Koktajli in podatki

Koktajli in podatki post thumbnail image

V pogovoru z Anito Zanella odkrivamo, zakaj in kako lahko zvočna uprizoritev astronomskih podatkov pomaga znanosti in širši javnosti.

Z nama je Anita Zanella, raziskovalka in komunikatorka znanosti. Se lahko prosim predstaviš poslušalcem in poslušalkam?

Pozdravljeni, z veseljem sem se odzvala vajinemu povabilu. Moje ime je Anita Zanella in sem trenutno raziskovalka na Italijanskem državnem inštitutu za astrofiziko INAF. Raziskujem galaksije, ki so izredno daleč. Zanima me, kako nastanejo in se razvijajo, kako sčasoma, ko vesolje postaja starejše, spremenijo obliko in kako svojo barvo. Po drugi strani pa se tudi zelo navdušujem nad komunikacijo znanosti in poučevanjem. Rada pripravljam poljudnoznanstvene dogodke za splošno javnost in izobraževalne dogodke v šolah. Rečem lahko, da nosim različna oblačila ob različnih priložnostih.

Januarja si soorganizirala zelo zanimivo delavnico o sonifikaciji podatkov, ki se je odvijala v Leidnu na Nizozemskem. Na delavnici se je zbralo veliko strokovnjakov iz različnih področij. Kateri je bil namen te delavnice?

Ena izmed stvari, ki me zanimajo, je možnost uporabe zvoka za predstavitev astronomskih podatkov. Zanima me tako uporaba zvoka v raziskovanju kot tudi njegova uporaba za poljudnoznanstveno komunikacijo in za izobraževalne namene v šolah.


Na Nizozemskem smo organizirali delavnico z naslovom “Audible Universe” (Zvočno vesolje). Naš cilj je bil, da zberemo astronome, ki pri svojem delu uporabljajo zvok, in tudi oblikovalce zvoka, glasbenike in učitelje. Naša zamisel je bila, da skupaj zberemo strokovnjake iz različnih področij, da se med seboj pogovorijo in poskušajo razumeti, kako lahko najbolje uporabiti zvok v astronomiji. Ugotoviti smo tudi želeli kakšno je trenutno stanje na tem področju in kako bi lahko dosežegli napredek na tem področju.

Astronomija pogosto pritegne pozornost ljudi zaradi privlačne vizualne vsebine, na primer s kombinacijami barv, ki pričarajo slikovit pogled nočnega neba ali vesolja. Omenila pa si, da so se delavnice udeležili tudi astronomi, ki pri svojem delu uporabljajo zvok. Zakaj bi uporabljali zvok namesto običajne vizualne predstavitve, še posebno v astronomiji?

O astronomiji razmišljamo običajno kot o vizualni znanosti. Raziskovalci upodabljajo podatke v obliki grafov in javnosti prikazujejo krasne astronomske slike. Zaradi tega se zdi, da je astronomija vizualna znanost, ampak mislim, da je to samo zato, ker smo tako navajeni. Iz najtemnejših kotičkov planeta vidimo lahko le 1000 zvezd s prostimi očmi, potem pa potrebujemo teleskope, da lahko vidimo dlje. Toda s teleskopi zberemo podatke, ki so v svojem bistu številke, te pa potem prevedemo v slike, da si jih lahko razložimo. Kar imamo pa so le številke. Vemo tudi, da je mrežnica v naših očeh občutljiva le na majhen del elektromagnetnega spektra, torej le na del svetlobe. Večine svetlobe pa z našimi očmi ne vidimo, in tudi zato potrebujemo instrumente, da jo lahko zberemo in zapišemo s številkami.

Velika vprašanja, ki si jih zastavljamo te dni, so na primer, ali lahko te številke prevedemo ne le v slike, ampak tudi v zvok, in kako lahko to naredimo. Razlogov za to je več. Najpomembnejši je ta, da bi zvok, morda skupaj z vizualizacijo, astronomijo lahko približal vsem, tudi slepim in slabovidnim. Trenutno so slepi izključeni iz pouka naravoslovja že v zelo mladih letih, in to samo zaradi tega, ker nimamo ustreznih orodij in pripomočkov. Uporaba zvoka pa bi omogočila, da bi jim predstavili astronomijo in omogočili kariero. Trenutno je na svetu samo šest slepih astronomov, to pomeni en slep astronom na 2000 oseb, kar je izredno malo. Uporaba zvoka bi lahko omogočila, da bi skupnost znanstvenikov bila bolj raznolika.

Po drugi strani pa imamo primere, ko bi zvok lahko zelo pomagal pri raziskavah. Tak je na primer učinek koktajl zabave. Predstavljajmo si, da smo na zabavi, kjer slišimo našega prijatelja, kako govori na drugi strani sobe. Njegov glas lahko zlahka slišimo kljub hrušču zabave. Astronomi običajno opazujemo objekte z zelo šibkimi signali v zašumljenem ozadju. V tem primeru bi nam naša ušesa lahko pomagala pri iskanju teh šibkih signalov v šumu. Naša ušesa so lahko celo boljša od naših oči. Obstajajo torej primeri, ko bi zvok lahko pomagal tudi ljudem, ki sicer dobro vidijo.

Kot tretje dejstvo pa je prednost zvoka pri pripravi poljudnoznanstvega materiala ta, da je zvok lahko zelo prijeten in vabi k sodelovanju. Z uporabo zvoka lahko povečamo zanimanje javnosti.

Učinek koktajl zabave lahko preverimo na primeru črne luknje. Poslušajte, kako naj bi zvenelo zlitje črnih lukenj brez šuma. Drug zvočni posnetek je zašumljen, kot so ponavadi astronomski podatki. V tem drugem posnetku lahko preverite, če zašumljenosti navkljub zaslišite zlitje črnih lukenj.

Vam je uspelo? Zvok, ki ste ga slišali, je pripravila ekipa Black Hole Hunter, ki je oblikovala spletno igro. Na njihovi spletni strani se lahko pozabavate še z drugimi primeri iskanja zvoka zlitja črnih lukenj.

Vrnimo se k vprašanju, ki si ga že sama izpostavila: kako pa sploh sonificiramo zvok? Imamo nabor podatkov, kako ga potem spremenimo v zvok?

Prevod številk v zvok je poljuben. Odločiti se moramo, kateri fizični parameter pripišemo parametru zvoka. Zvok ima 12 parametrov, pa tudi časovne in prostorske dimenzije, na primer od kod zvok prihaja, potem imamo višino tona, barvo, trajanje zvoka in tako naprej. Lahko se torej odločimo, da povežemo barvo podatkov z višino tona, ali pa razdaljo vira, ki ga preučujemo, z barvo zvena, in tako naprej. Trenutno ni nobenih standardov, in to je eden izmed izzivov in tema, na kateri sedaj delamo. Raziskovalci psihoakustike so na primer preučili nekaj teh vprašanj in pripravili priporočila.

Ravno zato smo na delavnico “Zvočno vesolje” povabili ljudi iz različnih strok, da se lahko od njih učimo in začnemo uporabljati njihove standarde tudi v astronomski skupnosti. Naučili so nas na primer, da če želimo klasificirati objekte, na primer eliptične in spiralne galaksije, je najbolje, da za to uporabimo barvo zvoka. Če pa želimo primerjati objekte, na primer svetle in temne galaksije, kjer obstaja nek kontinuum od najsvetlejših do najtemnejših galaksij, potem je bolje, če uporabimo višino zvoka.

Sonifikacija je torej poljubna, vendar pa razvijamo standardne parametre.

Najina publika je že slišala nekatere primere sonifikacije astronomskih podatkov, ki sva jih uporabili v prejšnjih sezonah podkasta. Ampak tam je šlo za surove podatke, ki so bili samo prestavljeni na frekvence, ki jih lahko slišimo. Omenila si, da je bil na tem področju dosežen napredek. Kaj misliš, da so naslednji koraki, ki bi astronomom omogočili uporabo zvoka za reprezentacijo podatkov?


Odgovorila bom na morda nekoliko provokativen način. Sonifikacije, ki jih trenutno astronomi izdelujejo, so res neprimerne. Zato jih ne moremo poslati v splošno javnost, ker takih sonifikacij ne bo nihče poslušal. Upam, da bomo v sodelovanju z glasbeniki in snovalci zvoka razvili nekoliko bolj prijetne sonifikacije. To je res ključno za poljudnoznanstvene predstavitve in delavnice na šolah.

Gre za enako razliko, ki jo vidimo med surovimi podatki in surovo vizualizacijo, ki jo uporabljamo v raziskavah, in med čudovitimi slikami, ki jih predstavimo javnosti. Tukaj moramo narediti enako. Lahko imamo grde sonifikacije za raziskovalce, ki so vsekakor zanimive, ampak potem moramo pripraviti tudi prijetne in lepe sonifikacije za javnost in za otroke v šolah.


Mislim, da je to naslednji izziv, in eden izmed razlogov, zakaj moramo v proces vključiti glasbenike in strokovnjake za sonifikacijo podatkov.

Kaj pa so še ostali izzivi, s katerimi se srečujete pri sonifikaciji?


Kot sem omenila, je eden izmed izzivov pomanjkanje standardov. Vsakdo lahko na svoj način ustvari sonifikacijo, vendar je potem zelo težko razumeti, kaj poslušamo. Zato potrebujemo standardizacijo, na podoben način, kot imamo standarde za slike.


Naslednja stvar je skepticizem, s katerim se soočamo, recimo v akademskih okoljih. Ko raziskovalce prosimo, naj poslušajo podatke, nas naprej vprašajo “Ampak zakaj? Lahko jih vidim, zakaj bi jih morali še poslušati? Imam svoja orodja za gledanje, zakaj bi svoj način dela morali spremeniti?”, in pa tudi, zakaj bi morala sonifikacija delovati. Mislim, da moramo uvesti strogo testiranje in ovrednotenje sonifikacije. Preveriti moramo kdaj sonifikacija deluje, zakaj je uporabna, kdaj je bolj uporabna kot vizualizacija, in kdaj jo lahko uporabimo hkrati z vizualizacijo. Potrebujemo dokaz, da je to učinkovit način analize podatkov.


Enako moramo storiti z javnostjo. Javnost ne ve, da astronomija ni vizualna in so podatki le številke. Moramo jim sporočiti: Začnemo s številkami, in potem vam damo slike, ampak lahko vam pa damo tudi zvok. Lahko nam zaupate, da lahko z zvokom raziskujemo podatke. Naslednja stvar, ki jo torej moramo narediti, je ozaveščanje javnosti, da se z astronomijo lahko ukvarja vsak in se o njej uči, ne glede na njihovo oviranost, okvarjen vid in tako naprej.

V povezavi s tem vsako leto organiziramo astronomski festival. Zgodi se junija blizu Mantove v severni Italiji. Letos bo tema ‘Multisenzorična astronomija’, naslov pa bo “Vesolje v vseh pogledih” (oz. The Universe in all senses). Vse aktivnost bodo za javnost predstavljene za vsaj dve različni čutili. To bo omogočilo, da bo festival dostopen vsem, ne glede na njihovo morebitno oviranost. To je izziv, ampak mislim, da ga je lepo premagovati.

Katere pa so še dodatne prednosti zvočne predstavitve podatkov v primerjavi z vizualno?


Kot sem prej omenila, je ena izmed prednosti delo z zašumljenimi podatki. Zvočni posnetek lahko v takem primeru pomaga.


Kot sem že omenila ima zvok do 12 parametrov, ki jih lahko porabimo. V astronomiji vse pogosteje delamo s takoimenovanimi velikimi podatki, na primer s podatkovnimi kockami ali celo podatki v več dimenzijah. Vizualizacija takih podatkov je zelo težka, ker lahko uporabimo le do tri prostorske dimenzije. V takem primeru bi lahko združili vizualno in zvočno reprezentacijo in s tem razširili število dimenzij, ki jih hkrati lahko raziskujemo. To bi torej lahko povečalo parametrski prostor oziroma prostor raziskovanja, ki ga astronomi lahko dosežemo s podatki.

Naslednji primer so pojavi na nebu, ki so kratkotrajne narave (angl. transients). V nekem trenutku se pojavi izvor svetlobe, v naslednjem trenutku pa že izgine. V tem primeru mora astronom, ki je v kontrolni sobi teleskopa, hitro ponovno opazovati ta objekt. Namesto strmenja v ekran bi lahko usposobili zvočni alarm, ko pride do takih dogodkov. Audio je v takem primeru zelo uporaben. Z našimi očmi lahko vmes delamo nekaj drugega in hkrati poslušamo zvok ter čakamo na alarm, kot to počnemo na primer v kontrolnih sobah, bolnicah in v drugih situacijah. Torej je zvok za spremljanje alarmov uporaben.

Poslušajte sonifikacijo zvezd, ki se po Sončevem zahodu začenjajo pojavljat na nočnem nebu v Čilu, ob Zelo velikem teleskopu v lasti Evropskega južnega observatorija. Svetlejše slišimo prej, predno zaide sonce. Barvo uprizarja ton: višji za modre, nižji za rdeče. Njihovo lokacijo na nebu pa spremljamo preko stereo učinka. Originalna verzija tega posnetka je bila narejena za video Audio Universe: Tour of the Solar System, ki je primeren za planetarije. Povezavo do posnetka in ostale informacije o avtorjih najdete v zapiskih. 

Kako pa prepričati raziskovalce, da uporabljajo dve vrsti čutil hkrati? Tega običajno res nismo navajeni.

To je naslednji izziv pri sonifikaciji. Naredili smo eksperiment, kjer smo astronomom in laikom predstavili nekaj sonifikacij in nekaj grafov, narejenih z istimi podatki. Ugotovili smo, da so se astronomi odrezali zelo dobro pri branju grafov, medtem ko je šla naloga ne-astronomom le povprečno dobro. Pri sonifikaciji pa sta se obe skupini odrezali enako dobro, nivo uspeha je bil enak.

Kar smo ugotovili je to, da so astronomi trenirani gledalci podatkov. Če želimo uporabljati zvok, moramo ljudi naučiti spretnosti pozornega poslušanja. Za učenje moramo sonifikacijo vključiti v šole v splošen učni načrt, in na tem sedaj delamo. Imamo doktorskega študenta oz. študentko v psihoakustiki in astronomiji, in to je prva tovrstna doktorska raziskava s katero sem seznanjena. Kar počnemo so testiranja v osnovnih šolah.

Sonifikacijo uporabimo večkrat skozi leto in spremljamo, koliko se otroci naučijo s sonifikacijo, kako aktivno sodelujejo, ali pri uporabi zvoka bolj sodelujejo v znanosti kot le pri uporabi vida. Na tej šoli, kjer projekt izvajamo, so tudi slepi učenci, to je tudi razlog, zakaj smo začeli tam. Spremljamo tudi, kako se percepcija slepih in videčih učencev spreminja, ko uporabljamo zvok v znanosti in možnosti delovanja v znanosti ne glede na oviranosti.

Omenila si, da se sonifikacija uporablja pri temah, povezanih z astronomijo, ampak podatke zbiramo tudi v drugih vejah znanosti. Ali poznaš tudi druga področja, ki prav tako začenjajo s sonifikacijo podatkov?

Astronomije vsaj v Italiji ni v splošnem učnem načrtu v šolah, zato poskušamo temo sonifikacije predstaviti pri pouku geometrije, matematike, naravoslovja, in tam potem predstavimo tudi nekaj astronomije. Če nam uspe predstaviti sonifikacijo pri vseh znanstvenih disciplinah, potem je to že zelo dober korak naprej. V šolah učitelji raziskujejo in uporabljajo orodja za sonifikacijo pri pouku likovne vzgoje, ker je to predmet, kjer imajo slepi učenci težave. Razen tega pa v profesionalnem okolju sonifikacijo veliko uporabljajo v biologiji in seizmografiji. Torej obstaja veliko število raziskav, kjer so uporabili sonifikacijo, in pri tem celo prišli do novih odkritij. Ena izmed stvari, ki smo jih naredili v sodelovanju s Saro Lenzi, ki je oblikovalka zvoka, je to, da smo zbrali vsa orodja in aplikacije za sonifikacijo, ki so trenutno na voljo v vseh disciplinah. Obstaja arhiv vseh sonificiranih podatkov, po njih lahko iščemo glede na njihove ključne besede in discipline. Upam, da bo to pospešilo razvoj sonifikacije.

Ta arhiv je javno dostopen in ga lahko prebrskate tukaj.

Omenila si, da sonifikacija že postaja pomemben del raziskav in da jo nekateri astronomi že uporabljajo pri svojem raziskovanju. Za lažjo predstavo: nama lahko navedeš nekaj primerov, kaj točno delajo in kako uporabljajo sonifikacijo?

Obstaja le peščica primerov, ker je to še vedno niša.

Eni prvih sonifikacij v astronomiji, za katero vem, je naredil Donald Garnett v 60-ih letih prejšnjega stoletja. Šlo je za podatke, ki jih je pridobivala misija Cassini. Na neki točki je bilo z njeno elektroniko nekaj narobe in ni jim uspelo ugotoviti, kaj bi to lahko bilo. Podatke so vizualizirali, ampak niso dobili uporabnih informacij. Potem pa je na neki točki nekdo, mislim, da je bil inženir, rekel: “Pa poskusimo podatke sonificirati!” Kar so slišali, je bilo podobno zvoku izstrelka pištole in tako so ugotovili, da so bili krivci meteoriti, ki so “trkali” v elektroniko in povzročali škodo.

Še en primer je opisan v članku, mislim da iz leta 2012, kjer so raziskovali razmerje med izotopi elementov v nekaterih zvezdah – ne ukvarjam se z zvezdami, zato me ne sprašujta podrobnosti. V podatkih so našli signale z uporabo zvoka. To je potem vodilo vizualizacijo in statistično analizo. Mislim, da si ne moremo predstavljati, kako bi lahko uporabljali sonifikacijo za kvantitativno analizo – za to imamo kodo in statistiko in to je vse, kar uporabljamo. Predstavljam si, da sonifikacijo lahko uporabljamo na enak način kot trenutno uporabljamo vizualizacijo, torej samo za raziskovanje baze podatkov, torej vodenje naših statističnih orodij.

Obstaja kar nekaj programov za sonifikacijo podatkov. Ali so na spletu prosto dostopni, tudi za uporabo v drugih znanostih?

Ja, večina je na voljo na spletu brezplačno za prenos in uporabo na osebnem računalniku. Kot praviš, obstajajo različna orodja, ki uporabljajo različne načine za sonifikacijo podatkov, poleg tega so namenjeni sonifikaciji različnih podatkov. Nekateri sonificirajo le enodimenzionalne podatke, drugi lahko sonificirajo slike, nekateri pa začenjajo s sonifikacijo 3-dimenzionalnih podatkovnih kock. Nekateri uporabljajo samo zvok, večina uporablja tudi vizualna orodja.

Eden izmed njih, ki ga sedaj tudi uporabljamo v šolah, uporablja umetno inteligenco. Imenuje se Herakoi. Lahko prepozna prst uporabnika, in ko drsimo skozi sliko, poslušamo zvok barv in vrhov, ki se jih dotikamo. To je zelo učinkovito za javnost in v šolah.Vsi so prosto dostopni za uporabo na domačem računalniku. Edina pomanjkljivost je, da večinoma nimajo kaj dosti navodil za uporabo, in tukaj pritiskamo na razvijalce, naj napišejo uporabniške priročnike, primere uporabe in recenzirane članke. To bi zelo pomagalo uporabnikom in pri razširjanju uporabe sonifikacije.

Intervju smo začeli z delavnico, ki ste jo organizirali, pa naj še končamo s to temo. Ste pri organizaciji naleteli na ovire in izzive, glede na to, da gre za novo raziskovalno področje?

Gre za novo temo, novo področje in nove ljudi. Delavnica bi lahko bila velik uspeh ali velik polom. Mislim, da je delavnica uspela, ampak kot si rekla, naleteli smo na izzive. Največji je bil v iskanju pravega jezika za sporazumevanje, vsaj na začetku. V sobo daš astronome in oblikovalce zvoka, in vsi poznajo besedo ‘frekvenca’, ampak jo uporabljajo na različne načine, oz. beseda pomeni različne stvari. Uporabljamo torej iste besede, ampak ne govorimo istega jezika. To je bila ena stvar, na katero smo se morali navaditi. Potrebno je bilo veliko potrpežljivosti s strani vseh udeležencev, in tudi razlag, kaj točno pomenijo besede, ki jih uporabljajo. Potrebna je bila odprtost in pripravljenost na vprašanja, pa tudi postavljanje vprašanj glede nejasnosti, kar ni tako značilno za raziskovalce [smeh]. Neradi priznamo, da nečesa ne vemo ali ne razumemo, in to je bila zares prva ovira in prvi korak, ki smo ga morali preseči. Mislim, da nam je uspelo, vzdušje je bilo zelo igrivo in vzpodbudno. Mislim, da je bil to dober in pravi kraj za izvedbo.

Ali že načrtujete naslednjo tako delavnico?

Ta je bila že druga. Prva je bila organizirana na spletu zaradi pandemije in je trajala le zelo kratek čas – 3 dni. Potem pa smo želeli nadaljevanje z osebno udeležbo – in to je konferenca, ki se je odvila decembra in je trajala 5 dni. Naslednji velik dogodek bo konec junija. Gre za veliko konferenco, ki je ne organizirajo astronomi, ampak običajno oblikovalci zvoka in glasbeniki. Imenuje se ICAD. Na tej konferenci večinoma predstavljajo zvočne prikazovalnike, organizirajo pa tudi koncerte in pokrivajo široko področje uporabe. Organizirali bodo posebno srečanje o sonifikaciji astronomskih podatkov. To je torej naslednji tak dogodek.

Anita, najlepša hvala za intervju in zelo zanimive informacije. Mislim, da sva se naučili veliko, tudi o sonifikaciji. Upava, da se kmalu spet slišimo v kakšni izmed naslednjih epizod.

Hvala, z veseljem sem se odzvala vajinemu povabilu.