Zvočna katarza in globokomorsko arktično segrevanje
Zagotovo ste že kdaj telefonirali na javnem prevozu. Ali pa se pogovarjali s prijateljem v polnem lokalu. Okoliški vrvež kar prehitro pogoltne besede, ki so bile namenjene nam. S tem problemom se ukvarja dvojec tajvanskih znanstvenikov, ki sta v reviji Applied Mathematics for Modern Challenges opisala svoj algoritem za čiščenje zvočnih posnetkov. Z algoritmom, ki združuje Fourierevo transformacijo in samodejni kodirnik, sta se lani preizkusila na tekmovanju v čiščenju zvočnih posnetkov v Helsinkih, kjer sta osvojila drugo mesto.
Helsinki Speech Challenge je bilo sestavljeno iz treh izzivov. Zvočni posnetki so bili zbrani iz zvočnih knjig in ustrezno premešani. V prvem izzivu so med mikrofon in zvočnik, ki je predvajal čiste posnetke odlomkov iz knjig, postavili peno, ki je delovala kot zvočni filter. V drugem izzivu so mikrofon in zvočnik postavili v hodnik, zaradi česar je zvok odmeval. Za zadnji izziv pa so že filtrirane posnetke iz prvega izziva ponovno posneli v hodniku.
Za čiščenje zvočnih posnetkov sta znanstvenika uporabila Fourierevo transformacijo. Pomislimo na naslovnico albuma Temna stran lune skupine Pink Floyd, na katerem prizma razbije žarek svetlobe na čiste barve. Fouriereva transformacija deluje kot nekakšna prizma za zvok, ki zvočni posnetek razstavi na posamezne frekvence. Ko sta znanstvenika zvočni posnetek razstavila na preproste frekvence, sta se lotila čiščenja posnetka. Morala sta torej izbirati tista valovanja, ki sta jih želela ojačati oziroma ohraniti. Tu pride na vrsto samodejni kodirnik. Samodejni kodirnik je nevronska mreža, ki sta jo znanstvenika trenirala na velikem naboru neočiščenih in očiščenih posnetkov. S tem se je kodirnik naučil prepoznave valovanj, značilnih za človeški govor. Ko je kodirnik s posnetka odstranil odvečni šum in odmev, je rekonstruiral očiščeni zvočni posnetek. Potem sta ga znanstvenika z inverzno Fourierevo transformacijo ponovno spravila v obliko, namenjeno človeškemu ušesu.
Njun algoritem je za obdelavo posnetkov, dolgih med dvajset in štirideset minut, vselej potreboval manj kot dve minuti. Za primerjavo: kompleksne nevronske mreže ponavadi potrebujejo več časa, kot traja posnetek. Posebej dobro se je izkazal v nalogi ena, kjer so posnetke popačili predvsem s filtriranjem skozi peno. Tukaj je model učinkovito obnovil visoke frekvence, ki jih je filter oslabil. Za nalogi dve in tri, kjer nastopata še večja razpršenost zvoka in odmevanje, pa se je izkazalo, da je njun algoritem nekoliko preobčutljiv. Tudi po čiščenju so bili pogosto še prisotni ostanki odmeva.
Skupni rezultati tekmovanja kažejo, da je pristop tajvanskih raziskovalcev izjemno učinkovit pri obnovi filtriranih posnetkov in obenem zelo hiter. Hitrost je za tovrstne algoritme ključna, saj so v uporabi v slušnih aparatih in slušalkah, kjer moramo skoraj sočasno slišati očiščen zvok. Medtem ko drugi podobni algoritmi navadno uporabljajo kompleksne nevronske mreže in računalniško zahtevne metode za prepoznavo govora, je samodejni kodirnik dokaj enostavna in hitra nevronska mreža. Tajvanski duo je torej pokazal, kako daleč je mogoče priti že z razmeroma lahkotnim algoritmom in premišljeno uporabo matematičnih orodij.
/////////
Doslej smo domnevali, da večina toplote, dovedene v globoki Arktični ocean, izhaja iz geotermalnih vrelcev na njegovem dnu. V zadnjih letih pa so znanstveniki in znanstvenice izmerili, da je segrevanje v oceanskih globinah večje, kot lahko pojasnimo zgolj z geotermalno energijo. Raziskovalke in raziskovalci z Oceanske univerze na Kitajskem in Laboratorija Laoshan so v novi študiji z modeliranjem ugotovili, da je segrevanje najverjetneje posledica pritoka vse toplejše vode iz Grenlandske kotline. Raziskavo so objavili v reviji Science Advances.
Severni tečaj obliva hladni Arktični ocean. Njegovo dno je sestavljeno iz več kotlin in grebenov, po sredini pa ga seka podmorsko gorovje, imenovano Hrbet Lomonosova, ki poteka od vrha Grenlandije do obale osrednje Sibirije. Hrbet Lomonosova deluje kot pregrada in ocean deli na dve kotlini – ena je na severnoameriški, druga pa na evrazijski strani. Voda v njiju se ne meša, zato imata kotlini različno temperaturo in slanost. Geotermalna toplota, dovedena s tal oceana, močno prispeva k ohranjanju temperature pritalnega sloja vode. Z meritvami temperature sedimentov lahko določijo geotermalni toplotni tok. Čeprav je majhen, pojasni izmerjeno temperaturo Severnoameriške kotline, kar pa ne velja za Evrazijsko kotlino, ki se segreva kar petkrat hitreje od pričakovanega.
Raziskovalna skupina je predvidevala, da bi k segrevanju Evrazijske kotline lahko prispevalo spuščanje hladne površinske vode navzdol po pobočjih jarkov in grebenov. Pri tem s sabo potegne toplejši pritok Atlantskega oceana, a tudi vodo iz hladnejših plasti. Na segrevanje pa bi lahko vplivali tudi drugi dejavniki, kot je večje geotermalno segrevanje ali dotok vode iz Grenlandske kotline. Da bi dejavnike preverila, je skupina zasnovala fizikalni model kroženja vode in toplote v Arktičnem oceanu. S simulacijo so nato poskusili reproducirati rezultate meritev in tako oceniti, kateri od dejavnikov ima največji vpliv. Toda glede na rezultate simulacij ima konvekcija vpliv zgolj v plitvejših predelih in se njen vpliv z globino zmanjšuje, zato ne pojasni porasta globokomorske temperature.
V rezultatih modeliranja so opazili, da segrevanje najverjetneje povzroča pritok vode iz Grenlandske kotline, ki se še posebej hitro segreva. Kotlina leži med Islandijo, Grenlandijo in otočjem Svalbard. Globoka voda Grenlandske kotline je še nedavno služila kot pritok hladne vode v Evrazijsko kotlino. Zaradi segrevanja pa ni več hladnejša od okolice in temperatura v Evrazijski kotlini posledično narašča.
prepreči, da bi se segrevajoča se voda premaknila tudi v Severnoameriško kotlino, zato je segrevanje omejeno na Evrazijsko.
Raziskava je upoštevala meritve od leta 1900, ki so nakazovale na skoraj stalno temperaturo v dvajsetem stoletju in hiter dvig temperature v zadnjih tridesetih letih. Zato lahko glede na rezultate raziskave sklepamo, da imajo podnebne spremembe vpliv tudi na ravnovesja odročnih in zelo stabilnih sistemov, kot je globoko dno Arktičnega oceana.
Oddajo je za vas po Fourierevo transformiral vajenec Jaka, v Arktični ocean pa se je potopila vajenka Staša.
Dodaj komentar
Komentiraj