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コウモリ探知機は、コウモリが発するエコーロケーション超音波信号を可聴周波数（通常120Hz ～ 15kHz ）に変換することで、コウモリの存在を検出する装置です。コウモリの鳴き声を録音して後で分析するタイプの探知機もありますが、これらは一般的にその特定の機能によって呼ばれます。
コウモリは12kHzから 160kHz程度の周波数で鳴き声を発します が、この範囲の高周波は空気中で急速に吸収されます。多くのコウモリ探知機は、せいぜい 15kHzから125kHz程度までしか対応していません 。コウモリ探知機は市販されているものもあれば、自作することも可能です。
コウモリ探知機はコウモリの存在を検出するために使用され、その種についての結論を導き出すのにも役立ちます。[ 1 ]コウモリの鳴き声の中には、キクガシラコウモリのように特徴的で容易に識別できるものもあれば、似たような種の間では区別がつきにくいものもあります。コウモリは飛行中や狩りの際に鳴き声を変えることができますが、耳は反響定位音の周波数範囲と繰り返し率に基づいて種を識別するように訓練することができます。コウモリはまた、超音波周波数で社会的な鳴き声（反響定位音以外の鳴き声）を発します。
コウモリ探知機の大きな制約の一つは、空気中の超音波の吸収によって検出範囲が制限されることです。50kHz付近の中周波数帯では 、コウモリが飛んでいる平均的な大気条件下での最大検出範囲は約25～30メートルです。周波数が高くなるにつれて、検出範囲は狭くなります。コウモリの鳴き声には20kHz付近 、あるいはそれ以下の周波数成分が含まれる場合があり、これらの成分は通常の2～3倍の距離で検出できることがあります。しかし、遠距離で検出できるのは低周波数成分のみです。コウモリ探知機の有効範囲は湿度によって狭まり、霧の多い状況では最大検出範囲が非常に狭くなることがあります。
コウモリのエコーロケーションコールには、周波数変調（FM）、定周波数（CF）（振幅変調とも呼ばれる）、そしてFMとCFの両方の要素を含む複合コールという3つのタイプがあることを認識することが重要である。以下は、FMタイプのコールを発するコウモリと、CFタイプのコールを発するコウモリの例である。
FM音は素早い乾いたクリック音として聞こえ、CF音はピーピーという音として聞こえます。これらの音は、コウモリが通り過ぎる際のドップラー効果によって周波数が変化します。ヘテロダイン方式のコウモリ探知機は、このドップラー効果を増幅します。CF音を発するコウモリが探知機に向かって飛んでくると、音の高さは下がります。
コウモリのいくつかの種は、FM音とCF音を組み合わせた鳴き声を使用します。最初は急速に下降するFM音で始まり、最後はゆっくりとCF音に変化するため、グラフは「ホッケースティック」のような形になります。このため、コウモリ探知機では鳴き声が異なって聞こえます。
これにより、純粋なFMコールよりもはるかに湿った音が得られます。コウモリ類は一般的にエコーロケーションにホッケースティックコールを使用しますが、時にはFM部分のみを使用することもあります。コウモリとヒメコウモリの終止周波数はそれぞれ約45kHz と55kHzです が、これらの周波数は大きく変動する可能性があります。
一般的に使用されている「リアルタイム」音声コウモリ探知機には、ヘテロダイン方式、周波数分割方式、時間拡張方式の3種類があります。中には、これら2種類または3種類すべてを組み合わせたコウモリ探知機もあります。
ヘテロダイン式検出器は最も一般的に使用されており、自作の検出器のほとんどもこのタイプです。他のタイプの検出器にも、ヘテロダイン機能が組み込まれている場合がよくあります。ヘテロダイン式コウモリ検出器は、超音波の周波数を一定量だけ低くシフトさせることで、人間が聞き取れるようにする仕組みです。
「ヘテロダイン」とは、2つの近い音符を同時に鳴らしたときに聞こえるような、うなり周波数のことです。ヘテロダイン方式のコウモリ探知機は、コウモリの鳴き声と一定の内部周波数を合成し、和周波数と差周波数を生成します。例えば、45kHzのコウモリの鳴き声 と43kHzの内部周波数を用いると、 2kHzと88kHz の出力周波数が生成されます。88kHzの周波数は聞こえないためフィルターで除去され、2kHzの周波数がスピーカーまたはヘッドホンに出力されます。内部周波数はダイヤルまたはディスプレイに表示されます。
ヘテロダイン方式、または直接変換方式のコウモリ探知機のより高品質なバージョンとして、スーパーヘテロダイン方式の探知機があります。この方式では、コウモリの信号は通常450～600kHz程度の高周波発振器と混合されます 。その後、差周波数が「中間周波数」増幅器またはIF増幅器で増幅およびフィルタリングされ、再び可聴周波数に変換されます。この設計は標準的な無線設計に基づいており、周波数弁別能が向上し、局部発振器からの干渉による問題を回避できます。
より新しいDSPベースの検出器では、ヘテロダイン変換を完全にデジタルで行うことができる。
また、局部発振器として「コムスペクトル」発生器を使用することで、検出器を10kHz 間隔の多くの周波数に同時に効果的に同調させることも可能である。
初期のコウモリ探知機の中には、海軍で使用されていた低周波無線機を流用し、アンテナをマイクロホンとプリアンプに交換したものもあった。また、携帯型の長波ラジオの同調周波数を調整し、フェライト棒アンテナをマイクロホンとプリアンプに交換することで、コウモリ探知機に改造することも可能だ。
オペレーターは、そこにいる可能性のある生物の種類を推測し、それに応じて周波数を調整します。多くのユーザーは45kHz付近から聞き始めます 。コウモリが見えたり、コウモリのような鳴き声が聞こえたりした場合は、最も明瞭な音が聞こえるまで周波数を上げ下げします。
コウモリ科のコウモリのように、鳴き声の最後に「ホッケースティック」のようなCF成分を持つ種は、最も明瞭な「ポチャン」という音を発する最低周波数によって識別できます。キクガシラコウモリは、種によって異なる周波数でピーピーという音を発します。FM音はどれもクリック音のように聞こえますが、開始周波数と終了周波数、そして鳴き声の繰り返しパターンから、種の手がかりを得ることができます。
ヘテロダイン式コウモリ探知機の利点は、リアルタイムで動作し、コウモリの鳴き声の周波数変化を強調表示し、使いやすく、価格が最も安いことです。飛行速度が速いため、飛行中のコウモリのCF音におけるドップラーシフトは容易に認識できます。CSEステレオヘテロダイン探知機などの機種ではステレオでの聴取と録音が可能で、視界が悪い状況でもコウモリを追跡するのに役立ちます。
ヘテロダイン式コウモリ探知機の欠点は、通常5kHzという狭い周波数帯域しか変換できないこと 、継続的に再調整する必要があること、そして現在の調整範囲外の種を見逃しやすいことである。
周波数分割（FD）コウモリ探知機は、コウモリの鳴き声の周波数の分数、通常は 1/10 の音を合成します。これは、鳴き声を方形波（ゼロ交差信号とも呼ばれる）に変換することによって行われます。この方形波は、電子カウンターを使用して 10 で分割され、別の方形波が生成されます。方形波は耳障りな音で、分析に問題を引き起こす可能性のある高調波が含まれているため、可能な限りフィルタリングされます。最近の完全デジタル探知機の中には、方形波の代わりに正弦波を合成できるものもあります。正弦波 FD 出力を合成する探知機の 1 つは Griffin です。
一部のFD検出器は、背景雑音とコウモリの鳴き声を同じ高レベルで出力する定常レベルの信号を出力するため、聴取と分析の両方に問題が生じます。Batbox Duetのようなより高度なFD検出器は、入力音量レベルを測定してノイズ閾値を制限し、これを利用して出力レベルの変動を復元します。また、この機種やその他の高度なFD検出器にはヘテロダイン検出器が搭載されており、独立した出力を録音して後で分析できるようにジャック出力も備えています。
デュアル出力FD検出器では、ヘッドホンを使用して両方の出力を同時にモニタリングしたり、スピーカーをヘテロダイン機能で使用し、FD出力を録音して後で分析したりできます。あるいは、FD出力を聞くことで、コウモリの鳴き声を1/10周波数で可聴化できます。デュアル検出器の一例として、Ciel CDB301があります。
デュアルFD/ヘテロダイン検出器は、特に時間、場所、認識されたコウモリの鳴き声などの音声メモを記録する機能がある場合、長距離調査に役立ちます。出力はカセットテープ、ミニディスク、またはソリッドステートレコーダーに記録され、コンピュータにダウンロードされて専用ソフトウェアで分析されます。ヘテロダイン機能で見逃された鳴き声があれば、分析結果上で確認および測定できます。
利点：ヘテロダイン検出器と同様に、FD検出器はヘテロダイン機能の有無にかかわらずリアルタイムで動作します。コウモリの鳴き声は、限られた周波数範囲ではなく、全範囲にわたって完全に聞き取ることができます。FD検出器では再調整は不要ですが、ヘテロダイン機能を備えたデュアルタイプでは再調整が行われます。録音を後で分析することで、鳴き声の全周波数範囲と鳴き声のパターンを測定できます。
リアルタイムリスニングの大きな欠点は、コウモリの鳴き声の速度が速く、種を識別するには速すぎる場合が多いことです。CFコールの周波数変化はヘテロダイン検出器のように誇張されないため、目立ちにくくなります。また、110kHz付近の鳴き声を持つコキクガシラコウモリ のような種では、録音は可能であっても、結果として得られる周波数はかなり高くなります。鳴き声を合成するということは、一度に1つのコウモリの鳴き声しか再現できないことを意味し、複数の鳴き声が同時に鳴ると混乱が生じます。驚くべきことに、これは後で録音を分析する際には大きな欠点にはなりません。
時間拡張（TE）検出器は、アナログ-デジタル変換器を使用してコウモリの鳴き声を高いサンプリングレートでデジタル化し、デジタル化された信号を内蔵メモリに保存することで機能します。
TE検出器は、記録時に監視できるという意味では「リアルタイム」デバイスですが、高速でサンプリングされた抽出データを減速して再生する際に、必然的に遅延が発生します。
リアルタイムモードでは、ヘテロダイン検出器またはFD検出器の有無にかかわらず、スロー再生された鳴き声は可聴周波数帯で引き伸ばされたコウモリの鳴き声として聞こえます。そのため、高速FM鳴き声はクリック音ではなく下降音として聞こえます。このようにして、他のタイプの検出器ではクリック音のように聞こえるFM鳴き声の違いを聞き分けることができます。
音声録音をコンピュータにダウンロードした後、元の通話は、拡張されていない元のレートのままであるかのように分析されます。
出力はFD検出器と同様にオーディオレコーダーで録音できますが、より新しい機種では、信号をコンパクトフラッシュカードなどの内蔵デジタルメモリに直接記録することも可能です。FD検出器のように波形の1/10ではなく、波形全体が記録され、鳴き声の全範囲が保持されます。記録された鳴き声には周波数と振幅の両方の情報が保持されるため、種の分析に利用できるデータ量が増えます。
初期のユニットはメモリ容量が小さく、デジタル化できる時間が限られていました。メモリがいっぱいになると（通常は最大でも数秒程度）、ユニットは録音を元の録音速度の1/10から1/32程度の低速で再生しました。録音されたサンプルが低速で再生されている間は何も録音されないため、コウモリの鳴き声は断続的にサンプリングされます。例えば、1秒間の鳴き声が1/32の速度で再生される場合、32秒間のコウモリの鳴き声は録音されません。
より新しいタイプの時間拡張レコーダーは、大容量のフラッシュメモリ（着脱可能なコンパクトフラッシュカードなど）と高帯域幅のカード直接記録方式を採用することで、連続的かつフル帯域幅のリアルタイム記録を実現しています。このような装置は、信号に含まれる情報を最大限に保持しながら、何時間にもわたって連続記録を行うことができます。
一部の機種には自動録画機能が搭載されており、数日間現場に設置したままにしておくことができます。
一部の機種には、録画ボタンが押される直前に発生したイベントをキャプチャするプリバッファ機能も搭載されており、手動調査に役立ちます。
TE検出器は、コウモリの鳴き声を後日完全に分析できるため、一般的に専門的な作業や研究に使用されます。
2010年の研究では、コウモリが使用する周波数は250kHzにも達することが観察されました 。[ 2 ] )。ナイキスト・シャノン標本化定理によれば、信号を正しく記録するために必要な最小標本化周波数は、信号の帯域幅の2倍以上でなければなりません。 したがって、250kHzの帯域幅を記録するには、500kHzを超える標本化周波数が必要です。最新の時間拡張対応ユニットは通常、 300kHzから700kHz の間で標本化されます。一般的に、速いほど良いですが、標本化周波数が高いほど、より多くの記憶容量が必要になります。
ZCAは、Titley Scientific社のAnabatコウモリ探知機と最もよく関連付けられています。[ 3 ]コウモリの鳴き声はデジタル化され、ゼロクロス点を使用してデータストリームが生成され、メモリカードに記録されます。高度なタイミングとトリガー制御があり、デバイスはコウモリの鳴き声に反応するように設定できるため、コウモリの鳴き声を自律的に収集できます。ZCAはメモリに記録する必要のあるデータ量を削減し、単純な形の非可逆データ圧縮と考えることができます。歴史的に、長時間の記録を実現するには、メモリ容量の制限とメモリコストのために、このような情報削減が必要でした。
固体ZCA記録は専用ソフトウェアによって解析され、各鳴き声の時間/周波数プロットが作成されます。このプロットは、FD記録やTE記録と同様の方法で、種の識別に利用できます。
ZCA検出器はリアルタイムでも使用できますが、その真価は長期間にわたる遠隔記録にあります。解析方法はFD記録と同様ですが、振幅データは含まれません。ただし、10回に1回ではなく、すべてのゼロ交差点を正確に記録します。入力によってトリガーされるすべての記録装置と同様に、自動記録を行うZCA検出器は、コオロギなどの昆虫による超音波干渉を受けやすいです。特定の種の特徴的な周波数を選択し、他の周波数を無視するようにフィルタを作成できます。一部の種（CF種）は、比較的簡単にフィルタリングできます。
これは、ノートパソコンなどのコンピュータに高速デジタイザ周辺機器を使用することで実現できます。これらのコウモリの鳴き声の録音は、TE録音と同様に分析できます。この方法では大きなデータファイルが生成され、コウモリ探知機を同時に使用しない限り、コウモリの鳴き声を検出する手段は得られません。従来のコウモリ探知機は、リアルタイムのスペクトログラム表示、鳴き声パラメータの自動測定および分類ツール、統合されたGPS機能、録音を記録するためのメタデータ入力ツールを提供する、より高度なシステムに置き換えることができます。
DSPコウモリ探知機は、デジタル信号プロセッサを用いてコウモリの超音波信号を可聴音に変換することで、コウモリの鳴き声を音響的に正確に再現することを目指しています。この目的を達成するために様々なアルゴリズムが用いられており、現在もアルゴリズムの開発と調整が活発に行われています。
「周波数シフト」と呼ばれる手法では、FFT信号解析を用いて主周波数と信号パワーを特定し、その後、デジタルシミュレーションを用いて、元の波形を規定値で割った値から新しい可聴波形を合成します。
周波数分割変換やヘテロダイン変換のプロセスもデジタルで実行できる。
このタイプのコウモリ探知機は試作段階または実験段階にあると考えられており、市販されていません。コウモリ以外の多くの種類の超音波の鳴き声や音を分析するための研究が進行中です。[ 4 ]
TDSC検出器は、元の鳴き声をデジタル化し、各鳴き声の時間に関するパラメータを分析することで、2次元のデータ文字列を生成します。このデータはニューラルネットワークによって分析され、各生物種ごとのパターン認識が行われます。
コウモリの発見には目視観察が最も確実な方法ですが、これは当然ながら日中または薄明時（つまり夕暮れ時と夜明け時）に限られます。出現数の調査は夕暮れ時に目視で行い、コウモリ探知機を用いて種を確認します。光量が少ない状況では暗視装置を使用できますが、より安価な第1世代タイプは遅延時間があるため、飛んでいるコウモリの適切な画像を得ることができません。
赤外線（IR）カメラやビデオカメラは、赤外線照明器と組み合わせて、コウモリのねぐら内外での出現や行動を観察するために使用されます。この方法の問題点は、録画から個体数を数えるのが面倒で時間がかかることですが、ビデオカメラはねぐらからの出現数を数える際の補助として、コウモリがねぐらに戻る様子を観察するのに役立ちます。ソニーのビデオカメラの多くは赤外線に感度があります。
赤外線ビーム装置は通常、目に見えない赤外線ビームの二重アレイで構成されています。ねぐらの入り口のサイズによって必要なビームの数が決まるため、必要な電力と電源不要での使用の可能性が決まります。コウモリの巣箱には単一ビームのDIYシステムも利用可能ですが、これらは通過方向を記録しません。現在使用されているシステムのほとんどは非商用またはDIYです。ウィスコンシン州の一部の鉱山で使用されているシステムでは、2つのビームアレイを使用していますが、それらはかなり離れているため、結果としてコウモリの約50%しか記録されません。ただし、タイムスタンプ付きビデオとビーム遮断データの相関により、外挿値が得られます。ウェールズのカントリーサイド評議会（CCW）は、ビームの間隔が十分に狭い2つの同様のシステムを使用しており、入り口を通過するすべてのコウモリが温度とともに記録されます。これらのシステムには、主電源または12V ディープサイクルバッテリーが必要です。これらは、6インチの土壌管に設置され、ねぐらの入り口に向けて設置されたAnabat Zcaimと組み合わせて使用することで、IRアレイからのタイムスタンプデータと、コウモリ（Anabatソフトウェアを使用して自動的にフィルタリングできる識別しやすいCFエコーロケーションのため比較的容易）のフィルタリングされたAnabat Zcaimデータを相関させることにより、種を識別することができます。
ビーム遮断システムからのデータは、コウモリが繰り返しねぐらを離れ、条件が適切でない場合にすぐに戻ってくる「光サンプリング行動」（環境サンプリング）を排除するために、慎重に分析する必要があります。一部のシステムはコウモリサイズの動物を識別し、ビームがコウモリサイズの動物によって遮断されたかどうかを判断して、他のすべての通過を無視します。光サンプリング行動を考慮した方法を使用してデータを分析することが重要です。最も正確な結果が得られると思われる方法は次のとおりです。「out」通過には 1、「in」通過には -1 を割り当てます。開始カウントは毎日午後 4 時にゼロに設定されます。スプレッドシートを使用して、毎日午後 4 時から翌日の午前 9 時までカウントを累積的に追加します。各日の最大「正」カウントは簡単に見つけることができます。すべての通過にはタイムスタンプが付いているため、1 日の最大カウントの正確な時間もわかります。光サンプリングのカウントはデータから除外されます。なぜなら、「アウト」1が「イン」-1によって相殺され、光サンプリングされたコウモリの累積カウントがゼロになるからです。
30メートル以上の距離からコウモリを捉えることができるほど高解像度のサーマルイメージャーは高価だが、風力タービンが鳥やコウモリに及ぼす危険性を評価するために使用されてきた。「手頃な価格」のサーマルイメージャーのコウモリ検出範囲は、コウモリの小型化と発熱量の少なさから、音響式コウモリ探知機と同程度である。
受動型赤外線センサーは応答速度が遅く、10分の1秒程度であるため、コウモリのような小型で素早い哺乳類は通常検出できません。
レーダーは音響限界を超えてコウモリを検出するために使用されてきましたが、機器と人件費が非常に高額です。鳥類航空機衝突危険（BASH）装置はコウモリを検出できますが、通常はコウモリの飛行が少ない場所に設置されています。適切な移動式地上レーダーはどこにもほとんどありません。研究者は、コウモリの飛行速度によって記録されるドップラーシフトを補正するために、現場で携帯型ドップラーレーダーモジュールを使用しています。これにより、研究者はコウモリが飛行中に鳴き声のピッチを変えているかどうかを判断できます。
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