環(huán)境噪聲對長白鳴聲頻率的影響

環(huán)境噪聲對長白鳴聲頻率的影響

隨著城市化發(fā)展過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)、交通等人為環(huán)境噪聲的影響，鳥類鳴聲傳播也受到影響。這種影響一是對鳴聲振幅(強(qiáng)度)的影響,二是對頻率特征參數(shù)的影響。在鳥類鳴聲中存在Lombard效應(yīng)(Lombard,1911):斑胸草雀(Taeniopygiaguttata)會(huì)隨環(huán)境噪聲的變化調(diào)節(jié)振幅,即當(dāng)噪聲水平升高時(shí),其鳴聲振幅也隨之升高(Cynxetal,1998);當(dāng)噪聲處于鳴聲的聲譜范圍內(nèi)時(shí),能最有效地引起鳥類提高聲音強(qiáng)度(Brumm&Todt,2002);根據(jù)掩蔽噪聲的水平,夜鷹(Lusciniamegarhynchos)可以調(diào)節(jié)聲音強(qiáng)度。在持續(xù)不斷的背景噪聲中,小王企鵝(Aptenodytespatagonicus)根據(jù)父母聲音的頻率而不是振幅(Jouventin,1999)識(shí)別父母;在噪聲環(huán)境中,大山雀(Parusmajo)能利用高頻發(fā)聲來有效地進(jìn)行通訊(Langemann,1998),其鳴叫具有較高的最低頻率,從而避免了一定程度的低頻噪聲對鳴叫的掩蔽影響(Slabbekoorn&Peet,2003)。白頭鵯(Pycnonotussinensis)廣泛分布于我國的東南部,是最常見的留鳥之一,多活動(dòng)于山坡、城市公園、庭院和村落附近的喬木及灌叢中。其繁殖期的求偶炫耀鳴唱音節(jié)、頻率復(fù)雜多變,而領(lǐng)域鳴唱?jiǎng)t音節(jié)清晰、響亮(Jiangetal,1996a)。此外,不同地區(qū)白頭鵯的鳴聲主句,在語調(diào)、音節(jié)數(shù)、持續(xù)時(shí)間、頻譜特征和頻率范圍等有地理差異(Jiangetal,1994,1996b)。在此基礎(chǔ)上,本文試圖探討兩種噪聲環(huán)境中白頭鵯的鳴聲變化,從動(dòng)物聲學(xué)的角度為研究生態(tài)環(huán)境的變化對鳥類的影響,以及鳥類對環(huán)境變化的適應(yīng)性,提供基礎(chǔ)資料。1環(huán)境噪聲計(jì)算機(jī)分析從2002年9月至2003年7月,研究地點(diǎn)位于浙江省西部的臨安和安徽省西北部的阜陽。前者高噪聲區(qū)(HN)采樣地主要設(shè)在城區(qū)公路兩旁的行道樹上和鬧市區(qū)的庭院內(nèi);低噪聲區(qū)(LN)設(shè)在距城區(qū)約10km的板橋鎮(zhèn)附近鄉(xiāng)村和距城區(qū)約20km的天目山風(fēng)景區(qū)。后者HN采樣地主要設(shè)在城區(qū)的公園、道路兩旁的行道樹上和附近居民小區(qū);LN采樣設(shè)在距城區(qū)約9km的王店鎮(zhèn)、約11km的程集鎮(zhèn)和約15km的西湖鎮(zhèn)的附近鄉(xiāng)村。環(huán)境噪聲測量使用愛華AWA5633A型聲級計(jì)[靈敏度50mV/Pa,頻率范圍(20～12500Hz)±2dB]。根據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法》(GB/T14623-93),聲級計(jì)的測量時(shí)間響應(yīng)和計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)分別置于“S檔”和“A檔”。選擇無雨、無大風(fēng)天氣,在采樣點(diǎn)的中心,將聲級計(jì)置于距地面高1.2m處,每隔5s記錄一個(gè)瞬時(shí)A聲級。每記錄50個(gè)數(shù)據(jù)后,轉(zhuǎn)變一下方向,按東南西北4個(gè)方向連續(xù)讀取并記錄200個(gè)數(shù)據(jù)。同時(shí)判斷附近的主要噪聲源,并用錄音器材錄下噪聲,通過計(jì)算機(jī)分析其頻譜特征。鳴聲錄音使用SonyMZ-R909數(shù)碼錄音機(jī)[采樣頻率44.1kHz,頻響(20～20000Hz)±3dB],外接幫華EM-265B型定向話筒(頻響80～12000Hz),距聲源5～15m。環(huán)境噪聲的測量數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)值和等效聲級(equivalentsoundlevel,ESL)表示。從每次測得的200個(gè)數(shù)據(jù)中,求出SL5(有5%的時(shí)間超過的噪聲級,相當(dāng)于噪聲的平均峰值)、SL50(有50%的時(shí)間超過的噪聲級,相當(dāng)于噪聲的平均值)、SL95(有95%的時(shí)間超過的噪聲級,相當(dāng)于噪聲的本底值)。ESL值由下列公式求得:ESL=SL50+d260?d=SL5?SL95ESL=SL50+d260?d=SL5-SL95。參照《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-93)的一類標(biāo)準(zhǔn),以ESL=55dB作為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn),把兩地的采樣點(diǎn)分別分為HN和LN兩組。然后,將分屬HN和LN的各樣點(diǎn)的等效聲級作算術(shù)平均值ESLˉˉˉˉˉˉˉ=1n∑i=1nESLESLˉ=1n∑i=1nESL,表示HN和LN噪聲的水平(評價(jià)值)。根據(jù)測量,臨安和阜陽的HN的平均等效聲級分別為65.1±1.2和65.5±2.3dB,LN的平均等效聲級分別為:43.3±4.4和43.9±1.7dB。通過計(jì)算機(jī)聲譜分析系統(tǒng)分析噪聲的頻譜特征,顯示兩地的LN均屬1000Hz以下的低頻噪聲,而在HN則有1000Hz以上的高頻噪聲。噪聲源主要來自交通工具發(fā)出的馬達(dá)聲、喇叭聲和剎車聲。將鳴聲數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)(單聲道、16位、44.1kHz),以“.WAV”格式文件貯存,再通過計(jì)算機(jī)聲譜分析系統(tǒng)(Jiang,2003)分析其聲學(xué)特征。每個(gè)體的鳴聲經(jīng)1024點(diǎn)窄帶分析后作出語圖。同時(shí),對各音節(jié)以4096點(diǎn)分段遞推,進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT),分析頻譜特征。然后,分別比較分析兩地HN和LN白頭鵯鳴聲每個(gè)音節(jié)的主頻(principalfrequency,PF)數(shù)據(jù),并做Mann-WhitneyU檢驗(yàn)(Dytham,2003)。所有統(tǒng)計(jì)分析借助SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件完成。2結(jié)果2.1鳴聲全句各音節(jié)的主軸分布浙江臨安白頭鵯的領(lǐng)域鳴聲有3～4個(gè)音節(jié),各音節(jié)主頻的范圍為1.60～3.58kHz。高噪聲區(qū)與低噪聲區(qū)相比,鳴聲全句各音節(jié)中的最低主頻(Mann-WhitneyU檢驗(yàn),U=66,P=0.001)、最高主頻(U=10.5,P<0.001)、第Ⅰ音節(jié)(U=53.5,P=0.017)和第Ⅱ音節(jié)(U=10,P<0.001)的主頻均有顯著差異(表1)。兩種噪聲區(qū)鳴聲的時(shí)域波形圖、語圖和第Ⅱ音節(jié)的頻譜圖見圖1。2.2鳴聲全句各音節(jié)的主軸分布安徽阜陽白頭鵯的領(lǐng)域鳴聲有4～5個(gè)音節(jié),各音節(jié)主頻的范圍為1.60～3.58kHz。高噪聲區(qū)與低噪聲區(qū)相比,鳴聲全句各音節(jié)中的最低主頻(U=55.5,P=0.002)、最高主頻(U=8,P<0.001),第Ⅰ音節(jié)(U=60,P=0.003)、第Ⅱ音節(jié)(U=8,P<0.001)和第Ⅲ音節(jié)(U=58.5,P=0.002)的主頻均有顯著差異(表2)。兩種噪聲區(qū)鳴聲的時(shí)域波形圖、語圖和第Ⅱ音節(jié)的頻譜圖見圖1。3高頻音與低頻鳴聲在噪聲比較小的環(huán)境中,白頭鵯領(lǐng)域鳴聲全句的最低、最高、第Ⅰ、Ⅱ音節(jié)的主頻都比較低。從聲學(xué)上看,高頻音比低頻音衰減快,因而,低頻音傳播的有效距離更遠(yuǎn)。鳥類鳴聲的生物學(xué)功能主要是保衛(wèi)領(lǐng)地和吸引雌性,傳播得越遠(yuǎn)越有利。所以,用于個(gè)體識(shí)別的聲音特征,應(yīng)定位于低頻部分(delaTorre&Snowdon,2002)。但是,當(dāng)有背景噪聲存在,特別是噪聲的頻率在鳴聲的頻率范圍內(nèi),就會(huì)產(chǎn)生掩蔽效應(yīng)。提高鳴聲的頻率,與環(huán)境噪聲的頻率不重疊,就能避免低頻噪聲對鳴聲的掩蔽作用(Langemann,1998;Slabbekoorn&Peet,2003)。另外,從對人的聽覺研究結(jié)果看,人耳對高頻音,特別是2～5kHz的聲音敏感,對低頻音不敏感(Wangetal,1997)。也就是說,同樣的強(qiáng)度,高頻音相對于人的聽覺,其響度比低頻音要高。這意味著,在一定的頻率范圍內(nèi),提高聲音的頻率,可以提高聲音的響度,有利于信息的傳遞。我們推測白頭鵯提高鳴聲的頻率,以避免噪聲的掩蔽影響和提高聲音響度,從而保證噪聲環(huán)境中聲信息的有效傳遞。在自然合唱的背景噪聲中,當(dāng)信噪比>25dB(噪聲較小)時(shí),鳴聲接聽者熱帶蛙(Hylaebraccata)的雌性個(gè)體更偏好較低頻率的雄蛙鳴聲;在信噪比為6～9dB(中等程度噪聲)時(shí),雌蛙不能從各種頻率鳴聲中識(shí)別雄性;在信噪比為3dB(噪聲較大)時(shí),則偏好接近種群典型頻率的鳴聲。即使雌蛙能夠發(fā)現(xiàn)雄蛙,適度水平的自然背景聲音也會(huì)降低雌蛙辨別雄蛙鳴聲的能力;而在高背景聲音下,雌蛙則不能辨別低頻鳴聲(Wollerman&Wiley,2002)。在鳥類鳴聲接聽者中是否也有此現(xiàn)象,有待研究。臨安和阜陽兩地高噪聲區(qū)與低噪聲區(qū)白頭鵯鳴聲的前兩三個(gè)音節(jié)均有顯著差異,尤其是第Ⅱ音節(jié)。說明噪聲對同一鳴句各音節(jié)的影響不同,同時(shí)意味著不同的音節(jié)在傳遞信息