了解鸟类对彼此歌曲的反应可以揭示它们在野外的行为和交易所。 但此类研究需要一种方法来生成听起来逼真的合成鸟鸣声。 为了实现这一目标，布宜诺斯艾利斯大学的一个团队使用数学模型合成了一种足够可信的假鸟鸣声，足以促使野鸟做出反应。
研究人员罗伯托·比斯特尔、安娜·阿马多尔和加布里埃尔·明德林研究了红领麻雀，这是一种领地意识很强的鸣禽。 麻雀的歌声由2-4个音符组成的简短主题组成，随后是颤音，整首歌通常持续约2秒。 在繁殖季节，雄性麻雀大约每分钟推特三声，每只鸟都唱着自己独特的主题。 如果麻雀听到同一物种的另一只鸟的歌声，它通常会通过提高歌声的频率来做出反应。
为了创造逼真的人工鸟鸣声，该团队使用了基于鸟类声音产生物理学的数学模型。 该模型描述了两对注射器阴唇（位于支气管和气管之间的连接处）的动力学，它们调节气流并产生声波。 这些声波在穿过鸟的气管、口食管腔和喙时被过滤。
通过定义鸟鸣产生过程中的肌肉活动和后续过滤，低维模型可以生成具有模拟给定歌曲的时间和声学特性的声音。 在他们的研究中，研究人员使用该模型根据之前红领麻雀的现场记录生成了 11 个合成主题。
在该领域
对模型生成的歌曲进行的实验室测试表明，合成歌曲产生的神经反应与鸟自己的歌曲引起的神经反应类似。 但为了充分评估真实程度，研究小组开始研究野生鸟类的行为。 这包括向雄性麻雀播放合成的和真实的鸟鸣声，并记录它们的行为反应，将其分类为听觉刺激引起的歌曲数量。
研究人员在阿根廷布宜诺斯艾利斯的 Parque Pereyra Iraola（联合国教科文组织生物圈保护区）内约 0.4 平方公里的区域工作，首先确定了具有中等歌唱活动的鸟类的位置，对 15 个地点的总共 26 只鸟类进行了研究。 在每 13 分钟的测试中，他们录制自然声音 2 分钟，重复播放一首歌曲 1 分钟，然后继续录制 10 分钟。 这些鸟总共接受了 256 次测试，其中 90 次是真实歌曲，81 次是合成歌曲，85 次是来自三种不同鸟类的歌曲。
为了量化鸟类的反应，研究小组使用降噪滤波器和带通滤波器处理记录的音频文件，仅关注麻雀的频率范围，然后计算相应的频谱图。 两名独立观察者检查了频谱图，以计算每个人每分钟发出的歌曲数量。 由于每只鸟都会唱一首独特的歌曲，因此团队可以在录音中确认每只鸟的身份。
每次测试开始时，鸟儿每分钟唱三到四首歌。 在播放录音的同时，歌唱表现明显提高。 播放停止后，歌声逐渐恢复原来的速度。 研究人员指出，鸟类对野外真实歌曲和合成歌曲的反应没有显着差异。 然而，其他物种的歌曲未能引起回应。
Bistel、Amador 和 Mindlin 表示，该模型为研究广泛的生物学问题提供了宝贵的工具。 他们写道：“这项工作为以可解释的方式操纵听觉刺激铺平了道路，可以解决一系列问题，这些问题可以极大地受益于我们物理模型允许的声刺激生成的灵活性。”
一种潜在的应用可能是测试表演假设，该假设提出歌唱的两个属性（音节产生的频率和音节的频谱范围）是歌手质量的可靠指标。 另一种选择是研究野生鸟类如何通过使用自动音频播放器进行播放来学习。
研究人员总结道：“我们方法的成功为支撑该模型的假设注入了信心，并为调查广泛的生物学问题提供了宝贵的工具。” 他们计划继续进行实地调查，进一步评估对模型生成的合成歌曲的行为反应。
明德林告诉《物理世界》：“一方面，我们计划修改模型中的某些参数，以确定哪些声学特征使歌曲对其他雄性更有吸引力，哪些对雌性更有吸引力。” “我们希望模型的可解释性将使我们能够了解这些声学特性背后的解剖或生理特征。”
该研究在《Physical评测 E》中有描述。
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