ich bereite gerade meine Bachelorarbeit im Bereich akustische Fledermauserfassung vor.
Gleich vorweg: Ich komme fachlich aus dem Umwelt-/Ökologiebereich und nicht aus der Elektrotechnik. Ich versuche mich gerade in das Thema Signalerzeugung, Ultraschallwandler und Verstärker/Treiber einzuarbeiten, habe hier aber definitiv noch wenig praktische Erfahrung. Entschuldigt daher bitte den etwas längeren Text und mögliche Ungenauigkeiten.
Für meine Bachelorarbeit möchte ich mit AudioMoth-Recordern standardisierte Ultraschall-Testsignale aufnehmen. Die AudioMoths werden normalerweise zur Fledermauserfassung eingesetzt. Damit ich nicht von echter Fledermausaktivität abhängig bin, brauche ich eine reproduzierbare Signalquelle, die definierte Ultraschallsignale im Bereich von ungefähr 20–60 kHz ausgeben kann. Genau diese Signalquelle fehlt mir aktuell noch.
Nach meinem bisherigen Verständnis wäre die sauberste Lösung vermutlich ein Funktionsgenerator bzw. Arbitrary Waveform Generator, an den ein geeigneter Ultraschallwandler oder Ultraschalllautsprecher angeschlossen wird. Je nach Ausgangsleistung des Generators und verwendetem Wandler wäre vermutlich zusätzlich ein Treiber oder Verstärker nötig.
Falls jemand weiß, wo man im Umkreis von ca. 200 km um Nürnberg einen passenden Funktionsgenerator zeitweise nutzen oder ausleihen könnte, wäre mir damit sehr geholfen. Falls jemand selbst so ein Gerät hat und grundsätzlich bereit wäre, mich bei der Bachelorarbeit zu unterstützen, würde ich mich natürlich ebenfalls sehr freuen.
Alternativ überlege ich einen Low-Budget-Selbstbau. Meine bisherige Idee wäre ungefähr folgender Aufbau:
Teensy 4.0 und einem PJRC Teensy Audio Adapter Board Rev D mit vorgelöteten Pins. Als Schallwandler hatte ich den Kemo L010 Ultraschall-Piezo-Lautsprecher im Blick. Mir ist aber unklar, ob dieser Aufbau für reproduzierbare Testsignale im Bereich von ca. 20–60 kHz geeignet ist. Es geht ausdrücklich nicht um Entfernungsmessung oder einen HC-SR04-Aufbau, sondern um definierte Ultraschall-Testsignale.
Falls jemand bereit wäre, mich mit einem Funktionsgenerator aktiv zu unterstützen, kann man selbstverständlich auch über einen Obolus sprechen. Ich erwarte nicht, dass jemand kostenlos Zeit, Wissen und Technik für meine Bachelorarbeit opfert.
Moin Patrick,
gibt es an eurer Hochschule nicht einen Fachbereich Elektrotechnik?
Die haben im Labor mit Sicherheit Arb.-Fkt.-Generatoren. Vielleicht bekommst Du dort von Labormitarbeitern noch Unterstützung.
Gruß, W.
Warum redest du mit uns? Eigentlich solltest du mit deinem Betreuer darueber reden und der sagt dir dann wo bei euch so eine Kiste steht und loest so dein Problem.
Warum redest du mit uns? Eigentlich solltest du mit deinem Betreuer
darueber reden und der sagt dir dann wo bei euch so eine Kiste steht und
loest so dein Problem.
Vanye
Der VOM TO besuchte Fachbereich zeichnet sich meist nicht durch übermäßig große Nähe zum Fachbereich Elektrotechnik aus...
Ein Funktionsgenerator scheint mir nicht die geeignete Quelle zu sein, der produziert normalerweise nur Sinusschwingungen einer einstellbaren Frequenz.
Ein Funktionsgenerator scheint mir nicht die geeignete Quelle zu sein,
der produziert normalerweise nur Sinusschwingungen einer einstellbaren
Frequenz.
Käse, die meisten FGs, die nicht gerade aus dem letzten Jahrhundert stammen, sind arbitrary FG.
Der AudioMoth zeichnet mit bis zu 384 kHz Abtastrate (vermutlich) 16-Bit PCM auf. Der TO has sich bisher nicht zur maximalen Länge der Aufzeichnung geäußert, 2048 Abtastwerte dürften aber wohl nicht reichen.
Aber das sind noch keine beliebigen Geräusche, sondern nur periodische Schwingungen.
Mein Vorschlag wäre, die verlinkten Geräusche (als mp3 downloadbar) mit einem Sinusgenerator auf die Originalfrequenz hochzusetzen.
Dafür reicht im einfachsten Fall ein amplitudenmodulierbarer Sinusgenerator. Der produziert allerdings zwei Seitenbänder, daher wäre ein Einseitenbandmodulator besser, der eines der beiden Seitenbänder unterdrückt.
Zahlenbeispiel: Die originale Umsetzfrequenz war 60 kHz und die hörbare sei um 2 kHz herum. Wenn man einen 58kHz-Sinus mit den 2 kHz moduliert, bekommt man zwei Schwingungen bei 56 und 60 kHz, wovon die 56 kHz unterdrückt werden müssen, damit das Original um 60 kHz herauskommt.
Das Beispielbild oben ist mit Audacity wiedergegeben, wie man sieht ist es in Stereo aufgezeichnet. Die sollten sich mit dem Kopfhörer auch mit Richtungsinformation anhören lassen.
Die digitalen Töne könnte man natürlich auch digital bearbeiten und in das originale Signal zurück wandeln.
Das Beispielbild oben ist mit Audacity wiedergegeben, wie man sieht ist
es in Stereo aufgezeichnet. Die sollten sich mit dem Kopfhörer auch mit
Richtungsinformation anhören lassen.
Fledermäuse haben einen Stereo-Sonar?
Ach ja, sie haben ja 2 Ohren. ☺
Es ist eigentlich sehr einfach, Daten aus einem Flash auf einen DAC
auszugeben. Ist der Flash gross genug, reicht es auch für mehrere
Testsignale. Da ist man dann auch nicht, auf eine Samplelänge von
nur 2048 Worten beschränkt.
Die Fledermäuse nutzen ja gerade die Richtungsinformation, und die wird mit höherer Frequenz immer besser.
Die Wiedergabe ist nicht das Problem, sondern das Tonmaterial zu bekommen. Und da gibt es kostenlos nur diese in den Hörbereich umgesetzten Klangbeispiele. Aus denen kann man wie gesagt wieder das Original entnehmen.
https://www.openacousticdevices.info/audiomoth
wieso eigentlich Motte?
"Just like its namesake the moth, AudioMoth can listen at audible frequencies, well into ultrasonic frequencies."
Die verwendeten Mischfrequenzen kann man anscheinend nur aus der Samplerate berechnen.
Untere Grenzfrequnez ist 48 Hz, wenn man keine trompetenden Elefanten belauschen will. Samplerate ist beispielsweise 48 kHz, kann aber auch höher eingestellt werde.
Auf Seite 26 von 36 steht ein Beispiel für Fledermäuse, leider nur als Bild abgelegt:
4.8.1 Example configurations
AudioMoth can be configured for a wide variety of applications. Here are a couple of example configurations which can be copied to a text document, saved with the .config extension, and loaded by the AudioMoth Configuration
App to be applied to a device.
: "sampleRate": 250000,
"gain": 2,
"“recordDuration": 60,
"sleepDuration": 60,
» "localTime": false,
"firstRecordingDateEnabled": false,
"lastRecordingDateEnabled": false,
"dutyEnabled": true,
"“passFiltersEnabled": true,
"filterType": "high",
"“lowerFilter": 60000,
"higherFilter": 65535,
"amplitudeThresholdingEnabled": true,
"amplitudeThreshold": 0.1, — —
"minimumAmplitudeThresholdDuration": 0
}
This configuration is designed to record bats using a 250 kHz sample rate, recording using both a high-pass filter
set at 60 kHz and amplitude threshold recording between 18:00 and 21:00. The LED is also disabled to prevent the device from being spotted while deployed.
Also der Frequenzbereich reicht von 60 kHz bis 65,535 kHz. Die Hauptsorge gilt hier immer der Akkulebensdauer.
Ein Funktionsgenerator scheint mir nicht die geeignete Quelle zu sein,
der produziert normalerweise nur Sinusschwingungen einer einstellbaren
Frequenz.
Also mein Funktionsgenerator kann durchaus auch andere Funktionen als die Sinusfunktion ausgeben.
so teuer sind die gar nicht mehr. Für meinen FY8300S hab ich vor vier-fünf Jahren um die 160€ bezahlt. Ist jetzt kein Ultrahochpräzisionsgerät das man ernsthaft im Labor nutzen wollen würde, aber für n bischn Fledermausgeschrei ausgeben, sollte das dicke reichen.
Ein klassischer Funktionsgenerator kann Sinus, Dreieck, Rechteck und Sägezahn, das reicht für den Zweck nicht aus. Auch digitale sind nicht besser.
Arbitrary kommt schon näher dran. Dass das schon im ersten Post stand habe ich übersehen.
Aber was Patrick sucht ist vor allem eine Ultraschall-Ausgabe von Fledermauslauten, nicht deren hörbare Umsetzung. Und die muss er irgendwoher beschaffen. Daher mein Vorschlag, die aus den mp3-Dateien zu extrahieren.
Danke für die bisherigen Hinweise. Zur Einordnung: Ich komme fachlich komplett aus der Ökologie-/Umweltschiene und nicht aus der Elektrotechnik. Ich arbeite zwar regelmäßig mit AudioMoth-Recordern, aber bei Signalerzeugung, Wandlern und Treiber-/Verstärkerschaltungen bin ich definitiv nicht vom Fach. Es kann also gut sein, dass ich manche technischen Punkte noch nicht sauber genug formuliere.
AudioMoths sind kleine vollspektrale akustische Aufnahmegeräte, die unter anderem für die Fledermauserfassung eingesetzt werden und Ultraschallaufnahmen speichern können. Ich arbeite praktisch regelmäßig mit solchen Geräten. Echte Fledermausrufe habe ich aus der Erfassung grundsätzlich genug zur Verfügung. Für diesen Versuch brauche ich aber gerade keine echten Rufe und auch keine möglichst realistische Nachbildung einer Fledermaus, sondern definierte, reproduzierbare Testsignale.
Es geht also ausdrücklich nicht darum, „biologische Fledermäuse“ irgendwelchen Signalen auszusetzen. Es sollen lediglich AudioMoth-Recorder mit künstlich erzeugten Ultraschall-Testsignalen geprüft werden. Dafür würden vermutlich bereits einfache Sinus-Bursts oder kurze Sweeps bei festen Frequenzen im Bereich von etwa 20–60 kHz reichen. Die AudioMoths würde ich dabei mit 384 kHz Samplingrate betreiben.
Die Speicherkapazität der SD-Karten ist für mich dabei nicht das Problem. Wir nutzen die AudioMoths im Langzeitmonitoring über 10 bis 14 Nächte. Die offene Frage ist für mich wirklich vor allem die reproduzierbare Erzeugung der Ultraschall-Testsignale, also Signalquelle, Wandler und ggf. Treiber/Verstärker.
Entscheidend ist für mich vor allem, dass die Signale wiederholbar ausgegeben werden und mit den AudioMoth-Recordern vergleichbar aufgenommen werden können.
Da reicht ein passend programmierter µC, und eine PP-Brücken-Endstufe für den Lautsprecher. Sinus ist wohl gar nicht nötig.
Für den TE böte sich ein Arduino UNO an, als Endstufe ein billiges Shield-Platinchen mit L293. Als Netzteil wird ein einfaches Steckernetzteil mit 12V reichen.
Die offene Frage ist für mich wirklich vor allem die
reproduzierbare Erzeugung der Ultraschall-Testsignale, also
Signalquelle, Wandler und ggf. Treiber/Verstärker.
Irgendwie fehlt mir da immer noch die Aussage, was du dann mit den künstlich erzeugten Signalen machen willst. Welche Signale du erzeugen willst, ist jetzt zumindest halbwegs klar.
Nur die Motivation ist noch schleierhaft. Willst du damit etwas kalibrieren, untersuchen welche Mikros Fledermaustauglich sind, feststellen, welche Aufnahmeverfahren die besten sind?
Ansonst hast du dich ja schon ganz gut in das Thema eingearbeitet.
Konkret möchte ich mit künstlich erzeugten Ultraschallsignalen untersuchen:
A) Welchen Einfluss der Winkel bzw. die Ausrichtung des Mikrofons zur Schallquelle auf die Detektionswahrscheinlichkeit hat.
B) Wie sich unterschiedliche Triggereigenschaften des Aufnahmegeräts auswirken, also vor allem Trigger-Frequenzbereich, Trigger-Amplitude/Schalldruckpegel sowie ggf. Mindestdauer des Signals.
C) Welchen Einfluss verschiedene Samplingraten bzw. Geräteeinstellungen auf die Erfassung der Signale haben.
D) Welchen Einfluss die direkte Umgebung (Vegetationsstruktur) des Aufnahmegeräts hat.
Ziel wäre also eher eine methodische Prüfung der AudioMoth-Aufnahmen unter definierten Bedingungen und gleichzeitiger Abgleich der Leistungsfähigkeit mit etablierten Geräten (Batcorder, ecoObs).
Ziel wäre also eher eine methodische Prüfung der AudioMoth-Aufnahmen
unter definierten Bedingungen und gleichzeitiger Abgleich der
Leistungsfähigkeit mit etablierten Geräten (Batcorder, ecoObs).
Dafür würden vermutlich bereits einfache Sinus-Bursts oder kurze Sweeps
bei festen Frequenzen im Bereich von etwa 20–60 kHz reichen.
Ich glaube mit einem uC und einem Treiber kein Problem so ein Signal (auch einstellbar) zu erzeugen. Rechteck raus. Das verschleifen des Rechteck macht vermutlich ausreichend die mechanische Trägheit.
Aber gibt es da Lautsprecher die diesen Frequenzbereich vernünftig abdecken?
Alle Hochtöner aus dem Audiobereich die ich gefunden habe hören lt. Datenblatt schnell bei 20-35kHz auf.
Und die Ultraschall Kapseln haben normalerweise nur ein paar kHz Bandbreite. Also 40kHz+-3kHz oder so.
Möglicherweise reicht ein einfacher FY6800 für knapp 100€. Die Frequenzen kann der, was für eine Leistung gebrauch wird, kann ich nicht sagen.
Der Frequenzgenerator kann auch vom PC aus gesteuert werden, das erleichtert die automatisierten Messungen.
B) Wie sich unterschiedliche Triggereigenschaften des Aufnahmegeräts
auswirken, also vor allem Trigger-Frequenzbereich,
Trigger-Amplitude/Schalldruckpegel sowie ggf. Mindestdauer des Signals.
1/3 Amplitude der Grundfrequenz bei der 3. Oberwelle und einem Messbereich von 20 ... 60 kHz ist für einen Datenblatt-Savant verständlicherweise belanglos.
Du scheinst eine innige Beziehung zu diesem Begriff zu pflegen.
Nicht ich. Aber für mich ist es eine recht treffende Typisierung von H.H.
Aber ich versteh schon worauf du raus willst. Du und Andere können ja gerne deinen Versuch mit der Beschreibung auf Wikipedia überprüfen.
Keine Angst, das ist auch für Laien geeignet.
Von Elektor gab es mal einen Ultraschallgenerator der in wählbaren Zeitabständen einen hochlaufenden Ton von sich geben sollte um Viehzeug zu vertreiben. Den hatte ich viele Jahre in einer "gepimpten" Version mit 12 Piezohöchtönern im Dachbereich des vorigen Hauses im Einsatz um Marder fernzuhalten. Hat gut funktioniert.
Das war keines dieser Billigdinger sondern mit richtiger Gegentaktendstufe BD139/140 und 2A Stromaufnahme ;-) Gab es als Bausatz und war noch komplett THT. Gut zum Einlesen und Verstehen.
Leider sind meine Unterlagen nicht mehr vorhanden aber vielleicht findet sich das noch im Netz?
Er will aber frequenzspezifische Messungen machen. Oberwellenanteile von
Rechtecksignalen sollten hier im Forum geläufig sein.
Der besagte Lautsprecher der überhaupt nur ein Spektrum bis 39kHz angegeben hat geht mit ca. 1dB/kHz ab 23kHz nach unten.
Der kritische Fall sind ja die 20kHz wo er theoretisch noch die 60kHz sehen könnte. Je höher, desto niedriger werden die Pegel der Oberwellen werden. Einfach weil es keine der Komponenten mitmacht.
Die erste Oberwelle hat von von Anfang an ja sowieso "nur" 1/3 Amplitude. Was sind das? -9dB? Dann ist durch die Eigenschaften des Lautsprecher die erste Oberwelle mindestens 37dB weniger als das Nutzsignal. In höheren Frequenzbereich wo er garnicht mehr spezifiziert ist vermutlich nochmal deutlich weniger.
Und dann kommt noch das Mikrofon. Steht zwar nicht dran was für eins dass dieser AudioMoths hat, aber wenn ich den Frequenzbereich eingebe lande ich z.B. beim SPU0410LR5H. Das geht auch nochmal um 20dB von 25-60kHz nach unten.
Dann vllt. noch einen Filter vor dem ADC weil es gängige Praxis ist.
Die 3 Zahlen zusammen sind -66dB.
Ich glaube halt dass da nicht mehr so viel von den Oberwellen ankommt.
Ich kann mich irren.
Ich hatte mir vor 20 Jahren mal eine "künstliche Fledermaus" zum Testen von selbsgebauten Detektoren gebaut. Ganz klassisch mit Logik-ICs einem 8-Bit DAC und zwei EPROMs als Datenspeicher. Irgendwas um 150 kHz als Samplerate und ein paar HCT160 als Adreßzähler. Die Zählerkette lief mit der 4-fachen Samplerate. Die 2 niederwertigen Adreßbits wurden genutzt um die stabilen Daten in den DA-Wandler zu laden und die Stop-Logik zu realisieren.
Der Wert 0xFF in den Daten war ein verbotener Wert und wurde per 8-Input AND Gatter als Endemarke zum Reset der Adreßzähler ausgewertet. Die Logik konnte entweder im Single-Shot-Betrieb arbeiten, ein Triggersignal (z.B. Taster) startete den Takt und die Endemarke stoppte wieder, oder im Loop-Betrieb, dann wurden die Daten in den EPROMs zyklisch bis zur Endemarke abgespielt.
Die zwei höchstwertigen Adreßbits gingen über Jumper, so daß man wählen konnte, ob sie vom Adreßzähler oder zwei weiteren Jumpern zum statischen festlegen kommen.
Damit konnte man entweder nur einen langen Datensatz in die EPROMs brennen, oder auch zwei oder vier kürzere, die dann per Jumper wählbar waren.
Als Lautsprecher hatte ich auch ein Piezo-Hochtonhorn genutzt, der Abfall zu höheren Frequenzen hin ließ ein Zwergfledermaus-Sample (um 45 kHz) schon sehr leise werden. Für Abendsegler-Laute (20 kHz / 25 kHz) und für verschiedene Soziallaute war es dagegen super geeignet.
Als "Futter" für die EPROMs hatte ich Aufnahmen aus einem Time-Expamsion-Detektor genutzt, die ich in Audacity aufbereitet hatte.
Amplituden-Normalisierung
Tiefpaßfilerung und Resampling auf 15 kHz Abtastrate (was dann wg. der verwendeten 10-fach Zeitdehnung 150 kHz Samplerate in Originalgeschwindigkeit entspricht)
Reduktion von 16 auf 8 Bit mit Noise-Shaping.
Umwandeln aller 0xFF in 0xFE und anhängen eines 0xFF ans Ende, wenn der Datensatz kürzer als eine Zweierpotenz in der Länge war.
Als Gag, um Kollegen mit Zeitdehner'Detektoren zu verwirren, hatte ich mir das Lachen von Woody Woodpecker so aufbereitet, daß es 10-fach schnell als Ulrraschall abgespielt wurde (klang fürs bloße Ohr ähnlich einem Soziallaut). Im Zeitdehner-Detektor waar dann laut und deutlich Woodys Lache zu vernehmen.
Es sollen lediglich AudioMoth-Recorder mit künstlich erzeugten
Ultraschall-Testsignalen geprüft werden.
Wenn es um die Prüfung des Messmittel geht würde ich das mit dem Rechteck sogar aufgreifen.
In der EMV nimmt man oft kleine Kammgeneratoren um den Messaufbau zu validieren. Zumindest kenne ich das so. Also sehr kurze periodische Pulse. Dann hat man im Spektrum diskrete im festen Abstand wiederholende Spikes die mit sin(x)/x abfallen.
Man hat also ein bekanntes Muster über das volle Spektrum. Ist da was anderes, stimmt irgendwas nicht.
Könnte man natürlich auch mit Rauschen hinbekommen, wäre aber vermutlich aufwändiger.
Eigentlich will er nur bei definierten Bedingungen messen
Ich glaub, da musst du dich nochmal mit dem TO abstimmen:
Patrick P. schrieb:
B) Wie sich unterschiedliche Triggereigenschaften des Aufnahmegeräts
auswirken, also vor allem Trigger-Frequenzbereich,
Trigger-Amplitude/Schalldruckpegel sowie ggf. Mindestdauer des Signals.
Und um das rauszufinden reicht es, bei jeder Messung den selben Satz an Testsignalen abzuspielen und mit der Fledermausmotte aufzuzeichnen. Der Satz an Testsignalen muss aber nicht spektral definiert sein. Stichwort ratiometrische Messung.
Der VOM TO besuchte Fachbereich zeichnet sich meist nicht durch
übermäßig große Nähe zum Fachbereich Elektrotechnik aus...
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Das kann sein, aber in dem Falle waere es eigentlich Aufgabe der Uni eine Zusammenarbeit mit einem anderen Fachbereich in die Wege zu leiten, oder zu versuchen das Problem mit Geld zu loesen. Damit sollte man z.B schon die Probleme loesen koennen:
https://www.batronix.com/versand/funktionsgeneratoren/Rigol-DG1022Z.html
Falls der Lehrstuhl noch nicht mal 360Kroeten uebrig hat, mein Beileid.
BTW: ICh glaube das die Beschaffung eines AWGs noch das geringste der Probleme des TOs ist. Die Schaffung eines Verstaerkers der mit einem Ultrasschalllautsprecher linear das Eingangsignal widergeben kann, gehoert IMHO auch zu den Dingen wo man etwas Ahnung von Etechnik braucht. Zumal man die Ergebnisse nur schlecht mit den eigenen Ohren pruefen kann.
Ich lag uebrigens gerade vor lachen auf dem Boden als ich das hier las:
Mein Vorschlag wäre, die verlinkten Geräusche (als mp3 downloadbar) mit
einem Sinusgenerator auf die Originalfrequenz hochzusetzen.
MP3 ist doch ein Verfahren das auf der Basis der Physiologie des Menschen entwickelt wurde um alles aus einem Signal zu entfernen das ein Mensch nicht wahrnehmen kann. Klingt nicht so geeignet um daraus Forschung an Nichtmenschen zu betreiben.
Testet der Webdesigner von Batronix eigentlich die Funktion?
"Technische Daten Zubehör Downloads Bewertungen" kann ich anklicken, aber da geschieht nichts
Wie bist du denn hier gelandet, du musst dich verirrt haben :D. Bei
uC.net gibt es keine freundlich und wohlwollend formulierten Aussagen.
Ich empfand aber meinen Hinweis durchaus als freundlich gemeint. Es gehoert zu den Aufgaben einer Uni einem Studenten bestimmte Dinge bereit zustellen. Gerade und vor allem auch wenn er selbst keine Ahnung von diesem Teilgebiet hat und auch nicht haben muss. Bei meiner Diplomarbeit haben sie auch alles moegliche ran geschafft als es einem Prof einleuchtete das dies notwendig war.
Wie bist du denn hier gelandet, du musst dich verirrt haben :D.
Bei
uC.net gibt es keine freundlich und wohlwollend formulierten Aussagen.
Ich empfand aber meinen Hinweis durchaus als freundlich gemeint. Es
gehoert zu den Aufgaben einer Uni einem Studenten bestimmte Dinge bereit
zustellen. Gerade und vor allem auch wenn er selbst keine Ahnung von
diesem Teilgebiet hat und auch nicht haben muss. Bei meiner Diplomarbeit
haben sie auch alles moegliche ran geschafft als es einem Prof
einleuchtete das dies notwendig war.
Olaf
Dich zähle ich definitiv nicht zu den Hetzern dazu.
