Direction-of-arrival estimation of animal vocalizations for monitoring animal behavior and improving estimates of abundance
Estimation de la direction d'arrivée des vocalisations animales pour le suivi comportemental d'animaux et l'amélioration des estimations d'abondance

Richard W. Hedley, Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of California, Los Angeles, California, USA
Yiwei Huang, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
Kung Yao, Electrical Engineering Department, University of California, Los Angeles, California, USA

DOI: http://dx.doi.org/10.5751/ACE-00963-120106

Full Text: HTML   
Download Citation


Abstract

Autonomous recording units (ARUs) show promise for improving the spatial and temporal coverage of biodiversity monitoring programs, and for improving the resolution with which the behaviors of animals can be monitored on small spatial scales. Most ARUs, however, provide the user with little to no ability to determine the direction of an incoming sound, a shortcoming that limits the utility of ARU recordings for assessing the abundance of animals. We present a recording system constructed from two Wildlife Acoustics SM3 recording units that can estimate the direction-of-arrival (DOA) of an incoming signal with high accuracy. Field tests of this system revealed that 95% of sounds were estimated within 12° of the true DOA in the azimuth angle and 9° in the elevation angle, and that the system was largely robust to background noise and accurate to at least 30 m. We tested the ability of the system to discriminate up to four simulated birds singing simultaneously and show that the system generally performed well at this task, but, as expected, fainter and longer sounds were more likely to be overlapped and therefore undetected by the system. We propose that a microphone system that can estimate the DOA of sounds, such as the system presented here, may improve the ability of ARUs to assess abundance during biodiversity surveys by facilitating more accurate localization of sounds in three dimensions.

Résumé

Les instruments d'enregistrement autonomes (IEA) sont prometteurs pour améliorer la couverture spatiale et temporelle des programmes de suivi de la biodiversité et améliorer la résolution à laquelle le comportement des animaux peut être suivi sur de petites échelles spatiales. Toutefois, la plupart des IEA ne permettent pas (ou très peu) à l'utilisateur de déterminer la direction d'un son; cette lacune limite l'utilité des enregistrements issus d'IEA pour ce qui est de l'évaluation de l'abondance des animaux. Dans la présente étude, nous présentons un système d'enregistrement conçu à l'aide de deux unités d'enregistrement « Wildlife Acoustics SM3 » qui peuvent estimer la direction d'arrivée (DA) d'un son avec une grande précision. Des tests de ce système sur le terrain ont révélé que 95 % des sons ont été estimés à l'intérieur de 12° de la DA réelle dans l'angle d'azimut et de 9° dans l'angle d'élévation; le système était très fiable malgré les bruits de fond et précis au moins jusqu'à 30 m. Nous avons testé la capacité du système à discriminer jusqu'à quatre oiseaux chantant simultanément (que nous avons simulés) et avons montré que le système performe généralement bien, mais comme attendu, les sons plus faibles et plus longs étaient davantage susceptibles d'être superposés et donc non détectés par le système. Nous croyons qu'un système de microphone qui permet d'estimer la DA des sons, comme le système ici présenté, peut améliorer la capacité des IEA à évaluer l'abondance lors de relevés de biodiversité, grâce à une meilleure localisation des sons dans les trois dimensions.

Key words

abundance estimation; acoustic monitoring; autonomous recording units; bioacoustics; source localization

Copyright © 2017 by the author(s). Published here under license by The Resilience Alliance. This article  is under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.  You may share and adapt the work for noncommercial purposes provided the original author and source are credited, you indicate whether any changes were made, and you include a link to the license.

Avian Conservation and Ecology ISSN: 1712-6568