Detection by a Pipistrelle Bat of Normal and Reversed Replica of its Sonar Pulses

A pipistrelle bat was trained to interrogate a sonar target simulator and report the presence or absence of a phantom target. The latter was generated by playing back from a digital memory a selected, previously recorded, typical search cry from the same animal. The playbacks were triggered by the bat's own cries and delayed to arrive at the bat's ear 8 ms after cry emission. Using a pseudo-random schedule, the target was presented in 50% of the trials, using conventional up/down procedures. 50% detection probability occurred at a peRMS level of 35 dB SPL ± 4·3. Time-reversed playback of the signal did not significantly change detectability (threshold: 36 dB ± 3·5).

In a subsequent experiment the 2·2 ms signal, having energy in the 55 to 120 kHz range, was masked by white noise at — 119 dB re. 1 PaHz^−½. The S/No ratio at threshold was 50 dB (S = signal energy of a single pulse in dB re. 1 Pa² s, N _o = noise spectrum density in dB re. lPaHz^−½.

Finally, the effect of increasing the clutter (the real echo from the 15 mm diameter loudspeaker, which arrived 3 ms before the phantom echo) was measured. Threshold increased by 13 dB for a measured increase in clutter of 20 dB; however, false alarm rate also increased, whence detection performance decreased largely in inverse proportion to clutter. This indicate clutter-limitation in the unmasked situations above.

The findings are discussed and found not to support the hypothesis that FM bats utilise the principles of coherent reception of their sonar signals.

Zusammenfassung

Eine Pipistrella Fledermaus wurde darauf trainiert, einen Sonarziel-Simulator abzufragen und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Phantomziels anzuzeigen. Das letztere wurde durch Abspielen eines ausgewählten typischen Suchschreis des gleichen Tiers erzeugt, der vorher auf einem Digitalspeicher aufgezeichnet worden war. Das Abspielen wurde durch die eigenen Schreie der Fledermaus getriggert und so verzögert, daß es am Ohr der Fledermaus 8 ms nach dem Schrei ankam. Das Ziel wurde nach einem pseudo-zufälligen Schema in 50% der Versuche dargeboten unter Anwendung konventioneller Auf-Ab-Verfahren. Eine 50%ige Wahrnehmungswahrscheinlichkeit trat bei einem Schalldriickpegel von 35 ± 4,3 dB auf. Die zeitverkehrte Wiedergabe des Signals änderte diese Wahrnehmbarkeit nicht signifikant (Schwelle: 35 ± 3,5 dB). In einem nachfolgenden Experiment wurde das 2,2 ms-Signal, dessen Energie im Bereich von 55 bis 120 kHz lag, mit weißem Rauschen von — 119 dB bez. 1 PaHz^−½verdeckt. Das S/N0-Verhältnis an der Schwelle betrug 50 dB (S = Signalenergie eines Einzelpulses in dB bezüglich 1 Pa²sN ₀ = Spektraldichte des Geräusches in dB bezüglich 1 PaHz^−½). Schließlich wurde die Wirkung zunehmender Störreflexionen gemessen. (Es handelte sich um das reale Echo von dem Lautsprecher mit 15 mm Durchmesser, das 3 ms vor dem Phantomecho ankam.) Die Schwelle erhöhte sich um 13 dB für eine gemessene Zunahme des Störechos um 20 dB; allerdings nahm auch die Häufigkeit des falschen Alarms zu. Daraus folgt, daß die Wahrnehmung weitgehend umgekehrt proportional zum Störecho abnimmt. Dies weist auf eine Begrenzung durch Störechos bei den oben beschriebenen Versuchen ohne Verdeckung hin. Die Ergebnisse werden diskutiert und unterstützen nicht die Hypothese, daß FM-Fledermäuse die Prinzipien des kohärenten Empfangs ihre Sonarsignale benutzen.

Sommaire

Une chauve-souris pipistrelle avait été dressée pour interroger un simulateur de cible sonar et rendre compte de la présence ou de l'absence d'une cible fantôme. On fabriquait une cible fantôme en reproduisant, à partir d'un enregistrement en mémoire numérique, un cri sélectionné typique émanant du même animal et caractérisant la quête d'une cible. Les reproductions étaient déclenchées par les propres cris de la pipistrelle et retardées de manière à parvenir à ses oreilles 8 ms après l'émission du cri déclencheur. La cible était présentée à l'animal dans 50% desépreuves, selon une séquence pseudo-aléatoire et conformément aux procédures classiques montée/descente. Le taux de détection atteignit 50% pour un niveau sonore (moyenne quadratique des valeurs de crête) égal à 35 dB SPL ± 4,3 dB. L'inversion temporelle du signal n'a pas modifié significativement la détectibilité qui atteignit alors le seuil des 50% pour le niveau 36 ± 3,5 dB.

Dans une expérience ultérieure, un signal de 2,2 ms avec un maximum d'énergie dans la bande de 55 à 120 kHz a été masqué par un bruit blanc présenté au niveau de - 119 dB (réf. 1 PaHz^−½). Le rapport S/No (signal/bruit) était de 50 dB au seuil avec S = énergie d'un signal monopulsé mesuré en dB rapportés à 1 Pa²s et N ₀ = densité spectrale du bruit mesurée en dB rapportés à 1 PaHz^−½.

On a aussi mesuré l'effet résultant d'une augmentation du risque de confusion du fait de l'existence d'un écho réel émanant du haut-parleur d'un diamètre de 15 cm et parvenant à l'animal 3 ms avant l'écho fantôme. En augmentant cet écho parasite de 20 dB on a observé une élévation de 13 dB du seuil de détection. Le taux de fausses alertes augmentant également, on a pu estimer que l'efficacité de la détection variait largement en proportion inverse de la confusion due aux échos parasites, ce qui indique une limitation par confusions en l'absence de masquage.

Une discussion de l'ensemble de ces résultats infirme l'hypothèse que les chauves-souris opérant en MF puissent mettre à profit les principes d'une réception cohérente de leurs signaux sonar.