Programmierte Aufnahme

Bandbreite des Speichermediums

Fledermaussignale werden üblicherweise mit einem Kanal aufgenommen, also in Mono. Die Abtastrate muss bei der Digitalisierung theoretisch wenigstens doppelt so hoch sein wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz. In der Praxis wird man 10% bis 20% höher gehen, um Alias- und Hilbert-Filter mit erträglichem Aufwand realisieren zu können. Die höchste Frequenz liegt für Fledermausrufe ungefähr bei 140 kHz. Eine Abtastung mit   f_s = 300000 Abtastwerten/s  ist also ausreichend. Die in der Lautstärke sehr stark variierenden Fledermausrufe erfordern eine Digitalisierung in  n = 16 Bit / Abtastwert. Insgesamt ergibt sich damit eine Datenrate von wenigstens  R = n ⋅ f_s = 16 ⋅ 300000 Bit/s = 4.8 M Bit/s. Das ist deutlich mehr als die Datenrate beim digitalen HD-TV, aber für heutige Computer kein Problem. Problematisch wird die Speicherung erst, wenn diese auf Speicherchips wie MicroSHDC erfolgen soll. Die technischen Daten zu solchen Chips verschweigen aus gutem Grund Angaben über die minimale kontinuierliche Schreibgeschwindigkeit. Eine Angabe von z.B. "Schreiben bis zu 60 M Bit/s" mag brauchbar sein, wenn Daten sporadisch schnell gespeichert werden sollen wie in einem Fotoapparat. Bei kontnuierlicher Speicherung eines Datenstroms beginnt die Schreibgeschwindigkeit solcher Chips aber zu stolpern - und das nimmt mit zunehmendem Alter des Chips zu. Dies liegt daran, dass einzelne Speicherzellen durch mehrfaches Löschen und Neubeschreiben zerstört werden können. Die Chips erkennen fehlerhafte Zellen und ersetzen sie durch intakte Zellen. Der dazu nötige interne Verwaltungsaufwand kann das Speichern erheblich verzögern und bei kontinuierlicher Speicherung mit hohen Datenraten zu Lücken im aufgenommenen Datenstrom führen.

Speicherbedarf

Nimmt man für eine Zeit  T  mit der Datenrate  R  auf, so ergibt das den Speichebedarf   S = T⋅ R . Nimmt man eine Stunde lang auf, also  T = 3600 s ,  so ergibt sich mit der oben genannten Minimalrate ein Speicherbedarf von  3600⋅ 4.8 M Bit = 17280 M Bit / h. Aus geschichtlichen Gründen werden Datenmengen auch heute noch in  1 B = 1 Byte = 8 Bit  gemessen. In unserem Fall haben wir dann  2160 MB/h = 2.16 GB/h. Auf einem heutigen  MicroSHDC  mit der Kapazität 256 GB kann man also Aufnahmen von mehr als 100 Stunden unterbringen, bei höherer Abtastrate entsprechend weniger.

Kontinuierliche Aufnahme in Zeitfenstern

Ultraschallrekorder sind meist mit einer digitalen Schaltuhr ausgerüstet, bei der man mehrere Zeitfenster für die Aufnahme programmieren kann. Die Schaltuhr sollte eine vom Rekorder unabhängige Stromversorgung haben, etwa über eine Lithium-Batterie, damit man außerhalb der Aufnahmezeiten Speicherchips und Rekorder-Batterien gefahrlos wechseln kann, ohne Uhrzeit und Programmierung zu löschen.

Signal-getriggerte Aufnahmen

Man muss nicht unbedingt kontinuierlich aufnehmen. Fledermaussignale heben sich so stark aus dem Hintergrundgeräusch heraus, dass man diese mit einem Schwellwert-Detektor gut automatisch erkennen und damit den Rekorder starten (neudeutsch: triggern) kann. Dem Schwellwert-Detektor kann man Bandpassfilter oder eine Mustererkennungsstufe vorschalten, um den Trigger gezielt einzuschränken, damit er nur auf Signale in einem begrenzten Frequenzbereich oder nur auf ganz bestimmte Signale reagiert. Ebenso kann man Negativ-Trigger realisieren, die ein Auslösen durch ungewünschte Signale - wie etwa von Insekten - verhindern. Der laufende Betrieb solcher Funktionen im Rekorder kostet allerdings mehr Energie als das ununterbrochene Speichern aller Daten.

Vorteil der Benutzung eines Triggers ist der deutlich eingeschränkte Speicherbedarf. Speicherplatz ist heute aber kein wesentlicher Kostenfaktor mehr. Im Fall wissenschaftlicher Aufgaben ist es deshalb besser, Fledermausrekorder kontinuierlich laufen zu lassen und alle Originaldaten auf magnetischen Datenträgern zu archivieren. Bei der automatisierten Auswertung kann man dann wesentlich flexibler in Software realisierte Trigger nach Bedarf anpassen.

Methode des Autors

Der Autor nimmt jede Nacht kontinuierlich auf von Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang in unkomprimierten Wave-Dateien der Länge je 1 Stunde.

Die Archivierung aller Daten ergibt in der Summe  12 TB/a. Das passt auf drei kleine HDs von je 4 TB und verursacht pro Rekorder Kosten von etwa  300 € pro Jahr.

Der Autor benutzt Dodotronic Ultramic384 mit  f_s = 384000/s  als Rekorder und  Samsung EVO 256 GB microSHDC als Speicherchips.

Stromversorgung:          Batteriekasten mit  3 x 4 NiMH Mignon (je 2700 mAh Ansmann), je nach Ladezustand  5.5 V bis 4.8 V.

                                       Diese Spannung wird direkt, also ohne Regelung oder Konverter, per USB an den Rekorder geliefert.

                                       Vorsicht: von einer Schnellladung noch heisse Akkus müssen erst abkühlen, sonst kann die

                                       Gesamtspannung die nach USB-Spezifikation zulässige Spannung 5.5 V überschreiten. 

                                       Eine Batterieladung reicht für mehr als  200 Stunden kontinuierlicher Aufnahme.                                       

Aufnahmezeitfenster:    Zeit des Sonnenuntergangs nach unten gerundet auf volle Stunde bis Zeit des Sonnenaufgangs nach oben gerundet.