CE28 - Cognition, éducation, formation

Perception audiitive des paysages sonores naturels: Entendre la bioversité – HEARBIODIV

Ecouter la biodiversité

L'objectif du présent projet est d'évaluer dans quelle mesure et comment les humains perçoivent les «paysages sonores naturels«, tels que ceux produits par les forêts, les prairies, les prés, les savanes ou les déserts.

Objectifs

Plus précisément, le présent projet vise à évaluer et à expliquer la capacité des humains à : (i) distinguer les paysages sonores naturels générés par les biomes terrestres ; (ii) reconnaître les sources sonores biologiques (c'est-à-dire la biophonie) ; (iii) distinguer les niveaux de biodiversité dans un paysage sonore.

Pour aborder ces questions, une base de données acoustique massive est constituée, incluant une variété de biomes terrestres. Les enregistrements acoustiques sont analysés à l'aide d'outils spécialisés de traitement du signal afin d'identifier les «statistiques« qui distinguent les biomes terrestres et la biophonie de la géophonie (sons géophysiques tels que la pluie ou le vent). Des modèles informatiques du système auditif humain associés à des classificateurs automatiques sont développés pour prédire le comportement humain en réponse à des paysages sonores naturels ou artificiels. Des paradigmes psychophysiques sont conçus pour évaluer la capacité des observateurs humains à percevoir ces paysages sonores naturels ou artificiels, et les données empiriques sont comparées aux données simulées pour évaluer l'optimalité des observateurs humains dans ces tâches.

(i) Nous avons enregistré ou récupéré des paysages sonores naturels dans une variété (N=13) de biomes terrestres situés sur cinq continents (Amérique, Europe, Afrique, Asie, Océanie). Les enregistrements ont été obtenus pour au moins deux saisons contrastées. Ces biomes correspondent à : des forêts tempérées de feuillus et/ou de conifères (n=3), des forêts boréales (n=1), des forêts tropicales (n=3), des forêts subtropicales (n=1), des savanes (n=1), des déserts (n=1), des prairies (n=1), des prés (n=1) et des chaparral (n=1). Globalement, cette base de données acoustique massive (format wav) représentant une variété de biomes terrestres avec un impact humain minimal a une taille de 12 TB.
(ii) Une revue critique de la littérature éco-acoustique menée par un membre de l'ISYEB et de l'ENS-LSP nous a conduit à clarifier le concept de «paysage sonore« et à développer un cadre théorique pour expliquer comment les paysages sonores naturels sont produits. Ce cadre guidera les recherches du présent projet. Deux modèles informatiques du système auditif humain, comprenant un banc de filtres cochléaires et un banc de filtres de modulation centrale, ont été développés et affinés au cours de la première année.
(iii) Plusieurs paradigmes expérimentaux ont été conçus pour évaluer les capacités humaines à i) discriminer des paysages sonores naturels et ii) discriminer des assemblages artificiels différant en termes de nombre de vocalisations individuelles d'oiseaux ou d'espèces d'oiseaux. Un paradigme à choix forcé a été choisi pour tous les plans expérimentaux. Bien que difficile, ce paradigme à choix forcé décourage les biais et permet d'estimer la peformance et la sensibilité (d') pour chaque tâche. Un questionnaire a été conçu afin d'évaluer l'exposition au cours de la vie de nos participants à des paysages sonores naturels, et ainsi évaluer l'importance de l'expérience et du degré d'exposition à des paysages sonores naturels. Plusieurs vocodeurs ont été développés pour traiter les paysages sonores naturels, ce afin d'évaluer l'importance des indices spectraux et temporels dans la perception des paysages sonores. La collecte et l'analyse des données ont été effectuées sur plusieurs groupes de participants adultes entendants.

Les performances des participants étaient bien supérieures au hasard pour les stimuli non traités, ce qui indique une sensibilité élevée pour la discrimination des paysages sonores naturels. L'entraînement n'a pas affecté les performances. D'autres résultats indiquent que les indices acoustiques temporels ne jouent qu'un rôle mineur. Au contraire, les auditeurs semblent fonder leurs décisions principalement sur des indices spectraux grossiers liés aux sources sonores biologiques et à l'acoustique de l'habitat. Les simulations d'un réseau de neurones artificiel optimisé utilisant les informations spectro-temporelles extraites à la sortie d'un modèle de perception humaine confirment que les auditeurs excluent les informations temporelles disponibles dans la discrimination des paysages sonores naturels.

Au quotidien, nous écoutons des «paysages sonores» correspondant aux scènes produites par des sources sonores biologiques, géophysiques et anthrophoniques. Nous évaluerons, clarifierons et modéliserons les mécanismes sensoriels permettant aux humains de discriminer les textures auditives évoquées par des paysages sonores enregistrés dans des réserves naturelles; en particulier, nous étudierons les textures associées aux variations de biodiversité. Ceci sera réalisé en trois étapes: identification des statistiques de texture pertinentes pour l'évaluation de la biodiversité; sélection d'enregistrements de paysages sonores dans des zones protégées et analyse; évaluation psychophysique des capacités de discrimination de texture chez l'homme pour des paysages sonores différant en biodiversité. Les écarts des auditeurs par rapport aux performances de classifieurs automatiques permettront de caractériser le traitement d'information réalisé par l’homme pour l'évaluation de la biodiversité.

Coordination du projet

Christian LORENZI (Laboratoire des Systèmes Perceptifs)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ISYEB ISYEB
LSP Laboratoire des Systèmes Perceptifs
iGLOBES Interdisciplinary and Global Environmental Studies

Aide de l'ANR 314 766 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2021 - 36 Mois

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