Akustické monitorování terestrického prostředí s využitím sestav mikrofonů

Verze PDF

Živočichové, kteří vydávají zvuky ať už z důvodu komunikace anebo orientace, mohou být nahráváni na zvuková zařízení a následně identifikováni. Při zvolení vhodné sítě mikrofonů a bezdrátových nahrávacích zařízení se dá následným softwarovým zpracováním dosáhnout ať už relativní nebo absolutní (při spojení s GPS) lokalizace jednotlivých zdrojů zvuku. To je možné využít jak v ekologii, tak k výzkumu chování anebo ochranářské biologii. Následné určování není závislé jenom na lidech. V současné době existují přímo počítačové programy, které na základě algoritmů dokáží automaticky určit druhy, pohlaví nebo věkovou kohortu (a do budoucna lze počítat s jejich zdokonalováním), které urychlí analýzu velkých souborů audiodat. Dobré na této metodě je, že je neinvazivní a umožní nám popsat, kde se zvířata nacházejí, jakou škálu zvuků vydávají, případně odpovídat i na složitější otázky týkající se vlivu antropogenního hluku, studia interakcí mezi druhy a sociální dynamiku uvnitř druhu. Při vhodném použití nám může ukázat i vliv klimatických změn nebo fragmentace habitatů na biodiverzitu.

Využitelné výstupy: 

Záznam a studie akustických projevů zvířat se nemusí používat jen pro výzkum jejich přizpůsobení prostředí, způsobu komunikace v komplexních skupinách či ročním změnám v komunikaci, ale díky rozvoji monitorovacích technik pronikají také do prvků chování mohem většího rozsahu jako námluvy, lov nebo migrace. Bioakustický výzkum se dnes používá i v těchto případech:
1) Distribuce a abundance druhů a biodiverzita. Už jen záznamy z jednoduché nahrávací jednotky mohou ukázat druhovou bohatost a složení společenstev ptáků, netopýrů, žab nebo hmyzu. Stereomikrofony a quadrofonní soustavy mikrofonů mohou navíc určit i abundanci na základě časového zpoždění mezi současně nahrávajícími mikrofony. To umožňuje zaznamenat relativní pozici jednotlivých zdrojů zvuku a rozlišit tak od sebe více jedinců. Soustava alespoň 3 mikrofonů pak dokáže za pomoci lokalizačního algoritmu určit i absolutní geografickou pozici. To může být důležité hlavně u lokalit těžko přístupných či příliš hustých na to, aby se pozice dala zjistit vizuálně. Při vhodné volbě druhů se tak dá na základě jejich abundance zjistit i stav ekosystému tak jako dr. Fischer se svými kolegy v práci zveřejněné roku 1997. Na základě poměru dvou typů sarančí byli schopni porovnat eutrofizaci suchých stepí.
2) Fenologie a časoprostorová odpověď na rušení. Z akustických záznamů se dají určit i časoprostorové změny v chování jedinců a v populacích. Můžeme tak popsat migrační trasy ptáků, zvláště migrují-li v noci, kdy není snadné použít vizuální záznam. Podařilo se tak zjistit např. i vliv větrných elektráren na migrující ptactvo nebo sledovat stav žab v odpovědi na změny klimatu. Možnost rozmístit audiozařízení na velké ploše pak pomáhá vytipovat místa, která jsou pro zvířata důležitá, a tedy vyžadují naši ochranu.
3) Vliv antropogenního hluku na zvířata. Zde nalezla uplatnění analýza audiozáznamu např. při zjištění do jaké vzdálenosti je puštík západní rušen přistáváním vrtulníků během tréninkových letů, což pomohlo k vytyčení ochranné zóny kolem jeho hnízdišť (zde 150 m). V evropských městech bylo zase prokázáno, že ptáci se snaží posunem frekvence zpěvu vyhnout maskování hlukem ze svého okolí a to zároveň snižuje jejich reprodukční úspěšnost.
Další využití je třeba ke zjištění struktury signálu, komu je určen a jeho směřování, popř. komunikaci v rámci sociální sítě. To jsou ale poznatky, které se promítnou do ochranářské biologie až sekundárně např. přes určení ideální vzdálenosti od tokanišť v závislosti na pochopení struktury zvuků anebo poukázáním na důležitost velikosti skupiny a její vnitřní struktury.
Před započetím vlastního pokusu je přirozeně nutno správně posoudit, jaké zařízení potřebujeme. Typ mikrofonu je nutné vybírat s ohledem na sledované zvíře a uvědomit si, že mikrofony mají omezený rozsah frekvencí, které snímají. Ačkoli existují mikrofony, které zachycují zvuk jen z určitého směru, pokud budeme mít soustavu více nahrávacích zařízení, bude poloha určena dodatečně a je tedy takováto investice zbytečná. Je též třeba se rozhodnout, jakou kvalitu záznamu potřebujeme. Ta je stanovena jednak rychlostí záznamu (Hz) a počtem bitů. Ten ovlivňuje jednak dynamický rozsah záznamu, ale i velikost výsledného souboru a tedy i nutnou kapacitu nahrávacího zařízení. Krom toho je třeba brát zřetel i na vlastnosti prostředí, jako je snášení tepla, zimy anebo deště. Obecně platí, že ve vlhčích oblastech více vydrží přístroj s méně pohyblivými částmi. Silné zapojení listoví může zase bránit dobrému zaměření GPS, což pak může dělat problémy při přesné synchronizaci záznamů. A zapomenout nesmíme ani na maskování před zvířaty a lidmi. Pokud jde o identifikaci záznamu, tak je možno se spolehnout na práci odborníků, která je ale časově náročná, anebo použít některé obecné algoritmy, které záznam vyhodnocují automaticky. Ty sice mají ještě nějaké slabiny, jako je třeba určování netopýrů z jejich navigačních signálů anebo určování varovných hlasů ptáků, ale i na tomto poli se dá očekávat další vývoj.

Grafické přílohy: 
Schema sítě více mikrofonů.
Zdroj: 
Blumstein B.T., Mennill D.J., Clemins P., Girod L., Yao K., Patricelli G., Deppe J.L., Krakauer A.H., Clark C., Cortopassi K.A., Hanser S.F., McCowan B., Ali A.M., Kirschel A.N.G. 2011. Acoustic monitoring in terrestrial environments using microphone arrays: applications, technological considerations and prospectus. Journal of Applied Ecology 48: 758-767.
Zadal: 
František Špoutil
EEA Grants Investice do rozvoje vzdělávání
Podpořeno grantem z Islandu, Lichtenštejnska a Norska. Supported by grant from Iceland, Liechtenstein and Norway.