Musikalische Prinzipien finden sich im Gesang der Flötenvögel • Anton Morkovin • Science News zu "Elementen" • Bioakustik, Ornithologie

Musikalische Prinzipien beim Gesang von Flötenvögeln

Abb. 1. Milizflöte Vogel (Cracticus nigrogularis) – ein typischer Vertreter der australischen Familie der Schwalbenschwanzwürger (Artamidae). Kranvögel (Cracticinae), die Corvidenarten aus der Unterfamilie ähneln, sind unauffällig gefärbt, unterscheiden sich jedoch in einem vielfältigen und melodischen Lied. Foto von byronbaybackyard.com.au

Lieder von Vögeln werden oft mit Musik verglichen. Ist das ein oberflächlicher Vergleich, oder benutzt Vogelgesang wirklich die Prinzipien der musikalischen Harmonie? Eine Gruppe amerikanischer Forscher, die das Singen von Flötenvögeln studiert haben, betrachten die letztere Aussage als wahrer. Jedes musikalische Thema beinhaltet ein gewisses Gleichgewicht zwischen Wiederholbarkeit und Variation. Eine zu komplexe, ordungslose Melodie wird vom Hörer schlecht wahrgenommen, aber die monotone Wiederholung derselben Töne kann kaum als Musik bezeichnet werden. Vierzig Flötenvögel – einer der kompliziertesten gefiederten Sänger der Welt – behalten auch ein ähnliches Gleichgewicht bei. Personen mit einem reichen Repertoire reproduzieren regelmäßig ein einfaches und oft wiederholtes Leitmotiv, dank dem das Lied von Verwandten leichter erkannt und erinnert wird.

Flötenvögel (Cracticinae) sind eine endemische Gruppe für Australien, die wie Corviden oder Würger aussieht.Bei letzteren sind sie nicht nur durch den Hakenschnabel verbunden, sondern auch durch die Art, wie sie ihre Beute – Insekten oder kleine Wirbeltiere – auf scharfe Zweige oder Stacheln, wie Fleisch an Haken, aufspießen. Daher werden Flötenvögel im Englischen "Metzgervögel" (von "Metzger" – "Metzger") genannt, und die Spanier nennen sie "Verdugo" – Henker. Der russische Name, sowie eines der zahlreichen lokalen Ornithymen – "Organbirds", betonen ein anderes, nicht düsteres Merkmal: ein extrem komplexes und schönes Lied. Darüber hinaus kann es nicht nur von Männchen, sondern auch von Weibchen durchgeführt werden, was sehr typisch für Vögel der tropischen und äquatorialen Gürtel ist. Beide Paare singen entweder einzeln oder im Duett und bewachen gemeinsam ihr Territorium vor den Übergriffen ihrer Nachbarn.

Shrimp Flute Vögel (Cracticus nigrogularisgelten als die besten Sänger auf dem australischen Kontinent, wie die Nachtigallen in Europa oder die vielstimmigen Spötter in Nordamerika. Ihr Lied ist komplex und vielfältig und gleichzeitig gut strukturiert. Einzelne Notizen sind in stabile Kombinationen gruppiert – Phrasen. Jede Phrase dauert 2-3 Sekunden und ist von der nächsten etwas längeren Pause getrennt (Abb. 2). Gesang kann viele Stunden dauern.Die Anzahl der von einem Vogel gespielten Sätze ist sehr unterschiedlich; Während des Lebens können die Darsteller neue Phrasen lernen und von ihren Nachbarn lernen. Dank einer Kombination von Regelmäßigkeit und Vielfalt, stellte sich das Singen von Sorbet-Flötenvögeln im Mittelpunkt einer Gruppe von Psychologen und Bioakustikern, die nach musikalischen Prinzipien im Vogelgesang suchen.

Es ist ziemlich offensichtlich, dass in der Musik das Element der Ordnung mit dem Element der Unberechenbarkeit verbunden ist. Diese Kombination ist irgendwie in allen musikalischen Gattungen präsent, obwohl die "Proportion" der Unberechenbarkeit und Regelmäßigkeit je nach Genre sehr unterschiedlich ist: So hat der amerikanische Komponist Philip Glass eine Menge Wiederholungen. Der Grad der Vorhersagbarkeit kann sogar mathematisch abgeschätzt werden, wie dies 2011 von Informationstheoretikern durchgeführt wurde: In ihren Arbeiten haben sie die Genauigkeit der Vorhersage von Parametern einer Musikaufzeichnung anhand ihrer Fragmente bewertet. Ihrer Meinung nach sind die positiven Emotionen, die durch die Melodie verursacht werden, größtenteils mit der Fähigkeit verbunden, ihre Entwicklung vorherzusagen, aber gleichzeitig liegt das Geheimnis guter Musik in der richtigen Balance von Vorhersagbarkeit und Überraschung. Gibt es ein ähnliches Prinzip in der Vogel-Kommunikation?

Schwieriges Lied ist ein wichtiges Merkmal für die sexuelle Auswahl; Für viele Singvögel ist dies einer der wichtigsten Indikatoren für die Qualität eines Partners (obwohl es auf andere Weise passiert: siehe Ein einfaches Lied hilft Vögeln, Raubtiere zu vermeiden, "Elements", 27.06.2016). Um sich eine Vielzahl verschiedener Klänge einprägen zu können, muss man ein gutes Gedächtnis haben und vor allem lange leben – beides dient als verlässlicher Indikator für Gesundheit und macht den Sänger attraktiv für das andere Geschlecht. Zusätzlich können andere nützliche Informationen in einem komplexen Lied codiert werden. Zum Beispiel kann der Gesang derselben Art in verschiedenen Teilen des Verbreitungsgebietes seine eigenen Merkmale haben, daher zeigt die Ähnlichkeit der Leistung mit dem lokalen Lieddialekt, dass das Individuum lange in diesem Gebiet gelebt hat. Auf der anderen Seite wird übermäßig vielstimmiges Singen von anderen Personen kaum wahrgenommen, was für den Performer mit negativen Konsequenzen verbunden ist. Um beispielsweise die Vielfalt der Elemente in einem Lied zu bewerten, muss der Zuhörer zumindest im Kurzzeitgedächtnis ein ziemlich signifikantes Fragment behalten – ansonsten ist das Zählen der Elemente einfach unmöglich.Es ist klar, dass je höher die Vielfalt des Liedes ist, desto schwieriger es für den Zuhörer ist, es zu schätzen, und deshalb kann es für Sänger mit einem reichen Repertoire nützlich sein, einige Prinzipien zu verwenden, die das Auswendiglernen erleichtern.

Die Autoren des Artikels haben sich entschieden, herauszufinden, ob es spezielle "Regeln" beim Singen von Sorbetflöten gibt, die ein Gleichgewicht zwischen dem Reichtum des Repertoires und der Ordentlichkeit des Liedes bieten. Sie zeichneten die Stimmen von 17 Individuen auf, die während der Nistperiode eins nach dem anderen sangen, wobei der Höhepunkt im September-November (Frühling in der südlichen Hemisphäre) liegt. Jeder Vogel wurde nur einmal aufgenommen; Die Aufnahmen dauerten von 5 Minuten bis zu einer Stunde, durchschnittlich 32 Minuten. Das Geschlecht der Exemplare blieb unbekannt, da die Männchen und Weibchen von Sorbet-Flötenvögeln gleich aussehen (Abb. 1). Vor der Analyse wurde die Probe zufällig in zwei Gruppen (von 8 und 9 Vögeln) aufgeteilt, um eine davon als Testprobe zu verwenden.

In ihren Arbeiten verwendeten die Autoren eine schöne Methode der Visualisierung des Singens, bei der Klänge unterschiedlicher Höhen durch unterschiedliche Farben gekennzeichnet sind – das heißt, sie haben Töne in Farbe dargestellt. Die niedrigsten Töne werden in Rottönen angezeigt, hohe Töne in Blautönen Die dunkelblaue Farbe entspricht den Pausen (Abb. 2).

Abb. 2 Beachten Sie die Aufnahme von fünf Phrasen aus einem Flötenvogel orientalischen Lied (a) und ihr Sonogramm begleitet von Farbdarstellung (b). Die Farbe entspricht der Tonhöhe (Skala auf der rechten Seite, kHz) Der Buchstabe "R" in der Notation gibt den Klang des Beißens an. Roter Rahmen hervorgehobenes Motiv – ein stereotypes Fragment, das in mehreren Sätzen vorhanden ist. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Royal Society Offene Wissenschaft

Im Repertoire der Flötenvögel ist es leicht, Sätze zu finden, die sich im Klang unterscheiden, aber eine sorgfältige Analyse zeigt, dass sie alle durch zahlreiche Übergangsvarianten verbunden sind. Die Autoren verwendeten einen speziellen Klassifikationsalgorithmus und teilten die Phrasen aus dem Repertoire der Vögel in verschiedene Typen ein (Abb. 3, d). Wie man sieht, stellt ein "äußerlich" homogener Song (Abb. 3, c) tatsächlich eine homogene Mischung sehr unterschiedlicher Phrasen dar. Viele von ihnen enthalten jedoch repetitive Elemente, die die Autoren Motive genannt haben (Abb. 2). Dementsprechend kann die Ordentlichkeit eines Liedes in zwei Größen gemessen werden: die Beständigkeit der Reihenfolge verschiedener Phrasen und die Regelmäßigkeit der Wiederholung des einen oder anderen Motivs.

Abb. 3. Repertoire-Struktur von Sorbetflötenvögeln. (a) – singendes Sonogramm, (b) – die ersten fünf Liedphrasen, gefolgt von der Farbdarstellung, (c) – ungefähr 250 Zeilen, die den einzelnen Phrasen des Liedes in der Reihenfolge ihrer Aufführung entsprechen, (d) – die gleichen Sätze sortiert in der Reihenfolge der Ähnlichkeit miteinander. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Royal Society Offene Wissenschaft

Als Ordnungsmaß wählen die Autoren die Konstanz der Intervalle zwischen den gleichen Elementen – Phrasen eines bestimmten Typs oder bestimmter Motive. Wenn ein Element in einem Lied in ungefähr gleichen Intervallen erscheint, genauer gesagt, durch die gleiche Anzahl von Liedphrasen, zeigt dies eine hohe Regelmäßigkeit an. Umgekehrt, wenn sich die Intervalle zwischen den Wiederholungen ständig ändern, ist die Regelmäßigkeit gering.

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass ein hypothetischer Vogel vier Arten von Phrasen – A, B, C und D – sowie das Motiv ausführt ichdas ist nur in den Phrasen A und B enthalten. Wenn Phrasen streng regelmäßig ausgeführt werden (zum Beispiel wie folgt: "ABCD, ABCD, …"), ist der Abstand zwischen Wiederholungen desselben Elements immer gleich (vier Phrasen). Allerdings ist das Intervall zwischen Wiederholungen Motiv ich wird variieren ("AichBichCD, AichBichCD, … "): zwischen den Phrasen A und B ist das Intervall gleich einer Phrase und zwischen den Phrasen B und A – drei Phrasen. Dies bedeutet, dass die Regelmäßigkeit der Ausführung des Motivs niedriger ist als die Regelmäßigkeit der Wiederholung von Liedphrasen. Das Gegenteil ist auch möglich;ichC, AichD, BichD, AichD, BichC, BichD "ist auf der Ebene der Phrasen völlig ungeordnet, aber das Motiv erscheint mit konstanter Regelmäßigkeit in jeder zweiten Phrase.

Die Autoren berechneten Regelmäßigkeitsindikatoren für jedes Element des Liedes und berechneten dann basierend auf ihnen zwei verallgemeinerte Indizes, die die Regelmäßigkeit der Wiederholung von Phrasen und Motiven charakterisieren. Dann wurden diese Indizes mit Indikatoren für ein zufälliges Lied verglichen, das auf einem Computer erzeugt wurde, wobei die Phrasen in einer zufälligen Reihenfolge aufeinanderfolgen. In beiden Fällen war der Wert der Indizes für den "natürlichen" Song höher. Dies bedeutet, dass seine Regelmäßigkeit höher war, als man aufgrund des bloßen Zufalls erwarten würde. Diese Ergebnisse wurden für die Hauptprobe von 9 Vögeln erhalten, wobei jedoch Daten von weiteren 8 Individuen von der Testprobe angezogen wurden, die Anpassungen an diesem schönen Bild vornahmen. Es stellte sich heraus, dass sich die Reihenfolge der Sätze immer noch nicht von der zufälligen unterscheidet, aber die Wiederholung der Motive zeigt eine statistisch signifikante Regelmäßigkeit.

Dieses Ergebnis ließ die Autoren darüber nachdenken, ob die Reihenfolge der Sätze im Lied darauf abzielte, die regelmäßige Wiederholung von Motiven beizubehalten. Wie wir uns erinnern, kann dasselbe Motiv in verschiedenen Sätzen wiederholt werden, und deshalb kann es in regelmäßigen Abständen sogar mit einer ungeordneten Folge von Sätzen ausgeführt werden.Hier kommt jedoch ein weiterer Faktor ins Spiel – die Größe des Vogelrepertoires. Es ist klar, dass je mehr Phrasen und Motive ein Individuum aufführt, desto mehr "Raum" für Unregelmäßigkeiten in ihrem Gesang, da die potentielle Lücke zwischen Wiederholungen identischer Elemente zunimmt.

Um die möglichen Grenzen dieser Unregelmäßigkeit in Abhängigkeit von der Größe des Repertoires zu bewerten, griffen die Autoren erneut auf die künstliche Erzeugung eines Liedes zurück. Aber dieses Mal wurde das künstliche Lied nicht zufällig geschaffen, sondern in Übereinstimmung mit den Parametern des "natürlichen" Liedes. Im ersten Fall bewahrte es die Wahrscheinlichkeit von Übergängen von einem Phrasentyp zu einem anderen, im zweiten Fall wurde diese Wahrscheinlichkeit zufällig zwischen Phrasen gemischt. Stellen Sie sich also vor, dass eine Person drei Sätze A spieltichA bich und C, mit der Wahrscheinlichkeit, dass die Phrase Aich folge Bichbeträgt 80%, und nur in 20% der Fälle folgt der Ausdruck C. Offensichtlich, wenn diese Wahrscheinlichkeiten gegenseitig ersetzt werden (d. h. 80% für Übergang Aich-C und 20% für Übergang Aich-B) die Regelmäßigkeit des Singens auf der Phrasenebene ändert sich nicht, sondern die Regelmäßigkeit der Wiederholung des Motivs ich wird anders sein.

Die Autoren fanden heraus, dass bei allen 17 Vögeln die Wiederholbarkeit von Motiven mit den "natürlichen" Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen den Sätzen höher ist.Dies bedeutet, dass diese Wahrscheinlichkeiten "bewusst gewählt" sind, um die Regelmäßigkeit des Singens zu gewährleisten. Es stellte sich heraus, dass die Tendenz zur Regularisierung umso ausgeprägter ist, je höher die potentielle Unordnung des Liedes ist (die Verbreitung der Intervalle zwischen den gleichen Elementen mit zufälliger Mischung der Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen den Phrasen). So haben Vögel mit einem umfangreichen Repertoire mehr Mühe darauf verwandt, Motive mit konstanter Regelmäßigkeit zu erfüllen. Und wenn das Repertoire klein ist, dann gibt es dafür keine besondere Notwendigkeit, da sich selbst bei veränderten Wahrscheinlichkeiten für das Ändern von Phrasen die Reihenfolge des Singens leicht ändert.

All das bestätigt die ursprüngliche Hypothese über das Gleichgewicht von Ordnung und Vielfalt beim Gesang der magischen Flötenvögel. Die Autoren schlussfolgern, dass die Bildung der Liedsyntax ein aktiver Prozess ist, der die Größe des individuellen Stimmrepertoires berücksichtigt. Der Artikel schlug andere Erklärungen vor, die sich nicht notwendigerweise gegenseitig ausschließen. Erstens können sowohl die Größe des Repertoires als auch die Reihenfolge des Singens mit dem Alter zunehmen. Flöteneltern lernen, wie viele Singvögel, ihr ganzes Leben lang zu singen, so dass sie mit dem Alter immer mehr Elemente auswendig lernen können.Über den Einfluss des Alters auf die Regelmäßigkeit eines Liedes ist wenig bekannt; Erinnern Sie sich, dass die Autoren das genaue Alter der untersuchten Personen nicht kannten. Wenn wir davon ausgehen, dass sich im Laufe des Lebens des Vogels eine zunehmend regelmäßige Art der Ausführung bildet, ist das Bedürfnis nach zusätzlichen Erklärungen nicht mehr notwendig. Dies ist jedoch alles andere als offensichtlich: Schließlich nimmt, wie bereits oben erwähnt, die potentielle Störung des Singens mit einer Zunahme des Repertoires zu.

Zweitens kann sich die Fähigkeit von Vögeln, komplexe Liedkonstruktionen zu bauen, mit dem Alter verbessern. Ein solches Muster – wahr, auf Silbenebene – wurde sowohl bei Singvögeln als auch bei Kindern gezeigt. Wenn eine ähnliche Zunahme der Komplexität von Kombinationen auf der Ebene von Phrasen auftritt, dann kann sie zur Bildung von langen stabilen "Sätzen" bei älteren Flötenvögeln beitragen.

Drittens ist es möglich, dass ihre Sängerinnen mit zunehmendem Alter das Gedächtnis verbessern. Wenn magische Flötenvögel nicht in der Lage sein würden, das vorgetragene Motiv in Erinnerung zu behalten, würde er in dem Lied auf zufällige Weise erscheinen. Aber wenn eine solche Speicherung stattfindet, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, das Motiv zu wiederholen, mit einer Vergrößerung der Lücke nach der vorherigen Leistung – in voller Übereinstimmung mit dem hydraulischen Modell K.Lorentz (auch als "Zisternenmodell" bekannt): Das Modell geht davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Verhaltensaktes vom akkumulierten Handlungsimpuls abhängt. Daher ist es möglich, dass, wenn die Vögel reifen und ihr Gedächtnis entwickeln, die "instinktive" Tendenz zur Wiederholung des Motivs zunimmt.

Schliesslich, viertens, kann die Struktur des Liedes durch "Wünsche des Publikums" geleitet werden – im Falle der Vögel sind dies in erster Linie potentielle Ehepartner, die vom Gesang angezogen werden sollten. Viele Studien zeigen, dass Vögel in der Lage sind, die Reaktion anderer Individuen auf ihr Lied zu beurteilen und diese gegebenenfalls zu ändern. Am häufigsten werden Partner mit einem großen Vokalrepertoire bevorzugt; gleichzeitig kann es für die Zuhörer notwendig sein, jedes Element mehrmals anzuhören, um die Genauigkeit der Leistung zu bewerten. Die Fähigkeit, das Singen zu bewerten, ist jedoch durch die Speicherkapazität des Zuhörers begrenzt: Ein allzu vielfältiges Repertoire passt einfach nicht hinein und wird nicht geschätzt. Um die richtige Wirkung zu erzielen, sollten Vögel, die viele Motive kennen, diese mit größerer Regelmäßigkeit wiederholen, damit sich die Zuhörer mehrere aufeinanderfolgende Wiederholungen des Elements merken können.Im Gegenteil, es ist für Menschen mit einem kleinen Repertoire profitabler, die verschiedensten Lieder zu singen und alle ihnen bekannten Motive zu zeigen – und die notwendige Häufigkeit ihrer Wiederholungen wird durch die Tatsache gewährleistet, dass das Repertoire klein ist.

Eine regelmäßige Wiederholung von Motiven kann dennoch den notwendigen Eindruck eines regelmäßigen Liedes erzeugen; gleichzeitig hilft ihr Erscheinen in verschiedenen Kontexten (das heißt in verschiedenen Liedphrasen) Monotonie zu vermeiden und hilft vielleicht, das Interesse des Zuhörens aufrecht zu erhalten. All dies schafft interessante Parallelen zur Musikkultur des Menschen. Die Autoren weisen darauf hin, dass das charakteristische Gleichgewicht zwischen Monotonie und Vielfalt für eine Vielzahl von Musikstilen typisch ist. Es ist möglich, dass solche Muster in der komplexen Vokalisierung von Vögeln weit verbreitet sind.

Quelle: Eathan Janney, Hollis Taylor, Konstanz Scharff, David Rothenberg, Lucas C. Parra, Ofer Tchernichovski. Die zeitliche Regelmäßigkeit nimmt mit der Repertoirekomplexität im Lied des Australian Pied Butcherbird zu Royal Society Offene Wissenschaft. 2016. 3. 3. Nr. 9. DOI: 10.1098 / rsos.160357.

Anton Morkovin


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