Boletín del Museo Nacional de Historia Natural, Chile 59: 127-141 (2010)

Seafloor acoustic logger unit: preliminary notes about a new tool for remote underwater bioacoustic studies

Gian Paolo Sanino

Resumen

Unidad de registro acústico autónomo de fondo de mar: notas preliminares sobre una nueva herramienta para estudios de bioacústica submarina. Desde sus inicios en 1999, los estudios locales de cetáceos mediante acústica pasiva submarina, se han incrementado pero siempre limitados a la técnica tradicional de desplegar hidrófonos desde embarcaciones. Algunos de los principales problemas de la técnica son revisados en base a una experiencia personal. Se discuten aquí, los resultados de las primeras pruebas de un nuevo registrador autónomo de sonido submarino diseñado para satisfacer requerimientos específicos que puedan ser compartidos por otros colegas y que no han sido abordados completamente por proyectos contemporáneos. El Seafloor Acoustic Logger está compuesto por dos elementos, una unidad física (SALu) para ser instalada en el lecho del mar y una utilidad informática (SALi) escrita en lenguaje Java, que opera como una interfaz gráfica para configurar los esquemas de registro de SALu en terreno o en laboratorio, instalada en cualquier computador personal, netbook o incluso teléfonos inteligentes equipados con puertos USB. Los esquemas de registro incluyen: Continuo, creando automáticamente archivos de sonido sucesivos de 1.9 GB; por Periodos definidos por el usuario; configurando hasta 18 Temporizadores por fecha, hora y duración; y Trigger, un innovador modo de registro para un equipo dirigido por un microcontrolador, basado en las propiedades de la señal en vez de sólo por tiempo, que le confiere a SALu la capacidad de análisis en tiempo real para decidir o no registrar el sonido entrante, mediante la comparación entre picos de más de 30 ms con un umbral previamente definido por el usuario. Dado que tiende a producir archivos principalmente con datos, en vez de eventos en base a tiempo que pueden registrar mayoritariamente sonidos ambientales de fondo, el modo de registro Trigger es propuesto como una utilidad para incrementar la eficiencia de la etapa del análisis en laboratorio de las señales. Basado en el registrador digital de sonido Microtrack II (M-Audio) conectado a un hidrófono SQ26-8 y controlados por una tarjeta de circuito impreso, SALu fue diseñado para producir datos de bioacústica submarina en la forma de archivos de sonido digital de hasta 24 bits de resolución y 96 kHz de frecuencia de muestreo, y desde 0,020 hasta 50 kHz, durante un periodo que, dependiendo de la configuración del modo de registro, puede alcanzar entre 14 y 86 días y noches, sin la presencia del investigador ni de su embarcación cerca del sensor. Eliminando las reacciones conductuales de los animales a la presencia de la embarcación y los ruidos que suelen transferirse al sensor debido a la actividad en la superficie, SALu es presentado como un complemento válido para las técnicas de registro acústico submarino tradicional, aportando un nuevo enfoque y registrando datos incluso cuando los puertos puedan estar cerrados por mal tiempo o en zonas remotas. SALu es recomendado para apoyar estudios oportunistas y sistemáticos, en conducta y ecología, como también, apoyar investigaciones sobre interacciones de cetáceos con actividades humanas de pesca y acuicultura. Con simples modificaciones, SALu también, puede apoyar estudios de bioacústica en tierra en campos de la herpetología, mastozoología y ornitología entre otros posibles campos.

Abstract

Since their beginning in 1999, local cetacean passive hydroacoustic studies have increased in Chile, but have been limited to the traditional technique of deploying hydrophones from boats. Some of the main problems of this technique are reviewed, based on a personal experience. Here are discussed the results of the first tests of a self-made remote autonomous underwater sound recorder following specific needs that may be shared by other colleagues, but have not been fully addressed by other contemporaneous projects. The Seafloor Acoustic Logger is composed of two parts, a physical unit (SALu) to be installed on the seabed and a Java-based software interface (SALi) that allows for the recording schemes of SALu to be graphically setup from any personal computer, netbook or even smartphone that has an available USB port, in the lab or the field. Recording schemes include: Continuous, automatically creating successive sound files of 1.9 GB; user defined Periods; up to 18 Timers that can be set up by date, time and duration; and Trigger, the innovation for a microcontroller-driven device of a signal-based recording mode that provides SALu with real-time analysis capabilities to decide whether or not to record incoming sound, by comparing peaks longer than 30 ms with a threshold preset by the user. Trigger is proposed as a feature to increase the efficiency of signal analysis in the lab, as it produces sound files composed primarily of the sought data as opposed to time-based events that may collect mostly environment background sound. Based on a modified Microtrack II (M-Audio) digital sound recorder connected to a SQ26-8 hydrophone and controlled by a custom made printed circuit board, SALu was designed to collect underwater bioacoustic data in the form of digital sound files up to 24 bits of depth and 96 kHz of sample rate, and from 0.020 to 50 kHz, during a period depending on the preset recording mode. The endurance of recording can range between 14 and 86 days and nights, without the presence of the researcher nor his/her boat close to the sensor. By eliminating the behavioral reactions of animals studied to the presence of a boat and noise usually transferred to the sensor due to sea surface motion, SALu is presented as a valid complement to traditional hydroacoustic techniques, collecting data in remote locations or even when ports are closed due to weather conditions. SALu is recommended to support opportunistic and systematic behavioral and ecological bioacoustic studies, as well as assessments on cetacean interactions with fishing and aquaculture human activities. With simple modifications, SALu can also support inland bioacoustic studies on herpetology, mammalogy and ornithology, among others possible fields.