre unidades biológicas com cantos semelhantes. No presente trabalho, exploramos a análise previamente descrita eigensound, e descrevemos uma nova: SoundShape. As duas abordagens contam com a aquisição de pontos cartesianos (semilandmarks) a partir de arquivos wave, traduzindo, portanto, os dados de um sonograma em configurações de forma (i.e.shape) que podem ser avaliadas por ferramentas advindas da Morfometria Geométrica. Ambos os métodos foram codificados dentro da plataforma R, com a descrição de duas novas funções SoundShape e eigensound. Além disso, a nova função eigensound inclui algumas modificações em relação à análise original, de forma a compreender uma maior variedade de sons animais. As funções foram implementadas em dois estudos empíricos utilizando cantos de anúncio de anfíbios anuros pertencentes a várias espécies do gênero Physalaemus. O plot de ordenação (PCA) das duas abordagens resultou na estruturação consistente de grupos biológicos (i.e. espécies e populações). SoundShape resultou em um maior poder estatístico, enquanto que eigensound foi mais sensível à especificidade do canto de cada espécie. SoundShape é, portanto, um método eficiente de ordenação de espécies com base nas similaridades no canto de cada uma, sendo também útil como um protocolo de verificação de erros em análises da forma do som. Eigensound, por outro lado, é computacionalmente mais exigente, embora seja mais sensível à estrutura sônica de cada canto e capaz de descrever a assinatura vocal de cada indivíduo. Nosso estudo reitera, portanto, o significado biológico da forma do som e a aplicabilidade da Morfometria Geométrica em estudos bioacústicos.