García A C, Boselli V, Hejazi Nooghabi A, Colombi A, Vreese S, Graïc JM, Boschi L. · The Journal of the Acoustical Society of America · 2026

Feasibility of spectral-element modeling of wave propagation through the anatomy of marine mammals.

Resumo em português

Este estudo apresenta a primeira simulação tridimensional pelo método espectral-elemento (SEM) da propagação de ondas ultrassônicas na cabeça de um golfinho-nariz-de-garrafa (Tursiops truncatus). Diferentemente dos métodos tradicionais de elementos finitos (FEM), que enfrentam dificuldades em simulações de alta frequência devido ao custo elevado na inversão de sistemas lineares e à convergência mais lenta, o SEM oferece convergência exponencial e computação paralela eficiente. Utilizando dados de tomografia computadorizada, desenvolvemos uma malha hexaédrica detalhada que captura características anatômicas-chave, como gorduras acústicas e mandíbulas inferiores. Nossas simulações de ondas planas e esféricas confirmam a eficácia do SEM para modelagem ultrassônica no domínio do tempo. Essa abordagem abre novas possibilidades para a pesquisa em bioacústica marinha, incluindo ecolocalização, biofísica da audição e geração de sons, além de avaliações de ruído subaquático antropogênico. Superando as limitações do FEM, o SEM oferece uma ferramenta escalável e poderosa para testar hipóteses em bioacústica de golfinhos, com implicações significativas para a conservação e a compreensão dos sistemas auditivos dos mamíferos marinhos diante dos crescentes desafios ambientais.

Resumo original em inglês

This study introduces the first three-dimensional spectral-element method (SEM) simulation of ultrasonic wave propagation in the head of a bottlenose dolphin (Tursiops truncatus). Unlike traditional finite-element methods (FEM), which struggle with high-frequency simulations because of costly linear-system inversions and slower convergence, SEM offers exponential convergence and efficient parallel computation. Using computed tomography data, we developed a detailed hexahedral mesh capturing key anatomical features, such as acoustic fats and lower jaws. Our simulations of plane and spherical waves confirm SEM's effectiveness for ultrasonic time-domain modeling. This approach opens new avenues for marine-bioacoustic research, including echolocation, the biophysics of hearing and sound generation, and assessments of anthropogenic underwater noise. By overcoming FEM's limitations, SEM provides a powerful scalable tool to test hypotheses in dolphin bioacoustics, with significant implications for conservation and understanding marine-mammal auditory systems under increasing environmental challenges.

Espécies citadas

• Tursiops truncatus · golfinho-nariz-de-garrafa
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  Nomes populares variam entre regiões e uma mesma palavra pode designar espécies diferentes. Confira sempre o nome científico: Tursiops truncatus.