Detector de murciélagos - Bat detector
Un detector de murciélagos es un dispositivo que se utiliza para detectar la presencia de murciélagos convirtiendo sus señales de ultrasonido de ecolocalización , tal como las emiten los murciélagos, en frecuencias audibles , generalmente entre 120 Hz y 15 kHz. Hay otros tipos de detectores que registran las llamadas de los murciélagos para poder analizarlos posteriormente, pero a estos se les conoce más comúnmente por su función particular.
Los murciélagos emiten llamadas de aproximadamente 12 kHz a 160 kHz, pero las frecuencias superiores en este rango se absorben rápidamente en el aire. Muchos detectores de murciélagos están limitados a alrededor de 15 kHz a 125 kHz en el mejor de los casos. Los detectores de murciélagos están disponibles comercialmente y también pueden construirse ellos mismos.
Usando detectores de murciélagos
Los detectores de murciélagos se utilizan para detectar la presencia de murciélagos y también ayudan a sacar conclusiones sobre su especie. Algunas llamadas de murciélago son distintas y fáciles de reconocer, como los murciélagos de herradura ; otras llamadas son menos distintas entre especies similares. Si bien los murciélagos pueden variar sus llamadas mientras vuelan y cazan, el oído puede entrenarse para reconocer especies de acuerdo con los rangos de frecuencia y las tasas de repetición de las llamadas de ecolocalización. Los murciélagos también emiten llamadas sociales (llamadas sin ecolocalización) a frecuencias de ultrasonido.
Una limitación importante de los detectores acústicos de murciélagos es su alcance, que está limitado por la absorción de ultrasonidos en el aire. A frecuencias de rango medio alrededor de 50 kHz, el rango máximo es de solo 25 a 30 metros en condiciones atmosféricas promedio cuando los murciélagos vuelan. Esto disminuye al aumentar la frecuencia. Algunas llamadas de murciélago tienen componentes alrededor de 20 kHz o incluso más bajos y, a veces, estos pueden detectarse en 2 o 3 veces el rango habitual. Sin embargo, solo los componentes de frecuencia más baja se detectarán a distancia. El rango utilizable de los detectores de murciélagos disminuye con la humedad y, en condiciones de niebla, el rango máximo puede ser muy bajo.
Es importante reconocer tres tipos de llamadas de ecolocalización de murciélagos: modulación de frecuencia (FM), frecuencia constante (CF) (a veces llamada modulación de amplitud ) y llamadas compuestas con componentes de FM y CF. Lo siguiente ilustra un murciélago que hace una llamada de tipo FM seguido de un bate que usa una llamada de tipo CF:
La llamada de FM se escucha como clics secos rápidos y la llamada de CF como píos. Estos varían en frecuencia debido al efecto Doppler cuando el murciélago pasa volando. Un detector de murciélagos heterodino exagera el efecto Doppler. Cuando el murciélago que hace las llamadas de CF vuela hacia el detector, el tono cae.
Varias especies de murciélagos utilizan una llamada compuesta de FM y CF comenzando con una llamada de FM de caída rápida que se ralentiza para convertirse en una llamada de CF al final, dando una forma de "palo de hockey" al gráfico. Esto hace que la llamada suene diferente en un detector de murciélagos:
Esto da un sonido mucho más húmedo que la llamada FM pura. Los pipistrelles generalmente usan el llamado del palo de hockey para la ecolocalización general, pero a veces usan solo la parte FM. Las frecuencias finales para Common Pipistrelle y Soprano Pipistrelle son de alrededor de 45 kHz y 55 kHz respectivamente, pero estas frecuencias pueden variar ampliamente.
Hay tres tipos de detectores de murciélagos de audio "en tiempo real" de uso común: el heterodino, la división de frecuencia y la expansión de tiempo. Algunos detectores de murciélagos combinan dos o los tres tipos.
Tipos de detectores de murciélagos
Heterodino
Los detectores heterodinos son los más utilizados y la mayoría de los detectores autoconstruidos son de este tipo. A menudo, también se incorpora una función heterodina en los otros tipos de detectores. Un detector de murciélagos heterodinos simplemente desplaza todas las frecuencias de ultrasonido hacia abajo en una cantidad fija para que podamos escucharlas.
Un "heterodino" es una frecuencia de pulsación como la que se puede escuchar cuando se tocan juntas dos notas musicales cercanas. Un detector de murciélagos heterodino combina la llamada del murciélago con una frecuencia interna constante de modo que se generan frecuencias de suma y diferencia. Por ejemplo, una llamada de murciélago a 45 kHz y una frecuencia interna de 43 kHz produce frecuencias de salida de 2 kHz y 88 kHz. La frecuencia de 88 kHz es inaudible y se filtra y la frecuencia de 2 kHz se envía a un altavoz o auriculares. La frecuencia interna se muestra en un dial o en una pantalla.
Una versión de mejor calidad de un detector de murciélagos heterodino, o conversión directa, es el detector superheterodino. En este caso, la señal del murciélago se mezcla con un oscilador de alta frecuencia, típicamente alrededor de 450–600 kHz. La diferencia de frecuencia se amplifica y filtra en una 'frecuencia intermedia' o si es un amplificador antes de volver a convertirse a frecuencias audibles. Este diseño, que se basa en un diseño de radio estándar, ofrece una discriminación de frecuencia mejorada y evita problemas con la interferencia del oscilador local.
En los detectores basados en DSP más recientes, la conversión heterodina se puede realizar de forma totalmente digital.
El problema de la sintonización se puede abordar mediante el uso de un circuito de escaneo para permitir que el detector escanee el espectro automáticamente y deje de escanear cuando se escuche una llamada de murciélago. Un ejemplo de tal detector es el Bat Scanner .
También es posible utilizar un generador de 'espectro de peine' como oscilador local para que el detector se sintonice eficazmente a muchas frecuencias, con una separación de 10 kHz, simultáneamente.
Algunos de los primeros detectores de murciélagos usaban equipos de radio de baja frecuencia de la Marina, simplemente reemplazando la antena con un micrófono y un preamplificador. También es posible modificar una radio portátil de onda larga para que sea un detector de murciélagos ajustando las frecuencias de sintonización y reemplazando la antena de varilla de ferrita con un micrófono y un preamplificador.
Como se usa
El operador adivina la especie probable que esté presente y sintoniza la frecuencia en consecuencia. Muchos usuarios comenzarán a escuchar alrededor de 45 kHz. Si se ve un murciélago o se escucha una llamada similar a un murciélago, la frecuencia se sintoniza hacia arriba y hacia abajo hasta que se escuche el sonido más claro.
Las especies como Pipistrelles que terminan su llamada con un componente CF de "palo de hockey" pueden reconocerse de acuerdo con la frecuencia más baja que da el sonido "plop" más claro. Los murciélagos de herradura emiten un sonido fugaz con una frecuencia que depende de su especie. Todas las llamadas de FM tienden a sonar como clics, pero las frecuencias de inicio y finalización y el patrón de repetición de llamadas pueden dar pistas sobre la especie.
Pros y contras
Las ventajas de un detector de murciélagos heterodinos es que funciona en tiempo real, exagera los cambios de frecuencia de una llamada de murciélago, es fácil de usar y es el menos costoso. Es fácil reconocer un cambio Doppler en las llamadas de CF de los murciélagos voladores debido a su velocidad de vuelo. La escucha y grabación estéreo es posible con modelos como el detector heterodino estéreo CSE, y esto puede ayudar a rastrear murciélagos cuando la visibilidad es pobre.
Las desventajas de un detector de murciélagos heterodinos son que solo puede convertir una banda estrecha de frecuencias, típicamente 5 kHz, y tiene que ser sintonizado continuamente, y puede fácilmente perder especies fuera de su rango sintonizado actual.
División de frecuencia
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Los detectores de murciélagos por división de frecuencia (FD) sintetizan un sonido que es una fracción de las frecuencias de llamada de murciélago, típicamente 1/10. Esto se hace convirtiendo la llamada en una onda cuadrada , también llamada señal de cruce por cero. Esta onda cuadrada luego se divide usando un contador electrónico por 10 para proporcionar otra onda cuadrada. Las ondas cuadradas suenan ásperas y contienen armónicos que pueden causar problemas en el análisis, por lo que se filtran cuando es posible. Algunos detectores totalmente digitales recientes pueden sintetizar una onda sinusoidal en lugar de una onda cuadrada. Un ejemplo de un detector que sintetiza una salida FD de onda sinusoidal es el Griffin.
Algunos detectores FD emiten esta señal de nivel constante que produce ruido de fondo y llamadas de murciélago al mismo nivel alto. Esto causa problemas tanto con la escucha como con el análisis. Los detectores FD más sofisticados, como el Batbox Duet, miden el nivel de volumen entrante, limitando el umbral de ruido y lo utilizan para restaurar las variaciones del nivel de salida. Este y otros detectores FD sofisticados también incluyen un detector heterodino y proporcionan una salida jack para que las salidas independientes se puedan registrar para un análisis posterior.
Como se usa
Con los detectores FD de doble salida, se pueden usar auriculares para monitorear ambas salidas simultáneamente, o el altavoz usado con la función heterodina y la salida FD se pueden grabar y analizar más tarde. Alternativamente, escuchar la salida FD da una interpretación audible de la llamada del murciélago a una frecuencia de 1/10. Un ejemplo de detector dual es el Ciel CDB301.
Los detectores duales FD / heterodinos son útiles para transectos a campo traviesa, especialmente cuando se proporciona una función para grabar notas de voz, como horas, ubicaciones y llamadas de murciélagos reconocidas. La salida o salidas se graban en cinta de casete, Minidisc o grabadoras de estado sólido, se descargan a una computadora y se analizan mediante un software personalizado. Las llamadas perdidas por la función heterodina, si están presentes, se pueden ver y medir en el análisis.
Pros y contras
Ventajas, Al igual que con un detector heterodino, un detector FD funciona en tiempo real con o sin función heterodina. Las llamadas de murciélago se pueden escuchar en su totalidad en todo su rango en lugar de en un rango de frecuencia limitado. No es necesario volver a sintonizar con un detector FD aunque esto se hace con un tipo dual con heterodino. Al analizar la grabación más tarde, se puede medir todo el rango de frecuencia de llamada y el patrón de llamada.
Una seria desventaja de la escucha en tiempo real es que la velocidad de la llamada de un murciélago sigue siendo rápida, a menudo demasiado rápida para que la especie sea reconocida. Los cambios de frecuencia de las llamadas de FQ no son exagerados como con un detector heterodino y, por lo tanto, son menos notables. También con algunas especies como el murciélago herradura menor con una llamada alrededor de 110 kHz, la frecuencia resultante sigue siendo bastante alta aunque se puede registrar. La síntesis de la llamada significa que solo se puede reproducir una llamada de murciélago a la vez y que las llamadas simultáneas provocan un embrollo. Sorprendentemente, esto no es una gran desventaja cuando se analiza una grabación más tarde.
Expansión del tiempo
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Los detectores de expansión de tiempo (TE) funcionan digitalizando las llamadas de murciélagos a una alta frecuencia de muestreo utilizando un convertidor de analógico a digital y almacenando la señal digitalizada en una memoria integrada.
Los detectores TE son dispositivos "en tiempo real" en el sentido de que se pueden monitorear en el momento de la grabación, pero hay un retraso inevitable mientras el extracto muestreado de alta velocidad se ralentiza y se reproduce.
Como se usa
En el modo de tiempo real, con o sin un detector heterodino o FD asociado, las llamadas ralentizadas se pueden escuchar como una llamada de murciélago prolongada en frecuencias audibles. Por lo tanto, las llamadas de FM rápidas se pueden escuchar como una nota descendente en lugar de un clic. Por lo tanto, es posible escuchar la diferencia entre las llamadas de FM que simplemente suenan como clics en los otros tipos de detectores.
Después de descargar una grabación de audio a una computadora, las llamadas originales se analizan como si todavía estuvieran en la tasa original no expandida.
Pros y contras
La salida se puede grabar con una grabadora de audio como con los detectores FD, o con unidades más recientes, la señal se puede grabar directamente en una memoria digital interna como una tarjeta Compact Flash. La forma de onda completa se registra conservando el rango completo de la llamada, en lugar de 1/10 de la forma de onda como en un detector FD. Dado que la información de frecuencia y amplitud se conserva en la llamada grabada, hay más datos disponibles para el análisis de especies.
Las primeras unidades estaban equipadas con pequeñas memorias que limitaban el tiempo que se podía digitalizar. Una vez que se llenó la memoria (por lo general, solo unos segundos como máximo), la unidad reproduciría la grabación a una velocidad más lenta, normalmente entre 1/10 y 1/32 de la velocidad de la grabación original. Mientras la muestra grabada se reproduce lentamente, no se graba nada, por lo que las llamadas de murciélago se muestrean de forma intermitente. Por ejemplo, cuando se reproduce una llamada de 1 segundo a una velocidad de 1/32, no se registran 32 segundos de llamadas de murciélago.
Las grabadoras de expansión de tiempo más recientes utilizan grandes memorias basadas en flash (como tarjetas flash compactas extraíbles) y grabación directa a la tarjeta de gran ancho de banda para proporcionar una grabación continua en tiempo real de ancho de banda completo. Estas unidades pueden grabar continuamente durante muchas horas mientras mantienen la máxima información dentro de la señal.
Algunas unidades también están equipadas con una función de grabación automática y estas se pueden dejar en el campo durante muchos días.
Algunas unidades también incluyen una función de almacenamiento previo para capturar eventos que ocurrieron poco antes de que se presionara el botón 'grabar', lo que puede ser útil para levantamientos manuales.
Los detectores TE se utilizan normalmente para trabajos profesionales y de investigación, ya que permiten un análisis completo de las llamadas de los murciélagos en un momento posterior.
Frecuencia de muestreo para detectores digitales / TE
La investigación en 2010 observó que las frecuencias utilizadas por los murciélagos pueden llegar a 250 kHz). El teorema de muestreo de Nyquist-Shannon observa que la frecuencia de muestreo mínima requerida para registrar una señal con éxito debe ser mayor que el doble del ancho de banda de la señal. Para grabar un ancho de banda de 250 kHz, se requiere una frecuencia de muestreo superior a 500 kHz. Las unidades modernas con capacidad de expansión de tiempo suelen muestrear entre 300 kHz y 700 kHz. En general, cuanto más rápido, mejor, aunque una frecuencia de muestreo más alta utiliza más espacio de almacenamiento.
Otros tipos de detectores de murciélagos
Análisis de cruce por cero
ZCA se asocia más comúnmente con el detector de murciélagos Anabat de Titley Scientific. Las llamadas de murciélago originales se digitalizan y los puntos de cruce por cero se utilizan para producir un flujo de datos que se registra en una tarjeta de memoria. Hay sofisticados controles de temporización y activación y el dispositivo se puede configurar para responder a las llamadas de los murciélagos, por lo que hay muchas horas de grabación disponibles en situaciones sin personal. El propósito de ZCA es reducir la cantidad de datos que se deben registrar en la memoria y puede considerarse como una forma simple de compresión de datos con pérdida . Históricamente, para lograr tiempos de grabación prolongados, dicha reducción de información ha sido necesaria debido a las limitaciones de capacidad de la memoria y al costo de la memoria.
La grabación de ZCA de estado sólido se analiza mediante un software personalizado para producir una gráfica de tiempo / frecuencia de cada llamada que se puede examinar para el reconocimiento de especies de una manera similar a las grabaciones de FD o TE.
Como se usa
El detector ZCA generalmente se coloca en un refugio de murciélagos o en una ruta de vuelo de murciélagos y se deja durante varios días para recopilar datos. Por lo tanto, es menos laborioso que usar un detector de murciélagos tripulado en tiempo real.
Pros y contras
Si bien el detector ZCA también se puede utilizar en tiempo real, su valor es para la grabación remota durante períodos prolongados. El análisis es similar al de las grabaciones FD, pero no se incluyen datos de amplitud. Sin embargo, registra con precisión cada punto de cruce por cero, en lugar de solo uno de cada diez. Al igual que con todos los dispositivos de grabación activados por una entrada, un detector ZCA que graba automáticamente es propenso a la interferencia ultrasónica de insectos como los grillos. Se pueden escribir filtros para seleccionar una frecuencia característica de ciertas especies e ignorar otras; algunas (especies CF) se filtran más fácilmente, otras son casi imposibles.
Grabación de alta frecuencia
Esto se puede hacer usando un periférico digitalizador de alta velocidad en una computadora como una computadora portátil. Este no es un detector de murciélagos como tal, pero las grabaciones de llamadas de murciélagos se pueden analizar de manera similar a las grabaciones de TE. Este método produce grandes archivos de datos y no produce ningún medio para detectar llamadas de murciélagos sin el uso simultáneo de un detector de murciélagos. Sin embargo, también existen sistemas más sofisticados como Avisoft-UltraSoundGate que pueden reemplazar un detector de murciélagos convencional. Estos sistemas avanzados ofrecen además una pantalla espectrográfica en tiempo real, herramientas de clasificación y medición de parámetros de llamadas automatizadas, funcionalidad GPS integrada y una herramienta de entrada de metadatos versátil para documentar las grabaciones.
Detectores DSP
Los detectores de murciélagos DSP tienen como objetivo proporcionar una representación acústicamente precisa de los cantos de murciélagos mediante el uso de un procesador de señal digital para asignar las señales de ultrasonidos de los murciélagos a sonidos audibles; se están utilizando diferentes algoritmos para lograr esto, y hay un desarrollo activo y un ajuste de algoritmos en curso.
Una estrategia llamada "cambio de frecuencia" usa un análisis de señal FFT para encontrar la frecuencia principal y la potencia de la señal, luego, usando simulación digital, se sintetiza una nueva onda audible a partir de la original dividida por un valor definido.
Los procesos de división de frecuencia y conversión heterodina también se pueden realizar digitalmente.
Codificación de señales en el dominio del tiempo
Se cree que este tipo de detector de murciélagos está en preproducción o es experimental y no está disponible comercialmente. Se están realizando investigaciones para analizar muchos tipos de llamadas y sonidos de ultrasonido además de los de los murciélagos.
Un detector TDSC digitaliza las llamadas originales y deriva una cadena de datos bidimensional analizando los parámetros de cada llamada con respecto al tiempo. Esto es analizado por una red neuronal para proporcionar un reconocimiento de patrones para cada especie.
Detección no acústica
La observación visual es el medio obvio para detectar murciélagos, pero por supuesto, esto solo se puede hacer en condiciones de luz diurna o crepusculares (es decir, al anochecer y al amanecer). Los recuentos de emergencia se realizan visualmente al anochecer, utilizando un detector de murciélagos para confirmar la especie. En condiciones de poca luz se puede utilizar un dispositivo de visión nocturna, pero el tipo de generación 1, más asequible, tiene un tiempo de retraso que no proporciona una imagen adecuada de un murciélago volador.
Las cámaras y videocámaras de infrarrojos (IR) se utilizan con un iluminador de infrarrojos para observar las emergencias y el comportamiento de los murciélagos dentro y fuera de los refugios. El problema con este método es que derivar un recuento de una grabación es tedioso y requiere mucho tiempo, pero las videocámaras pueden ser útiles como respaldo en los recuentos de emergencia del gallinero para observar a los murciélagos que vuelven a entrar al gallinero. Muchas videocámaras Sony son sensibles a los infrarrojos.
Los dispositivos de rayos infrarrojos generalmente consisten en una matriz dual de rayos infrarrojos invisibles. El tamaño de la entrada del gallinero determina la cantidad de vigas necesarias y, por lo tanto, la potencia requerida y el potencial para el uso fuera de la red. Los sistemas de bricolaje de un solo haz están disponibles para cajas de murciélagos, pero estos no registran la dirección de tránsito. Casi todos los sistemas que se utilizan hoy en día son no comerciales o de bricolaje. Un sistema en uso en algunas minas en Wisconsin utiliza dos conjuntos de haces, sin embargo, están muy separados y, en consecuencia, solo registran aproximadamente el 50% de los murciélagos, aunque las cifras extrapoladas se logran mediante la correlación de datos de video con marca de tiempo y rotura de haz. El Countryside Council for Wales (CCW) utiliza dos sistemas similares con haces espaciados lo suficientemente cerca como para que cada murciélago que transite por la entrada se registre junto con la temperatura. Estos sistemas requieren alimentación de red o baterías de ciclo profundo de 12 V. Se pueden usar junto con un Anabat Zcaim instalado en una tubería de tierra de 6 "y apuntado a través de la entrada del gallinero para discriminar entre las especies al correlacionar los datos de la marca de tiempo de la matriz IR y los datos de Anabat Zcaim filtrados para los murciélagos de herradura (relativamente fácil debido a su ecolocalización CF fácilmente identificable que se puede filtrar automáticamente usando el software Anabat).
Los datos de los sistemas de rotura de vigas deben analizarse cuidadosamente para eliminar el "comportamiento de muestreo de luz" (muestreo ambiental) donde los murciélagos abandonan repetidamente el gallinero y regresan inmediatamente si las condiciones no son adecuadas. Algunos sistemas discriminan por animales del tamaño de un murciélago; determinan si las vigas están rotas por un animal del tamaño de un murciélago e ignoran todos los demás tránsitos. Es importante que los datos se analicen utilizando una metodología que tenga en cuenta el comportamiento de muestreo ligero. El método que parece dar los resultados más precisos es el siguiente: tránsito "fuera" asignado 1, tránsito "entrante" asignado -1. El conteo inicial se establece en cero a las 4 pm todos los días. Usando una hoja de cálculo, los recuentos se suman acumulativamente desde las 4 pm cada día hasta las 9 am del día siguiente. El recuento máximo "positivo" se puede encontrar fácilmente para cada día. Dado que cada tránsito tiene una marca de tiempo, también se conoce la hora exacta del recuento máximo diario. Los recuentos de muestreo de luz se eliminan de los datos ya que un 1 "fuera" se cancela con un "ent" -1, lo que da como resultado un recuento acumulativo de cero para los murciélagos de muestreo de luz.
Las cámaras termográficas que tienen una definición lo suficientemente alta como para registrar murciélagos a más de 30 metros de alcance son caras, pero se han utilizado para evaluar los peligros de las turbinas eólicas para las aves y los murciélagos. Las cámaras termográficas "asequibles" tienen un rango de detección de murciélagos aproximadamente del mismo orden que los detectores acústicos de murciélagos debido al pequeño tamaño y las bajas emisiones de calor de los murciélagos.
Los sensores infrarrojos pasivos son lentos con una velocidad de respuesta del orden de una décima de segundo y normalmente no detectan un pequeño mamífero rápido como un murciélago.
El radar se ha utilizado para detectar murciélagos más allá del límite acústico, pero es muy costoso en equipos y horas de trabajo. Las instalaciones de Bird Aircraft Strike Hazard (BASH) son capaces de detectar murciélagos, pero generalmente están situadas donde pocos murciélagos vuelan. Hay muy pocos radares móviles terrestres disponibles en cualquier lugar. Los módulos de radar Doppler portátiles se han utilizado en el campo para permitir a los investigadores compensar el desplazamiento Doppler impuesto en las grabaciones de las señales de los murciélagos debido a su velocidad de vuelo. Esto permite a los investigadores saber si los murciélagos están cambiando el tono de sus llamadas en vuelo.