国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

泰國海域儒艮發(fā)聲分類及特征

2022-06-06 01:37王曉燕姜瑩劉宗偉楊春梅段德鑫呂連港
海洋科學(xué)進(jìn)展 2022年2期
關(guān)鍵詞:基頻持續(xù)時(shí)間聲學(xué)

王曉燕姜 瑩劉宗偉楊春梅段德鑫呂連港

(1.自然資源部 第一海洋研究所,山東 青島 266061;2.自然資源部 海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266061;3.山東省海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266061;4.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室 區(qū)域海洋動力學(xué)與數(shù)值模擬功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266237)

儒艮(Dugong dugon),類屬海牛目、儒艮科、儒艮屬,是一種瀕危的草食性海洋哺乳動物,也是目前海牛目中僅存的四大物種之一,在2008年被列入《世界自然保護(hù)聯(lián)盟瀕危物種紅色目錄》[1]。儒艮主要棲息于熱帶和亞熱帶的淺海區(qū)域[2-5],如澳大利亞海域、泰國海域等,其中澳大利亞海域是目前世界上儒艮群體數(shù)量分布最多的海域[4]。解剖學(xué)和聲學(xué)證據(jù)表明,儒艮可以發(fā)出多種聲音,并具有聲接收能力[6-7]。儒艮利用主動發(fā)聲進(jìn)行個(gè)體間的通信交流[8],不同類型的聲信號可能對應(yīng)著它們不同的行為。因此,研究儒艮發(fā)聲及其信號特征有助于認(rèn)識和了解儒艮的行為,從而有針對性地指導(dǎo)建立其有效的保護(hù)系統(tǒng)。

目前,研究儒艮的區(qū)域主要集中于澳大利亞的鯊魚灣海域和泰國的立邦島附近海域[4-19]。根據(jù)研究報(bào)道[4,9],澳大利亞海域的儒艮聲信號主要分為4種類型:chirp(chirp-squeak)、trill、bark和轉(zhuǎn)換聲(pretrill和prebark)。Anderson和Barclay[4]根據(jù)信號的頻率和幅度將澳大利亞海域的儒艮發(fā)聲信號分為chirpsqueak、trill、bark、pretrill和prebark 五種類型,并統(tǒng)計(jì)了這5種類型信號的特征,研究結(jié)果表明:chirp是一種簡單的調(diào)頻信號,頻率范圍為3~18 k Hz,持續(xù)時(shí)間約為0.06 s,有2~5次諧波;bark信號是一種寬帶信號,頻率范圍為500~2 200 Hz,持續(xù)時(shí)間在0.03~0.12 s,有5次諧波;trill是調(diào)頻信號,持續(xù)時(shí)間為0.1~2.2 s,頻率范圍為3~18 k Hz,有2~4次諧波。pretrill被認(rèn)為是chirp-squeak和trill之間的過渡信號,而prebark被認(rèn)為是chirp-squeak和bark之間的過渡信號。pretrill的持續(xù)時(shí)間比trill的持續(xù)時(shí)間短,prebark的頻率低于chirp-squeak的頻率[4]。以往有關(guān)泰國海域儒艮的研究主要集中于儒艮的聲學(xué)行為方面,包括儒艮對不同類型聲信號刺激的反應(yīng)[3,8]、晝夜和潮汐對儒艮活動的影響[17]以及不同儒艮群體的分布模式[18]等。目前,專門針對儒艮聲信號的類型和特征的研究尚未見報(bào)道,已有研究只是將儒艮聲信號按照持續(xù)時(shí)間分為長時(shí)信號和短時(shí)信號,其中長時(shí)信號與Anderson 和Barclay[4]的研究中的trill相對應(yīng),頻率為(4 152±1 111)Hz,持續(xù)時(shí)間為(1.737±1.049)s;短時(shí)信號為chirp,平均頻率為(4 521±1 615)Hz,平均持續(xù)時(shí)間為(0.126±0.087)s[17]。

本文基于泰國立邦島附近海域儒艮的聲學(xué)觀測數(shù)據(jù),根據(jù)信號的時(shí)頻譜特征,結(jié)合已有的澳大利亞海域儒艮聲信號的分類結(jié)果,研究泰國海域儒艮聲信號的類型和特征。通過分析儒艮聲信號持續(xù)時(shí)間和頻率的差異,將觀測到的聲信號分為4種類型:chirp、trill、bark和whistle,并統(tǒng)計(jì)分析每種類型信號的聲學(xué)參數(shù),包括基頻的開始頻率、結(jié)束頻率、最大頻率、最小頻率、持續(xù)時(shí)間和拐點(diǎn)個(gè)數(shù)以及信號的峰值頻率和諧波數(shù)量,以期提高人們對儒艮發(fā)聲的認(rèn)知水平。

1 數(shù)據(jù)采集與處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

2019年3月20日至28日,自然資源部第一海洋研究所海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)在泰國立邦島附近海域開展了水下聲學(xué)觀測。本次觀測共設(shè)置了2個(gè)觀測點(diǎn),如圖1所示。觀測點(diǎn)1(99°26′E,7°13′N)處水深較淺,深度在4 m 左右;觀測點(diǎn)2(99°24′E,7°12′N)處水深較深,約6 m。觀測期間海域水溫為30~31 ℃,海況為0~Ⅰ級。

圖1 聲學(xué)觀測位置Fig.1 Locations of acoustic observations

本次觀測使用了2套自容式聲學(xué)信號記錄儀LoPAS。LoPAS的采樣頻率設(shè)置為128 k Hz,分辨率為24 bit,采用4節(jié)1號干電池供電,能連續(xù)工作20 d;水聽器的靈敏度為-196 dB(0 dB 1 V/μPa),頻率響應(yīng)范圍為2 Hz~50 k Hz,觀測期間水聽器均放置于海底上方1 m 處。觀測聲學(xué)參數(shù)的同時(shí),利用無人機(jī)進(jìn)行視覺觀測,以判斷儒艮是否出現(xiàn)。LoPAS數(shù)據(jù)文件存儲于2張128 GB的SD 卡上,2個(gè)觀測點(diǎn)均每間隔1到2天更換一次存儲卡,以防設(shè)備及數(shù)據(jù)丟失,每次更換時(shí)間不超過10 min。

1.2 聲信號特征提取

觀測獲得音頻文件21 905個(gè),共計(jì)731 GB。將獲取的音頻文件導(dǎo)入到Adobe Audition 2020(Adobe System Incorporated,San JoseCA)軟件中,結(jié)合以往對儒艮聲信號的研究,通過聽聲音和觀察時(shí)頻圖,以及根據(jù)信號的持續(xù)時(shí)間、頻率及聲音等特征篩選儒艮的聲信號,截取保存為音頻文件。利用MATLAB(The Mathworks Incorporated,Natick,MA,USA)編寫一個(gè)數(shù)據(jù)處理軟件,該軟件具有2個(gè)功能:一是可以生成時(shí)頻圖,二是可以提取信號輪廓。將截取的聲信號文件導(dǎo)入該軟件中生成時(shí)頻圖,時(shí)頻分析時(shí)的窗長、重疊點(diǎn)數(shù)和傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)分別為4 096、2 048和4 096。對時(shí)頻圖中的信號采用描點(diǎn)法提取信號的輪廓,提取的輪廓信息自動生成含有時(shí)間和頻率信息的文本文件,用MATLAB編寫信號特征參數(shù)提取程序來處理上一步產(chǎn)生的文本文件,得到基頻開始頻率、基頻結(jié)束頻率、基頻持續(xù)時(shí)間等信號參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

數(shù)據(jù)處理后共獲取了7 550個(gè)儒艮聲信號,參考澳大利亞海域儒艮聲信號的類型[4],通過分析本次觀測數(shù)據(jù)的時(shí)間頻率特征,將獲取的信號分為4 種類型:chirp(圖2a)、trill(圖2b)、bark(圖2c)和whistle(圖2d),其中chirp、trill和whistle三種聲信號類型具有諧波結(jié)構(gòu),如圖3所示。chirp、trill和bark三種類型與澳大利亞海域儒艮聲信號類型一致,whistle信號是本文新定義的chirp和trill之間的過渡信號,其持續(xù)時(shí)間長于chirp、短于trill,在以往對澳大利亞海域儒艮的研究中也提到了儒艮的whistle信號,但沒有具體的定義和特征描述[20]。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,這4類聲信號中chirp信號的數(shù)量最多(n=6 524),超過總信號數(shù)量的86%;而bark的數(shù)量最少(n=40),不足1%;trill(n=527)和whistle(n=459)分別約占總信號數(shù)量的7%和6%。

圖2 儒艮4類信號的時(shí)頻Fig.2 Time-frequency diagrams of the 4 categories of signals of dugongs

圖3 帶諧波的3類信號時(shí)頻Fig.3 Time-frequency diagrams of the 3 categories of signals with harmonics

在7 550個(gè)儒艮聲信號中選取了2 343個(gè)高信噪比、輪廓清晰且無重疊的信號進(jìn)行特征提取,包括1 537個(gè)chirp、305個(gè)trill、485個(gè)whistle和16個(gè)bark。對各類信號基頻的開始頻率、結(jié)束頻率、最大頻率、最小頻率、持續(xù)時(shí)間和拐點(diǎn)個(gè)數(shù),以及信號的峰值頻率和諧波數(shù)量進(jìn)行了平均值(x-)、標(biāo)準(zhǔn)差(s)、最小值和最大值(即范圍Range)的統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表1所示。

表1 儒艮4種信號類型特征參數(shù)Table 1 Acoustic parameters of the 4 categories of signals of dugongs

Chirp是一種簡單的窄帶調(diào)頻信號,持續(xù)時(shí)間較短,約為0.09 s,有1~5次諧波,基頻頻率范圍在0.99~12.84 k Hz,最高頻率在14.39 k Hz以下。信號輪廓拐點(diǎn)個(gè)數(shù)≤1,對于有諧波的chirp信號,2次諧波較多,高次諧波數(shù)量很少。

Trill俗稱顫聲,持續(xù)時(shí)間較長,大于0.90 s,具有調(diào)制特征,有1~5次諧波,基頻頻率范圍在0.97~9.89 k Hz,最高頻率在18.82 k Hz以下。信號拐點(diǎn)個(gè)數(shù)平均為11個(gè)左右。對于有諧波的trill信號,諧波數(shù)量集中在2次諧波,高次諧波數(shù)量少。

Whistle信號是chirp和trill之間的過渡信號,持續(xù)時(shí)間一般比chirp長,但少于trill?;l頻率范圍在1.11~7.69 k Hz,最高頻率達(dá)16.94 k Hz。有諧波,諧波數(shù)量不大于5,大多數(shù)為2次諧波。

Bark信號聲音類似于狗叫聲,信號數(shù)量較少,持續(xù)時(shí)間在0.20 s左右,最小頻率在1.00 k Hz以下,信號帶寬在0.20~4.00 k Hz,無明顯諧波結(jié)構(gòu)。

3 討論

本研究結(jié)果與對澳大利亞海域儒艮的已有研究中測得的聲信號類型和特征有所差異,原因是本研究中沒有發(fā)現(xiàn)chirp和bark之間的過渡信號prebark,信號特征的差異主要表現(xiàn)在頻率、持續(xù)時(shí)間和諧波數(shù)量上。Chirp信號頻率范圍略低于Anderson和Barclay[4]測得的澳大利亞鯊魚灣的野生儒艮chirp聲信號的頻率范圍,但與Marsh等[19]報(bào)道的儒艮chirp基頻的頻率范圍為2~4 k Hz一致。已有記錄中chirp信號平均時(shí)長為0.06 s[4],比本文中測得的chirp信號的平均時(shí)長0.09 s短。本文測得的trill信號的時(shí)間和頻率信息與已有研究[4]提到的trill信號基本一致。對于bark 信號,信號持續(xù)時(shí)間比Anderson 和Barclay[4]測得的0.03~0.12 s略長,頻率范圍比500~2 200 Hz的帶寬范圍略大。本文獲得信號的諧波數(shù)量主要為2次諧波,高次諧波的信號數(shù)量較少。這些差異可能是由不同海域環(huán)境因素所致,因儒艮生活在淺海區(qū)域,為適應(yīng)淺海區(qū)域的噪聲環(huán)境,儒艮可能會調(diào)整聲信號的結(jié)構(gòu)。Parsons等[9]在鯊魚灣記錄的是4只儒艮從被捕捉到釋放過程中產(chǎn)生的聲信號,其他研究也都是在有船只存在的情況下記錄的儒艮發(fā)聲[4],船只可能會影響儒艮的發(fā)聲類型及信號結(jié)構(gòu)特征。

針對泰國海域的儒艮,本研究結(jié)果與先前研究[17-18]中提到的同種類型信號特征基本一致。先前研究[17-18]沒有提到bark和whistle兩種信號,這可能是由觀測手段不同所致:本文采用的是連續(xù)觀測,而Ichikawa等[17-18]僅選取白天的某一段時(shí)間進(jìn)行觀測,觀測時(shí)間的不連續(xù)性可能會導(dǎo)致信號類型的缺失。

本文實(shí)測的儒艮聲信號中chirp信號的使用頻率最高,超過總信號使用頻率的86%,與已有研究[4]結(jié)果一致,據(jù)該研究報(bào)道,chirp信號是儒艮發(fā)出數(shù)量最多的信號,是儒艮水下聲信號的基本構(gòu)成。不同信號類型具有不同的社會功能,進(jìn)而決定了其使用比例。Chirp信號具有測距功能,其使用比例相對較高;bark信號的產(chǎn)生與攻擊行為有關(guān),儒艮性情相對溫順,且在熟悉的環(huán)境中,儒艮很少會受到挑釁,因此在實(shí)測信號中bark信號的數(shù)量最少。

4 結(jié)論

本文基于泰國立邦島附近海域的野生儒艮水下發(fā)聲觀測數(shù)據(jù),結(jié)合已有的儒艮聲信號類型研究結(jié)果,通過分析儒艮聲信號的持續(xù)時(shí)間和頻率差異,將儒艮發(fā)聲信號分為chirp、trill、whistle和bark四種,并統(tǒng)計(jì)分析了這4種聲信號的特征。結(jié)果表明:儒艮發(fā)出的chirp、trill和whistle 三種聲信號基頻主要處于2.00~5.00 k Hz范圍內(nèi),這3種聲信號單從頻率范圍上難以進(jìn)行區(qū)分,其主要差異在信號持續(xù)時(shí)間和信號輪廓的拐點(diǎn)個(gè)數(shù)上。Chirp信號的持續(xù)時(shí)間小于0.25 s,信號輪廓的拐點(diǎn)個(gè)數(shù)≤1;trill的持續(xù)時(shí)間要大于0.90 s;而whistle的持續(xù)時(shí)間一般為0.25~0.89 s,當(dāng)單個(gè)信號時(shí)長小于0.25 s時(shí),其輪廓拐點(diǎn)個(gè)數(shù)大于1。Bark信號無明顯的輪廓特征,但在聲音上類似于狗叫聲,與其他3種信號有明顯差異。

本文首次定量地描述了泰國立邦島附近海域觀測到的儒艮聲信號的特征,并對聲信號的類型進(jìn)行了較定性的歸類。這一結(jié)果對于完善儒艮聲信號數(shù)據(jù)庫具有重要意義,也為進(jìn)一步開展儒艮的被動聲學(xué)監(jiān)測和建立儒艮聲信號自動識別模型提供了數(shù)據(jù)支撐。

本文采用被動聲學(xué)監(jiān)測的方法監(jiān)測聲學(xué)參數(shù),過程中未受船只和人為因素的干擾,所以能夠獲取野生儒艮正常活動時(shí)的發(fā)聲,但是在監(jiān)測過程中由于沒有進(jìn)行近距離的隨船視覺觀測,導(dǎo)致不能判斷儒艮發(fā)聲與其行為之間的關(guān)聯(lián)。目前對儒艮聲信號功能及聲信號與儒艮行為的關(guān)聯(lián)等方面的研究很少。為進(jìn)一步了解儒艮和加強(qiáng)對儒艮的保護(hù),需要開展聲學(xué)和視覺聯(lián)合觀測,研究儒艮各類發(fā)聲信號的功能。

猜你喜歡
基頻持續(xù)時(shí)間聲學(xué)
語音同一認(rèn)定中音段長度對基頻分析的影響
基于時(shí)域的基頻感知語音分離方法?
多艙段航天器振動基頻分配速算方法
愛的就是這股Hi-Fi味 Davis Acoustics(戴維斯聲學(xué))Balthus 70
Acoustical Treatment Primer:Diffusion談?wù)劼晫W(xué)處理中的“擴(kuò)散”
Acoustical Treatment Primer:Absorption談?wù)劼晫W(xué)處理中的“吸聲”(二)
Acoustical Treatment Primer:Absorption 談?wù)劼晫W(xué)處理中的“吸聲”
45000kHz基頻晶體濾波器
近10年果洛地區(qū)凍土的氣候特征分析
外部沖擊、企業(yè)投資與產(chǎn)權(quán)性質(zhì)