ABC Detektory

Detektory ultradźwiękowe to grupa urządzeń pozwalająca na wykrywanie obecności nietoperzy poprzez przekształcenie dzwięków echolokacyjnych na dźwięki słyszalne przez człowieka. Podstawowym rodzajem (i najczęściej dotychczas stosowanym) detektorów, są detektory heterodynowe, niemniej coraz częściej stosowanymi detektorami są urządzenia typu ZCA (Zero Cross Analyses) oraz szerokopasmowe rejestratory. Te ostatnie faktycznie nie są detektorami w "klasycznym" ujęciu, niemniej dzięki zaawansowanym funkcjom oraz oprogramowaniu pozwalają na "bezstratne" nagrania dzięków nietoperzy w oryginalnej częstotliwości i ich późniejszą analizę tak jak ma to miejsce w przypadku detektorów heterodynowych czy ZCA.

Poniżej prezentujemy tekst autorstwa dr Mateusza Ciechanowskiego (UG) z drobnymi uwagami z naszej strony, dotyczący zagadnień związanych z wyborem detektora. Autor rozważa przede wszystkim wybór detektora firmy Pettersson, niemniej warto zapoznać się z nim oraz naszymi uwagami...

Garść wyjaśnień - bez nich nie da się odpowiedzieć na zadane pytania.

W detektorach ultradźwiękowych są stosowane trzy systemy konwersji dźwięku:

1. heterodynowy - to system wąskopasmowy, a więc jak widzimy nietoperza, szukamy częstotliwości na której zwierzak się odzywa. Ta częstotliwość na której zwierzak odzywa się najgłośniej, jest jedną z cech diagnostycznych, po których rozpoznajemy gatunek (info o tym znajdziemy w różnych tabelach, kluczach i zestawieniach, łącznie z naszymi "Nietoperzami Polski"), choć nie jest to jedyna cecha - również trzeba wiedzieć, jak dany sygnał brzmi, żeby odróżnić np. karlika od borowca, a potem po częstotliwości rozróżniamy czy to karlik malutki czy większy. Jak to brzmi, można się nauczyć np. z płyty "Indaudible world" (dostępny w naszej ofercie - TUTAJ - ECOTONE). Gatunki rozpoznamy tylko niektóre, ale rozpoznajemy je "na słuch" i po częstotliwości już w terenie – sygnały przetworzone nie nadają się do żadnej analizy i nie da się ich w komputerze oznaczyć. Wymaga doświadczenia i umiejętności, a jak słyszymy jeden gatunek - siłą rzeczy nie słyszymy/nie rejestrujemy innego.

2. frequency division - obniża częstotliwość sygnału 10-krotnie, jak zwierzak piszczy na 50 kHz, to słyszymy wyjściowy sygnał jest 5 kHz (dzięki temu słyszymy). To szerokopasmowy system, przetwarzający w tym samym czasie (i w czasie rzeczywistym, bez przerwy) wszystkie sygnały i dźwięki (a więc i wszystkie gatunki nietoperzy) latające na danym terenie. Gatunki rozpoznajemy w oparciu o zarejestrowane/nagrane sygnały poprzez analizę komputerową, choć nie wszystkie cechy sygnału się zachowują (składowe harmoniczne, sam "kształt" sygnału na sonogramie) i nie wszystko można z nim oznaczyć, ale można rozpoznawać gatunki bez tak dużego doświadczenia, jak w przypadku detektorów heterodynowych, zaś w spornych przypadkach przecież można wysłać nagrania do specjalisty.

3. time expansion - również szerokopasmowy system (tj. rejestruje różne gatunki/dźwięki nadające na różnych częstotliwościach w tym samym czasie). działa w ten sposób, że chwyta (automatycznie co 30 sekund, albo gdy chce tego użytkownik, np. naciskając guzik) trzysekundową albo 1,7 s próbkę (ultra)dźwięków do pamięci cyfrowej, a następnie odtwarza ją dziesięciokrotnie wolniej - a więc przez 30 lub 17 sekund (pewnie możliwe są też inne wartości, ale te są najczęstsze). Jest to system najdokładniejszy, nagranie zachowuje najwięcej szczegółów i w sprzyjających okolicznościach można oznaczyć większość krajowych gatunków, za wyjątkiem niektórych nocków, na których wykładają się nawet wielowymiarowe metody statystyczne. Pozwala to również rozpoznawać głosy godowe borowca, borowiaczka, wszystkich trzech karlików i mroczka posrebrzanego. Gatunki oznaczamy w oparciu o analizę komputerową nagrań, tak jak w przypadku 2, ale ma on główną wadę - nie działa w czasie rzeczywistym. Nagrywa 3 sekundy, po czym odtwarza nagranie przez 30 sekund (spowalniając je - w ten sposób tez obniża częstotliwość, bo skoro nagranie jest rozciągnięte 10 razy, to i fala dźwiękowa jest rozciągnięta, ma większa długość, a więc - niższą częstotliwość). W czasie tego odtwarzania system nie nagrywa nowych dźwięków, chyba że użytkownik naciśnie odpowiedni guziczek i system pobierze nową 3-sekundową próbkę, ale wtedy tamto wcześniejsze zniknie i już się nie nagra.

Żaden z programów komputerowych nie powie nam sam z siebie jaki gatunek nietoperza się nagrał, przynajmniej nie w Europie (w chwili obecnej jest dostępne narzędzie statystyczne batIdent (bcDiscriminator) działające pod programem statystycznym R - oba rozwązania dedykowane są na sprzęt Apple - ECOTONE). Trzeba te nagrania przeanalizować, żeby oznaczyć gatunek. Istnieją co prawda opracowane funkcje dyskryminacyjne (i sztuczne sieci neuronalne), odróżniające znaczną część gatunków np. dla Anglii, Włoch i Szwajcarii, ale nie są one dostępne komercyjne, a same algorytmy nie zostały opublikowane (choć sama metoda to i owszem - oprogramowanie batIdent, wspomniany powyżej, zawiera bazę gatunków europejskich - ECOTONE). Co innego dla nietoperzy amerykańskich i australijskich, są dostępne biblioteki nagrań referencyjnych z detektora ANABAT SD2 (system frequency division, ale działający trochę inaczej - stosuje system nagrywania ZCA - ECOTONE), pozwalające na - korzystając ze specjalnego oprogramowania - na semi-automatyczne rozpoznawanie gatunków.

Detektory Petterssona mają takie oto systemy:
D-100, D-200: tylko heterodynowy
D-230: heterodynowy i frequency division
D-240x: heterodynowy i time expansion
D-1000x (oraz nieprodukowany już D-980): heterodynowy, frequency division i time expansion

Wszystkie typy detektorów (Pettersson) za wyjątkiem D-1000x (zapisującego dźwięk na karcie Compact Flash) wymagają jakiegoś zewnętrznego urządzenia do zapisu dźwięku: magnetofonu taśmowego, magnetofonu cyfrowego, rejestratora cyfrowego na kartę (format pliku nie MP3!! - musi być WAV), w ostateczności MiniDisk-a, ewentualnie też laptopa - jeśli ktoś chce z włączonym, otwartym laptopem chodzić po terenie. Obecnie używam rejestratora cyfrowego (do wyboru do koloru: M-Audio, MicroBr firmy Boss, Marantz).

Problem polega na tym, że nie ma taniego detektora, mającego równocześnie system frequency division i time expansion, mają tak tylko najdroższe detektory D-980 (wycofany z produkcji i oferty - ECOTONE) i D-1000x, razem z prawie zbędnym w profesjonalnych badaniach systemem heterodynowym. Jak ktoś ma taką zabawkę, pracuje zwykle tak: idzie przez las, na jednym kanale słyszy sygnał KAŻDEGO nietoperza w systemie frequency division (każdego, bo jest to system szerokopasmowy i w czasie rzeczywistym), w tym momencie włącza time expansion i mała próbka sygnałów tegoż zwierzaka zostaje odtworzona/zapisana w 10-krotnym zwolnieniu, co pozwala na dokładniejsze i pewniejsze oznaczenie trudnych gatunków.

W detektorach 230 i 240x nie da się tak zrobić.

W przypadku 230 zapisywać będzie się wszystko od 10 do 100 kHz i będzie można to później analizować na komputerze, ale nie wszystkie gatunki oznaczymy i nie zawsze, struktura sygnału jest zachowana tylko "z grubsza". Sygnały echolokacyjne borowca wielkiego i borowiaczka, karlika malutkiego, drobnego i większego, mroczka późnego i pozłocistego (w niektórych przypadkach posrebrzanego) oraz rodzaj Myotis jako całość z pewnością oznaczymy w większości przypadków.

W przypadku 240x możemy uzyskać równie dobre nagrania jak w D-1000 i możemy oznaczyć największą liczbę gatunków, ale PROBLEM POLEGA NA TYM, że nie mamy w tej zabawce żadnego szerokopasmowego systemu pracującego w czasie rzeczywistym - nie ma nic, co informowałoby nas o wszystkich nietoperzach nadających w tym samym czasie na wszystkich częstotliwościach, w nie wszystkich przypadkach będziemy więc wiedzieli, że trzeba włączyć time expansion. Na drugim kanale mamy tam niestety system heterodynowy, a ten rejestruje tylko sygnały na JEDNEJ częstotliwości. Jeśli ustawimy na 50-55 kHz prawdopodobnie będziemy słyszeli karliki i nocki, ale o tym że w tym samym czasie przeleciał borowiec czy mroczek pozłocisty - nigdy się nie dowiemy, chyba że przypadkiem jakieś ich sygnały "załapią się" na moment rejestrowania próbki w time expansion. Z kolei jak sobie ustawimy na 25 kHz, będziemy wiedzieli o borowcach i mroczkach, ale o karlikach i nockach cisza. Oczywiście możemy, stojąc w jakimś bardzo „zanietoperzonym” miejscu, co jakiś czas kręcić gałką i przeszukiwać częstotliwości od 10 do 100 khz, i jak tylko coś usłyszmy - włączać time expansion.

Najlepiej więc zainwestować te 20 000 i kupić sobie D-1000x :-))) a jak ktoś chce robić tylko zlecenia pod wiatraki, niech raczej kupi D-230 (a NIE 240x). Nie oznaczy wszystkiego, ale podstawowe gatunki tak, w tym te narażone najbardziej na kolizje z turbinami.

1) Który program wybrać BatSound czy BatSound Pro? Chcielibyśmy analizować materiał na laptopie i komputerze.

Nie gra roli, BatSound Pro ma sporo bezużytecznych bajerów (z uwagi na rozwój sprzetu komputerowego program BatSound Pro nie jest juz rozwijany - wszystkie funkcje zawiera BatSound - ECOTONE), żeby rozpoznawać gatunki wystarczy BatSound. Pozwala na wyświetlanie spektrogramów, oscylogramów, wykresów "power spectrum" (widma mocy), mierzenie częstotliwości, długości sygnałów i odstępów między nimi - a po tym rozpoznaje się (m.in.) gatunki nietoperzy.

2) Które z detektorów mogą współpracować z tymi programami?

Błąd, to programy do analizy dźwięku. Każdego dźwięku, również nagrywanego bez detektora, np. mikrofonem, choć stworzono je z myślą o analizie nagrań głosów nietoperzy. Programy współpracują z komputerem, nie z detektorem - po prostu dźwięki muszą zostać przeniesione z detektora lub rejestratora (taśmy magnetofonowej, karty itp.) na komputer, z pomocą programu BatSound. Wyjątkiem chyba jest zapis nieprzetworzonych ultradźwięków (high frequency output), takie wyjście ma D-1000 i nagrywa się to bezpośrednio do laptopa (być może tylko poprzez BatSounda, ale w tym wypadku komputer musi mieć jakieś ekstra parametry karty dźwiękowej i wielką pamięć. W pozostałych przypadkach - dźwięków przetworzonych przez time expansion czy frequency division - NIE MUSI).

3) Podobno używając programu BatSound Pro należy zaopatrzyć się w dodatkowe oprogramowanie lub dodatkowo trzeba dozbroić komputer (laptop) Czy to prawda?

Z tego http://www.batsound.com/psonan.html#sysreq wynika, że chyba nie, za wyjątkiem sytuacji, gdy ktoś chce nagrywać nieprzetworzone ultradźwięki.

4) Czy faktycznie posługując się detektorem D-100 nie ma możliwości wykorzystania jednego z tych dwóch programów.

Jest możliwość, tylko po co? Analizując nagranie na komputerze nie wyciągniemy ŻADNYCH dodatkowych informacji na temat przynależności gatunkowej nietoperzy, niż uzyskalibyśmy odsłuchując nasze nagranie z magnetofonu przez głośniki, albo słuchając nietoperza przez detektor w terenie. Na sonogramie nagrania zrobionego w systemie heterodynowym zobaczymy bowiem "amorficzne plumknięcia", których struktura i częstotliwość nie mają nic wspólnego z oryginalnymi sygnałami nietoperza i tej struktury nie da się już odtworzyć.

5) czy detektor D-240x byłby optymalny dla stosowania tych programów. Jaki wtedy wybrać aby używać go na laptopie.

Tu warto powtórzyć, że najlepszy jest D-1000 lub D-980 (daje i dokładność w oznaczaniu gatunku i szerokopasmowość - monitorujemy wiele gatunków na raz), zaś jeśli chcemy monitorować naraz aktywność wielu gatunków i jako tako oznaczyć część gatunków (w tym te pospolitsze) to najlepiej kupić D-230. Co do 240x - patrz wyżej, nie jest on jakoś szczególnie "optymalny dla stosowania" jakichkolwiek programów, dźwięk przetworzony przez detektor jest dźwiękiem przetworzonym, a program do analizy dźwięku nam go przeanalizuje, w taki sam sposób jak nagranie naszego przemówienia na pogrzebie ciotki (zapisane bez detektora). Detektor jest po to, żeby niesłyszalne dla ludzkiego ucha (i często niemożliwe do "ugryzienia" dla zwykłych rejestratorów, magnetofonów i kart dźwiękowych w laptopach z uwagi na wysoką częstotliwość) przetworzyć na dźwięki słyszalne i rejestrowalne bez niewiadomo jakich super parametrów. Poza detektorem będzie potrzebne tez coś do nagrywania, chyba że chcecie Państwo nagrywać bezpośrednio do laptopa (wyjątek: D-1000). No i potrzebny będzie specjalista chiropterolog posiadający doświadczenie w bioakustyce, który to wszystko przeanalizuje.

Pozdrawiam

Dr Mateusz Ciechanowski