作曲家羅伯特·L·亞歷山大在三年前坐在他的筆記型電腦前，聽著一段會讓大多數人昏昏欲睡的聲音檔案：那是一種微弱的拍打聲，就像遠處旗幟在強風中飄揚，一遍又一遍地重複，有時稍微大聲一點，有時安靜一點。
然而，亞歷山大是一個有耐心的人。在他聽了四十五分鐘後，拍打聲停止了，取而代之的是一種像風在森林中呼嘯的聲音。他回憶說，那是“所有呼嘯聲之母”。
事實上，這種聲音確實代表著類似於風的東西：太陽風，一股狂潮，橫跨太空，由太陽以每秒一百萬噸的速度噴射出的帶電粒子。2008年，美國國家航空航天局的“風”號宇宙飛船測量了這些粒子接近地球時產生的磁場。這個磁場完全無聲，但它的強度和方向會發生波動。亞歷山大也是密歇根大學研究太陽資料的研究生，他應用了自己的演算法將這些變化轉化為可聽的聲音。
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這種翻譯不僅僅是一種愛好。30歲的亞歷山大是一支不斷壯大的研究人員隊伍的一員，他們致力於聲音化的科學：將通常以視覺或數字方式顯示的資料轉化為聲音。耳朵，通常比眼睛更擅長挑選出模式中的細微差異，這有助於發現視覺顯示中不明顯的現象。現在，它正在幫助發現隱藏的天文活動，並將癌細胞與正常細胞區分開來。
牛津大學的神經科學家安德魯·金說，我們的耳朵“可以檢測到僅在幾毫秒後發生的聲音變化”。相比之下，眼睛檢測閃爍光線的極限約為每秒50到60次。除了太陽活動和癌症之外，聲音化還被用於檢查火山爆發，並辨別與宇宙微波背景相關的粒子變化模式，宇宙微波背景是宇宙大爆炸遺留下來的輻射。儘管如此，許多研究人員並沒有意識到這種方法的力量。美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的空間科學家艾倫·羅伯茨說：“我將其視為一種等待被開發的工具。”
傾聽資料
將資料轉化為聲音並不是一個新想法。1908年發明的蓋革計數器在存在高能帶電粒子時會發出咔噠聲。在20世紀80年代，愛荷華大學的物理學家唐納德·A·古內特用土星附近冰雹的錄音吸引了聽眾——他將“旅行者1號”和“旅行者2號”宇宙飛船的資料轉化為“砰！砰！”的聲音，這是由冰冷的物質碎片撞擊探測器，當它們犁過土星環時發出的聲音。
蘇黎世神經科學中心的神經科學家貝查拉·薩博認為，耳朵可以挑選出細微的模式，因為哺乳動物的聽覺系統比大腦的大多數其他部分更快地傳輸神經訊號。該系統擁有神經元之間已知的最大連線，一個稱為Held杯狀體的巨大突觸。這種花狀連線將聲波轉化為神經元活動中的尖峰；為此，Held杯狀體可以每秒釋放800次神經遞質——大腦的信使。薩博指出，相比之下，視覺通路沒有如此快速的神經連線：“最終，這些力學差異意味著，眼睛‘看不見’的刺激很容易被耳朵捕捉到。”
為了從無聲資料中建立音訊，科學家可以獲取X射線和伽馬射線的波動——或任何其他肉眼看不見的訊號——併為每個頻率或強度變化分配不同的聲音，使其在人類聽覺範圍內。
訣竅在於弄清楚科學家聽到的任何變化背後的含義。當亞歷山大在2012年聽到“呼嘯”聲時，他真的不知道這個聲音可能意味著什麼。戈達德研究員、空間物理學家羅伯特·T·威克斯也不知道，是他給了亞歷山大原始資料。
但是，當威克斯開始篩選“風”號在同一時間段內記錄的其他儀器的測量資料時，他注意到亞歷山大的錄音中存在一個奇怪的相關性。幾乎每次亞歷山大的檔案發出“呼嘯”聲時，威克斯都會發現太陽風中某些帶電粒子（氦離子）的密度出現上升。一種可能性是，圍繞磁力線旋轉的離子湧入，將它們的部分能量反向送回磁場，導致磁場擺動。
這種相互作用揭示了能量在磁場和粒子之間來回移動的一種方式。反過來，這一發現可能為太陽最深奧的謎團之一提供新的線索——為什麼太陽的外層大氣比其沸騰的表面熱數百倍。
威克斯說，聲音檔案“一直是一個啟示”，部分原因在於音訊壓縮資訊的能力。“風”號宇宙飛船大約每秒測量11次太陽風攜帶的磁場。但音訊的CD式取樣率在人類聽覺範圍內的每秒聲音中包含了44100次測量。因此，一年的磁場測量資料，如果用肉眼分析需要幾個月的時間，現在只需兩個小時的聲音即可。
這些細微的變化已經提醒科學家們注意太陽風中的重要區別。兩年前，亞歷山大利用美國國家航空航天局的另一顆衛星“先進成分探測器”收集的太陽磁粒子流的測量資料製作了一個音訊檔案。他將顯示風中兩種碳離子相對丰度的訊號——那些剝奪了六個電子中的四個的碳離子和那些完全被剝奪的碳離子（所有六個電子都消失了）——轉化為可聽的聲音。在聽這個檔案時，亞歷山大辨別出一種頻率為每秒137.5周的嗡嗡聲——一種接近中央C調下方C#的聲音。
存在嗡嗡聲本身就意味著兩種碳離子的相對量隨時間波動。分配給不同離子的聲音不時地相互干擾。更音樂化地說，它們正在創造和諧。
亞歷山大說：“我一直在深入研究資料，聽取20到30個引數，我意識到當我聽到碳時，存在非常強烈的諧波存在。” “如果我聽到碳的聲音，但沒有人注意到它，我想，也許這是值得研究的東西。”
嗡嗡聲的頻率還隱藏著一個進一步的線索：它對應於原始航天器資料中近27天的時間間隔，即太陽在其軸線上旋轉一週所需的時間。
亞歷山大將他的發現帶給了密歇根大學的空間物理學家恩里科·蘭迪，蘭迪意識到，兩種碳離子型別的比率與太陽產生的兩種型別的風同步變化。一種型別是快速移動的風，來自太陽外層大氣（或日冕）中被稱為日冕洞的黑暗、較冷的區域。這些區域中的磁力線沒有緊密地聚集在一起，因此它們可以讓粒子更快地逃逸。另一方面，慢速風來自較熱的區域，這些區域具有更密集的磁場。
這些較高溫度的區域，因為它們具有更多能量，比較冷區域更能剝奪更多碳原子的所有電子。2012年，蘭迪、亞歷山大及其同事在《天體物理學雜誌》上發表了一篇論文，認為碳離子差異是區分兩種型別太陽風的最佳方法。他們認為，該方法應取代一直是標準診斷工具的氧離子比率。提前預警Heading towards Earth的風型別可能很重要，因為每種型別都會引起不同型別的太空天氣，並且它們的磁特性可能會以不同的方式擾亂衛星通訊。
蘭迪說：“僅透過傾聽資料，您就可以比任何其他數學方法更精確地確定訊號的週期。” 這一洞察力激發了他用音訊探索太陽的其他特徵。儘管已知太陽的活動週期（包括太陽黑子、太陽耀斑和其他爆發的數量）每11年盛衰一次，但一些科學家認為，該週期有時會持續更長時間——19到20年。蘭迪說：“我們希望應用聽覺分析來研究‘擴充套件太陽週期’及其與標準11年太陽週期的關係。”
不健康的聲音
透過將資料轉化為聲音，可以獲得更多實際的好處。英國的研究人員已經開始將聲音化應用於區分癌細胞和健康細胞的問題，同時病理學家正在檢查來自需要快速獲得答案的患者的活組織檢查樣本。
伯明翰城市大學的音樂家和數字媒體技術專家瑞安·斯塔布斯說：“在英國醫療系統中，從患者身上採集活組織檢查樣本，送到實驗室，再到分析並送回，等待時間非常長。” 在與蘭開夏中央大學的分析化學家格雷姆·克萊門斯同事協商後，斯塔布斯萌生了將識別癌細胞的視覺技術轉化為音訊方法的想法。
斯塔布斯說：“我們希望加快這一過程，讓某人在病人的房間或全科醫生的辦公室裡就能拿到資料，確定細胞是否癌變。”
在通常的程式中，稱為拉曼光譜法，病理學家將紅外雷射照射到載玻片上的細胞上，雷射的能量促使細胞中的分子振動。不同的分子以不同的方式振動，振動會改變從樣品散射回來的光子的頻率。從它們散射回來的光中的顏色光譜是一種指紋，可以識別分子特性。一些分子，是癌症中異常蛋白質的一部分，具有與正常蛋白質不同的指紋。然而，視覺差異是細微的，需要時間和專業知識才能確定細胞是否健康。
當然，微妙是聽覺的專長。斯塔布斯的合作者，位於英國劍橋的歐洲研究和教育高速網路聯盟DANTE的物理學家和音樂家多梅尼科·維辛扎說：“人耳自然地訓練有素，可以發現模式和規律性，並且比眼睛更擅長識別它們。” 例如，維辛扎說，眼睛無法區分每秒閃爍30次和60次的光，但耳朵可以區分每秒振動30次和60次的聲音源。
斯塔布斯與維辛扎合作，對資料進行了聲音化處理，重點關注視覺光譜中顯示癌細胞和健康細胞之間差異的部分，並將它們轉化為獨特的聲音。斯塔布斯說，他對健康細胞和癌細胞的聲音化光譜之間存在差異並不感到驚訝，但他評論說，“我驚訝的是我們能夠如此出色地對這些差異進行分類。”
在測試中，約150名臨床醫生獲得了300個聲音檔案，每個檔案代表一個不同的組織樣本。斯塔布斯說，臨床醫生正確辨別樣本之間差異的準確率約為90%。他和他的同事於去年六月在紐約市舉行的第20屆國際聽覺顯示會議上報告了這項工作。斯塔布斯說，在一年內，該團隊預計將開始在醫生辦公室測試其聲音化光譜。
斯塔布斯還認為，這種方法可以進入手術室，讓醫生在手術過程中快速獲得反饋，瞭解他們是否已切除所有癌細胞或是否仍有殘留。為了使這項工作奏效，必須快速完成光譜分析、聲音化並廣播到手術室。這意味著斯塔布斯和他的同事不僅要選擇能夠保留原始光譜特徵的音調、音高和音色，還要創造出悅耳的聲音。
斯塔布斯說：“如果您正在進行某種高精度外科手術，您不希望耳朵裡一直有這種令人分心的持續響聲。” “在使訊號不分散注意力，同時又保留與辨別兩種型別的組織或細胞之間的差異實際相關的資料質量之間找到平衡是非常困難的。” 但他對臨床醫生的測試表明，聲音化器已經找到了一個很好的平衡點。
聲音與視覺
儘管聲音化比視覺顯示具有優勢，但斯塔布斯、亞歷山大和其他聲音專家面臨著一個主要障礙：僅僅是讓研究人員嘗試這種探索資料的新方法。亞歷山大說，從小學開始，“我們就被視覺表現形式——條形圖和餅圖——所包圍”。他補充說，當某人成為科學家時，“他們有一種語法，他們瞭解這些圖表如何發揮作用以及一種內在邏輯，而當你按下‘播放’按鈕並第一次聽資料時，你沒有詞彙，所以你真的沒有比較的基礎。”
但是，最近對某些研究的普及可能有助於突出音訊方法的價值。例如，一對軌道恆星的劇烈行為的X射線記錄已被轉化為一張專輯，可在iTunes上購買，其中收錄了以阿非利卡-古巴節奏為特色的音樂。
這對名為EX Hydrae的恆星由一顆白矮星（一顆年老的超緻密恆星）組成，它與一顆蓬鬆的普通恆星緊密地結合在一起。當這兩顆恆星相互環繞時，白矮星會從它的伴星身上撕裂物質，噴射到太空中的X射線已被美國國家航空航天局的錢德拉X射線天文臺記錄下來。盲人天體物理學家旺達·迪亞茲-默塞德使用一個開源計算機程式xSonify，將X射線的波動能量轉化為音訊。一些有音樂天賦的同事看到其中一些資料被列印成音符。它們非常像一種節奏模式，稱為克拉夫，在阿非利卡-古巴音樂和波薩諾瓦音樂中發現。德國作曲家沃爾克馬爾·斯圖德魯克，一位科學家的表弟，接受了這個想法並加以發揮，創作了一首X射線波薩諾瓦、賦格曲、華爾茲、布魯斯作品、爵士民謠以及其他幾首基於從X射線中提取的不同音符序列的作品。這張專輯以鋼琴、貝斯和鼓為特色，名為《X射線九頭蛇》。
這些作品在天文學界和其他科學家中非常受歡迎，這對亞歷山大來說是悅耳的音樂：“部分挑戰實際上只是讓資料傳播出去，讓更多人傾聽。” 他認為傾聽將帶來新的發現。亞歷山大說，這種音訊“充滿了短暫而細微的聲音”，“每一個聲音都是一個等待解決的物理難題。”