Un detector de murciélagos es un dispositivo que se utiliza para detectar la presencia de murciélagos convirtiendo las señales de ultrasonidos de ecolocalización que emiten los murciélagos en frecuencias audibles , normalmente de entre 120 Hz y 15 kHz. Existen otros tipos de detectores que graban los llamados de los murciélagos para poder analizarlos posteriormente, pero se los conoce más comúnmente por su función específica.
Los murciélagos emiten llamadas de aproximadamente 12 kHz a 160 kHz, pero las frecuencias superiores de este rango se absorben rápidamente en el aire. Muchos detectores de murciélagos están limitados a aproximadamente 15 kHz a 125 kHz en el mejor de los casos. Los detectores de murciélagos están disponibles comercialmente y también pueden ser construidos por uno mismo.
Los detectores de murciélagos se utilizan para detectar la presencia de murciélagos y también ayudan a sacar conclusiones sobre su especie. [1] Algunos llamados de murciélagos son distintos y fáciles de reconocer, como los murciélagos de herradura ; otros llamados son menos distintos entre especies similares. Si bien los murciélagos pueden variar sus llamados mientras vuelan y cazan, el oído puede entrenarse para reconocer especies según los rangos de frecuencia y las tasas de repetición de los llamados de ecolocalización. Los murciélagos también emiten llamados sociales (llamados sin ecolocalización) en frecuencias de ultrasonido.
Una de las principales limitaciones de los detectores acústicos de murciélagos es su alcance, que está limitado por la absorción de ultrasonidos en el aire. En frecuencias medias de alrededor de 50 kHz, el alcance máximo es de solo unos 25 a 30 metros en condiciones atmosféricas promedio cuando los murciélagos vuelan. Este alcance disminuye con el aumento de la frecuencia. Algunos llamados de murciélagos tienen componentes de alrededor de 20 kHz o incluso más bajos y, a veces, estos pueden detectarse a un alcance dos o tres veces mayor que el habitual. Sin embargo, solo se detectarán los componentes de frecuencia más baja a distancia. El alcance utilizable de los detectores de murciélagos disminuye con la humedad y, en condiciones de niebla, el alcance máximo puede ser muy bajo.
Es importante reconocer tres tipos de llamadas de ecolocalización de los murciélagos: modulación de frecuencia (FM), frecuencia constante (CF) (a veces llamada modulación de amplitud ) y llamadas compuestas con componentes tanto FM como CF. A continuación se muestra un murciélago que emite una llamada de tipo FM seguida de un murciélago que utiliza una llamada de tipo CF:
El llamado FM se escucha como chasquidos rápidos y secos y el llamado CF como pitos. Estos varían en frecuencia debido al efecto Doppler a medida que el murciélago vuela. Un detector de murciélagos heterodino exagera el efecto Doppler. A medida que el murciélago que emite los llamados CF vuela hacia el detector, el tono disminuye.
Varias especies de murciélagos utilizan un llamado compuesto de FM y CF que comienza con un llamado de FM que cae rápidamente y se vuelve más lento hasta convertirse en un llamado de CF al final, lo que le da al gráfico una forma de "palo de hockey". Esto hace que el llamado suene diferente en un detector de murciélagos:
Esto produce un sonido mucho más húmedo que el llamado FM puro. Los murciélagos suelen utilizar el llamado en forma de palo de hockey para la ecolocalización general, pero a veces utilizan solo la parte FM. Las frecuencias finales del murciélago común y del murciélago soprano son de alrededor de 45 kHz y 55 kHz respectivamente, pero estas frecuencias pueden variar ampliamente.
Existen tres tipos de detectores de murciélagos por audio en "tiempo real" de uso común: el heterodino, el de división de frecuencia y el de expansión temporal. Algunos detectores de murciélagos combinan dos o los tres tipos.
Los detectores heterodinos son los más utilizados y la mayoría de los detectores de fabricación propia son de este tipo. Los demás tipos de detectores también suelen tener incorporada una función heterodina. Un detector heterodino de murciélagos simplemente desplaza todas las frecuencias ultrasónicas hacia abajo en una cantidad fija para que podamos oírlas.
Un "heterodino" es una frecuencia de pulso como la que se puede escuchar cuando se tocan dos notas musicales cercanas. Un detector de murciélagos heterodino combina el llamado del murciélago con una frecuencia interna constante de modo que se generan frecuencias de suma y diferencia. Por ejemplo, un llamado 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 de conversión directa, es el detector superheterodino. En este caso, la señal del murciélago se mezcla con un oscilador de alta frecuencia, normalmente alrededor de 450–600 kHz. Luego, la diferencia de frecuencia se amplifica y se filtra en una "frecuencia intermedia" o en un amplificador antes de volver a convertirse en frecuencias audibles. Este diseño, que se basa en el diseño de radio estándar, proporciona una mejor discriminación de frecuencia 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 completamente digital.
También es posible utilizar un generador de "espectro de peine" como oscilador local para que el detector esté efectivamente sintonizado a muchas frecuencias, con una separación de 10 kHz, simultáneamente.
Algunos de los primeros detectores de murciélagos utilizaban equipos de radio de baja frecuencia de la Marina, simplemente reemplazando la antena por un micrófono y un preamplificador. También es posible modificar una radio portátil de onda larga para que funcione como detector de murciélagos ajustando las frecuencias de sintonización y reemplazando la antena de varilla de ferrita por un micrófono y un preamplificador.
El operador adivina la especie probable que está presente y ajusta la frecuencia en consecuencia. Muchos usuarios comienzan a escuchar alrededor de los 45 kHz. Si se ve un murciélago o se escucha un llamado similar al de un murciélago, la frecuencia se ajusta hacia arriba y hacia abajo hasta que se escucha el sonido más claro.
Las especies como los murciélagos murciélagos, que terminan su canto con un componente de frecuencia cardíaca que suena como un palo de hockey, se pueden reconocer según la frecuencia más baja que produce el sonido "plop" más claro. Los murciélagos de herradura emiten un sonido de piar a una frecuencia que depende de su especie. Todos los cantos de frecuencia modulada tienden a sonar como chasquidos, pero las frecuencias de inicio y fin y el patrón de repetición del canto pueden dar pistas sobre la especie.
Las ventajas de un detector heterodino de murciélagos es que funciona en tiempo real, exagera los cambios de frecuencia de un llamado de murciélago, es fácil de usar y es el más económico. Es fácil reconocer un desplazamiento Doppler en los llamados de CF de murciélagos en vuelo debido a su velocidad de vuelo. La escucha y grabación en estéreo es posible con modelos como el detector heterodino estéreo CSE, y esto puede ayudar a rastrear murciélagos cuando la visibilidad es mala.
Las desventajas de un detector de murciélagos heterodino son que solo puede convertir una banda estrecha de frecuencias, típicamente 5 kHz, y tiene que reajustarse continuamente, y puede pasar por alto fácilmente especies fuera de su rango ajustado actual.
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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 los murciélagos, normalmente 1/10. Esto se hace convirtiendo la llamada en una onda cuadrada , también llamada señal de cruce por cero. Esta onda cuadrada se divide luego utilizando 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 siempre que sea 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 de FD emiten esta señal de nivel constante que reproduce el ruido de fondo y los cantos de los murciélagos al mismo nivel alto. Esto causa problemas tanto en la escucha como en el análisis. Los detectores de 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 de FD sofisticados también incluyen un detector heterodino y proporcionan una salida de jack para que se puedan registrar salidas independientes para su posterior análisis.
Con detectores FD de salida dual, se pueden usar auriculares para monitorear ambas salidas simultáneamente, o se puede usar el altavoz con la función heterodina y grabar y analizar posteriormente la salida FD. Alternativamente, escuchar la salida FD brinda una reproducción audible del llamado del murciélago a una frecuencia de 1/10. Un ejemplo de detector dual es el Ciel CDB301.
Los detectores duales FD/heterodino son útiles para transectos de larga distancia, especialmente cuando se proporciona una función para grabar notas de voz, como horas, ubicaciones y llamadas de murciélagos reconocidas. La salida o las salidas se graban en cintas de casete, minidiscos o grabadoras de estado sólido, se descargan a una computadora y se analizan utilizando un software personalizado. Las llamadas no detectadas por la función heterodina, si están presentes, se pueden ver y medir en el análisis.
Ventajas: Al igual que un detector heterodino, un detector FD funciona en tiempo real con o sin función heterodina. Los llamados de los murciélagos se pueden escuchar en su totalidad en todo su rango en lugar de en un rango de frecuencia limitado. No es necesario resintonizar 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 los llamados y el patrón de los mismos.
Una desventaja importante de la escucha en tiempo real es que la velocidad de un llamado de murciélago sigue siendo rápida, a menudo demasiado rápida para que se reconozca la especie. Los cambios de frecuencia de los llamados de CF no son exagerados como con un detector heterodino y, por lo tanto, son menos perceptibles. También con algunas especies como el murciélago de herradura menor con un llamado de alrededor de 110 kHz, la frecuencia resultante sigue siendo bastante alta, aunque se puede grabar. La síntesis del llamado significa que solo se puede reproducir un llamado de murciélago a la vez y se produce una confusión entre los llamados simultáneos. Sorprendentemente, esto no es una gran desventaja cuando se analiza una grabación más tarde.
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Los detectores de expansión temporal (TE) funcionan digitalizando los llamados de los murciélagos a una alta frecuencia de muestreo utilizando un convertidor analógico a digital y almacenando la señal digitalizada en una memoria incorporada.
Los detectores TE son dispositivos de "tiempo real" en el sentido de que pueden ser monitoreados en el momento de la grabación, pero hay una demora inevitable mientras el extracto muestreado de alta velocidad se ralentiza y se reproduce.
En el modo de tiempo real, con o sin un detector heterodino o FD asociado, los llamados más lentos se pueden escuchar como un llamado de murciélago prolongado en frecuencias audibles. Por lo tanto, los llamados de FM rápidos se pueden escuchar como una nota descendente en lugar de un clic. De esta manera, es posible escuchar la diferencia entre los llamados de FM que simplemente suenan como clics en los otros tipos de detector.
Después de descargar una grabación de audio a una computadora, las llamadas originales se analizan como si todavía estuvieran en la frecuencia original no expandida.
La salida se puede grabar con una grabadora de audio como en el caso de los detectores FD, o con unidades más recientes, la señal se puede grabar directamente en una memoria digital interna como una tarjeta flash compacta. Se graba toda la forma de onda y se conserva el rango completo de llamada, en lugar de 1/10 de la forma de onda como en un detector FD. Dado que tanto la información de frecuencia como la de amplitud se conservan 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 la memoria se llenaba (normalmente sólo unos pocos segundos como máximo), la unidad reproducía 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 los cantos de los murciélagos se muestrean de forma intermitente. Por ejemplo, cuando se reproduce un canto de 1 segundo a una velocidad de 1/32, no se graban 32 segundos de cantos de murciélago.
Los grabadores de expansión temporal más recientes utilizan memorias flash de gran tamaño (como tarjetas Compact Flash extraíbles) y grabación directa en tarjeta de gran ancho de banda para proporcionar una grabación continua en tiempo real con todo el ancho de banda. Estas unidades pueden grabar de forma continua durante muchas horas manteniendo la máxima información dentro de la señal.
Algunas unidades también están equipadas con una función de grabación automática y pueden dejarse en el campo durante muchos días.
Algunas unidades también incluyen una función de pre-buffer para capturar eventos que ocurrieron poco antes de que se presionara el botón "grabar", lo que puede ser útil para estudios manuales.
Los detectores TE se utilizan normalmente para trabajos profesionales y de investigación, ya que permiten realizar un análisis completo de los cantos de los murciélagos en un momento posterior.
Una investigación realizada en 2010 observó que las frecuencias utilizadas por los murciélagos pueden alcanzar los 250 kHz. [2] 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. Por lo tanto, para registrar un ancho de banda de 250 kHz se requiere una frecuencia de muestreo superior a 500 kHz. Las unidades modernas con capacidad de expansión temporal 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.
El ZCA se asocia más comúnmente con el detector de murciélagos Anabat de Titley Scientific. [3] Los llamados de murciélagos originales se digitalizan y los puntos de cruce por cero se utilizan para producir un flujo de datos que se graba en una tarjeta de memoria. Hay sofisticados controles de tiempo y activación y el dispositivo se puede configurar para responder a los llamados de murciélagos, de modo que se pueden disponer de muchas horas de grabación en situaciones no tripuladas. El propósito de ZCA es reducir la cantidad de datos que se deben grabar 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 memoria y el costo de la memoria.
La grabación ZCA de estado sólido se analiza mediante un software personalizado para producir un gráfico de tiempo/frecuencia de cada llamada que puede examinarse para el reconocimiento de especies de manera similar a las grabaciones FD o TE.
El detector ZCA se suele colocar en un refugio o en una ruta de vuelo de murciélagos y se deja allí durante varios días para que recopile datos. Por lo tanto, requiere menos trabajo que utilizar un detector de murciélagos operado por humanos en tiempo real.
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.
Esto se puede hacer utilizando un periférico digitalizador de alta velocidad en un ordenador, como un portátil. No se trata de un detector de murciélagos como tal, pero las grabaciones de llamadas de murciélagos se pueden analizar de forma similar a las grabaciones de TE. Este método produce archivos de datos de gran tamaño y no ofrece 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 sustituir a un detector de murciélagos convencional. Estos sistemas avanzados proporcionan además una pantalla espectrográfica en tiempo real, herramientas de medición y clasificación automatizadas de parámetros de llamadas, funcionalidad GPS integrada y una herramienta de entrada de metadatos versátil para documentar las grabaciones.
Los detectores de murciélagos DSP tienen como objetivo proporcionar una representación acústicamente precisa de los llamados de los murciélagos mediante el uso de un procesador de señales digitales para mapear las señales de ultrasonidos de los murciélagos en sonidos audibles; se están utilizando diferentes algoritmos para lograr esto y hay un desarrollo y ajuste activo de algoritmos en curso.
Una estrategia llamada "desplazamiento de frecuencia" utiliza un análisis de señal FFT para encontrar la frecuencia principal y la potencia de la señal, luego, mediante 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.
Se cree que este tipo de detector de murciélagos se encuentra en preproducción o en fase experimental y no está disponible comercialmente. [ cita requerida ] Se están realizando investigaciones para analizar muchos tipos de llamadas y sonidos ultrasónicos además de los de los murciélagos. [4]
Un detector TDSC digitaliza las llamadas originales y obtiene 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.
La observación visual es el medio obvio para detectar murciélagos, pero, por supuesto, esto solo se puede hacer durante el día o en condiciones 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 primera generación, más asequible, tiene un tiempo de retardo que no proporciona una imagen adecuada de un murciélago en vuelo.
Las cámaras y videocámaras infrarrojas (IR) se utilizan con un iluminador IR para observar la aparición de murciélagos y su comportamiento dentro y fuera de los refugios. El problema con este método es que obtener un recuento a partir de una grabación es tedioso y lleva mucho tiempo, pero las videocámaras pueden ser útiles como respaldo en los recuentos de aparición de refugios para observar a los murciélagos que vuelven a entrar en ellos. Muchas videocámaras Sony son sensibles a los infrarrojos.
Los dispositivos de rayos infrarrojos suelen constar de una matriz dual de rayos infrarrojos invisibles. El tamaño de la entrada del refugio determina la cantidad de rayos necesarios y, por lo tanto, la potencia requerida y el potencial para su uso fuera de la red eléctrica. Existen sistemas de un solo haz para instalar en las cajas para murciélagos, pero no registran la dirección de tránsito. Casi todos los sistemas que se utilizan hoy en día son no comerciales o de instalación casera. Un sistema que se utiliza en algunas minas de Wisconsin utiliza dos matrices de rayos, pero están bastante separados y, en consecuencia, solo registran aproximadamente el 50 % de los murciélagos, aunque se obtienen cifras extrapoladas mediante la correlación de datos de interrupción del haz y de vídeo con marca de tiempo. El Countryside Council for Wales (CCW) utiliza dos sistemas similares con rayos espaciados lo suficientemente cerca como para que se registre cada murciélago que transita por la entrada junto con la temperatura. Estos sistemas requieren alimentación de red o baterías de ciclo profundo de 12 V. Se pueden utilizar junto con un Anabat Zcaim instalado en un tubo de suelo de 6" y apuntado a través de la entrada del refugio para discriminar entre especies correlacionando los datos de la marca de tiempo de la matriz IR y los datos filtrados de Anabat Zcaim para 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 interrupción de haces deben analizarse cuidadosamente para eliminar el "comportamiento de muestreo de luz" (muestreo del entorno) en el que los murciélagos abandonan repetidamente el refugio y regresan inmediatamente si las condiciones no son adecuadas. Algunos sistemas discriminan en busca de animales del tamaño de un murciélago; determinan si los haces son interrumpidos 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 de luz. El método que parece dar los resultados más precisos es el siguiente: al tránsito "de salida" se le asigna un 1, al tránsito "de entrada" se le asigna un -1. El recuento inicial se establece en cero a las 4 p. m. todos los días. Utilizando una hoja de cálculo, los recuentos se suman de forma acumulativa desde las 4 p. m. de cada día hasta las 9 a. m. del día siguiente. El recuento "positivo" máximo se puede encontrar fácilmente para cada día. Dado que cada tránsito tiene una marca de tiempo, también se conoce la hora exacta del recuento diario máximo. Los recuentos de muestreo de luz se eliminan de los datos, ya que un "1 de salida" se cancela con un "1 de entrada", lo que da como resultado un recuento acumulado de cero para los murciélagos de muestreo de luz.
Las cámaras termográficas con una definición lo suficientemente alta como para detectar murciélagos a más de 30 metros de distancia 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 alcance de detección de murciélagos similar al de los detectores acústicos de murciélagos debido a su pequeño tamaño y a 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 detectarán un mamífero pequeño y rápido como un murciélago.
El radar se ha utilizado para detectar murciélagos más allá del límite acústico, pero es muy costoso en cuanto a equipo y horas de trabajo. Las instalaciones de detección de peligro de colisión de aves y aeronaves (BASH) son capaces de detectar murciélagos, pero suelen estar situadas en lugares donde vuelan pocos murciélagos. Hay muy pocos radares terrestres móviles adecuados disponibles en cualquier lugar. Se han utilizado módulos de radar Doppler portátiles en el campo para permitir a los investigadores compensar el desplazamiento Doppler impuesto a las grabaciones de señales de 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.
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