Batsy4-Pro：一款面向蝙蝠野外行为研究的开源多通道超声波录音与三维定位平台

《BMC Ecology and Evolution》：BATSY4-PRO: an open-source multichannel ultrasound recorder for field bioacoustics

　　

摘要

各种关于自由飞行蝙蝠回声定位和声音交流的行为研究都依赖于多通道超声波录音。然而，这些方法的可及性在地理分布上仍存在不均衡：热带和亚热带地区拥有世界上大部分的蝙蝠多样性，但在实验性行为生物声学研究中却仍处于代表性不足的状态。传统系统通常依赖昂贵的音频接口、笔记本电脑和专业技能。尽管仪器只是造成这种差异的一个因素，但一个紧凑、经济且公开记录的平台可以降低野外研究、生态监测和保护工作中的实际障碍。在此，我介绍了 Batsy4-Pro，这是一款开源的四通道录音机，专为行为学和生态学野外研究而设计。它以 Teensy 4.1 微控制器和两个 WM8782 模数转换器为核心，以 192 kHz 的采样率将 16 位同步音频直接录制到 microSD 存储中。录音机重量不到 150 克，通过 5 V 供电工作，与四麦克风阵列一起的制造成本约为 200 欧元。它结合了回顾性录制和缓冲预填充前向录制功能，支持可选的实时监测。虽然所有四个全频段通道都被录制，但用户可以通过可调谐外差转换或直接透传来监测任何单个麦克风或四通道混合信号。实地录音显示出始终如一的高信噪比，与使用商业多通道声卡获得的录音相当，并支持蝙蝠飞行轨迹的到达时间差定位。由于预期应用涉及移动动物，我使用基于网格的蒙特卡洛模拟来定义部署阵列的可用定位场，并评估模拟源速度如何影响定位性能。模拟结果确定了受几何形状影响的阵列附近有效性能区域，随后随着距离增加精度急剧下降，并显示定位误差随着模拟源速度的增加而增大。 Batsy4-Pro 建立了一个从同步野外录音和实时监测到三维源定位的开源、可复现的工作流。其可配置的固件逻辑和可扩展性使同一紧凑系统能够适应不同的行为问题、物种和栖息地，而无需依赖实验室专用或专有的多通道平台。更广泛的采用可以扩大实验蝙蝠生物声学的地理和分类学范围，加强当地生态监测能力，并有助于在自然条件下对回声定位行为进行比较研究。