麦克风阵列校园常见鸟类鸣叫声的采集与分析(3)

菜单

不同专业的学者对鸟鸣声研究的内容也各不相同。20世纪90年代以来,鸟鸣声研究主要集中在声音的发育和学习、发声器官以及发声的神经生理机制、系统演化和分类、个体识别、声音通讯等方面,其中后3个是动物分类和生态学家关注的焦点。根据鸟鸣声研究内容的不同，分析方法也不完全相同。鸟鸣声特征提取是鸟鸣叫声研究与应用的基础。在鸟鸣叫声的个体识别、鸣叫声与鸟类行为的关系研究和系统演化和分类研究中，都需要从鸟鸣叫声信号波形中提取特征参数，采用单一的特征参数无法描述鸣叫声中丰富的行为意义和个性特征，需要将多种特征参数组合使用[6]。

本课题的研究目的是为鸟鸣声的研究提供观测手段、监测和录音设备、分析方法。单个孤立麦克风作为传统的语音拾取工具，在噪声处理、声源定位和跟踪，声源信号提取和分离等方面存在不足，不能更好地为下一步的信号分析打下基础。本课题用来录音的是4路麦克风阵列系统，用作智能声测节点，具备发现目标并定向、识别的功能。以后，许多麦克风阵列智能声测节点还可通过有线或无线的方式连接成一个巨大的声测传感网系统，弥补了视频和雷达这两种常用环境观测手段的不足。为了使麦克风阵列智能声测节点更好地提供鸟鸣声的录音、分析方法，首先需要了解鸟鸣的特征。本课题还从采集到的鸟鸣声数据中分析麻雀、灰喜鹊鸣声的主要特点，总结其时频特征，并对采集到的信号进行切割和分类，为进一步探索不同鸣声所表达的不同生物学意义奠定基础。同时，根据数据分析结果改进麦克风阵列采集系统，使之更适用于鸟鸣声的采集。

1．3 论文主要工作

鸟鸣声的研究具有十分重要的意义，论文的主要目的是为鸟鸣声的研究提供观测经验、录音设备和分析方法，因此必不可少地首先需要了解鸟鸣的特征。通过几次的户外鸣声采集实验，并根据数据分析结果不断改进麦克风阵列采集系统，使之更适合于鸟鸣声的采集。限于客观条件，笔者从校园里的两种主要鸟类（麻雀和灰喜鹊）和红山动物园中的鹦鹉着手，来分析鸟鸣声的主要特点，总结它们的时频特征，并对采集到的鸟类鸣叫信号进行切割和分类，为进一步探索不同鸣声所表达的不同生物学意义提供初步依据。论文网

本文的第一部分为绪论，简要介绍鸟鸣声研究的意义、课题研究的目的及论文主要工作和文章布局。除绪论外，分为四个章节：

第一章主要介绍鸟鸣声研究的主要理论基础。从鸟类鸣叫机理，麻雀、灰喜鹊的生活习性及与鸣声的关系这两方面分别论述。

第二章为鸟鸣声数据的采集。包括采集鸟鸣声的方法、过程及3次采集的实验方案与过程。

第三章为鸟鸣声的数据分析。用Cool Edit软件分别对麻雀和灰喜鹊鸣声进行时域和频域分析，并进行比较。然后用MATLAB软件对鸣声进行滤波，并将滤波前后的波形进行比较。

第四章为以在红山动物园采集的鹦鹉的鸣声数据为例，简单分析鹦鹉鸣声的特征。另外，通过对鹦鹉的鸣声数据的时、频分析，并查阅相关资料，归纳出不同叫声所包含的意义。

2 鸟鸣声研究的相关理论基础

2．1 鸟类鸣叫机理

鸣叫可以说是鸟类最明显的特征。鸟的鸣叫声是由鸣管发出的，鸣管处于气管与支气管交界处，由内、外半月、膜鸣膜和鸣肌等构成。从进化的角度来看，鸣管发声是一种特化的有喉发声。鸟类的鸣肌的数目与功能随种类的不同而不同。由于鸣禽类一般具有双声源，其两侧的鸣肌可各自单独收缩[7] ，所以发出的声音委婉动听，很有旋律。像金丝雀的高频声音发自左半边的鸣管，而低频声音发自右半边。非鸣禽类为单声源，双侧鸣肌同时收缩，故而发出的声音比较单调。鹤、鹉等鸟类唉声低沉，是因为气管很长，环绕卷曲组成环扣，这样可增强共鸣，降低声调。有些能模仿人类语言的鸟类，如八哥、鹦鹉，其鸣管的构成独特，半月膜可作为音响调制器，起舌簧的功能，并且其发声器的长度以及与体轴形成的角度与人类极相似。