鸟类昼夜歌声测量程序

鸟类昼夜歌声测量程序一、概述

本程序旨在规范鸟类昼夜歌声的测量流程，确保数据采集的准确性、系统性和可比性。通过明确测量方法、设备参数、数据记录及分析步骤，为鸟类声学生态学研究提供标准化操作指南。程序适用于野外环境下的鸟类歌声监测，特别适用于需要长时间序列数据的研究项目。

二、测量准备

（一）设备准备

1.选择高灵敏度麦克风，频响范围建议为20Hz–20kHz。

2.配备便携式录音设备，支持至少24位/48kHz采样率，内置低噪声前置放大器。

3.使用定向麦克风（如超心形或半球形），以减少环境噪音干扰。

4.配备GPS定位模块，实时记录测量点位坐标。

5.准备防风罩和防水外壳，确保设备在恶劣天气下正常工作。

（二）场地选择

1.选择鸟类活动频繁的开放或半开放区域，如林地边缘、湿地或农田。

2.避免靠近交通噪声源或人类活动密集区，距离应大于100米。

3.使用罗盘或经纬仪确保测量点位的一致性，每次测量位置偏差不超过5米。

（三）时间规划

1.昼间测量：每日5:00–22:00，每小时固定时间点记录（如6:00、7:00等）。

2.夜间测量：每日22:00–次日5:00，根据鸟类活跃时段调整记录频率（如每2小时一次）。

3.连续监测时间建议为7–14天，覆盖不同天气条件。

三、测量操作

（一）设备校准

1.在测量前使用标准校准器（如粉红噪声源）校准麦克风增益，误差控制在±2dB内。

2.检查录音设备电池电量，确保全程不中断。

（二）数据采集

1.将麦克风高度固定在1.5–2.0米（鸟类常发声高度），使用三脚架稳定支撑。

2.启动录音时同步记录GPS坐标、天气状况（晴/阴/雨等）及风速（使用手持风速计）。

3.每次测量前播放标准白噪声，清除设备缓存，避免数据重叠。

4.夜间测量时，使用红外补光灯辅助记录（亮度调至最低避免影响鸟类行为）。

（三）质量控制

1.每日检查录音文件完整性，剔除因设备故障或干扰造成的缺失片段。

2.使用声学分析软件（如Raven或Audacity）筛选环境噪音，保留清晰歌声片段。

四、数据记录与分析

（一）记录要点

1.每条歌声记录需标注时间、持续时间（秒）、频率范围（kHz）、音量分贝值（dB）。

2.对特殊鸣唱行为（如求偶歌、警戒鸣叫）进行分类标记。

（二）分析步骤

1.**预处理**：去除背景噪音，保留频谱特征明显的片段。

2.**分类统计**：统计不同鸟类种类的鸣唱频率及每日活跃时段。

3.**对比分析**：结合天气数据，分析环境因素对鸣唱行为的影响。

五、注意事项

1.测量期间避免使用手机等电子设备，防止电磁干扰。

2.若遇极端天气（如暴雨、大风），立即停止外场作业并保护设备。

3.数据备份需分存至少两处，格式统一为WAV或AIFF。

**一、概述**

本程序旨在规范鸟类昼夜歌声的测量流程，确保数据采集的准确性、系统性和可比性。通过明确测量方法、设备参数、数据记录及分析步骤，为鸟类声学生态学研究提供标准化操作指南。程序适用于野外环境下的鸟类歌声监测，特别适用于需要长时间序列数据的研究项目。详细的操作规程有助于减少人为误差，提高数据质量，便于后续的声学分析、种群动态研究和生态习性探究。

**二、测量准备**

（一）设备准备

1.**麦克风选择与配置**：

(1)选择高灵敏度、宽频响范围的麦克风，理想型号应覆盖20Hz–20kHz，以完整记录鸟类可发出和感知的声波。考虑使用动圈式或电容式麦克风，前者抗干扰能力强，后者灵敏度高。需根据具体研究环境和预算选择。

(2)配合使用低噪声前置放大器，以减少信号在传输过程中的衰减和噪声引入。确保麦克风与放大器之间的连接线缆质量良好，避免信号损失。

(3)若需区分不同方向的鸟类声音，应选用定向麦克风，如超心形（S超心形）、全向或半球形麦克风。超心形麦克风对前方声音最敏感，能有效抑制侧向和后方的环境噪音，适合定点监测。使用前需校准麦克风的指向性。

2.**录音设备要求**：

(1)采用便携式数字录音设备，要求支持至少24位/48kHz或更高采样率的音频录制，以保证声音信号的保真度和细节。高采样率能捕捉更丰富的频谱信息，有利于后续分析。

(2)录音设备应具备内置低噪声前置放大器，并支持直接连接上述选型的麦克风。

(3)设备应具备足够的存储空间，至少能支持连续录制72小时以上，或根据监测时长需求选择相应容量的存储卡。

(4)配备实时时钟（RTC）功能，并能自动记录录制开始时间，确保时间戳准确无误。

3.**辅助设备清单**：

(1)**GPS定位模块/设备**：用于精确记录每次测量作业的地理坐标（经度、纬度、海拔），建议使用高精度GPS接收器，并在测量开始和结束时进行多次定位，确保坐标记录准确。部分现代录音设备可能集成GPS功能。

(2)**防风罩**：用于减少风噪声对录音质量的影响，尤其在高风速环境下使用时。选择与麦克风型号匹配的防风罩，并确保安装牢固。

(3)**防水外壳/箱体**：保护录音设备和辅助设备免受雨淋、湿气或其他恶劣天气条件的影响。选择密封性良好的设备外壳。

(4)**三脚架/稳定支架**：用于固定麦克风，确保其在整个测量过程中高度和指向稳定。支架应足够坚固，能抵抗轻微震动。

(5)**校准工具**：

a.**粉红噪声/白噪声生成器或音频文件**：用于校准麦克风的频率响应和增益。可使用专用校准设备，或从可靠来源获取高质量的粉红/白噪声音频文件。

b.**声级计**：用于测量校准信号在麦克风处的实际声压级，以校准录音文件的分贝值。

c.**标准校准麦克风/传声器**：作为参考，用于与测试麦克风进行交叉校准，提高校准精度。

(6)**电池与充电设备**：准备充足容量的备用电池，确保录音设备能够支持预定测量时长。携带便携式充电器或逆变器（若使用需外接电源的设备）。

(7)**数据存储介质**：除设备内置存储卡外，准备至少两套备份存储卡，以防数据丢失。

(8)**记录工具**：笔记本、笔，用于记录现场观察到的天气状况（晴、阴、小雨、大风等）、环境干扰情况（如人活动、车辆经过）、设备运行状态等辅助信息。

（二）场地选择

1.**基本原则**：

(1)选择鸟类多样性较高或特定研究物种经常出没的区域。考虑选择该鸟类的已知栖息地，如林地边缘、次生林、灌丛、湿地、农田边缘等。

(2)场地应相对开阔或具有明确的声学边界，以减少声音信号的过度反射和干扰，使测量结果更能反映真实情况。

2.**具体考量**：

(1)**环境噪音评估**：在选择前，尝试在不同时间段（日间、夜间）测试场地的背景噪音水平。理想场地的背景噪音应尽可能低，且稳定。避免选择靠近道路、居民点、工厂或其他持续噪音源的区域。使用声级计在选定点位测量环境噪音，日间应低于40dB(A)，夜间低于30dB(A)（仅供参考，具体标准需根据研究要求确定）。

(2)**鸟类活动模式**：了解目标鸟类的活动规律，选择其活跃时间段（通常是晨昏时分）和常发声区域进行布点。

(3)**点位数量与布局**：根据研究范围和目标，确定所需测量的点位数量。可采用网格状、随机或系统抽样布点。确保相邻点位之间有足够距离，以避免声音交叉干扰。例如，对于小型研究区域，可设置3-5个固定监测点；对于大区域，则需要更密集的布点。

(4)**可访问性与安全性**：选择易于到达且安全的测量点位，便于设备的安装、维护和数据回收。考虑地形是否平坦，是否有藤蔓、倒木等障碍物影响设备架设。

3.**点位确认与标记**：

(1)使用GPS设备精确测定每个选定测点的坐标，并在现场使用不易腐烂的标记物（如带GPS坐标的木桩、旗帜）进行标记，确保后续能准确找到并重复使用相同点位。

(2)在地图上绘制点位分布图，标注坐标和相对位置。

（三）时间规划

1.**监测周期**：

(1)根据研究目的确定连续监测的时间长度。短期监测（如3-7天）可用于了解特定事件（如繁殖季）的鸣唱活动；长期监测（如数周或数月）则有助于研究季节性变化、年际差异或环境适应性行为。建议至少包含一个完整的季节周期（春季、夏季、秋季），以覆盖鸟类的主要繁殖和迁徙期。

(2)若研究环境因素影响，监测时间应覆盖不同的天气条件（晴天、阴天、小雨、大风等）。

2.**昼夜测量安排**：

(1)**白天测量**：通常设定在鸟类最活跃的晨昏时间段。建议每日在固定时间点进行采样，例如：6:00、7:00、8:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00、19:00、20:00。每个时间点录制15-30分钟。固定时间点有助于比较不同天之间同一时刻的鸣唱活动。

(2)**夜间测量**：根据目标物种的夜鸣习性，设定夜间采样时间。例如：22:00、23:00、24:00、1:00、2:00、3:00、4:00、5:00。夜间可能需要更长的录制时间（如30分钟或60分钟），或增加采样频率（如每2小时一次）。夜间环境通常更安静，但需注意防止设备被小动物破坏。

3.**数据采集频率**：

(1)对于连续监测项目，应制定详细的日程表，明确每天每个点位的具体测量时间。

(2)考虑使用自动录音系统（如配备定时功能的录音设备和GPS模块），以实现无人值守长时间监测，提高效率和数据连续性。

**三、测量操作**

（一）设备校准

1.**校准时机**：

(1)每次测量开始前必须进行校准。若设备在测量间隙长时间未使用或更换了麦克风/线缆，也需重新校准。

(2)在测量结束后，也应进行一次校准，以验证设备状态。

2.**校准步骤**：

(1)**物理连接**：将校准信号源（如粉红噪声发生器或连接了校准音频文件的播放器）通过音频线连接到录音设备输入端。如果使用外部声级计进行校准，则将校准麦克风放置在录音设备输入端附近（距离小于10厘米）。

(2)**信号发生**：播放已知声压级（例如94dB(A)@1kHz）的粉红噪声或白噪声，持续至少1秒。

(3)**响应测量**：

a.若使用连接到输入端的校准麦克风和声级计：读取声级计显示的噪声声压级。

b.若直接测量录音设备输入端（需确保校准麦克风与录音设备输入端距离和方向一致）：记录此时录音设备录下的噪声信号。

(4)**增益调整**：根据实测声压级与标称声压级的差值，调整录音设备的输入增益或增益补偿参数（GainCompensation）。目标是使录音文件中该频率点的声压级与标称值一致。例如，若实测为92dB，目标为94dB，则需提升2dB增益。

(5)**频响校准（可选但推荐）**：使用标准校准麦克风和频谱分析仪，测量麦克风在不同频率下的响应曲线。根据测量结果，在录音软件或后续处理中使用均衡器（EQ）进行校准，使麦克风频响更接近理想状态（如平直）。

(6)**记录校准参数**：详细记录每次校准的时间、使用的校准设备型号、校准值、调整的参数等，作为数据质量控制的依据。

3.**校准验证**：

(1)校准完成后，再次播放校准信号，确认增益调整有效。

(2)记录校准后的录音文件，并在后续处理中检查目标鸟类声音的频率成分是否正常。

（二）数据采集

1.**点位布设与设备安装**：

(1)携带所有设备到达预定测量点位。

(2)根据预先标记或GPS定位，找到并确认点位。

(3)将三脚架稳固架设在点位上，高度调整至1.5–2.0米（根据目标鸟类体型和行为调整，例如林鸟常用1.5-2.0米，树栖鸟可能需要更高）。

(4)将麦克风安装到防风罩上，然后固定在三脚架顶部的云台或支架上。确保麦克风朝向鸟类可能活动的方向（通常向前或略偏上）。

(5)连接麦克风、防风罩（如有）、三脚架与录音设备。检查所有连接线是否牢固、无破损。

(6)连接GPS模块（若独立）并开启，确保其正常工作并记录位置信息。

(7)连接电源：优先使用电池供电。若使用充电宝或逆变器，确保连接稳定，并监控电量。

2.**设备启动与设置**：

(1)打开录音设备电源，检查录制状态、采样率、位深、文件格式（建议WAV或AIFF，无压缩）。

(2)设置录音文件的命名规则，包含日期、时间、点位编号等信息，例如：“SiteA_20231027_0600.wav”。

(3)设置定时录音功能（如需要），设定开始时间、录制时长或循环录制模式。

(4)检查并记录当前环境条件：使用声级计测量背景噪音，记录天气、风速（使用手持风速计）、可见度等。

(5)启动GPS记录功能（如果独立模块）。

(6)启动录音设备。确认录音正常进行，文件开始保存。

3.**现场监测与调整**：

(1)在录音过程中，保持与设备一定距离，避免自身活动产生噪音。观察设备运行状态和指示灯。

(2)适时检查GPS信号强度和记录情况。

(3)若遇突发情况（如设备故障、强干扰），及时记录事件性质、时间，并尝试解决问题或更换设备。

4.**结束录制与设备回收**：

(1)在预定时间点到达后，停止录音。

(2)安全断开电源连接。

(3)按顺序取下麦克风、线缆等设备。

(4)小心拆卸三脚架和标记物。

(5)将所有设备、存储卡、记录本等带回驻地。检查存储卡数据完整性。

（三）质量控制

1.**现场检查**：

(1)每次录制结束后，立即检查录音文件是否完整、无意外静音或截断。

(2)快速播放一小段录音，主观判断声音质量是否良好，有无明显异常噪音（如电流声、设备自检音）。

(3)确认GPS坐标已正确记录。

2.**数据筛选**：

(1)回到驻地后，逐一检查所有录音文件。使用音频编辑软件（如Audacity）或专用声学分析软件（如RavenPro）浏览文件。

(2)识别并剔除因设备故障、误操作、强环境干扰（如持续的人声、重型机械噪音）或录音质量极差（如信噪比过低）导致的片段。

(3)对于剔除的片段，需在记录中注明原因和时间。

3.**噪音处理**：

(1)对于背景噪音明显的录音，可考虑使用软件进行降噪处理。常用方法包括谱减法、小波降噪等。但需注意，过度降噪可能影响目标声音的细节，需谨慎操作。

(2)保留原始未处理的录音文件和降噪后的文件，并记录降噪参数和方法。

（四）辅助观测记录

1.**内容**：在笔记本中详细记录每次测量的辅助信息，包括：

(1)日期、时间（开始和结束）、测量点位编号。

(2)天气状况（晴、多云、阴、小雨、中雨、大雪、大风等）。

(3)风速等级或具体数值（使用米/秒或节）。

(4)观察到的环境干扰源（如人活动频率、车辆经过情况）。

(5)设备运行状态（是否正常、有无故障）。

(6)观察到的鸟类活动情况（如是否有鸟类在附近活动、种类、数量）。

(7)其他可能影响声音传播或鸟类行为的因素（如地面湿度、温度）。

2.**重要性**：这些辅助信息对于理解录音数据、评估数据质量以及分析环境因素对鸟类鸣唱行为的影响至关重要。

**四、数据记录与分析**

（一）数据整理与归档

1.**文件命名**：统一重命名录音文件，使其包含所有关键信息，如“项目名称_年份_月份_日期_点位_时间_录音时长.wav”，例如：“BirdSong_2023_10_27_SiteA_0600_30min.wav”。

2.**元数据记录**：创建电子表格（如Excel），详细记录每条录音文件的元数据，包括：

(1)文件名。

(2)采样率（Hz）。

(3)位深（bits）。

(4)录制日期和时间（UTC或本地时间，注明时区）。

(5)测量点位坐标（经度、纬度、海拔）。

(6)麦克风高度（米）。

(7)麦克风型号与指向性。

(8)录音设备型号。

(9)校准信息（校准日期、增益设置等）。

(10)背景噪音等级（dB）。

(11)天气状况、风速。

(12)观察到的环境干扰。

(13)备注信息（如噪音处理情况）。

3.**数据备份**：将所有原始录音文件和元数据表格备份到至少两个不同的存储介质（如外部硬盘、云存储服务）中。确保备份文件的完整性和可访问性。

4.**数据共享**：若需与他人共享数据，使用标准格式（如WAV/AIFF音频文件，CSV/Excel元数据文件）。

（二）数据处理与分析步骤

1.**音频预处理**：

(1)**格式转换（如需要）**：将录音文件统一转换为分析软件支持的格式（如WAV）。

(2)**噪音去除**：对背景噪音明显的录音进行降噪处理。可使用软件自带的降噪功能，或手动选择纯噪音片段进行采样作为降噪模板。注意设置合理的降噪强度，避免破坏目标声音。

(3)**片段提取**：根据需要，将长录音文件切割成较短的、包含目标声音片段的子文件，便于后续分析。

2.**声音特征提取**：

(1)**时域分析**：观察声音波形，判断声音的持续时间、响度变化等基本特征。

(2)**频谱分析**：使用频谱分析仪（软件功能）绘制声音的频率-时间图（声谱）。识别主要频率成分、频率调制模式、声音结构（如哨音、颤音、咔哒声等）。

(3)**参数化提取**：使用声学分析软件自动或手动提取声音特征参数，如：

a.基频（F0）：声音的fundamentalfrequency。

b.响度（Loudness）：声音的感知强度。

c.频率范围（FrequencyRange）：声音包含的最高和最低频率。

d.持续时间（Duration）：声音从开始到结束的时间长度。

e.频率调制参数（如调制频率、深度）：描述声音频率随时间变化特征的参数。

3.**分类与鉴定**：

(1)**声音比对**：将提取的声谱特征或参数与已知