Recomendaciones para registrar y almacenar señales acústicas como especímenes digitales en Colombia

Recomendaciones para registrar y almacenar señales acústicas como especímenes digitales en Colombia

Recommendation to record and storage acoustic signals as digital specimens in Colombia

Orlando Acevedo-Charry ¹, Ana María Ospina L. ¹, Alexandra Buitrago-Cardona ¹, Kevin G. Borja-Acosta ¹

Recibido: 11 de enero 2021

Aceptado: 3 de mayo 2021

Resumen

El reconocimiento y registro de la biodiversidad, desde sus distintas dimensiones, es fundamental como línea base en ciencias básicas y aplicadas. En este contexto, la acústica es un recurso cada vez más relevante en el estudio de la biota. Sin embargo, existen diferentes métodos de recolección de señales acústicas, lo que implica una variabilidad en la calidad de los formatos y datos en las que se realizan dichas grabaciones. Solo algunos de estos garantizan una alta calidad de sonido que le da valor para su posterior inclusión en estudios biológicos que requieran analizar parámetros acústicos. En este documento ofrecemos recomendaciones que permitan guiar al lector en la recopilación de registros acústicos de alta calidad, basándonos en los procesos estandarizados adoptados en la Colección de Sonidos Ambientales Mauricio Álvarez-Rebolledo del Instituto Humboldt. Estos procesos, a su vez, siguen sugerencias de instituciones como la Universidad de Cornell, con años de tradición en el estudio de la acústica y disposición de sus audios a través de su plataforma de Macaulay Library. Nuestro objetivo es promover la optimización de los métodos usados en diferentes instituciones en Colombia para una adecuada gestión de los repositorios de especímenes digitales.

Palabras clave: bioacústica, comportamiento, colecciones biológicas, fenotipo, registros biológicos, sonidos.

Abstract

The recognition and registration of biodiversity, from its different dimensions, is essential as a baseline in basic and applied sciences. In this context, acoustics is an increasingly relevant resource in the study of the biota. However, there are different methods of collecting acoustic signals, which implies a great variety in the quality of the formats in which these recordings are performed. Only some formats guarantee a high sound quality that gives those recordings a special value for later inclusion in biological studies that require analyzing acoustic parameters. In this document, we offer recommendations to guide the reader in the compilation of high-quality acoustic records, based on the standardized processes adopted in the Colección de Sonidos Ambientales Mauricio Álvarez-Rebolledo at the Humboldt Institute. These processes, in turn, follow institutional suggestions from Macaulay Library at Cornell University, with years of tradition in the study of acoustics and accessibility in their website-based platform. Our objective is to promote the optimization of the methods used in different institutions in Colombia for an adequate management of the repositories of digital specimens.

Keywords: bioacoustics, biological collections, biological records, behavior, phenotype, sounds.

Introducción

La biodiversidad requiere ser estudiada desde diferentes ángulos y con estrategias de integración novedosas y a la vanguardia de la tecnología. En este contexto, el estudio de los sonidos como otra dimensión de la naturaleza ha sumado un particular interés en los años recientes (Rodríguez-Buriticá et al., 2019; Martínez-Medina et al., 2021a). Las colecciones de sonidos son novedosos repositorios que se encargan del cuidado a perpetuidad de aspectos del fenotipo que hacen referencia a una señal de comunicación por vía acústica. Las señales acústicas, en particular, son muy importantes en la biología intrínseca de muchos organismos al permitir la comunicación entre individuos durante comportamientos de defensa y establecimiento de territorios, vínculo reproductivo o interacciones inter e intraespecificas (Munn, 1986; Browning et al., 2017). Por ejemplo, algunas señales acústicas pueden ser una aproximación para evaluar cambios en el comportamiento de las especies o efectos en la relación de los organismos en respuesta a cambios ambientales o antrópicos (Köhler et al., 2017; Wolfenden et al., 2019). Por otra parte, dentro del espectro audible, las señales acústicas son ampliamente reconocidas dentro de la apropiación de biodiversidad que rodea el diario vivir de la sociedad y su percepción (Southworth, 1969; Levenhagen et al., 2020; Ulloa et al., 2021).

Cada lugar en el planeta tiene una huella acústica particular que vincula y estructura el relacionamiento de las comunidades humanas con la biodiversidad (Krause, 1987; Pijanowski et al., 2011). Sin embargo, algunos grupos de organismos están experimentando efectos negativos a nivel poblacional debido a altas tasas de alteraciones a sus hábitats, principalmente por el desarrollo de zonas urbanas (Scheffers y Paszkowski, 2012; Sckmidt et al., 2020). Estos ambientes están caracterizados por altos niveles de ruido, que podrían tener un efecto en la comunicación entre individuos de la fauna local (Naguib, 2013). Entender las estrategias de comunicación entre individuos de las especies y cómo estas se ven afectadas de manera negativa por la presencia de altos niveles de ruido también puede brindar información para plantear estrategias de conservación para estas especies. Así mismo, los patrones de actividad acústica pueden ser diferentes a lo largo del año (Pérez-Granados y Schuchmann, 2020) o responder a condiciones ambientales (Dorado-Correa et al., 2016; Pérez-Granados et al., 2020). Con esto lo que queremos exponer es cómo el estudio de la acústica puede ser una herramienta importante para el monitoreo de las poblaciones o comunidades bióticas, dado que la comunicación es un aspecto fundamental para su sobrevivencia y mantenimiento. Es así como una toma de datos rigurosa en campo permite abordar diferentes preguntas a nivel del organismo hasta las comunidades.

La multidimensionalidad del espécimen extendido (Webster, 2017) consolida una mayor cantidad de información vinculada al organismo biológico recolectado. Algunos ejemplos de especímenes extendidos son las muestras de tejidos, los ecto o endoparásitos, el contenido estomacal, algunas partes del morfotipo (p. ej. alas o hemipenes) y el material multimedia como fotos, videos o registros acústicos de los sonidos (Toledo et al., 2015). Sin embargo, es poca la información estandarizada a cerca de la obtención y custodia de sonidos de la naturaleza como especímenes digitales (Ranft, 2004; Köhler et al., 2017). Diferentes grupos de investigación han avanzado en la toma y análisis de datos acústicos en el país, pero actualmente la única colección digital de los sonidos de la naturaleza que está disponible en Colombia es la Colección de Sonidos Ambientales Mauricio Álvarez-Rebolledo del Instituto Humboldt (IAvH-CSA). Suministrar unas recomendaciones desde esta colección para la toma y almacenamiento de sonidos puede ayudar a diferentes instituciones a consolidar sus repositorios acústicos de forma ordenada y a que se articulen con los intereses nacionales de monitoreo y apropio de la biodiversidad.

En este documento de trabajo (Metodologías y herramientas) planteamos unas recomendaciones para obtención y almacenamiento de sonidos de la biodiversidad acústica colombiana. Abordamos aspectos básicos de propiedades del sonido que permitan una óptima toma de datos en campo para sonidos direccionales, trabajo en laboratorio posterior a la toma de datos y almacenamiento de datos acústicos. Este documento plantea un levantamiento de datos direccional, así que no centraremos la atención en muestreo acústico pasivo (Browning et al., 2017).

Marco conceptual

Para poder lograr una mejor representatividad y un manejo adecuado de los archivos sonoros, es necesario entender primero algunos aspectos básicos sobre las propiedades del sonido.

Aspectos generales sobre el sonido

El sonido incluye tres componentes básicos: fuente, medio y receptor (Figura 1A). La fuente es el propulsor principal (individuo) de una distorsión de las partículas en un medio (el aire, por ejemplo), que permite llegar hasta uno o varios individuos capaces de recibir la señal (receptor). Cuando las partículas del medio son afectadas por la fuente del sonido, es generada una onda de distorsión (u onda de sonido) que estimula puntos de mayor a menor presión, intercalándose en el tiempo. Cabe la pena recordar que las partículas no se mueven de la fuente al receptor, lo que se transmite es la distorsión del empuje de una partícula a las vecinas.

Figura 1. Diagrama de propagación de la onda del sonido, desde un emisor a través de un medio hasta un receptor (A). Una longitud de onda corta tiene mayor frecuencia y genera sonidos más agudos (arriba en B; ejemplos Polyerata fimbriata, Peropteryx sp., Centrolene savagei), mientras una longitud de onda larga tiene menor frecuencia y genera sonidos más graves (abajo en B; ejemplos Tinamus osgoodi, Allouata palliata, Lithobates catesbeiana). Elaboración propia. Fotos de Orlando Acevedo-Charry (P. fimbriata, Peropteryx sp., A. palliata, L. catesbeiana), Ana María Ospina-L. (C. savagei) y Brayan Coral-Jaramillo (T. osgoodi).

La distancia de los ciclos entre los puntos máximos o mínimos de presión en las partículas es denominada longitud de onda y la cantidad de ciclos que quepan en un intervalo de tiempo (frecuencia) determina nuestra percepción de un sonido como agudo o grave (Figura 1B). Así, al tener longitudes de onda muy cercanas entre picos de presión, con alta frecuencia, se perciben los sonidos agudos. En sentido contrario, con longitudes de onda muy espaciadas entre picos de presión, con poca o baja frecuencia en un intervalo de tiempo, se perciben sonidos graves. Ejemplos comunes de estos dos extremos pueden ser colibríes, murciélagos o ranas de cristal que emiten sonidos con longitud de onda poco espaciada (sonidos con frecuencia alta que se perciben agudos), o tinamúes, monos aulladores o ranas toro que emiten sonidos con longitud de onda muy espaciada (sonidos con frecuencia baja que se perciben graves). El extremo de frecuencia alta puede significar sonidos por encima del espectro audible, como los llamados de murciélagos durante la ecolocalización (Schnitzler y Kalko, 2001), la mayoría imperceptibles a nuestro oído (Thiagavel et al., 2017). Lo anterior nos lleva a contemplar las condiciones de configuración del equipo que se debe usar para grabar, lo cual dependerá del organismo de estudio.

Grabar sonidos con equipo especializado

La grabación de sonidos con equipo especializado resulta similar al funcionamiento en general de nuestro sentido del oído, donde el tímpano recibe las señales mecánicas, en el oído medio es transmitida dicha señal como impulso eléctrico que llega hasta la cóclea y es enviado al cerebro para su interpretación. Un equipo de grabación busca percibir los cambios de presión del medio (señal mecánica) a través de un receptor sensible (micrófono), luego traducir esa alteración mecánica a una señal eléctrica que es amplificada y digitalizada por la grabadora. Anteriormente, estos procesos podían estar separados en equipos diferenciales, por ejemplo, cuando eran usadas cintas magnéticas que recibían la señal eléctrica proveniente de la conversión del impulso mecánico. El paso que faltaba en el anterior proceso era la digitalización, para lo cual era necesario un equipo digitalizador acoplado a un computador. Hoy en día, podemos obtener una señal acústica digitalizada desde la grabadora en campo, pero hay que configurar el equipo para su digitalización antes de salir a grabar sonidos.

Hay tres aspectos durante la configuración del equipo que requieren ser definidos previo a grabar: la tasa de muestreo, resolución y tipo de archivo. La tasa de muestreo es el número de muestras que van a tomarse de una señal eléctrica continua analógica durante un segundo para generar una señal digital discreta. Es decir que una tasa de muestreo de 48 kHz va a tomar 48.000 muestras de la señal continua en un segundo. Esta tasa o frecuencia de muestreo también define la mayor frecuencia capturada durante la grabación, pues el teorema de Nyquist-Shannon plantea que para poder recuperar con la máxima fidelidad posible la señal original debe muestrearse la señal análoga al menos dos veces su frecuencia máxima. Por lo tanto, la misma tasa de muestreo de 48 kHz de nuestro anterior ejemplo capturará una frecuencia máxima de alrededor 22 kHz, lo cual abarca el espectro audible percibido por humanos. Si pretendemos grabar ultrasonido, por ejemplo, llamados de murciélagos o cantos de grillos de hasta 192 kHz, requerimos muestrear un mínimo de 384 kHz, lo cual necesita un equipo (sensor y grabadora) que permitan registrar ese tipo de frecuencia (Martínez-Medina et al., 2021b).

El siguiente aspecto es la resolución, que define el número de dígitos binarios (bit; 2n) dentro de la codificación para digitalización de una señal análoga para representar cada medida de la amplitud de la señal. Una codificación muy simple que usaría 1 bit (2*1), sólo permitiría seleccionar entre dos valores: cero o uno. A medida que se complica la codificación, se aumentaría la resolución de la información, por ejemplo, una codificación de 8 bits (2*8) usaría 256 posibilidades o valores. Entre más valores permita, más fiel es la digitalización de la señal, lo recomendado es 24 o 32 bits, aunque 16 también es ampliamente aceptado.

Finalmente, el tipo de archivo puede significar una fidelidad muy completa de la señal acústica que se guarda en un repositorio digital. Archivos de tipo comprimido (mp3, m4a, etc.) pueden sacrificar algunas frecuencias al descartar información acústica “irrelevante” para el oído humano, pero que es parte del sonido original. Recomendamos siempre grabar archivos de tipo no comprimido, preferiblemente .WAV o PCM linear en algunas grabadoras. Estos tres aspectos deben ser contemplados al escoger el equipo de grabación, y configurados para su óptimo funcionamiento. De tener la posibilidad, y dependiendo de la pregunta, puede usar micrófonos externos como unidireccionales (entre más largos, mejor foco), omnidireccionales (usados principalmente para grabar paisajes sonoros), tipo cardiode (como de cantante, para sonidos cercanos como ranas o insectos), o alguno de los anteriores acoplados a una parábola, que concentra y amplifica los sonidos en un punto focal.

Viendo al pasado, ecuchando al futuro

La grabación de sonidos ambientales, específicamente de animales (para entendimiento de bioacústica en plantas vea Gagliano et al., 2012), incluye una historia que empezó a finales del siglo XIX y principios del XX, llegando al Neotrópico alrededor de la década de 1940s (Ranft, 2004). Sin embargo, la formulación estandarizada de repositorios acústicos podría remontarse a mitad del siglo XX, con ejemplos de repositorios reconocidos como: Borror Laboratory of Bioacoustics en Ohio, EEUU (establecido en 1945); Tiertstimmenarchiv en Berlín, Alemania (1952); Macaulay Library of Natural Sounds en Ithaca, EEUU (1956); Australian National Wildlife Collection en Lyneham, Australia (1961); The British Library Sound Archive en Londres, Inglaterra (1969); Florida Museum of Natural History en Gainesville, EEUU (1973); Arquivo Sonoro Neotropical en São Paulo, Brasil (1978); y Fitzpatrick Bird Communication Library en Pretoria, Sudáfrica (1979). Toda esta historia trasciende una variedad de formas de obtención y almacenamiento de los sonidos, los cuales poco a poco han sido reemplazados en su mayoría por el archivo digitalizado de la señal acústica en formato de onda no comprimido “.WAV”.

Métodos

A partir de nuestra experiencia durante más de tres años capturando sonido direccional de fauna de Colombia en la IAvH-CSA, presentamos una propuesta metodológica para la toma de sonidos y su almacenamiento en repositorios como especímenes digitales. Nuestra experiencia hace referencia particularmente a fauna que emite sonidos en el espectro audible, así que para ultrasonido de murciélagos recomendamos ver Martínez-Medina et al. (2021b).

Resultados

La obtención de audios direccionales de calidad puede ser reforzada con aspectos antes, durante y después de cada evento de muestreo (Figura 2).

Figura 2. Proceso generalizado para el registro y almacenamiento de sonidos. Elaboración propia.

Antes de salir a campo

Los sonidos son interpretados como especímenes digitales que tienen que guardar fidelidad de la representatividad acústica en campo. Es recomendable que antes de salir a campo ajuste el equipo de grabación para un correcto ingreso de los archivos digitales a la colección, lo cual incluye, como ya lo mencionamos, que el formato de grabación sea de onda de sonido no comprimida (WAV), a la mayor tasa de muestreo posible y con una alta resolución. Esto dependerá del equipo que sea usado para grabar, pues no es lo mismo colectar sonidos con una grabadora profesional en memorias SD de alta velocidad de grabación a 96 kHz y 24 bits, que grabar con un celular; aunque algunos celulares pueden grabar a 48 kHz y hasta 32 bits. Del mismo modo, dependerá también del grupo taxonómico que quiera grabar, pues para animales que se comunican a ultra frecuencia (p. ej. murciélagos, grillos y algunas ranas) necesitará equipo especializado que capture altos rangos de frecuencias (Martínez-Medina et al. 2021b). Asegúrese de contar con buena cantidad de batería y memoria, y de ser posible lleve un computador para hacer copias de respaldo de sus audios en campo (NO borre los audios originales de las memorias hasta que no sea absolutamente necesario).

Es preferible que el nombre de cada archivo de audio en campo esté preestablecido en su equipo de grabación, de manera que permita en lo posible identificar rápidamente a quien hace la grabación y la expedición del conjunto de audios. Nuestra sugerencia es usar siglas que denoten el investigador que graba (p. ej. Alexandra Buitrago-Cardona usa ABC en sus archivos), combinado con siglas de la expedición o el proyecto (p. ej. Boyacá Bio expedición 1 usaría BB1), lo cual genera un serial para el archivo sonoro que es factible rastrear desde los archivos originales. Por ejemplo, el sonido ABC-BB1-001.WAV sería el primer corte de audio en la expedición Boyacá Bio 1 por Alexandra Buitrago-Cardona. Otros equipos, en particular grabadoras automatizadas, usan en el nombre la información de sitio, fecha y hora de grabación. Conozca su equipo de grabación (grabadora, micrófono, parábola, cables, etc.), pues esta información debe ser incluida en los metadatos de cada espécimen digital para su ingreso a una colección. En IAvH-CSA usamos un Formato de Migración de Datos (Anexo 1) para el ingreso a colección de los cortes de audio. Como recomendación general, al llegar de campo, guarde sus archivos de audio originales en una carpeta de la expedición y sepárelos por días y jornada de grabación.

Al registrar las señales acústicas, quien está en campo grabando es testigo directo de un evento que puede significar comportamientos particulares. Sin embargo, la falta de preparación previa puede afectar el resultado final de custodiar la señal acústica. Es por esto por lo que resulta importante probar el equipo antes de estar en el campo, confirmar el estado de baterías y memoria (así como tener otras adicionales), asegurarse de configurar la fecha y hora, y tener los tres aspectos básicos de grabación (tasa de muestreo, resolución y formato no comprimido) ya definidos.

En el campo

Algunos equipos tienen una opción de pregrabación, un “buffer” de 3-5 segundos que permite empezar a grabar un sonido que empieza sin sospechar (ojo, también pueden quedar voces o golpes al micrófono mientras se apunta al emisor del sonido), lo cual ahorra espacio y tiempo.

Otro aspecto importante al grabar sonidos es mantener los metadatos bien registrados en la libreta de campo y con copia de respaldo en herramientas digitales (como el uso de la plataforma eBird para aves) y en forma de audio de la grabadora (anuncio de voz). Registre después de cada corte, en lo posible, toda la información complementaria como localidad con coordenadas, fecha, hora, equipo de grabación, clima, hábitat, temperatura, identificación (o descripción del sonido grabado), comportamiento, si es un sonido natural o fue respuesta a una retroemisión de sonido o “playback”, especies de fondo e identidad de la persona que hace la grabación. Durante la grabación, intente evitar todo lo que afecte la relación de la señal (objeto enfocado) del ruido de fondo (lo que no es el objetivo de grabar; Figura 3). Para esto, intente evitar moverse, pisar, conversar, la ropa ruidosa, paquetes de comida, etc. Puede incluir un anuncio de voz cada vez que cambie de hábitat, para organizar mejor el conjunto de grabaciones.

Figura 3. Representación gráfica de un sonido de Zonotrichia capensis con oscilograma (línea verde superior; X = tiempo, Y = amplitud) y espectrograma (panel inferior; X = tiempo, Y = frecuencia en Hz, Z = Amplitud). Note la diferencia de un sonido no enfocado (A) con un sonido enfocado (B), la diferencia denota una peor o mejor relación señal-ruido. Elaboración propia.

Otras opciones de grabación buscan registrar la huella acústica de ciertos lugares, o se estructuran en análisis particulares para especies sin que haya un posible efecto de observador. En estos casos, se usan grabadoras automáticas programadas para grabar en diferentes horarios dependiendo de la pregunta de investigación. Actualmente, existen varios avances en programación que permiten analizar este tipo de datos de manera más efectiva que hace algunos años, pero es una línea de investigación naciente y con mucho potencial a futuro (Browning et al., 2017; Deichmann et al., 2018).

Como recomendación general, al iniciar una jornada de trabajo, grabe con su voz la mayor cantidad de información general sobre ese conjunto de grabaciones (p. ej. Quién hace las grabaciones, localidad desde país hasta sector o vereda, hábitat, fecha y hora del evento de grabación, coordenadas, elevación). Intente hacer este procedimiento al iniciar cada sendero, cada día, cada hábitat nuevo o en cada jornada de grabación. Es preferible que tenga información repetida en varios cortes de audio a tenerlos sin metadatos.

No es lo mismo grabar su voz a unos pocos centímetros del micrófono que querer grabar un ave de dosel a >30 m de distancia. Por esto recomendamos que la grabadora tenga un ajuste de ganancia de entrada del volumen, con el cual puede graduar la saturación de entrada del sonido. Esto se marca como una barra de ganancia en algunas grabadoras que va desde valores negativos, lejos de cero para poca ganancia, hasta 0 dB. En lo posible, el pico de sonido puede ir por encima de -30 dB, pero no deje que la barra de ganancia del sonido supere los -12 o -9 dB, si alcanza 0 dB seguramente estará sobresaturando el sonido y tendrá problemas de distorsión en la fase de laboratorio y posterior análisis. En lo posible, NO mueva la graduación de ganancia o volumen durante una grabación, es recomendable dejarlo en una ganancia media y ajustar de acuerdo con las condiciones (hay sonidos más enfáticos que otros). Generalmente se trabaja con una única entrada de audio a la grabadora (micrófono), el cual entra en canal mono y es almacenado de tal forma en el repositorio, para administrar mejor el espacio. Aún así, algunos investigadores que graban sonidos en campo pueden decidir usar varios canales de audio así no tenga un micrófono estéreo, acoplando un cable de dos canales hembras para la grabadora a una salida macho para el micrófono, y ajuste la ganancia de los dos canales con una diferencia de 5 dB. Esto permitirá “rescatar” audios sobresaturados en un canal, pero con ganancia óptima en el otro, aunque traerá un paso más en la fase de edición del sonido (escoger el canal que satisface y guardar el audio solo de ese canal).

Use la tecnología de su grabadora para anticiparse al sonido. Previamente, con las grabadoras de cinta análoga, al estar en campo y tener “en foco” del micrófono un individuo, se empezaba a grabar, teniendo muchas veces una grabación “vacía” con un anuncio “no cantó la especie focalizada”, pero era la forma de no perder un buen registro sonoro. De ser posible, active la opción de pregrabación para tener los 3-5 segundos antes de que obture su grabadora. Asegúrese de tener en foco la fuente de sonido y grabe por lo menos un minuto (o cinco repeticiones de una vocalización). Si concluye el sonido, y puede acercarse más al individuo, ¡hágalo! Algunos cortes regulares pueden ser mejorados (ganancia en relación señal-ruido, Figura 3) con acercarse un poco al emisor, reducir la distancia a la mitad es la mejor opción. Así mismo, si en la primera vista no logró identificar el individuo, puede acercarse y detallar mejor para confirmar la identidad. Aunque recomendamos el mínimo de un minuto, el tiempo de grabación lo dispone el mismo individuo grabado, puede extenderse tanto como el individuo realice su despliegue sonoro, ya sea mecánico o vocal, en lo posible intentando tener de tres a cinco ejemplos de la vocalización. Por ejemplo, grabar un buen corte de tres-cinco emisiones de la vocalización de Microcerculus marginatus podría requerir extenderse varios minutos. Sin embargo, no hay una medida estándar. Aun así, más de dos minutos por individuo o tipo de sonido puede ser recomendado (incluyendo la pausa para reducir la distancia a la mitad).

Tenga en cuenta los metadatos que necesita un buen registro acústico, adicional a quien graba, localidad, fecha, hora, equipo, configuración del equipo (tasa de muestreo y resolución), la información del evento de colecta. Describa el tipo de grabación (ambiente sonoro o especie), si ve o no el individuo, a qué distancia del micrófono, a qué distancia del suelo, actividad, comportamiento, en grupo o solitario, respondía a estimulo de sonido pregrabado (playback) o era un canto natural, era un reclamo, un canto o un dueto, si fue recolectado o capturado, si tiene espécimen modular asociado (para ingreso a otra colección o foto). En ese momento usted está siendo testigo del evento “en vivo y en estéreo”, pero a veces no registrar esa información generará vacíos en los metadatos cuando procese sus audios. ¡Nada más frustrante que audios sin metadatos que no sabemos de donde provienen, quién los grabó, en qué fecha u otra información necesaria para cualquier registro biológico de una colección!

Hay diferentes estrategias para marcar cada corte de audio, y usted encontrará la de su preferencia. Por ejemplo, algunos investigadores marcan el audio en el mismo corte, justo al terminar el repertorio acústico que se quiere grabar, dejan pasar unos 3 a 5 segundos, hacen un chasquido con los dedos, dejan otro par de segundos y empiezan a marcar el audio con su voz. El chasquido de los dedos se verá en un espectrograma como un pulso de amplio rango de frecuencia que permite fácilmente diferenciar el sonido y la marca de voz (luego puede reemplazarse por un silencio). Otros investigadores dejan el corte sin marca, y guardan los metadatos en el siguiente corte de audio; esta opción viene bien cuando tiene que ver hora en el reloj, registrar temperatura o incluso capturar un animal. Encuentre su preferencia, pero recomendamos la primera opción.

En lo posible, registre el consecutivo de sus cortes en una libreta de campo, así como la información del evento de recolecta que sirva de copia de respaldo de los metadatos de sus cortes de audio. Si está grabando aves, puede asociar su corte de audio a la lista de observación con la aplicación eBird, lo cual rescata tiempo y espacio (aunque es preferible que tenga estos metadatos también en sus grabaciones).

Procesamiento de las muestras en el laboratorio

Al igual que una recolecta con ejemplares físicos, las grabaciones requieren ser procesadas, organizadas y “preparadas” antes de su ingreso en una colección de referencia. Si los cortes de audio provienen de una grabadora digital, separe los cortes de su expedición en una carpeta y márquelos identificando a quien grabó, la expedición y el consecutivo del corte de audio. A partir de estos archivos, tendrá que llenar el Formato de Migración de Sonidos (Anexo 1), donde cada corte para ingreso a la colección corresponde a una fila del archivo Excel (Figura 4). Le recomendamos editar sus audios con software libre para edición de sonidos como Ocenaudio o Audacity. Otro software recomendado, principalmente para análisis y extracción de variables, que pueden tener licencia de uso especial para investigadores en Colombia es Raven del laboratorio de ornitología de Cornell (Center for Conservation Bioacoustics, 2019). Si cuenta con los recursos, programas como Adobe Audition, Syrinx o Avisoft Bioacoustics cuentan con buena reputación en la edición y análisis de audio.

Figura 4. Ejemplo de diligenciamiento adecuado del formato de migración de datos utilizando una fila para cada corte. Elaboración propia.

Para que todas las señales sigan una constante que permita luego su revisión en los repositorios, se recomienda usar una técnica de igualar la amplitud máxima del sonido enfocado a -3 dB (normalizar). Durante este proceso, puede seleccionarse la parte del audio enfocado que mejor representa el sonido, tal vez quitando algunas secciones al principio o al final del corte que sean imperfecciones por manipulación del micrófono o golpes al mismo que no permitan normalizar el audio enfocado a unos efectivos -3 dB. Luego se puede incluir un segundo de silencio y dejar el anuncio de voz normalizado a -10 dB. Si grabó en dos canales con ganancia diferencial, pero NO tenía un micrófono estéreo, seleccione el canal que tiene mejor calidad para la entrega del sonido (con la mejor relación señal ruido; Figura 5). Esto convertirá su audio de dos canales a un canal, lo cual ahorrará espacio de almacenamiento en la colección digital.

Figura 5. Selección de canal con mejor calidad en una grabación de dos canales con ganancia diferencial, note la relación señal ruido (mejor en el canal superior, resaltado con un recuadro amarillo). Elaboración propia.

La estructura de entrega de los cortes debe corresponder a un silencio de un segundo, seguido de un tiempo de grabación de máximo tres segundos antes del audio focal, el audio focal y otros tres segundos después de la última vocalización, un silencio de un segundo y luego la marca de voz (Figura 6). En lo posible, NO corte el audio original muy cerca del momento en que empieza el individuo a emitir sonido, deje al menos tres segundos de grabación antes y después. Al realizar una grabación larga y continua, asegúrese de mantener la grabación completa, pues hay información valiosa entre las emisiones de los cantos que se perdería si divide la grabación en segmentos cortos; en caso de ser necesario mencione en los metadatos el tiempo entre el final de una señal y el inicio de la siguiente. Combine diferentes cortes que corresponden al mismo individuo en el mismo evento de colecta, separados por un silencio de un segundo, como cuando reduce la distancia a la mitad en el campo. No realice más ediciones al corte, como cortar bandas de frecuencia o reducción de ruido. Esto puede hacer que sean inutilizables para su análisis en investigación y las hace parecer a veces poco naturales. Para evitar ruidos y baja relación señal-ruido, perfeccione su técnica en campo. Luego de un buen corte de audio y los tres segundos finales, deje un espacio de silencio de un segundo y ponga los metadatos del corte con su voz original. Esto servirá para verificar que los metadatos originales del corte correspondan al registro del Formato de Migración (Anexo 1), dándole trazabilidad, rigurosidad y replicabilidad a sus registros.

Figura 6. Estructura de un corte de audio para entrega: un segundo de silencio inicial, tres segundos previos a la señal de interés, tres segundos posteriores, un segundo de silencio y finalmente los metadatos o comentarios sobre el corte. Elaboración propia.

Si una grabación contiene varias especies que son ruidosas y prominentes, o particularmente raras o interesantes, la misma grabación se puede usar para extraer los sonidos de múltiples especies. Sin embargo, la grabación debe recortarse y normalizarse de manera diferente según el individuo principal enfocado. Si hay especies adicionales en el fondo, pero no son particularmente prominentes o no las considera tan importantes como para hacer un corte separado de ellas, pueden mencionarse en el campo de “Otras especies”. Para poder definir de cual especie se trata y garantizar la replicabilidad, junto con el audio debe aportar las mediciones de las variables acústicas del sonido (archivo anotado) en cuanto a los parámetros espectrales (al menos frecuencia dominante, mínima (5%), máxima (95%), armónicos), temporales (duración de nota, espacio entre notas) o combinadas (número de notas por segundo, entropía promedio), las cuales pueden ser de utilidad para diferentes estudios comparativos de los sonidos (Köhler, et al., 2017; Parra-Hernández et al., 2020; Mikula et al., 2020). Para esto, recomendamos usar el programa Raven (Center for Conservation Bioacoustics, 2019), de modo que la tabla de mediciones de la señal de interés (formato txt) pueda acompañar el audio en la entrega con por lo menos: frecuencia pico o dominante, frecuencia mínima (5%), frecuencia máxima (95%) y duración de la señal.

Envío y sistematización

La entrega puede ser por medio digital, pero en lo posible es recomendable dejar una copia en físico en la colección. Es decir que, si dentro de su proyecto se puede contemplar un disco duro externo o las memorias SD originales para entrega, hágalo de ese modo. Si esto no es posible, acérquese a las instalaciones de la colección para entregar físicamente sus archivos. Si esto tampoco es posible, actualmente se pueden recibir sus audios por plataformas como WeTransfer, pero contacte primero al personal de la colección para estar atento a su entrega. Adicionalmente, como ya fue mencionado, cada corte entregado para ingreso debe corresponder a una fila en el Formato de Migración y puede tener los valores acústicos del corte enfocado (anotación). Recuerde que de un mismo archivo de grabación en campo pueden resultar varios registros (p. ej. de ambientes sonoros en coros de amanecer o anochecer), y que de varios archivos se puede generar un único registro (p. ej. el mismo individuo con menor distancia al micrófono).

La sistematización será a cargo del personal de la colección, donde se confirman los datos del Formato de Migración y se asigna un número de catálogo para cada corte de audio en la entrega. El número de catálogo será en lo posible incluido al final de su corte entregado, y será dispuesto en la colección. El Formato de Migración será usado para la sistematización de los datos de su entrega en la base de datos de la colección. De allí, a partir de los datos de su entrega, se podrán generar archivos tipo Darwin Core para entregar a infraestructuras de datos institucionales, si lo requiere, o para publicar el conjunto de datos en el Sistema de información de Biodiversidad - SiB Colombia (Tovar-García y Acevedo-Charry, 2021).

Publicación

Cada corte de audio cuenta con un número de catálogo y podrá ser referenciado en publicaciones científicas (Ospina-L. et al., 2019). Aunque varias interesantes investigaciones con sonidos de la fauna colombiana no llegan a ver la luz en publicaciones científicas (Martínez-Medina et al., 2021a), mantener un depósito constante de los audios en repositorios biológicos asegura su uso para el avance científico (Dena et al., 2020). Esperamos que en un futuro cercano las Colecciones Biológicas del Instituto Humboldt cuenten con una interfaz amigable para acceder a IAvH-CSA, así como facilitar la automatización de entrega y solicitudes de archivos de sonidos. Mientras tanto, el acceso a escuchar la mayoría de nuestros cortes de audio se hace por medio de convenios interinstitucionales con los repositorios multimedia xeno-canto (XC) y Macaulay Library (ML). A través de la página web de estos repositorios, cualquier persona interesada en sonidos de animales podrá consultar, escuchar, visualizar espectrogramas e identificar grabaciones para posteriormente realizar solicitudes de una copia de uso no comercial. Una vez cargados en XC y ML, cada repositorio asigna un número de catálogo que se encuentra asociado a los metadatos de cada grabación (determinación taxonómica, investigador que grabó y localidad). Los metadatos podrán ser descargados de manera libre en formato .csv directamente desde la página web de estos repositorios. Esta información también se encuentra disponible a través de la Infraestructura Institucional del Instituto Humboldt (I2D; IAvH, 2019).

Discusión

Los sonidos son un componente intrínseco de los hábitats naturales que cada vez es más importante en el levantamiento de información de biodiversidad en Colombia (Rodríguez-Buriticá et al., 2019; Martínez-Medina et al., 2021a). A partir de nuestra experiencia en IAvH-CSA, planteamos estas recomendaciones para obtención y almacenamiento de sonidos direccionales de la biodiversidad acústica colombiana. Identificamos cuatro aspectos principales para tener en cuenta en este proceso: 1) preparación antes de estar en campo, 2) recomendaciones durante la grabación en el campo, 3) procesamiento efectivo de audios, y 4) entrega y publicación de los audios (Figura 2). La persona que preparó su equipo y realizó la grabación es la más indicada en asegurar no solo un audio de calidad, sino útil para el avance de esta línea investigativa en el país. Esto quiere decir que el procesamiento y entrega debe ser considerado en el levantamiento de información al usar este tipo de metodologías. Adicionalmente, disponer de los audios para consulta y uso en investigación permite una validación en aspectos taxonómicos y replicabilidad, así como identificar vacíos de información para focalizar futuros levantamientos. Sin embargo, aún hace falta gestionar desarrollos de plataformas de consulta, acceso y descarga de los sonidos.

Aunque nuestras recomendaciones tratan sobre sonidos direccionales, este vacío de desarrollos es evidente también en temáticas emergentes como la Ecoacústica (pero ver https://arbimon.rfcx.org). El historial de la IAvH-CSA (cuando se denominaba Banco de Sonidos Animales) incluye el vínculo de salida a diferentes públicos a través de discos compactos (CDs) con sonidos, particularmente de aves, de diferentes lugares en Colombia (Martínez-Medina et al., 2021a), pero este tipo de medios es cada vez menos común. A nivel latinoamericano, diferentes iniciativas de repositorio ya cuentan con acceso en línea, como la Fonoteca de Anfibios de México (http://cantosanuros.fciencias.unam.mx/), los cantos de Anfibios del Ecuador (https://bioweb.bio/faunaweb/amphibiaweb/Cantos/), o la Fonoteca Neotropical Jacques Vielliard en Brasil (http://www2.ib.unicamp.br/fnjv/). Nuestra invitación a obtener audios direccionales de calidad y prepararlos para ingreso a un repositorio es el primer paso dentro de un flujo de trabajo investigativo sobre acústica en el país; tener en un futuro cercano los repositorios de audios colombianos en desarrollos de acceso en línea es una prioridad latente para incluir en los planes de las direcciones de institutos o universidades que tengan este tipo de recurso para estudiar la biodiversidad colombiana.

Conclusiones y recomendaciones

Los sonidos que registramos al ir a campo, al igual que muchos otros tipos de observaciones, pueden proveer información que es clave para entender diferentes aspectos de la biología de las especies o incluso el descubrimiento de estas. El estudio de la acústica ha llevado a conocimientos más profundos en áreas de investigación como la ecología del comportamiento, fisiología, neuro-etología y evolución. Sin embargo, para estos grandes avances es importante que las metodologías sean estandarizadas y replicables para garantizar que los datos obtenidos reflejan lo que observamos en la naturaleza.

Las metodologías sugeridas en este estudio han sido implementadas por escuelas de bioacústica ampliamente reconocidas (p. ej. laboratorio de ornitología de Cornell). Esperamos que nuestras recomendaciones contribuyan a la estandarización de los métodos de colecta de grabaciones de sonidos direccionales. Así, estos podrían ser utilizados para desarrollar preguntas de investigación posteriormente o en actividades de divulgación científica. Además, esperamos incentivar a varios investigadores a depositar sus grabaciones en colecciones biológicas, para que la información esté disponible a un mayor número de personas y facilitar los procesos de investigación y desarrollo en diferentes áreas del conocimiento desde el área de la acústica (Dena et al., 2019).

Agradecimientos

Nuestro trabajo dentro de la IAvH-CSA estuvo apoyado por Hernando García y Giselle Didier desde Subdirección de Investigación, así como Andrés Cuervo y Carolina Gómez en la coordinación de Colecciones Biológicas. En particular, la financiación de los proyectos Santander Bio (17-199) y Boyacá Bio (17-170) permitieron el trabajo de AMOL y ABC, respectivamente. OAC agradece todo el apoyo antes, durante y después del Sound Recording Workshop de Macaulay Library en el Laboratorio de Ornitología de Cornell dado por los organizadores e instructores Jessie Barry, Matthew Medler, Elliot Miller, Jay McGowan, Martha J. Fisher, Matthew Young, Tayler Brooks, Cullen Hanks, Andrew Spencer, Vanessa Powell, Kathi Borgmann y Mike Webster. Zuania Colón-Piñeiro apoyó incondicionalmente a OAC y promovió intensamente este sometimiento. Ángela M. Mendoza-Henao nos dio comentarios relevantes a una versión antes de ser sometida a la revista.

Referencias

Browning, E., Gib, R., Glover-Kapfer, P., y Jones, K. E. (2017). Passive acoustic monitoring in ecology and conservation. WWF Conservation Technology Series (Vol. 1).
https://doi.org/10.13140/RG.2.2.18158.46409

Center for Conservation Bioacoustics. (2019). Raven Pro: Interactive Sound Analysis Software (Versión 1.6.1) [Programa de computador]. The Cornell Lab of Ornithology. Ithaca, NY.
http://ravensoundsoftware.com/

Deichmann, J. L., Acevedo-Charry, O., Barclay, L., Burivalova, Z., Campos-Cerqueira, M., D’Horta, F., Game, E. T., Gottesman, B. L., Hart, P. J., Kalan, A. K., Linke, S., Do Nascimento, L., Pijanowski, B., Staaterman, E., y Aide, T. M. (2018). It’s time to listen: There is much to be learned from the sounds of tropical ecosystems. Biotropica, 50(5), 713–718.
https://doi.org/10.1111/btp.12593

Dena, S., Rebouças, R., Augusto-Alves, G., Zornosa-Torres, C., Retuci-Pontes, M., y Toledo, L.F. (2020). How much are we losing in not depositing anuran sound recordings in scientific collections? Bioacoustics, 29(5), 590-601.
https://doi.org/10.1080/09524622.2019.1633567

Dorado-Correa, A. M., Rodríguez-Rocha, M., y Brumm, H. (2016). Anthropogenic noise, but not artificial light levels predicts song behaviour in an equatorial bird. Royal Society Open Science, 3, 160231.
http://doi.org/10.1098/rsos.160231

Gagliano, M., Mancuso, S., y Robert, D. (2012). Towards understanding plant bioacoustics. Trends in Plant Science, 17(6), 323-325.
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2012.03.002

IAvH. (2019). Colección de Sonidos Ambientales del Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt (IAvH-CSA). 22127 registros.
http://i2d.humboldt.org.co/ceiba/resource.do?r=bancosonidos

Köhler, J., Jansen, M., Rodríguez, A., Kok, P. J. R., Toledo, L. F., Emrich, M., Glaw, F., Haddad, C. F. B., Rödel, M. O., y Vences, M. (2017). The use of bioacoustics in anuran taxonomy: theory, terminology, methods and recommendations for best practice. Zootaxa, 4251(1), 001-124.
https://doi.org/10.11646/zootaxa.4251.1.1

Krause, B. (1987). Bioacoustics, habitat ambience in ecological balance. Whole Earth Review, 57, 14–18.

Levenhagen, M. J., Miller, Z. D., Petrelli, A. R., Ferguson, L. A., Shr, Y.-H., Gomes, D. G. E., Taff, B. D., White, C., Fristrup, K., Monz, C., McClure, C. J. W., Newman, P., Francis, C. D., y Barber, J. R. (2020). Ecosystem services enhanced through soundscape management link people and wildlife. People and Nature, Early View, pan3.10156.
https://doi.org/10.1002/pan3.10156

Martínez-Medina, D., Acevedo-Charry, O., Medellín-Becerra, S., Rodríguez-Fuentes, J., López-Casas, S., Muñoz-Duque, S., Rivera-Correa, M., López-Aguirre, Y., Vargas-Salinas, F., Laverde-R., O., y Rodríguez-Posada, M. (2021a). Estado, desarrollo y tendencias de los estudios en acústica de la fauna en Colombia. Biota Colombiana, 22(1), 7-25.
https://doi.org/10.21068/c2021.v22n01a01

Martínez-Medina, D., Sánchez, J., Zurk, D., Sánchez, F., Otálora-Ardila, A., Restrepo-Giraldo, C., Acevedo-Charry, O., Hernández, F., y Lizcano, D. (2021b). Estándares para registrar señales de ecolocalización y construir bibliotecas de referencia de murciélagos en Colombia. Biota Colombiana, 22(1), 36-56.
https://doi.org/10.21068/c2021.v22n01a03

Mikula, P., Valcu, M., Brumm, H., Bulla, M., Forstmeier, W., Petrusková, T., Kempenaers, B., y Albrecht, T. (2020). A global analysis of song frequency in passerines provides no support for the acoustic adaptation hypothesis but suggests a role for sexual selection. Ecology Letters, Early View, ele.13662.
https://doi.org/10.1111/ele.13662

Munn, C. A. (1986). Birds that ‘cry wolf’. Nature, 319, 143-145.
https://doi.org/10.1038/319143a0

Naguib, M. (2013). Living in a noisy world: indirect effects of noise on animal communication. Behaviour, 150(9-10), 1069-1084.
https://doi.org/10.1163/1568539X-00003058

Ospina-L., A. M., Murillo-Bedoya, D., García-Cobos, D., Colón-Piñeiro, Z., y Acosta-Galvis, A. R. (2019). The advertisement call of Allobates niputidea (Anura: Aromobatidae). Zootaxa, 4656, 196-200.
https://doi.org/10.11646/zootaxa.4656.1.14

Parra-Hernández, R. M., Posada-Quintero, J. I., Acevedo-Charry, O., y Posada-Quintero, H. F. (2020). Uniform Manifold Approximation and Projection for Clustering Taxa through Vocalizations in a Neotropical Passerine (Rough-Legged Tyrannulet, Phyllomyias burmeisteri). Animals, 10, 1406.
https://doi.org/10.3390/ani10081406

Pérez-Granados, C., y Schuchmann, K.-L. (2020). Monitoring the annual vocal activity of two enigmatic nocturnal Neotropical birds: the Common Potoo (Nyctibius griseus) and the Great Potoo (Nyctibius grandis). Journal of Ornithology, 161, 1129-1141.

Pérez-Granados, C., Schuchmann, K.-L., y Marques, M. I. (2020). Vocal activity of the Ferruginous pygmy-owl (Glaucidium brasilianum) is strongly correlated with moon phase and nocturnal temperature. Ethology Ecology & Evolution, 1820582.
https://doi.org/10.1080/03949370.2020.1820582

Pijanowski, B. C., Villanueva-Rivera, L. J., Dumyahn, S. L., Farina, A., Krause, B. L., Napoletano, B. M., Stuart, H. G., y Pieretti, N. (2011). Soundscape Ecology: The Science of Sound in the Landscape. BioScience, 61(3), 203–216.
https://doi.org/10.1525/bio.2011.61.3.6

Ranft, R. (2004). Natural sound archives: Past, present and future. Anais Da Academia Brasileira de Ciencias, 76(2), 455–465.
https://doi.org/10.1590/s0001-37652004000200041

Rodríguez-Buriticá, S., Savage, D., Caycedo, P., Acevedo-Charry, O., Isaza, C., Daza, J. M., Almeira, J., Ulloa, J. S., Orozco-Alzate, M., Villamizar, N., Ruiz, J. F., Lopera, A., Oliver, B., Laverde, O., Pijanowski, B., y Red Ecoacústica Colombiana (2019). Paisajes sonoros de Colombia: La otra dimensión de la biodiversidad. En L. A. Moreno, G. I. Andrade, & M. F. Gómez (Eds.), Biodiversidad 2018. Estado y Tendencias de la biodiversidad continental de Colombia. Retrieved from
http://reporte.humboldt.org.co/biodiversidad/2018/cap1/103/#seccion12

Scheffers, B. R., y Paszkowski, C. A. (2012). The effects of urbanization on North American amphibian species: identifying new directions for urban conservation. Urban Ecosystems, 15(1), 133-147.

Schmidt, C., Domaratzki, M., Kinnunen, R.P., Bowman, J., y Garroway, C.J. (2020). Continent-wide effects of urbanization on bird and mammal genetic diversity. Proceedings of the Royal Society B, 287, 20192497.
http://doi.org/10.1098/rspb.2019.2497

Schnitzler, H.-U., y Kalko, E. K. V. (2001). Echolocation by Insect-Eating Bats. BioScience, 51(7), 557–569.
https://doi.org/10.1641/0006-3568(2001)051[0557:ebieb]2.0.co;2

Southworth, M. (1969). The sonic environment of cities. Environment and Behavior, 1, 49–70.
https://doi.org/10.1177/001391656900100104

Thiagavel, J., Santana, S. E., y Ratcliffe, J. M. (2017). Body size predicts echolocation call peak frequency better than gape height in Vespertilionid Bats. Scientific Reports, 7(828), 1–6.
https://doi.org/10.1038/s41598-017-00959-2

Toledo, L. F., Tipp, C., y Márquez, R. (2015). The value of audiovisual archives. Science, 347(6221), 484.

Tovar-García, J. D., y Acevedo-Charry, O. 2021. Conjunto de datos de monitoreo acústico pasivo en la Reserva Natural Los Yátaros de Gachantivá, Boyacá, Colombia. Biota Colombiana, 22(1), 200-208.
https://doi.org/10.21068/c2021.v22n01a13

Ulloa, J. S., Hernández-Palma, A., Acevedo-Charry, O., Gómez-Valencia, B., Cruz-Rodríguez, C., Herrera-Varón, Y., Roa, M., Rodríguez-Buritica, S., y Ochoa-Quintero, J. M. (2021). Listening to cities during the COVID-19 lockdown: How do human activities and urbanization impact soundscapes in Colombia? Biological Conservation, 255, 108996.
https://doi.org/10.1016/j.biocon.2021.108996

Webster, M. S. (2017). The Extended Specimen: Emerging Frontiers in Collections-Based Ornithological Research. CRC Press.

Wolfenden, A. D., Slabbekoorn, H., Kluk, K., y de Kort, S. R. (2019). Aircraft sound exposure leads to song frequency decline and elevated aggression in wild chiffchaffs. Journal of Animal Ecology, 88(11), 1720–1731.
https://doi.org/10.1111/1365-2656.13059

Anexos

Anexo 1. Formato de Migración de Sonidos para ingreso de registros a la Colección de Sonidos Ambientales Mauricio Álvarez-Rebolledo del Instituto Humboldt (archivo Excel: Formato de Migración-FMD - IAvH-CSA - 2021-03 - BEP.xls).

¹Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt. Villa de Leyva, Colombia.