Techniky akustického monitoringu ptáků

Článek vznikl v rámci projektu Využití informačních technologií v ornitologickém výzkumu
na Vysočině, který realizovala Pobočka České společnosti ornitologické na Vysočině. Projekt byl
částečně finančně podpořen Fondem Vysočiny v rámci programu Popularizace a vzdělávání v oblasti
informačních technologií - 2008, který je financován krajem Vysočina.
Úvodní motivační článek
Techniky akustického monitoringu ptáků
Dr. Ing. Jan Savický
[email protected]
Bezobslužný záznam zvuku v terénu umožňuje doložit přítomnost ptačího druhu či
individua na lokalitě, stanovit pozice volajícího ptáka či sbírat data pro kvantitativní
odhady. Přínosem článku je návrh metod vhodných pro amatérskou ornitologii
s využitím dostupné spotřební techniky – digitálních kancelářských diktafonů, GPS
navigace a softwaru na zpracování zvuku. Metoda je vůči ptákům mimořádně šetrná
(bezkontaktní), je časově efektivní v terénu i při vyhodnocení sebraných zvukových
dat a skýtá tak příležitost prohloubení našich poznatků o rozšíření zejména skrytě
žijících, vzácných či nočních ptáků.
Obr 1. Digitální záznamník maskovaný v ochranném pouzdře citlivě snímá okolní zvuky i po několik
dnů. Poskytne cenné informace o ptačím světě v okolí.
7
Úvodem
Na teritoriální hlasový či jiný zvukový projev ptáka (tok bekasin) lze nahlížet jako na
druhově či případně individuálně specifický kód záměrně šířený zvířetem ve svém
okolí. Zvuk proniká všemi směry, často na značnou vzdálenost (u sov za klidné noci
i mnoho set metrů), bez potřeby světla, přes překážky (stromy) i přes mírnou
nepřízeň povětrnostních vlivů. Zvuk lze snadno zachytit, zaznamenat a
automatizovaně zpracovat. Otevírá se tak prostor pro obor instrumentální ornitologie
– akustický monitoring. Ptáci nám dobře vycházejí vstříc: jejich potřeba hlasově
deklarovat svou přítomnost na hnízdišti i jinde dobře vyhovuje našemu zájmu se o
jejich přítomnosti dozvědět.
Nahrávání ptačích hlasů s cílem uchovat co nejvěrnější záznam je zavedenou
disciplínou a dosáhlo značných úspěchů, např. v díle Pavla Pelze (www.biophon.cz).
Cíle akustického záznamu jsou odlišné, totiž zachytit určitelný zvuk v místě a čase a
vyvodit z této události závěry. Kvalita nahrávky je významná jen do té míry, aby
umožnila použít zvolenou metodiku. Poslouchat a učit se hlasy ptáků budeme i
nadále u Pelze.
Z nahrávek senzorických sítí lze rekonstruovat pozice ptáků. Postup je sice
náročnější než prostá akustická faunistika, zato výsledky jsou překvapivě přesné.
V praxi dosáhneme odchylky vypočtené pozice od skutečného místa zdroje i menší
než 2 m. To je mnohem lepší než přímý odhad podle sluchu z místa pozorovatele (po
způsobu "tímhle směrem v rákosí"). Úspora času a námahy společně se schopností
určit pozici jsou cenné a dávají tušit, že se vydáváme zajímavým směrem.
Vybavení
Zvuk se nahrává od dob Edisona, co se změnilo, jsou parametry. Dnešní
miniaturizovaná záznamová digitální technika umožňuje skryté, dlouhodobé a
bezobslužné nasazení nejen v kanceláři, ale právě i v terénu. Digitální záznam je
spolehlivý, uživatelsky přívětivý a dokáže ukládat desítky hodin ve vysoké kvalitě
v přístroji velikosti malého mobilního telefonu. Před nedávnem nemožné.
Obr. 2. Brašna se šesti záznamníky Olympus DS-50 a jedním LS-10, GPS navigací, kompasem a
drobnostmi. Pořádek usnadňuje práci.
8
Materiál pro tento článek byl pořízen šesti záznamníky značky Olympus DS-50.
Model je osazen 1 GB paměti a pojme 35 hodin záznamu při vzorkovací frekvenci
44,1 kHz (kvalita hudebních CD) a 64 kbps stereo při komprimaci do formátu WMA.
Při mono je to dvakrát tolik, celé tři dny. Na takovou dobu záznamu již nestačí
standardní výbava bateriemi (2 x AAA), proto záznamník podle potřeby rozšíříme
externí sadou baterií (kutilsky). V zimě preferujeme oproti běžným NiHd raději NiCd
nabíjecí akumulátory, protože snášejí chlad lépe. Standardně dodávaný stereo
mikrofon má vynikající citlivost. Vnímavosti lidského ucha subjektivně nedosahuje,
ale už moc nechybí. Záznamníky jsou vybavené pro naše účely užitečnou časovací
funkcí (zajímá-li nás jen noc nebo úsvit, možná po dva tři dny za sebou). Běžná
prodejní cena kolem 7 800 Kč s DPH / kus (květen 2008). I za drsných podmínek
nahrávaly spolehlivě.
Obr. 3. Doplňková sada baterií pro dlouhodobé záznamy (desítky hodin) či práci za mrazu.
Psychologickým úskalím metody je nebezpečí ztráty vybavení ponechaného přes
noc v krajině. Záznamníky proto pečlivě maskujeme pouzdrem, a uvidíte, nikdo si jich
nevšimne. Jarní období naštěstí není časem houbařů.
Pouzdro ochrání strojek i před nepřízní počasí (vyzkoušeno i během propršených
nocí). Jeho součástí bude molitanový převlek k ochraně mikrofonu proti stékající
vodě a obtížnému větru (k dostání v hudebninách, tzv. Windschutz, dobře se
osvědčil).
9
Obr. 4. Záznamník se do pouzdra
vkládá výstřihem v molitanové
protivětrné ochraně. Polokoule se
zase sevřou, ochrání mikrofon a
strojek spolehlivě zajistí proti
vypadnutí. Stěna pouzdra je
z obtočené lepicí pásky (izolepa,
lepem vně), další vrstva je z hnědé
kobercové
lepenky,
pokryto
koudelí, trochu stříknuto zelenou.
Pronikání vlhka od kmene přes
molitan je zabráněno vlepenou
nepromokavou chlopní. Nahoře a
dole je špendlík. Elektronické
hnízdečko je levné, na míru a
osvědčilo se.
Pro synchronizaci času záznamníků v polygonech při určování pozic ptáků si lze
sletovat ze stavebnice časovač, upravit jej a doplnit sirénkou. Obvod zapíská
například každých 15 až 30 minut.
Obr. 5. Časovač pro synchronizaci záznamníků při sběru dat pro určení pozic volajících ptáků. Základ
koupíte jako stavebnici, stačí ji trochu upravit.
10
Nahraný zvuk lze vyhodnotit rychleji než poslechem. Když totiž záznam zobrazíme
na počítači v tzv. spektrogramu (grafické zobrazení frekvencí a amplitud složek
zvuku), dokážeme celonoční nahrávku prohlédnout i za čtvrt hodiny. Běžné hlasy se
naučíme poznávat již podle jejich tvaru na spektrogramu (čáry, plochy, jako obrázky),
ostatní určíme poslechem. Počítače dnes standardně pracují s velkými soubory (za
nahrávací noc pořídíme data v řádu GB) a spočítat Fourierovu transformaci pro
vykreslení spektrogramu zvládají za letu. Hodí se rychlý procesor a moc velký disk.
Osvědčil se notebook se 4 GB RAM, 160 GB na jednotce c: a externí takřka
neomezený disk. Dokáže v programu Adobe SoundBooth otevřít všech šest
desetihodinových záznamů naráz (na pozadí si rozvine WAV, a to jsou velká data).
Obr. 6. Spektrogram můžeme číst trochu podobně jako notový zápis, čárka výše zní výše, zleva
doprava jde čas. Půldruhého kilometru vzdálené zvony kostela Nanebevzetí Panny Marie v Polné,
5:00.
Právě zmíněný program na zpracování zvuku Adobe SoundBooth se nám velice hodí
pro svoji schopnost rychle generovat spektrogramy i z dlouhých nahrávek. Časové
značky, které vložíme do proudu zvuku (markery), umí ukládat v XML formátu, takže
je může snadno sdílet s navazujícími programy vlastní výroby pro další zpracování
(výpočet pozice, archivace poznámek).
Běžně dostupná je spotřební GPS navigace, která stanoví souřadnice v terénu s
přesností na metry (v lesním hustém porostu bude přesnost nižší než na poli). Bez ní
by výpočty pozic nebyly prakticky možné. Navíc pomohou při evidenci dat
monitoringu a spolehlivému sběru mikrofonů po akci (jsou to vždy radostná setkání).
Autor používal model Garmin Nüvi 660 s navazujícím softwarem Mapsource.
Metoda je účinná, vybavení dostupné a znalost ovládání či dokonce programování
digitálních technologií zejména u mladých rovněž. Za takové příznivé situace lze
akustický monitoring provozovat i v amatérských podmínkách. Sledovat lze různé
ornitologické cíle; pokusme se naznačit některé z nich.
11
Přítomnost
Základním užitím záznamníku v terénu je zachytit přítomnost druhu prostřednictvím
jeho hlasu. Vysílat čitelný druhově jednoznačný kód je posláním teritoriálního
hlasového projevu. V hnízdním období na to můžeme do značné míry spoléhat.
Nahrávkou tak lze přítomnost nejen doložit, ale z dostatečně dlouhodobých záznamů
bez nálezu pro oblast akčního radia mikrofonu usuzovat s jistou opatrností i na
nepřítomnost ptáka. Po krátké večerní návštěvě je takový závěr zpravidla ještě
nedostatečně podložený.
Obr. 7. Chřástal kropenatý jsou ty svislé mírně nahoru doprava ubíhající čárky. Vejde se pod cvrčilku
(souvislá horizontála na 5-7 kHz) a nad žáby. Starý Přísecký rybník, Vysočina, 2008-05-21 3:58.
Obr. 8. Chřástal polní monotónně chřástá, jen stále mění hlasitost, asi se otáčí. Smrčná, Vysočina,
2008-06-06 22:47.
12
Obr. 9. Typický projev kulíška nejmenšího. Nahráno večer půl hodiny po západu slunce společně
s drozdem a červenkou. Popické polesí, Vysočina, 2008-04-12 20:25.
Obr. 10. Sýc rousný ve dvě v noci. Čeřínek, Vysočina, 2008-03-30. Sedl si tentokrát k záznamníku
docela blízko.
Obr. 11. Výr houká hluboko, kolem 300-400 Hz. Čeřínek, Vysočina, 2008-04-05 2:50.
13
Obr. 12. Strnad luční u Větrného Jeníkova, Vysočina, 2008-06-06 8:36. Černé díry v spektrogramu
jsou artefakty generované kompresí.
Pořízená audio nahrávka poslouží jako doklad výskytu. Lze ji kopírovat, zveřejnit,
archivovat, opakovaně posuzovat. Z nahrávky snadno určíme čas a řadu okolností:
typ hlasového projevu, párové hlasy, ale i déšť, vítr, jiné hlasy.
Záznamník pracuje i za deště, je-li dobře ochráněn. Vytrvá, až se vyčasí a ptáci se
ozvou. Nahráváme pokud možno o nevětrných dnech, mrholení nevadí. Zato hustý
déšť přehluší hlasy údery o blízké listy a jiným obecným šumem. Záznamníky
v pouzdře napichujeme na kmeny, větve, prkna, kůly, sloupy, svázané rákosí, proutí
u cesty, vrbiny nad hladinou, rybářské boudy, sloupky železničních mostků, ptačí
budky, pařezy, donesené tyčky zatnuté v bahně rybníka, no zkrátka všude.
Upřednostníme místa bez listí (šumí) a co nejvýše s dohledem na zkoumanou
plochu. Nahoře to ale více fouká a na uschlý keř bez listí se s jistotou posadí místní
zpěvák, který přehluší ve svých frekvencích všechno ostatní. Bez listí stojí na poli už
ale jen posed. Tam zas sedá strnad a chodí lidi. Tak si vyberte.
14
Obr. 13. Tenký hostitelský kmínek skýtá výhodu slabšího zvukového stínu zezadu přístroje. Pokud je
však olistěn, šumí. Opačně se chová stěna posedu. Bez listí i stínu zezadu je oplůtek.
15
Schéma rozmístění čidel v terénu závisí na slyšitelnosti očekávaného hlasu (druh,
den/noc, šum řeky, dálnice), hustotě porostu, charakteru reliéfu terénu a dalších
okolností jako známá hnízda, velikost teritorií zkoumaného druhu apod. Je-li volba,
klademe senzory na hřebeny (vyhneme se zvukovému stínu terénu). Kladení kolem
cest násobkem urychluje práci.
Pro hledání lesních sov se autorovi osvědčily linie se vzdáleností mezi čidly 300 až
600 m. Z obrázku 14. je patrné, že kulíšek byl za ideálních podmínek slyšet na
vzdálenost zhruba 400 metrů, za ztížených v lese asi 250 metrů. Mikrofony můžeme
klást v dvojnásobných odstupech, než je vzdálenost spolehlivé slyšitelnosti
hledaného druhu (alespoň někde je vždy z linie mezi čidly slyšet, 250 m x 2 = 500
m). Abychom však plochu pokryli souvisleji a zachytili i sovy dále od line, zvolíme
odstupy kratší, řekněme 300 m (250timetrové kruhy kolem záznamníků částečně
překryjeme). U sýce rousného tomu bude podobně. U puštíka byla spolehlivá
slyšitelnost zhruba 500 metrů (viz obrázek 15.) a odstupy mikrofonů tak mohou být
600 metrů. U výra to může být podobné. Vhodné odstupy podle druhu sovy a typu
terénu je třeba dále zkoumat a pokusit se navrhnout jednotnou metodiku.
16
Obr. 14.
Záznam kulíška
nejmenšího
z různých
vzdáleností na linii
mikrofonů. Horní
pruh byl pořízen
ze vzdálenosti
hrubým odhadem
400 m od ptáka
(převážně
paseka), další pak
200, do 100 a 300
metrů (poslední za
hradbou hustého
porostu). I na
nejslabších
záznamech je
ještě slyšet.
Skutečná pozice
kulíška nebyla
známa,
záznamníky byly
rozmístěny v lese
na linii v pořadí
pruhů na obrázku.
Polesí Popice,
Vysočina, 200805-13 5:00.
17
Obr. 15. Záznam puštíka obecného z různých vzdáleností na linii mikrofonů. Odhadované vzdálenosti
(skutečná pozice nebyla známa): shora 100, 400, 800 a 1000 metrů. Popické polesí, Vysočina, 200804-14 3:30.
Přístupů k pokrytí terénu může být více. Lze usilovat o úplné pokrytí plochy
pravidelnými sítěmi senzorů, o pokrytí náhodně položenými liniemi (se zobecněním
výsledků na zbytek), lze skenovat typické biotopy, či zcela náhodné rozmisťování
jaksi na štěstí.
Noční lesní nahrávky se vyhodnocují snadno. Hlasy jsou řídké a dobře se prosadí na
nízkém šumovém pozadí. Sova má grafické stopy ve spektrogramu štíhlé, ostré,
táhlejší, pes z daleké i nedaleké vsi je rozmazaný a prudký. Úskalím denních
nahrávek je obecný hluk a překryv hlasů. Jejich studium je náročnější. I tak
spektrogram záznam zpřehlední, můžeme si dokonce přehrát jen vybrané rozmezí
frekvencí a třeba hlasitého kosa tak potlačit.
Každá nahrávka má svůj šumový kolorit a typické zvuky. Po chvíli si zvykneme a
naučíme se je v spektrogramu poznávat (kohout zleva, prasknutí větve, kráva z obce,
vlak o desáté, letadlo). Obtížní jsou psi, štěkají a vyjí na různých frekvencích (malý
pes, velký pes) celé noci a nahrávky tak znečišťují. Podobně cvrčilky, rákosníci, ale
zejména ty nešťastné miriády žab ruší u rybníka skoro celou noc.
Hlasy, které nedokážeme určit, určí zkušenější kolega. Zobrazení na spektrogramu
poslouží jako vizuální určovací klíč pro srovnávání se vzorovými hlasy z archivu
(okem měřitelný tvar, výška, průběh hlasu). Výška tónu je zajímavá např. i pro
určování netopýrů (zachycené vysoké frekvence závisí na zvoleném vzorkovacím
kmitočtu, u 44,1 kHz zachytíme zvuky do 22 kHz). Záznam si zopakujeme, kolikrát
18
chceme, neodezní jako v reálné situaci. Kdo má lepší vizuální paměť, zvuk
v obrázcích si snáze uchová.
Matematické analytické technologie nejsou daleko od automatizovaného vyhledávání
charakteristických hlasů podle vzorů. Počítačové rozpoznávání lidské řeči pokročilo a
najít houkání výra na klidném pozadí je v tomto kontextu jednoduchým úkolem. První
náznaky autor již zkoušel, ale zatím to nestojí za řeč. Výhled na automatizaci je však
zcela reálný a nadmíru slibný. Ve světě je to aktuální ornitologické téma.
Pozice
Doklad přítomnosti může být základním užitím akustického monitoringu, pokročme
však k dalším zadáním. Zkusme stanovit z nahrávky pozici zpívajícího či volajícího
ptáka.
Přirozeným vodítkem pro určení vzdálenosti zdroje hlasu od čidla je jeho intenzita
v záznamu. Na zpěvákovu pozici lze usuzovat z porovnání na jednotlivých
záznamnících rozestavených např. v linii. Sílu hlasu odhadujeme opět na
spektrogramu, kde odlišíme frekvence ptáka od šumu, větru a dalších zvuků pozadí,
které jsou typicky zahrnuty v běžném souhrnném grafu impedance (ten nám tedy
nepomůže).
Hlasitost v záznamu je však opravdu jen orientačním vodítkem, protože ji mění každá
z překážek na cestě zvuku. Vliv má hustý porost a zejména terénní vlny, které zvuk
dokážou až dramaticky zastínit (viz obrázek 16).
19
Obr. 16. Stín hlasu mláďat puštíka v budce. Pozoruhodným případem zvukového stínu bylo výrazné
oslabení křiku mláďat puštíka zevnitř budky zavěšené vysoko na smrku zachyceného na čidle téměř u
stromu s budkou, ale nízko u země (poslední pruh dole), oproti mnohem výraznějšímu záznamu na
čidle v 50ti metrové vzdálenosti ve směru vletového otvoru budky (druhý pruh shora). Čidlo v podobné
vzdálenosti, ale v opačném směru za budkou, zachytila signál ještě slaběji (předposlední pruh). První
a třetí pruh jsou zbylá čidla do čtverce. V nahrávkách v jiných dnech byla hlasitost všude podobná,
mládě asi tentokrát volalo z otvoru ven. Plandry, Vysočina, 2008-05-04 3:10.
20
Pro hlasitost záznamu je dále významné natočení volajícího ptáka (stále se mění
např. u cvrčilek či chřástala polního) i samotného mikrofonu (levý a pravý kanál
stereo záznamu) a jeho směrová citlivost. Roli hraje směr a síla větru, individuální
nahrávací charakteristiky záznamníků, mikrofonů a kdoví, co ještě. Přesto na čidlech
rozmístěných v liniích daleko od sebe (stovky metrů, rozdíly v intenzitě hlasů jsou
výrazné) je síla sledovaného hlasu užitečnou informací (viz obrázek 14. a 15.).
Obr. 17. Chřástal polní se často otáčí nebo chodí dokola a je tak postupně lépe slyšet na všechny
strany. Na záznamu pak často mění intenzitu, přestože se jeho pozice mění jen nevýznamně. Smrčná,
Vysočina, 2008-06-06 22:43.
Obr. 18. Sluka lesní při toku létá a hlasitost na záznamu odráží její vzdálenost. Na obrázku společně
s křepelkou. Branišov, Vysočina, 2008-06-06 3:21.
21
Další cestou k poznání pozice ptáka je stereo vjem nahrávky. Poskytne o scéně
dobrou prostorovou představu. Je až překvapivé, kolik detailů si dovedeme při
poslechu uvědomit a jak plastický vjem získáme (o tom by mohli vyprávět zrakově
postižení). Směr hlasu poznáme často zřetelně (zapisujeme si orientaci záznamníku
v terénu podle kompasu), odhadneme intuitivně i hrubou vzdálenost. To však platí
o zřetelných vzdálených hlasech, směr těch vyložené blízkých a hlasitých se určí
obtížně. Dbejte na orientaci záznamníku, mikrofony patří ve směru citlivosti dopředu
či dolů, pokud jsou nahoru, je levý mikrofon vpravo.
Obr. 19. Puštík se během zobrazených dvou minut ozývá nejdříve zleva (ze směru 10 hodin, záznam
na horním levém kanálu stereo nahrávky je silnější, směr odhadnut poslechem), pak přelétá blíž k
mikrofonu (směr 3 hodiny) a po chvíli se přesouvá ve stejném směru dál do lesa. Čeřínek, Vysočina,
2008-04-20 3:44.
22
Máme-li stereo nahrávku jen z jednoho místa, pomůže poslech při rozlišení dvou
jedinců z různých směrů. Máme-li nahrávek téhož hlasu více, pokusíme se o určení
pozice průsečíkem domnělých směrů z jednotlivých čidel. U pronikavých hlasů se
v terénním experimentu podařilo pozici odhadnout s odchylkou 10-20 m (viz obrázky
20. a 21.). Ovšem u málo zřetelných hlasů a například u hlučného mávání křídly
samcem labutě u hnízda, byly odhady směrů překvapivě velmi nepřesné. Metoda
stereo poslechů není obtížná a rozhodně si zaslouží dalšího ověření.
Obr. 20. Přibližné stanovení pozice výrazných hlasů lysky černé (obrázek vlevo, červený puntík) a
slípky zelenonohé (vpravo) z šesti čidel A – F (zelené puntíky) podle stereo poslechem odhadnutého
směru hlasů z jednotlivých záznamníků (šipky). Čidlo A je od D vzdálené 160 m. Skutečná pozice
hlasů byla určena podle zpoždění zvuku s odhadovanou přesností 2 m. Borské rybník, Vysočina,
2008-05-15 kolem 19 hod.
23
Obr. 21. Pozice houkání samce puštíka obecného určená stereo poslechem (podobně jako na
předchozím obrázku). Záznamníky jsou ve vzdálenostech zhruba 50 metrů kolem obsazené budky,
jeden pak těsně u ní. Plandry, Vysočina, 2008-05-04 4:57.
Pro přesné určení pozice volajících ptáků však použijeme princip ještě jiný: zpoždění
zvuku. Zvukový signál dorazí k bližšímu čidlu dříve (rychlost zvuku je pro připomenutí
podle teploty a vlhkosti vzduchu kolem 340 m/s). Z časů doběhu signálu na třech a
více čidlech lze s pomocí elementární geometrie vypočítat přesnou pozici zdroje.
Řeč přírodních zákonů je jasná, potíže nastupují v praxi. Stanovení přesných
vstupních hodnot do výpočtu je totiž obtížné (ale s tolerancí to půjde). Již samotné
určení pozice čidel spoléhá na přesnost GPS a zanáší odchylky v řádu metrů.
Hlavní obtíží je však požadavek přesného určení charakteristické hranice v hlasovém
projevu ptáka, např. jeho počátek, konec či výrazná změna výšky tónu na všech
záznamech polygonu čidel. Na vzdálenějších čidlech je hlas oslabený, na
spektrogramu méně výrazný, ochuzený o pasáže s nižší intenzitou a erodovaný
odrazy zvuku v prostředí či zakrytý konkurenčními zvuky a ztlumený zvukovými stíny
24
(právě na rozhodujícím čidle hlas skoro nevidíte). Hlasy z jednotlivých bodů sítě by
bylo možné srovnávat matematicky, ale to není triviální. Pro amatérské potřeby je
řešením trpělivost u počítače navíc. Srovnáme si je ručně a strpíme nepřesnost:
pamatujme, 10 ms (milisekundy) odpovídají 3,4 metrům. Při výpočtu z dat více
záznamníků se chyby (jednou víc, jindy míň) zprůměrují a výsledek může být docela
přesný. Při dokonalých hranicích můžeme teoreticky dosáhnout přesnosti až
zbytečně vysoké. V praxi je však téma vážné, viz i dále.
Obr. 22. Podoba hlasu samce puštíka na pěti čidlech čtverce (s jedním při středu) a návrh hranic
hlasů. V pořadí zleva záznamy na čidlech A, B, C, D a E, viz obrázek 21. Plandry, Vysočina, 2008-0504 4:57.
Další závažnou, avšak technickými prostředky řešitelnou obtíží, je nepřesné počítání
času záznamníky. Nejen že nelze spoléhat na zahájení záznamu ve známý a ani
navzájem shodný okamžik (časovací funkce), ale dokonce i délka deklarované
sekundy je v každém z nich odlišná, a to prosím tak, že za 10 minut se šestice
diktafonů rozejde o dvě sekundy. Pro záznam přednášky to nevadí, pro práci
v milisekundách ano. Počítání času závisí na individuální dispozici záznamníku, na
teplotě a nejspíše i na dalších vlivech. Zkrátka na zapsaný čas nelze spoléhat a je
třeba jej synchronizovat.
Ideálním vybavením by byly mikrofony propojené drátem či bezdrátově s centrálním
počítačem, který by data ukládal v reálném čase tedy současně pro všechny
mikrofony bez časových posunů. Máme ale záznamníky, a další výdaje, drahou
techniku ponechanou v terénu (notebook) a komplikace si chceme ušetřit. Kabely
tažené kulturní krajinou by byly nebezpečně nápadné a stovky metrů pak i
nepraktické. Sáhneme tedy po kalibraci a synchronizaci času záznamníků jinak.
V terénu lze vyslat na čidla sjednocující signál. Šlo by jej přenést radiově, ale postačí
i zapískat ze známé pozice (zpoždění času k čidlům započíst). Pískat je ale třeba
často, každou čtvrthodinu například. Pokud použijeme vysokou frekvenci nad
zpěvem ptáků, bude synchronizační signál na spektrogramu dobře k nalezení a se
zřetelnou hranicí, navíc nebude překrývat cílový hlas. Dosáhne však jen na krátké
vzdálenosti, proto pískáme běžnými piezzo sirénkami. Pískat bude nejlépe
automatický časovač v zadaném intervalu a po dobu třeba jedné sekundy, to stačí.
Signály v nahrávce pak snadno najdeme (počítač vygeneruje sadu značek – markerů
pro snazší dohledání a dourčení hranic v nahrávce). Vyzkoušeno, funguje.
25
Přesnost odhadu pozice ptáků významně zvyšuje dobrý návrh rozmístění čidel. Sítě
stavíme tak, aby se hlasy ozývaly blízko středu vytvořeného obrazce, zpravidla
čtverce. Určení převážně z jedné strany (hlas např. daleko za hranicí čtverce
mikrofonů) bude v našich amatérských podmínkách méně přesné než rovnoměrně ze
všech směrů (rohů toho čtverce).
Obr. 23. Přesnost určení pozice v reálných podmínkách roste s počtem čidel, každé přináší novou
informaci a jejich náhodné chyby se navzájem tlumí. Při zahrnutí do výpočtu jen dvou čidel,
nepoznáme ani z které strany zvuk přichází (schéma z autorova programu vpravo, modře jsou
vyznačena zohledněná dvě čidla, zelená až žlutá značí vypočtenou nízkou až vyšší pravděpodobnost
pozice ptáka, červená nejvyšší.). Při zahrnutí všech pěti čidel na levém schématu je pozice určená
docela přesně. Plandry, Vysočina, 2008-05-04 4:57, situace z obrázku 21.
Důležitá je i vzdálenost čidel. Velký čtverec sice lépe splní požadované úhly (více
hlasů bude blízko středu), ale hlasy budou slabší a hůře čitelné. Hledáme tedy
kompromis: požadavek dostatečné hlasitosti záznamu čtverce zmenšuje, naproti
tomu snaha pokrýt les a zajistit dobré úhly je zvětšuje. Pro puštíky za klidné noci v
předjaří použijeme čtverec o délce hrany např. 600 metrů, sýce rousné a kulíšky
snad 300 metrů. V průběhu hnízdění, kdy jsou hlasové projevy již méně průbojné,
čtverec zmenšíme na polovinu či méně. Stavíme-li kolem známého hnízdiště, i malý
čtverec zachytí zajímavé aktivity. Uvedené míry vyžadují další zpřesnění.
Přes veškerou péči neurčíme pozici zcela přesně. Autor opakovaně dosáhl chyby
vypočtené pozice oproti skutečné (GPS) kolem dvou metrů. To je nad očekávání
dobré a bohatě to stačí. Rekonstrukce pozic ptáků podle hlasových nahrávek není
triviální, ale s jistou tolerancí nepřesnosti je možná a může se hodit. Vše přesně
zaznamenat a spočítat vyžaduje také notnou dávku entuziasmu. Vhled do noční
utajené scény života sov nebo do domácností ptáků mokřadu má však krom odborné
hodnoty i své nepopiratelné kouzlo, řekněte sami.
26
Užití
Faunistika
Užití akustického monitoringu má smysl v situaci, kdy běžné pozorování k doložení
přítomnosti nestačí nebo je obtížné. Pomůže při dlouhodobých sledováních lokality
s předpokladem výskytu skrytě žijícího a jen ojediněle volajícího druhu (nízká
konkurence při nízké denzitě, pozdní období hnízdění). Podobně u nepřístupných
lokalit (bažina, rákosiny, vzdálená lokalita, mnoho drobných roztroušených biotopů)
nastupuje instrumentální ornitologie, kdy strojově nasloucháme i několik dní za sebou
s načasovanými přestávkami. Stačí dvě návštěvy, záznamníky přinést a odnést, až
se to hodí. Takovou ornitologii lze provozovat i za všedního dne cestou přes les
z kanceláře.
Do nočního lesa či rákosí není vidět, a tak nezbývá než naslouchat. Nechá-li
ornitolog naslouchat sovám a chřástalům v noci za sebe nejdříve techniku, ušetří si
mnoho probdělých nocí. Právě noční záznamy se zdají být perspektivní doménou
akustického monitoringu. Síť čidel dokáže za ticha noci sledovat prostorná území
naráz a poskytnout tak data, která jeden člověk získat ani nemůže. Kroužkovat na
hlasově detekovaných hnízdech (podle rodičů v okolí či přímo mláďat) si pak již
přijdeme ve dne a osobně.
Obr. 24. Nosíte-li si do lesa výpočetní kapacitu s sebou, přečtete si noc hned na místě. Podle
výsledku rozmístíte mikrofony na další noc.
27
Význam může mít akustický monitoring tahových cest. Namiřme mikrofony na oblohu
či na odpočívadla ptáků. Podle četnosti hlasů lze usuzovat i na počty táhnoucích
ptáků. Např. v USA byly zorganizovány rozsáhlé (stovky km) akustické sítě na
sledování tahu jednoho z kardinálů (Spiza americana). Lze si představit skenování
bahniska v době tahu bahňáků. Víte, jak vypadá koliha velká na spektrogramu?
Kvantitativní analýzy
Počty ptáků s rozlehlejšími teritorii lze odečítat z linií či při vyšších denzitách pomocí
určení pozic na ploše osazené několika záznamníky v polygonech souběžně.
Z četnosti hlasů zaznamenaných z oblohy lze odhadovat množství táhnoucích ptáků,
třeba v noci. Velkým pomocníkem by bylo automatizované určování vybraných hlasů.
Takové systémy již existují. Velké pole působnosti.
Rozeznání jedince
Podobně jako u lidí může být i u ptáků hlas jednotlivých individuí při bližším
zkoumání odlišný. Je to patrně dáno odlišnou modulací hlasu ve zvukovodech,
naučenými lokálními vzory, snad i zálibami a schopnostmi ptáka (silně, často a
pestře zpívat je konkurenční výhodou), ale také nutností k přežití mláďat druhů
v koloniích, která hledají rodiče pole hlase. Pro praktické rozpoznávání jedinců
(neinvazivní akustické "kroužkování", v časech úbytku ptáků významná okolnost)
podle hlasu je důležitá stabilita vybraných charakteristik. Ta je předmětem zkoumání
řady vědeckých týmů po světě. Zde se omezme jen na pár ukázek autorem
zaznamenaných odlišností pro inspiraci k další práci (viz obrázek 25.).
28
Obr. 25. Příklady individuální odlišnosti houkání puštíka obecného. Horní dva pruhy patří jednomu
samci (Plandry, 2008-05-02 a 2008-05-04, vždy k ránu, u hnízda se vzrostlým mládětem). Oproti
třetímu pruhu (Čeřínek, 2008-04-20, k ránu, stav hnízdění neznámý) je jeho křivka na stereogramu
vyšší, kratší, s tendencí konvexně prohnout pravou linku první části volání (oproti konkávnímu na
Čeřínku), jinak je tvarovaná i druhá část volání. Zcela odlišně houkal pták na posledním pruhu dole
(rovněž Čeřínek, jiné místo, 2008-04-27 2:10). Měl chraptivý hlas složený jen z jedné části. I přes
osobitost hlasu se autor domnívá, že to puštík obecný byl.
29
Obr. 26. Křepelka vlevo volá vyšším hlasem než vpravo. Tak tomu bylo po celou noc. Branišov,
Vysočina, 2008-06-06 3:14.
Etologie
Akustický záznam může být nápomocen při studiu etologie druhu v čase, protože
umožní rekonstrukci děje v klidu pracovny (krmení mláďat na hnízdě, doba a průběh
toku bekasin po úsvitu, ranní nástup pěvců). Dobré je to, že malý strojek na kmeni
neruší, akustický záznam je zcela neinvazivní technikou, a tak se ptáci projeví
spontánně.
Obr. 27. Na spektrogramu scény od 2008-04-25 18:00 do 9:00 následujícího dne jsou patrné
přechody večerní zpěv (20:33, drozd, kvíčala poslední, poprchává), noc a ranní nástup. Bekasiny na
lokalitě Milíčov tokaly jen 10 minut v pět ráno (vyznačeno svislým přerušovaným pruhem). Přelétla i
sluka lesní, tokala po utišení pěvců v 20:38. Hluk dole je vítr, vlevo šustí autor při kladení čidel.
Východ slunce: 04:48, západ: 19:08.
30
Závěrem
Autor se zabývá nahráváním teprve od letošního roku, údaje jsou proto mladé, úvahy
a závěry taktéž a je třeba je brát s výhradou. Autor nemá školního vzdělání v oblasti
akustiky, je zde jen poučeným laikem. Přínos článku spočívá v praktickém ověření
nápadu nechat v lese zapnutý diktafon. Brzy se ukázalo, že to přináší použitelná
data: ráz na ráz vznikla metoda. Výběr záznamníků, maskování a ochrana, návrh
pozic v polygonech, výběr šikovného software pro zobrazení spektrogramů, apod.
Pro výpočet pozic si autor i trochu zaprogramoval. Od března do května denně po
večerech v terénu, nasbíralo se 100 GB dat, 260 nahraných nocí (většinou více
záznamníků souběžně). Napínavé jaro 2008.
Instalace mikrofonu pod širým nebem podobá se nahození udičky. Za mnohých nocí
bychom si mohli prozpěvovat namísto ptáků sami, hodila by se Stille Nacht! Heil'ge
Nacht! Alles schläft…, neozve se ani živáček. Ale pak, třeba k ránu, přijde
překvapení. Potěší výr nebo bekasina, v místech, kde je nečekáte. Náladu vyspraví
nečekané kvorkání sluky lesní.
Obr. 28. Sluka lesní na sebe na spektrogramu upozorní spíše svislou čárkou zapískání na 5-10 kHz,
známější kvorkání níže může snáze splynout s šumem okolí. Sluka letí, proto je první a třetí hlas
slabší. Milíčov, Vysočina, 2008-04-25 20:38, viz obrázek 27.
31
Obr. 29. Zvuk rýdovacích per svatebního letu samce bekasiny otavní se do spektrogramu
nezaměnitelně zapíše. Snad jen pozor na některé podobné žáby. Milíčov, Vysočina, 2008-04-26 5:03,
viz obrázek 27.
V noci se ozývají i pěvci, občas celou písničkou a cvrčilka či rákosník proužkovaný
prozpívají rovnou celou noc, ale i v lese se v noci zpívá. Samec puštíka u hnízda v
pozdějším jaru zahouká až ráno. Brzy je odměněn pokřikem kosů v závěsu s dalšími
bojovnými pěvci. Nemají ho rádi, les je pokryt utrhanými křídly a peřím.
Obr. 30. Kukačka si zakuká i v noci. Borský rybník, Vysočina, 2008-05-16 2:43.
32
Obr. 31. Tohle není jeřáb, ale málo známé volání letící lysky. Kukle, Vysočina, 2008-05-18 22:39.
Pořizujeme-li zvukové záznamy pod širým nebem, je na místě se ptát, zda
neporušujeme ochranu soukromí náhodných chodců. Občanský zákoník v článku
Ochrana osobnosti, § 12, odstavec 3. praví: "Podobizny, obrazové snímky a
obrazové a zvukové záznamy se mohou bez svolení fyzické osoby pořídit nebo
použít přiměřeným způsobem též pro vědecké a umělecké účely a pro tiskové,
filmové, rozhlasové a televizní zpravodajství. Ani takové použití však nesmí být v
rozporu s oprávněnými zájmy fyzické osoby." Nahráváme-li ptáky pro vědecké účely,
je dobré být členem např. ČSO. Domníváme se, že noční záznamy v hlubokém lese
by ani nemohly být považovány za porušení zákona na ochranu osobních údajů,
protože i případná náhodně zachycená řeč neumožňuje jednotlivé osoby
identifikovat. Samozřejmě při pobytu v přírodě je potřeba i při instalování akustických
záznamníků dodržovat předpisy o ochraně přírody.
Jak začít? Posadit se na rybník a nahrávat se sluchátky na uších a občas je sejmout.
Získáme cit, co se nahraje a jak. Prohlížejme si hlasy ptáků z CD nebo z internetu a
porovnávejme s tím, co máme na záznamníku. Po čase budeme ve spektrogramech
číst, jako v poznámkovém bloku. Samozřejmě často si člověk neví s hlasem rady.
33
Obr. 33. Elektronický sněhulák pracuje za nás v zimě...
Obr. 34. ...v létě. Kladení mikrofonů na rybníce.
Vřelé poděkování patří Vojtěchu Kodetovi za tipy na vhodné lokality, pomoc v terénu
a připomínky k článku. Díky panu Pavlu Pelzovi za konzultace. Děkuji společnosti
Olympus za zvýhodněné poskytnutí digitálních záznamníků DS-50 a LS-10 pro
výzkumné účely. A rodině za nekonečnou trpělivost.
34
Vybraná literatura dostupná na internetu
Na internetu je k dispozici celá řada zdrojů. Vybrané reference obsahují přehledy další literatury.
Monitoring tahu:
Farnsworth, A. (2005), Flight calls and their value for future ornithological studies and conservation
research, http://findarticles.com/p/articles/mi_qa3793/is_200507/ai_n14850648/pg_1
Evans, W. R. (2000), Dickcissel Night Flight Call Monitoring, http://www.oldbird.org
Monitoring vodních ptáků: Frommolt, K.-H. and K.-H. Tauchert (2007), Automated acoustic
monitoring of birds living in reed zones at the lake Parstein (Nort-eastern Brandenburg),
http://www2.hu-berlin.de/forschung/fdb/english/PJ/PJ8082.html
Monitoring lesních ptáků: Hobson, K. A. and Rempel R. (2001), Recommendations for Forest Bird
Monitoring, http://flash.lakeheadu.ca/~rrempel/CVX/Training%20Materials/BIRDPROTOCOL.htm
Určení pozice: Mennill D. J., Burt J. M., Fristrup K. M., and Vehrencamp S. L. (2008), Accuracy of an
acoustic location system for monitoring the position of duetting songbirds in tropical forest,
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2247711
Určení jedince: Terry A. M. R., Peake T. M. and McGregor P. K. (2005), The role of vocal individuality
in conservation, http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1183234
Bohatost zpěvu a životaschopnost populace: Laiolo P., Vögeli M., Serrano D., Tella J. L. (2008),
Song Diversity Predicts the Viability of Fragmented Bird Populations, http://www.plosone.org/
article/fetchArticle.action?articleURI=info:doi/10.1371/journal.pone.0001822#pone-0001822-g001
Obr. 32. Spektrogramy hlasů zvířat celého světa (zejm. ovšem Nového světa) si můžeme na internetu
prohlédnout např. v archivu Cornell Lab of Ornithology na adrese: http://animalbehaviorarchive.org.
35