SDR - Software Defined Radio XIII : Detección de quiropteros con SDR

octubre 29, 2023

He leído una entrada en la que se explica cómo construir un receptor de ultrasonidos con el que detectar a los quirópteros (murciélagos) y analizar el espectro de los mismos, incluso grabarlos par su identificación a partir de un SDR (Radio Definida por Software).

Tabla de frecuencias de las especies de quiropteros de Gran Bretaña que van de los 20 Hz a los 108 kHz.

Algunas frecuencias de los murcielagos de la peninsula ibérica (Debe documentarse pues no es un tema trivial):

9-17 kHz Tadarida teniotis
17 y 27 kHz Rhinolophus spp
18 y 25 kHz. Plecotus spp.
18 y 21 kHz Nyctalus lasiopterus/noctula
23- 33 kHz Eptesicus serotinusE. isabellinus
30-35 kHz Hypsugo savii
26-35 kHz Ratonero grandes (Myotis myotis/blythii)
>40 kHz Ratoneros pequeños (Myotis spp.)
36-42 kHz Pipistrellus nathusii
42-48 kHz Pipistrellus pipistrellus
52-55 kHz Pipistrellus pygmaeus
52-57 kHz Miniopterus schreibersii

MURCIÉLAGOS DE HERRADURA (Rhinolophus spp.) Llamadas débiles que se atenuan rapidamente

78-84 kHz Rhinolophus ferrumenquinum
100-105 kHz Rhinolophus euryale
104-109 kHz Rhinolophus mehelyi
105-115 kHz Rhinolophus hipposideros

Frecuencia de la señal en el tiempo. Fuente: Fulgencio Lisón Gil

La idea consiste básicamente en:

Un micrófono analógico MEMS de los que se usan por ejemplo en teléfonos móviles, auriculares y iOT, y que por el diseño tienen un rango de respuesta más amplio que los tradicionales de condensador. En concreto hay modelos que tienen con un rango que va de los 20 Hz hasta más de allá de los 80 kHz y una SNR (Relación Señal Ruido, cuanto mayor es mejor) mínima de 62,5 dB y una LFRO de hasta 17 Hz (Frecuencia mas baja a la que la respuesta es -3dB respecto a la de 1 kHz). Los modelos de la empresa Knowles son especialmente buenos para este fin y además son mucho más baratos (salen a menos de 1€ por unidad al por mayor y montados sobre PCB de 5 a 15€, mas costes de envio) que los micrófonos profesionales para ultrasonidos como por ejemplo los ultramic USB que rondan los 200€ o los miniMIc ultrasonic En concreto en el diseño se usa el micrófono SPU0410LR5H de la empresa (Montados en placa PCB se pueden comprar aquí o aquí UK y aqui NL, está ultima es la que he probado ).

Sección de un micro MEMS de Knowles

Esquema de bloques de un micro SiSonics (tecnología MEMS) de Knowles

Curva de respuesta del micro SPH11C3LR5H-1 de Knowles

Curva de respuesta del micro SPV61A0LR5H-1de Knowles

Esquema de montaje

Un SDR como SDRplay RSPDx.
Un sofware SDR como SDRone para su procesado, visualización, etc.

Este enfoque es diametralmente opuesto a otros anteriores como el de WSAK8118. DETECTOR DE ULTRASONIDOS (De 20Hz a 90 kHz y micro electret que no parece el más recomendable pues tienen la frecuencia central en 40 kHz ) o BAT LISTENER KIT en que simplemente convierte el espectro a una señal audible (altavoz y/o salida de auriculares) o algo más sofiesticada bat recorder app que trabaja con micros USB o los detectores de murcielagos como batbox mucho más caros. Otra opción es el uso de un analizador de espectros como TinySA Ultra (La versión TinySA básica desconozco si tiene de opción de tratamiento y salida de audio)

PRUEBAS

Se encapsuló un Knowles SPU0410LR5H-QB on pcb (100 Hz-80 kHz9 junto a un porta baterias de botón CR2032 de 3,3 V con interruptor incorporado y una base hembra SMA

Se provó con un RSPx con SDRuno para ver que funcionaba correctamente. También se provó con unTinySA ultra que logicamente no funcionó al teneer la frecuencia mínima de corte en 100 kHz

MAS

Hay algunos temas para investigar como puede ser:

El uso de micrófonos MEMS digitales que disponen internamente de una ADC y que proporcionan una señal PDM que podría ser usada en la entrada digital de una tarjeta de audio y después detectarla con un programa como el SAQ. Como por ejemplo SPH0655LM4H-1 | RAK18032 (montaje para Arduino)
La conveniencia de usar MEMS en PCB FR4 y conector 2x3 de Sullins (“coupons”) para facilitar el montaje y evitar los intermediarios.

Localizar otros micrófonos MEMS más fáciles de adquirir con un buen comportamiento para los ultrasonidos, no es tarea fácil pues no todos son iguales por ejemplo el

INMP441 MEMS que se puede comprara por menos de 2€ en Aliexpress solamente tiene un rango de 100 a 10 kHz
SPW2430 solo tiene un rango de 100 a 10 kHz
AMDP401 solo tiene un rango de 100 a 15 kHz en Aliexpress
AMDP504 cableado en aliexpress de 100 a 20 kHz en Aliexpress
Ya montados

20 Hz- 16 kHz

Analizar el espectro de los sistemas ahuyenta animales desde los mosquitos a los perros mediante el uso de ultrasonidos como por ejemplo este y ver realmente lo que hacen o si son" fakes" pues como los ultrasonidos no los oimos los humanos igual nos están vendiendo humo
Probar un desarrollo para móvil por menos de 30€ con:

El micro SPU0410LR5H de la empresa Knowles (unos 4 €) + alimentación con bateria (< 1 €)
El dongle RT1B1 USB ( unos 22€)
La app SDRTouch para android (gratis)

Probar el uso de un analizador de espectros de bolsillo como TinySA o TinySA Ultra (mas caro) para analizar la señal proporcionada por un microfono enlugar de dongle+dispositivo móvil