Một năm đi tìm thanh âm

Công chúng có lẽ không lạ với việc giới khoa học lắng nghe động vật và tìm cách hiểu muôn loài. 

Chuyện nghe băng tan, nghe tiếng lòng của đại dương hay nghe rừng cây rầm rì có lẽ sẽ khiến chúng ta tò mò hơn với nhiều khám phá mới mẻ và ứng dụng kỳ thú. 

Các nhà khoa học đã bận rộn suốt cả năm qua với những dự án như thế.

Có thể đối với nhiều người những đoạn băng ghi âm tẻ nhạt này không có mấy giá trị về mặt cảm xúc, nhưng chúng thực sự cung cấp những hiểu biết khoa học đáng kể cho giới nghiên cứu.

Nghe băng tan tuyết vỡ

Mùa hè năm nay, hai chuyên gia từ phòng thí nghiệm âm thanh thuộc Đại học Quốc gia Singapore, gồm trưởng phòng Mandar Chitre và nhà nghiên cứu Hari Vishnu, khởi hành đến vịnh hẹp Hornsund (thuộc quần đảo Svalbard, Na Uy), nơi có khối băng tan chảy ở các độ sâu khác nhau, để ghi âm tiếng băng tan.

Từ các đoạn băng thâu bằng máy ghi âm dưới nước (hydrophone), họ sẽ tính được tốc độ tan băng, giúp dự đoán tốc độ dâng mực nước biển chính xác hơn. Với các đảo quốc như Singapore, điều này giúp đặt ra các biện pháp dự phòng và ứng phó tốt hơn với tình trạng nước biển dâng trong tương lai. 

"Thông thường, các nhà nghiên cứu sẽ xem ảnh vệ tinh để tính toán lượng sông băng đang thu lại bao nhiêu, nhưng cách làm này không đưa ra bức tranh hoàn chỉnh vì chuyện băng tan chủ yếu xảy ra dưới nước" - tiến sĩ Chitre giải thích lý do "nghe băng tan" với báo Straits Times hồi tháng 1.

Martin Sharp, giáo sư, nhà nghiên cứu Đại học Alberta (Canada), cũng là người theo đuổi chuyện ghi âm các hiện tượng sông băng vỡ vụn hay tiếng dòng thác băng tan chảy để dự đoán tốc độ biến đổi khí hậu và sự biến động của mực nước biển. 

Nhiều năm trước, Sharp đã đào hố chôn các thiết bị điện tử gồm 7 micro, một cảm biến GPS, vài máy theo dõi địa chấn và một máy ghi âm mini ở khu vực Chỏm băng Devon lớn nhất ở Bắc Cực.

Kết quả thu về là đoạn ghi âm phác thảo nên một vùng băng giá vô cùng sinh động với tiếng chim sẻ tuyết ríu rít trên giàn khoan, những con mòng biển lượn vòng vỗ cánh phần phật. Đặc biệt nhất là tiếng nước chảy róc rách khi lớp băng sâu dần tan, những bong bóng khí nhỏ có lẽ đã mắc kẹt hàng thế kỷ trong những tảng băng nổ lách tách. Đoạn ghi âm thú vị dài 20 phút này đã được ông dùng để giảng dạy. "Âm thanh giúp người nghe cảm được ở đó thực sự thế nào" - nhà khoa học 64 tuổi nói với báo New York Times hồi tháng 3.

Sharp thuộc số những nhà khoa học tin rằng dữ liệu của họ, nếu đặt vào tay giới sáng tạo nghệ thuật, có thể sẽ trở thành những tác phẩm âm thanh ấn tượng khiến người nghe lưu tâm nhiều hơn và được truyền cảm hứng để giúp ngăn chặn những vấn đề vĩ mô mang tính toàn cầu như băng tan và biến đổi khí hậu.

Nhạc sĩ người Na Uy Winderen là người đi đầu trong việc biến những bản ghi âm đơn giản ở các dòng sông băng cũng như những vùng đất và nước xung quanh chúng thành những bản ghi đầy cảm xúc, hay podcast âm nhạc sâu sắc về sự tan chảy và nứt vỡ của khối băng qua. Tất cả chỉ vì bà đã trót yêu âm thanh của sự sống ẩn dưới những tảng băng tưởng chừng im lìm chầm chậm trôi.

Nghe lòng sông hát, nghe cỏ cây than

Hydrophone là một phương pháp chi phí thấp, không xâm lấn, cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi sự sống trong môi trường biển âm u nhất thế giới. Thiết bị này thuở ban đầu rất đắt tiền nhưng giá đã giảm trong thập niên qua.

Hiện nay có hàng ngàn máy ghi âm dưới nước trong các đại dương trên thế giới. Ngoài nghe băng, các nhà khoa học còn dùng nó để "lắng nghe tiếng hát của đại dương theo cách chưa từng có, giúp họ dựng nên một bức tranh phức tạp hơn nhiều về cuộc sống bên dưới những con sóng", theo BBC Future.

Hồi tháng 6, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã tham gia một nghiên cứu toàn cầu về âm thanh dưới nước nhân Ngày giám sát âm thanh thụ động của đại dương thế giới. Các nhà nghiên cứu đã so sánh âm thanh từ hơn 250 địa điểm, phác thảo rõ nét hơn về bối cảnh âm thanh đại dương toàn cầu tại cùng một thời điểm.

Việc ghi nhận âm thanh từ các loài đã được biết đến giúp chúng ta theo dõi những thay đổi trong hệ sinh thái đại dương do biến đổi khí hậu và các tác động khác của con người. Đồng thời các loài thủy sinh mới cũng liên tục được phát hiện, cung cấp thông tin có giá trị về các cộng đồng dân cư trong đại dương nói riêng và sự đa dạng sinh học cần thiết cho mọi sự sống trên trái đất nói chung.

Vào tháng 3, một nghiên cứu công bố trên Cell gây xôn xao: thực vật cũng "khóc thành tiếng" mỗi khi căng thẳng. Tiếng khóc của cây là những tiếng lộp bộp, lạo xạo mà các nhà khoa học ngờ là sản phẩm phụ của hiện tượng xâm thực khi các bong bóng khí nhỏ vỡ ra và tạo ra các sóng xung kích nhỏ bên trong hệ thống mô mạch của cây.

Nhà sinh vật học Lilach Hadany tại Đại học Tel Aviv (Israel) và nhà nghiên cứu dơi Yossi Yovel đặt cây cà chua vào trong hộp cách âm bằng gỗ với hai micro hướng vào thân cây, ghi lại bất kỳ âm thanh nào phát ra. Kết quả, họ ngạc nhiên khi thấy thực vật tạo ra nhiều tiếng ồn ào hơn khi chúng bị mất nước hoặc bị cắt thân (tương tự như bị động vật ăn cỏ tấn công). Những âm thanh tương tự từ thực vật trong nhà kính cũng được ghi.

Thú vị nhất chính là các loại thực vật khá rõ ràng trong bày tỏ cảm xúc, chúng phàn nàn cụ thể và đa dạng cho riêng từng loại căng thẳng mà chúng đang phải chịu. Những loài thực vật khó chịu không tạo ra âm thanh mà con người có thể nghe thấy, chúng có âm vực quá cao nhưng các âm thanh đó lại nằm trong ngưỡng nghe của các loài động vật khác, như chuột và bướm đêm.

Bước quan trọng tiếp theo là tìm hiểu xem liệu có sinh vật nào khác phản ứng với tiếng ồn do thực vật bị căng thẳng tạo ra hay không, cũng như tiềm năng sử dụng thông tin mà những tiếng ồn đó gợi ý về tình trạng của thực vật như thế nào cho hữu ích.

Nghe rừng để "thống kê dân số"

Nếu muốn đo lường mức độ đa dạng sinh học của khu rừng, việc lắng nghe tiếng kêu của động vật sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc mò mẫm trong bụi rậm để tìm dấu chân muông thú. 

Song cách làm này rất mất thời gian, và cần có chuyên gia với những đôi tai vàng. Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Communications hồi tháng 10 cho thấy có cách tốt hơn: để máy làm chuyện đó.

Giáo sư Jorg Muller, nhà điểu cầm học thực địa tại Trung tâm sinh học Đại học Wurzburg (Đức), đã cùng nhóm nghiên cứu của mình ghi lại âm thanh tại nhiều địa điểm trong vùng Choco của Ecuador từ các đồng cỏ, đồn điền ca cao bị bỏ hoang, đất canh tác nông nghiệp đang phục hồi cho đến các khu rừng già.

Đầu tiên họ nhờ các chuyên gia nghe các đoạn ghi âm và phân loại ra các loài chim, động vật có vú và động vật lưỡng cư. Sau đó, họ tiến hành phân tích chỉ số âm thanh, đưa ra thước đo về đa dạng sinh học dựa trên các số liệu từ không gian âm thanh như âm lượng và tần số của tiếng ồn. 

Cuối cùng, họ chạy các đoạn ghi âm trong hai tuần thông qua một chương trình máy tính có sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo (AI) đã được huấn luyện để phân biệt 75 tiếng chim.

Muller đánh giá phân tích không gian âm thanh là một công cụ hữu hiệu để quan sát sự phục hồi của các quần thể động vật trong rừng nhiệt đới, dù vẫn cần nhiều mẫu âm thanh hơn nữa để huấn luyện các mô hình AI. 

Ông cũng thừa nhận một hạn chế tất yếu: cách tiếp cận thông qua âm thanh này không áp dụng được với những loài kiệm tiếng kiệm lời dù vẫn hiện diện trong cùng một không gian sống.