Introduction
This Case Study was prepared for the Case Studies session of the 1997 Annual Meeting of the Statistical Society of Canada in Fredericton, New Brunswick. Four of the analyses presented there are published in The Canadian Journal of Statistics, Vol. 28, No. 1, pp 183-219, with an introduction by Jack Terhune and discussion by Sylvia Esterby.
Seals possess varied repertoires of underwater vocalisations. Geographic variation in call types have been reported for Weddell and bearded seal species, and the variations have been attributed to the isolation of breeding populations within these species.
The present study is concerned with harp seals (Phoca groenlandica), and in particular the herds from Jan Mayen Island, Gulf of St. Lawrence and Front. The data comes to us courtesy of Dr Jack (John) M. Terhune,Department of Biology, University of New Brunswick, St. John.
Tagging and morphometric studies suggest little exchange between the Jan Mayen Island, Gulf of St. Lawrence and Front harp seal herds. Vocalisation differences among these three herds would provide evidence that the groups are reproductively isolated.
A difficulty is that researchers do not know what constitutes a single vocalisation (or call) type, nor do they know how many call types seals have. Previously vocalisations were classified by a researcher listening to tape recordings and subjectively categorising the calls. A problem with this is that calls occur along a continuum and different researchers have varying criteria for what they think constitutes a different call type. As regards using calls to identify discrete seal populations, if the definitions of calls are very specific (resulting in a large number of call types) then between-herd differences may be exaggerated, while if call types are very broadly defined then actual interherd differences may be missed. A related issue is that the repertoire often has to be defined before other research on the potential behavioural effects of the vocalisations can be addressed. An objective classification method using only a few easily measured variables would be useful.
Several pictures of the spectrographic pattern of underwater vocalisations can be found in Terhune (1994). In the data set described below each picture is represented by several summary measures.
NA
Les données proviennent d’enregistrements sous-marins de phoques du Groenland vivant dans trois troupeaux différents. Mille cris ont été enregistrés pour chaque troupeau (île Jan Mayen, golfe Saint-Laurent et Front) et plusieurs caractéristiques notées pour chaque enregistrement. Ces variables sont les suivantes :
v1 ELEMDUR – durée de chaque élément de vocalisation, mesurée en millisecondes.
v2 INTERDUR – temps entre éléments, dans les cris à plusieurs éléments, mesuré en millisecondes. Notez que les cris ne comprennent pas tous plusieurs éléments et que cette variable est absente des cris simples. Lorsqu’elle est absente, la valeur « NA » lui est affectée.
v3 NO_ELEM – nombre d’éléments constituant l’appel. Chez les phoques du Groenland, tous les éléments d’un même cri sont similaires et l’espacement de ces éléments est constant.
v4 STARTFREQ – correspond au premier ton du cri ou au ton le plus élevé si le cri est très court (forme de cri 0 ci-dessous). Cette variable est mesurée en Hertz (Hz) mais il faudrait sans doute la convertir en octaves à l’aide de la formule suivante:
octave = log2(Hz)
en logarithme à base deux. On arrive donc au résultat suivant : 16 Hz correspond à l’octave 4, 32 Hz correspond à l’octave 2, 4096 Hz correspond à l’octave 9 etc. La conversion de Hertz en octaves est utile parce que les mammifères perçoivent les sons en octaves. Une octave correspond à un doublement du ton. Ainsi la différence entre 16 et 32 Hz est identique à la différence perçue entre 1 et 2 kHz.
v5 ENDFRE – correspond au ton final du cri ou au ton le plus bas si le cri est très court (forme de cri 0). Il faudrait également le convertir en mesure de bande d’octave.
v6 WAVEFORM – correspond à une série de formes d’ondes (fonction de l’amplitude dans le temps) qui se situent plus ou moins sur un continuum. Les ondes sont les suivantes :
sinusoïde à modulation de fréquence 9 modulation de fréquence légère et complexe 8 sinusoïde (son pur) 7 complexe (onde irrégulière) 5 impulsion d’amplitude, 4 pulsations 3 coup (pulsation très brève) 2 click (durée très courte) 1
v7 CALLSHAP – correspond à une série de formes de cris telles qu’elles apparaîtraient dans une analyse spectrale au sonographe (fonction de la fréquence dans le temps). Elles se situent sur un continuum. Voici certaines formes et les codes correspondants (formes approximatives) :v7 CALLSHAP – correspond à une série de formes de cris telles qu’elles apparaîtraient dans une analyse spectrale au sonographe (fonction de la fréquence dans le temps). Elles se situent sur un continuum. Voici certaines formes et les codes correspondants (formes approximatives) :
/ 9 _/ 8 _ / 7 /\ 6 _ ou . 5 \/ 4 \_ 3 _ \ 2 \ 1 | 0
v8 HERD – troupeau dans lequel les enregistrements ont été réalisés. Les codes sont les suivants :
Île Jan Mayen 1 Golfe Saint-Laurent 2 Front 3
Terhune, J.M. (1994) Geographical variation of harp seal underwater vocalisations, Can. J. Zoology 72(5) 892-897.
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