Nous pensons souvent à l'astronomie comme une science visuelle avec de belles images de l'univers. Cependant, les astronomes utilisent un large éventail d'outils d'analyse au-delà des images pour comprendre la nature à un niveau plus profond.

La sonification des données est le processus de conversion des données en son. Il a de puissantes applications dans la recherche, l'éducation et la sensibilisation, et permet également aux communautés aveugles et malvoyantes de comprendre les tracés, les images et d'autres données.

Son utilisation comme outil scientifique en est encore à ses débuts, mais les groupes d'astronomie ouvrent la voie.

Dans un article publié dans Nature Astronomy , mes collègues et moi discutons de l'état actuel de la sonification des données en astronomie et dans d'autres domaines, donnons un aperçu de 100 projets basés sur le son et explorons ses orientations futures.

L'effet cocktail

Imaginez cette scène :vous êtes à une fête bondée qui est assez bruyante. Vous ne connaissez personne et ils parlent tous une langue que vous ne comprenez pas, pas bonne. Ensuite, vous entendez des morceaux d'une conversation dans un coin éloigné dans votre langue. Vous vous concentrez dessus et vous vous présentez.

Bien que vous n'ayez peut-être jamais vécu une telle fête, l'idée d'entendre une voix ou un langage reconnaissable dans une pièce bruyante est familière. La capacité de l'oreille et du cerveau humains à filtrer les sons indésirables et à récupérer les sons souhaités est appelée "l'effet cocktail".

De même, la science repousse toujours les limites de ce qui peut être détecté, ce qui nécessite souvent d'extraire des signaux très faibles à partir de données bruitées. En astronomie, nous nous efforçons souvent de trouver les signaux les plus faibles, les plus éloignés ou les plus fugaces. La sonification des données nous aide à repousser ces limites.

La vidéo ci-dessous fournit des exemples de la façon dont la sonification peut aider les chercheurs à discerner les signaux faibles dans les données. Il présente la sonification de neuf rafales à partir d'une rafale radio rapide répétitive appelée FRB121102.

Les rafales radio rapides sont des rafales d'émissions radio d'une milliseconde qui peuvent être détectées à l'autre bout de l'univers. Nous ne savons pas encore ce qui les cause. Les détecter dans d'autres longueurs d'onde est la clé pour comprendre leur nature.

Trop de bonnes choses

Lorsque nous explorons l'univers avec des télescopes, nous constatons qu'il est plein d'explosions cataclysmiques, notamment la mort d'étoiles par supernova, la fusion de trous noirs et d'étoiles à neutrons qui créent des ondes gravitationnelles et des sursauts radio rapides.

Ici, vous pouvez écouter la fusion de deux trous noirs.

Et la fusion de deux étoiles à neutrons.

Ces événements nous permettent de comprendre la physique extrême aux énergies et densités les plus élevées connues. Ils nous aident à mesurer le taux d'expansion de l'univers et la quantité de matière qu'il contient, et à déterminer où et comment les éléments ont été créés, entre autres.

Des installations à venir telles que l'observatoire Rubin et le Square Kilometre Array détecteront des dizaines de millions de ces événements chaque nuit. Nous utilisons des ordinateurs et l'intelligence artificielle pour faire face à ces nombres massifs de détections.

Cependant, la majorité de ces événements sont de faibles sursauts, et les ordinateurs ne sont que si bons pour les trouver. Un ordinateur peut détecter une faible rafale s'il reçoit un modèle du signal "désiré". Mais si les signaux s'écartent de ce comportement attendu, ils se perdent.

Et ce sont souvent ces événements qui sont les plus intéressants et qui donnent le meilleur aperçu de la nature de l'univers. L'utilisation de la sonification des données pour vérifier ces signaux et identifier les valeurs aberrantes peut être puissante.

Plus qu'il n'y paraît

La sonification des données est utile pour interpréter la science car les humains interprètent les informations audio plus rapidement que les informations visuelles. De plus, l'oreille peut discerner plus de niveaux de hauteur que l'œil ne peut discerner de niveaux de couleur (et sur une plage plus large).

Une autre direction que nous explorons pour la sonification des données est l'analyse multidimensionnelle des données, qui implique de comprendre les relations entre de nombreuses caractéristiques ou propriétés différentes dans le son.

Tracer des données dans dix dimensions ou plus simultanément est trop complexe et leur interprétation est trop déroutante. Cependant, les mêmes données peuvent être appréhendées beaucoup plus facilement grâce à la sonification.

Il s'avère que l'oreille humaine peut immédiatement faire la différence entre le son d'une trompette et celui d'une flûte, même s'ils jouent la même note (fréquence) avec le même volume et la même durée.

Pourquoi? Parce que chaque son comprend des harmoniques d'ordre supérieur qui aident à déterminer la qualité du son ou le timbre. Les différentes forces des harmoniques d'ordre supérieur permettent à l'auditeur d'identifier rapidement l'instrument.

Imaginez maintenant placer des informations (différentes propriétés des données) sous la forme de différentes forces d'harmoniques d'ordre supérieur. Chaque objet étudié aurait un ton unique, ou appartiendrait à une classe de tons, selon ses propriétés globales.

With a bit of training, a person could almost instantly hear and recognize all of the object's properties, or its classification, from a single tone.

Beyond research

Sonification also has great uses in education (Sonokids) and outreach (for example, SYSTEM Sounds and STRAUSS), and has widespread applications in areas including medicine, finance and more.

But perhaps its greatest power is to enable blind and visually impaired communities to understand images and plots to help with everyday life.

It can also enable meaningful scientific research, and do so quantitatively, as sonification research tools provide numerical values on command.

This capability can help promote STEM careers among blind and visually impaired people. And in doing so, we can tap into a massive pool of brilliant scientists and critical thinkers who may otherwise not have envisioned a path towards science.

What we need now is government and industry support in developing sonification tools further, to improve access and usability, and to help establish sonification standards. + Explorer plus loin

De nouvelles sonifications de trous noirs avec un remix sont désormais disponibles à l'écoute

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.