Matlab校园灰喜鹊鸣叫声的采集与分析(2)
1.2 鸟类鸣叫声研究背景与意义
鸟鸣在鸟类的社会交往中起到举足轻重的作用，鸟类利用鸟鸣声传递着物种鉴定、交配、筑巢、觅食、报警等生物学信息。在鸟类的繁殖过程中，鸟鸣声中具有非常重要的意义，主要用以占地、领土戒备、求偶、配偶间交流以及协调繁殖行为等。雄鸟用种内的特异性鸣声来保持和亲鸟的联络，甚至引发繁殖行为。除此之外，鸟鸣还有群内通信、乞讨、保护领土、召集幼鸟及其他功能。鸟类鸣声不仅包含重要的行为意义，而且具有种的特异性，可用于鸟类系统学研究，尤其对于物种界限的确立，亲缘种、姊妹种的区别以及推测新种形成的种系发生及其亲缘关系等方面有一定的意义。不同种类鸟声一般有各自独特的遗传特征，可以用作区分物种的指标。在研究种群隔离规律和新鸟种形成原理过程中同样可以利用这些遗传特征。在仿生学中鸟鸣声也发挥重要作用。在助听器的研究中，以前要通过外科手术在人耳基底膜上放电极，日本人吉本干分析并模仿了鹦鹉的发音模式大大地减少了电极的数目。鸟类的鸣叫声还有许多其它用途。美妙的鸟鸣有着和优美的音乐类似的功能，可以使人身心得到放松。在进行鸟类观察和研究工作时，播放某种鸟的鸣叫可以招引来同种鸟。在航空领域，为了避免发生鸟撞事件造成重大灾难，可以通过喇叭发出鸟类天敌鸣叫声的尖利的声波，从而达到驱散鸟使之远离飞机的目的[3][4]。国外对鸟类鸣叫的声学特性研究相对较多[5] [6]，国内较少，但也有一些相关的报道。利用鸣声发现新种的方法已得到广泛的认可。在以后的鸟类研究中，一些偏远地区将会有更多的相似物种通过鸣声分析被发现。鸟声分析在这些研究中发挥如此重要作用的一个原因是，相对于分子生物学、形态学等方法，鸟声最易获得。最近几年，由于生态环境的变化，鸟类数目明显减少，对人类的警惕性提高，对鸟类的研究的难度不断增大。例如，在我国由于雾霾天气的增多，一些传统研究鸟类的方法如光学探测很难进行。声音受雾霾的影响较光学小很多，声学在鸟声监测甚至于其他一些物种研究和雷达监测中将会占据举足轻重的地位。
1.3 鸟类鸣叫声研究现状
目前，世界范围内对鸟类的研究还比较少，其中大多数又侧重于鸟类的生态学研究，真正对鸟类的声学研究还比较落后。最开始的声谱学研究鸣声信号的高低音持续时间、 频率、振幅和音质，采用的是振动器和摄谱仪[7]。随着现代计算机科学技术的进步 , 自上世纪七十年代以来，鸣声研究向前迈了一大步，研究人员开始对鸟类发声信号进行时间、频率、 强度相互关系的三位声图分析，利用的工具是滤波器、声谱仪、频谱仪、信号处理机和语图仪等信号分析仪器 等[8] 。最近几年,由于计算机信号分析技术的突飞猛进 , 鸣声信号的研究也有了长足的发展，多种多样各具特色的声谱信号分析软件已经取代了早期分析仪 。国际上这几年比较流行的声谱分析软件主要有两类，一类是功能强大且用途十分广泛的工程计算及数值分析软件 ,例如 Matlab系列[9]，另一类是专业性声谱分析软件，它们仅针对一种或几种动物发声信号,如 Wave surfer , Parat，Bat sound, Syrinx等等。 另外, 鸟声信号的录制 、保存 、格式转换 、切选等也有了专业的声音处理软件，如 Gold wave 、Cool Edit 2000 等。 本文使用四通道麦克风阵列对南理工校园内灰喜鹊鸣叫声进行采集，用Matlab和Cool Edit软件，对采集得到的灰喜鹊的鸣叫信号进行切割和分类，总结它们的时频特征，建立校园灰喜鹊鸣叫声数据库。 Matlab软件是Math Works公司的产品，全称是Matrix Laboratory，是一种交互式、面向对象的直译式语言，其结构完整，具有优良的移植性。