Detectabilidade acústica de vertebrados terrestres através de simulações com ondas sonoras sintéticas

Abstract

Amostragens acústicas passivas têm sido utilizadas cada vez mais para o estudo de vertebrados terrestres, resultando em diversos tipos de análise como identificação taxonômica, distribuição de espécies, dinâmica de populações e comportamento animal. Contudo, a distância de detecção das espécies visadas por um gravador de sons autônomo geralmente é desconhecida. Da mesma forma, os fatores que afetam a detecção de cada vocalização no exato local e momento da amostragem raramente são abordados com a devida importância. No presente estudo, sons sintéticos representativos das frequências de anuros, aves e morcegos foram emitidos e gravados no interior de matas a fim de estimar a detectabilidade acústica desses animais conforme fatores físicos. A faixa audível utilizada correspondeu a sons puros de 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz e 10 kHz, enquanto a faixa de ultrassons foi de 20 kHz a 120 kHz, em intervalos de 10 kHz. As distâncias lineares de gravação foram de 1 m, 2 m, 4 m, 8 m, 16 m e 32 m da fonte sonora. Os sons foram emitidos a 2 m e 5 m, com gravação sempre a 2 m. A densidade e a agregação vegetal foram mensuradas por fotografia em cada distância e dados meteorológicos foram extraídos durante as amostragens. Através de modelos lineares generalizados, verificou-se que sons audíveis emitidos a 2 m do solo tiveram sua intensidade reduzida por aparatos vegetais, mas aumentada por ventos supostamente no mesmo sentido da propagação sonora. Os mesmos sons emitidos a 5 m do solo foram detectados com menor intensidade, porém dosséis fechados e ventos amenizaram as perdas sonoras. Para a faixa dos ultrassons, a frequência sonora foi suficiente para explicar boa parte da variação nos níveis sonoros nas emissões a 2 m do solo, enquanto o ângulo entre fonte e gravador na altura de emissão de 5 m foi determinante para a não detecção dos sons cuja frequência ultrapassava 70 kHz. O coeficiente de atenuação atmosférica conforme norma ISO 9613-1 mostrou-se eficiente para predizer as variações de intensidade dos ultrassons além da dispersão geométrica esperada quando fonte e gravador estavam alinhados. Considerando a dificuldade em prever todos os efeitos que as ondas sonoras sofrerão em cada ambiente, foi proposto um modelo matemático com algoritmos associados que inclui o coeficiente de atenuação atmosférica e uma medida empírica da transmissão sonora no local da amostragem, entre outras variáveis. Esse modelo estima a distância máxima de detecção de um som sob determinadas condições físicas. A aplicabilidade dessa distância possibilita delimitar o espaçamento entre estações amostrais, comparar amostragens realizadas em diferentes contextos ambientais e estimar a ocorrência de espécies considerando seus padrões de vocalização.

Passive acoustic monitoring has been widely used to study terrestrial vertebrates in many ways, including taxonomic identification, species distribution, population dynamics and animal behavior. However, the detection distance of targeted species by autonomous recording units is generally unknown. Likewise, factors influencing detection of each vocalization at the exact sampling site and time are rarely addressed. Here, synthetic sounds representing the frequencies of frogs, birds and bats were emitted and recorded inside forests to relate the acoustic detectability of these animals with physical factors. The audible bands used corresponded to pure sounds of 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz and 10 kHz, while the ultrasounds ranged from 20 kHz to 120 kHz, in 10 kHz intervals. The linear recording distances were 1 m, 2 m, 4 m, 8 m, 16 m and 32 m from the sound source. The emission height changed from 2 m to 5 m, and the recording height remained at 2 m. Vegetal density and aggregation were measured by photographs taken at each distance and meteorological data was obtained during the samplings. Using generalized linear models, it was found that intensity of audible sounds emitted at 2 m from the ground were reduced by vegetal barriers and increased by winds, supposedly in the same direction of sound propagation. Sounds emitted at 5 m high were detected with less intensity, although closed canopies and winds mitigated sound loss, perhaps because they respectively reflect and refract waves downwards. For ultrasound bands, the sound frequency explained much of the variation in sound levels in emissions at 2 m high, whereas the angle between source and recorder at the 5 m high was decisive for the non-detection of sounds above 70 kHz. The atmospheric attenuation coefficient, according to ISO 9613-1, was efficient to predict the intensity of ultrasounds beyond the expected geometric dispersion, when the source and the recorder were aligned. Considering the difficulty in predicting all the effects on sound waves in each environment, a mathematical model was proposed including the atmospheric attenuation coefficient and an empirical measure of the sound transmission at the sampling site, among other variables. This model estimates the maximum sound detection distance under certain physical conditions. The applicability of this model opens a venue to delimit the spacing between sampling stations, to compare sampling from different environments and to estimate specie´s occurrence, considering their vocalization patterns.