本发明涉及水产学技术领域，具体地指一种筛选鱼类敏感声音的方法及装置。
背景技术：
鱼类行为受到多种生物与非生物环境因素的影响，包括温度、光照、水流速度和声音等，其中声音是一个比较关键的影响因素。根据鱼类对不同声音的反应，将其分为正趋音性、负趋音性以及无趋音性。声音作为一种生态因子，对鱼类有多方面的生态作用，直接或者间接的影响鱼类的各种行为活动。
鱼类通过水轮机时鱼与水轮机的摩擦和相撞可使鱼损伤甚至直接死亡，在大坝泄洪时，有不少的鱼类会因为游到泄洪槽被巨大的水流冲击而死亡。这些不仅会对设备形成一定的损伤，更会造成各种鱼类的死亡，甚至造成某些珍稀鱼类的灭绝。所以在建造大坝时，可以采取适当的负趋音，阻挡鱼类进入泄洪口和水利发电机的进水口。为了保护鱼类资源，在水利工程中往往需要修建过鱼设施来帮助鱼类过坝。在过鱼设施入口区及诱导区采用正趋音，有助于提升鱼类进入过鱼设施的成功率。因此筛选鱼类的敏感声音的试验是非常有意义的。目前的实验装置和实验方法的缺陷在于：筛选过程需要跟投饵结合，长期训练让鱼类形成条件反射，用这种方法筛选出来的所谓的“敏感声音”，实质上是跟食物能形成联动效应的声音，并不是鱼类真正敏感的声音，将筛选出的声音应用到未经训练的鱼，则完全失效，也不能应用到声音导鱼的工程实际中。因此发明一种可以通过一次实验就能分析判断鱼类对声音的先天性敏感程度和趋避性的方法和装置，有利于筛选实验的快速开展和节省大量的人力物力。而筛选出的敏感声音，也可用于声音导鱼的实验室研究以及实际工程中。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种筛选鱼类敏感声音的方法及装置，可以通过一次实验就能分析判断鱼类对某种声音的先天性敏感程度和趋避性，从而筛选出鱼类的敏感声音，有利于声音导鱼的实验研究以及实际工程中实验的快速开展，节省大量人力物力。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种筛选鱼类敏感声音的方法，包括以下步骤：
步骤1）录制或者合成声音：用水听计连接录音机，录制自然环境中的水下声音或者用录音机录制自然环境中的陆上声音；
步骤2）用声音处理软件分析录制或者合成的声音的频率-声强图谱，得到其频率范围，选取其频率范围内的若干个单频音作为对照声音；
步骤3）观察记录鱼类自由游泳行为：将实验鱼放入水箱中，待其适应后打开视频监控系统，观察和录制实验鱼在水箱中自由游泳的行为；
步骤4）对鱼类进行单频音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，利用步骤2）选取的单频音对鱼类进行单频音播放实验，将单频音作为对照音，排除实验的系统误差；
步骤5) 对鱼类进行待测声音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，对鱼类进行待测声音播放实验，根据播放声音后鱼游动的行为和游动速度，分析判别鱼类趋音性的性质，从而分别筛选出正趋音和负趋音。
进一步地，所述步骤4）中，当播放单频音时，打开水箱中靠近实验鱼一端的第一声音播放装置，开始播放单频音，当实验鱼游离声源游过水箱中部时，减小第一声音播放装置音量至为0，同时打开水箱另一端的第二声音播放装置，开始播放单频音；当实验鱼再次游过水箱中部游向第一声音播放装置时，关闭第二声音播放装置，打开第一声音播放装置，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止。
进一步地，所述步骤5）中，当筛选正趋音时，打开水箱中远离实验鱼一端的第二声音播放装置，开始播放待测声音，当实验鱼游向声源游过水箱中部时，减小第二声音播放装置音量至为0，同时打开水箱另一端的第一声音播放装置，开始播放待测声音；当实验鱼对这种待测声音表现为正趋音反应时，鱼就会掉转方向，向第一声音播放装置游动，当实验鱼再次游过水箱中部游向第一声音播放装置时，关闭第一声音播放装置，并再次打开第二声音播放装置，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止；通过视频监控系统录制鱼类游泳行为，计算鱼类游向声源的平均速度、发生掉转的平均速度、发生掉转的次数，如果鱼类游向声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，那么所筛选出的为正趋音。
更进一步地，筛选正趋音时，计算鱼类游动的平均速度和发生掉转的平均速度的具体方法如下：
鱼类自由游泳时，从开始游动至到达水箱中部的时间为t1，距离为d1，则其平均速度为d1/t1，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为t2，则发生掉转的平均速度为2/t2；当播放待测声音后，设鱼类从开始反应至到达水箱中部的时间T1，游动的距离为D1，则其游向声源的平均速度为D1/T1，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为T2，则发生掉转的平均速度为2/T2。
进一步地，所述步骤5）中，当筛选负趋音时，打开水箱中靠近实验鱼一端的第一声音播放装置，开始播放待测声音，当实验鱼游离声源游过水箱中部时，减小第一声音播放装置音量至为0，同时打开水箱另一端的第二声音播放装置，开始播放待测声音；当实验鱼对这种待测声音表现为负趋音反应时，鱼就会掉转方向，向第一声音播放装置游动，当实验鱼再次游过水箱中部游向第一声音播放装置时，关闭第二声音播放装置，并再次打开第一声音播放装置，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止；通过视频监控系统录制鱼类游泳行为，计算鱼类游离声源的平均速度、发生掉转的平均速度、发生掉转的次数，如果鱼类游离声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，那么所筛选出的为负趋音。
更进一步地，筛选负趋音时，计算鱼类游离声源的平均速度和发生掉转的平均速度的具体方法如下：
鱼类自由游泳时，从开始游动至到达水箱中部的时间为t1，距离为d1，则其平均速度为d1/t1，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为t2，则发生掉转的平均速度为2/t2；当播放待测声音后，设鱼类从开始反应至到达水箱中部的时间T3，游动的距离为D3，则其游离声源的平均速度为D3/T3，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为T4，则发生掉转的平均速度为2/T4。
另外，本发明还提供一种用于筛选鱼类敏感声音的方法的装置，它包括水箱，所述水箱内部一端设有第一声音播放装置，另一端设有第二声音播放装置，所述水箱外还设有用于监控鱼类游泳行为的视频监控系统。
优选地，所述水箱为顶部不封闭的长方体槽体结构。
更为优选地，所述第一声音播放装置安装于水箱底面一端，所述第二声音播放装置安装于水箱底面另一端。
优选地，所述视频监控系统的数量为两个，其分别通过一个支撑架固定安装在水箱顶部正上方两侧。
有益效果：
1、本发明可以通过一次实验就能分析判断鱼类对某种声音的先天性敏感程度和趋避性，从而筛选出鱼类的敏感声音，有利于声音导鱼的实验研究以及实际工程中实验的快速开展，节省大量人力物力；
2、本发明的装置简单，需要的仪器设备简单，数量少，实用性强；
3、本发明不需要借助饲料或者鱼饵进行长期驯化，验证的鱼类对声音的敏感性能真实体现出鱼类真实的天然反应，实验结果明确；
4、本发明方法操作简便、试验时间短、快速有效。
5、本发明的实验方法对鱼类无损伤，可以继续养殖或者开展其它实验。
附图说明
图1 为一种筛选鱼类敏感声音的装置的结构示意图；
图中，水箱1、第一声音播放装置2、第二声音播放装置3、视频监控系统4、支撑架5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
一种筛选鱼类敏感声音的方法，包括以下步骤：
步骤1）录制或者合成声音：用水听计连接录音机，录制自然环境中的水下声音或者用录音机录制自然环境中的陆上声音；
步骤2）用声音处理软件分析录制或者合成的声音的频率-声强图谱，得到其频率范围，选取其频率范围内的若干个单频音作为对照声音；
步骤3）观察记录鱼类自由游泳行为：将实验鱼放入水箱1中，待其适应后打开视频监控系统，观察和录制实验鱼在水箱1中自由游泳的行为；
步骤4）对鱼类进行单频音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，利用步骤2）选取的单频音对鱼类进行单频音播放实验，将单频音作为对照音，排除实验的系统误差；
当播放单频音时，打开水箱1中靠近实验鱼一端的第一声音播放装置2，开始播放单频音，当实验鱼游离声源游过水箱1中部时，减小第一声音播放装置2音量至为0，同时打开水箱1另一端的第二声音播放装置3，开始播放单频音；当实验鱼再次游过水箱1中部游向第一声音播放装置2时，关闭第二声音播放装置3，打开第一声音播放装置2，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止。
步骤5 ）对鱼类进行待测声音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，对鱼类进行待测声音播放实验，根据播放声音后鱼游动的行为和游动速度，分析判别鱼类趋音性的性质，从而分别筛选出正趋音和负趋音；
当筛选正趋音时，打开水箱1中远离实验鱼一端的第二声音播放装置3，开始播放待测声音，当实验鱼游向声源游过水箱1中部时，减小第二声音播放装置3音量至为0，同时打开水箱1另一端的第一声音播放装置2，开始播放待测声音；当实验鱼对这种待测声音表现为正趋音反应时，鱼就会掉转方向，向第一声音播放装置2游动，当实验鱼再次游过水箱1中部游向第一声音播放装置2时，关闭第一声音播放装置2，并再次打开第二声音播放装置3，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止；通过视频监控系统4录制鱼类游泳行为，计算鱼类游向声源的平均速度、发生掉转的平均速度、发生掉转的次数，如果鱼类游向声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，那么所筛选出的为正趋音；筛选正趋音时，计算鱼类游动的平均速度和发生掉转的平均速度的具体方法如下：
鱼类自由游泳时，从开始游动至到达水箱1中部的时间为t1，距离为d1，则其平均速度为d1/t1，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为t2，则发生掉转的平均速度为2/t2；当播放待测声音后，设鱼类从开始反应至到达水箱1中部的时间T1，游动的距离为D1，则其游向声源的平均速度为D1/T1，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为T2，则发生掉转的平均速度为2/T2；
当筛选负趋音时，打开水箱1中靠近实验鱼一端的第一声音播放装置2，开始播放待测声音，当实验鱼游离声源游过水箱1中部时，减小第一声音播放装置2音量至为0，同时打开水箱1另一端的第二声音播放装置3，开始播放待测声音；当实验鱼对这种待测声音表现为负趋音反应时，鱼就会掉转方向，向第一声音播放装置2游动，当实验鱼再次游过水箱1中部游向第一声音播放装置2时，关闭第二声音播放装置3，并再次打开第一声音播放装置2，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止；通过视频监控系统4录制鱼类游泳行为，计算鱼类游离声源的平均速度、发生掉转的平均速度、发生掉转的次数，如果鱼类游离声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，那么所筛选出的为负趋音；筛选负趋音时，计算鱼类游离声源的平均速度和发生掉转的平均速度的具体方法如下：
鱼类自由游泳时，从开始游动至到达水箱1中部的时间为t1，距离为d1，则其平均速度为d1/t1，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为t2，则发生掉转的平均速度为2/t2；当播放待测声音后，设鱼类从开始反应至到达水箱1中部的时间T3，游动的距离为D3，则其游离声源的平均速度为D3/T3，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为T4，则发生掉转的平均速度为2/T4。
如图1所示，筛选鱼类敏感声音的装置包括水箱1，所述水箱1内部一端设有第一声音播放装置2，另一端设有第二声音播放装置3，所述水箱1外还设有用于监控鱼类游泳行为的视频监控系统4。在水箱1两端分别放置声音播放装置，交替播放声音，鱼类因游向或者游离声源从而发生明显的“调头”的反应，从而能准确、方便地观察判断鱼类对声音的趋音性及敏感程度。
所述水箱1为顶部不封闭的长方体槽体结构。这样设计是因为狭长的长方形水槽有利于水槽内形成声音响度梯度。
所述第一声音播放装置2安装于水箱1底面一端，所述第二声音播放装置3安装于水箱1底面另一端。
所述视频监控系统4的数量为两个，其分别通过一个支撑架5固定安装在水箱1顶部正上方两侧。
实施例1：一种筛选鱼类敏感声音的方法，包括以下步骤：
步骤1）录制声音：用水听计连接录音机，录制自然环境中该鱼类的敌害生物水下声音；
步骤2）用声音处理软件分析录制的声音的频率-声强图谱，得到频率范围，选取主要频率范围内的几个单频音，用Cool edit pro 合成500Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、2500 Hz、3000 Hz的单频音作为对照声音；
步骤3）观察记录鱼类自由游泳行为：将实验鱼放入水箱1中，待其适应后打开视频监控系统，观察和录制实验鱼在水箱1中自由游泳的行为；具体为：将1尾裸腹叶须鱼放入水箱1中适应4-6h，在适应时间结束之前的30min-60 min左右，例如于早晨7:00--10:00打开视频监控系统4，观察和录制实验鱼在水箱1中自由游泳的行为；水箱1呈长方体结构，长10m，宽1米，由玻璃纤维板拼接而成或者水泥砌成，内壁光滑平整。水箱内壁用记号笔沿着长轴方向画出9条等分线，将水箱分成10等份，这样便于鱼类游动距离的测量。为了防止外界干扰，水箱四周可设置帷幕。
鱼类自由游泳时，从开始游动至到达水箱中部的时间为t1=40~120s，距离为d1=4m，则其平均速度为d1/t1=0.033~0.1m/s，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为t2=40~200s，则发生掉转的平均速度为2/t2=0.01~0.05m/s。鱼类自由游泳时，发生负趋音反应的次数0次，掉转的次数0次。
步骤4）对鱼类进行单频音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，利用步骤2）选取的单频音对鱼类进行单频音播放实验，将单频音作为对照音，排除实验的系统误差；
当播放单频音时，打开水箱1中靠近实验鱼一端的第一声音播放装置2，开始播放单频音，当实验鱼游离声源游过水箱1中部时，减小第一声音播放装置2音量至为0，同时打开水箱1另一端的第二声音播放装置3，开始播放单频音；当实验鱼再次游过水箱1中部游向第一声音播放装置2时，关闭第二声音播放装置3，打开第一声音播放装置2，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止。与自由游动的鱼的相应指标（游动平均速度、掉头平均速度、掉头次数）进行比对，并进行统计分析，从而判断鱼类是否发生趋音反应，结果发现播放500Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、2500 Hz、3000 Hz的单频音时，以上指标与鱼自由游泳时的相应指标无显著性差异。这说明鱼类对什么声音敏感是一个波形、频率、声强等多种参数组合决定的，单纯的某个单频音不一定能引起鱼类的趋音反应。
步骤5 ）对鱼类进行待测声音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，对鱼类进行待测声音，即敌害生物水下声音的播放实验，根据播放声音后鱼游动的行为和游动速度，分析判别鱼类趋音性的性质，从而分别筛选出正趋音和负趋音；
在本实施例中，主要筛选负趋音，先打开水箱1中靠近实验鱼一端的第一声音播放装置2，开始播放待测声音，当实验鱼游离声源游过水箱1中部时，减小第一声音播放装置2音量至为0，同时打开水箱1另一端的第二声音播放装置3，开始播放待测声音；当实验鱼对这种待测声音表现为负趋音反应时，鱼就会掉转方向，向第一声音播放装置2游动，当实验鱼再次游过水箱1中部游向第一声音播放装置2时，关闭第二声音播放装置3，并再次打开第一声音播放装置2，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止；通过视频监控系统4录制鱼类游泳行为，计算鱼类游离声源的平均速度、发生掉转的平均速度、发生掉转的次数，如果鱼类游离声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，那么所筛选出的为负趋音；筛选负趋音时，计算鱼类游离声源的平均速度和发生掉转的平均速度的具体方法如下：
当播放待测声音后，设鱼类从开始反应至到达水箱1中部的时间T3=20~32s，游动的距离为D3=4.8m，则其游离声源的平均速度为D3/T3=0.15~0.24m/s，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为T4==4~20s，则发生掉转的平均速度为2/T4=0.1~0. 5m/s。另外其发生掉转的次数为4~9次，这些参数与自由游泳的鱼类行为相应指标有显著性差异，鱼类游离声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数要高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，进而可筛选出负趋音。
实施例2：一种筛选鱼类敏感声音的方法，包括以下步骤：
步骤1）录制声音：用水听计连接录音机，录制自然环境中该鱼类摄食的水下声音；
步骤2）用声音处理软件分析录制的声音的频率-声强图谱，得到频率范围，选取主要频率范围内的几个单频音，用Cool edit pro 合成500Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz的单频音作为对照声音；
步骤3）观察记录鱼类自由游泳行为：将实验鱼放入水箱1中，待其适应后打开视频监控系统，观察和录制实验鱼在水箱1中自由游泳的行为；具体为：将1尾裸腹叶须鱼放入水箱1中适应4-6h，在适应时间结束之前的30min-60 min左右，例如于晚上19:00--22:00打开视频监控系统4，观察和录制实验鱼在水箱1中自由游泳的行为；水箱1呈长方体结构，长10m，宽1米，由玻璃纤维板拼接而成或者水泥砌成，内壁光滑平整。水箱内壁用记号笔沿着长轴方向画出9条等分线，将水箱分成10等份，这样便于鱼类游动距离的测量。为了防止外界干扰，水箱四周可设置帷幕。
鱼类自由游泳时，从开始游动至到达水箱中部的时间为t1=40~120s，距离为d1=4m，则其平均速度为d1/t1=0.033~0.1m/s，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为t2=40~200s，则发生掉转的平均速度为2/t2=0.01~0.05m/s。鱼类自由游泳时，发生负趋音反应的次数0次，掉转的次数0次。
步骤4）对鱼类进行单频音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，利用步骤2）选取的单频音对鱼类进行单频音播放实验，将单频音作为对照音，排除实验的系统误差；
当播放单频音时，打开水箱1中靠近实验鱼一端的第一声音播放装置2，开始播放单频音，当实验鱼游离声源游过水箱1中部时，减小第一声音播放装置2音量至为0，同时打开水箱1另一端的第二声音播放装置3，开始播放单频音；当实验鱼再次游过水箱1中部游向第一声音播放装置2时，关闭第二声音播放装置3，打开第一声音播放装置2，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止。与自由游动的鱼的相应指标（游动平均速度、掉头平均速度、掉头次数）进行比对，并进行统计分析，从而判断鱼类是否发生趋音反应，结果发现播放500Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz的单频音时，以上指标与鱼自由游泳时的相应指标无显著性差异。这说明鱼类对什么声音敏感是一个波形、频率、声强等多种参数组合决定的，单纯的某个单频音不一定能引起鱼类的趋音反应。
步骤5 ）对鱼类进行待测声音播放实验：在与自由游泳行为实验相同的时间段内，对鱼类进行待测声音，即鱼类摄食的水下声音的播放实验，根据播放声音后鱼游动的行为和游动速度，分析判别鱼类趋音性的性质，从而分别筛选出正趋音和负趋音；
在本实施例中，主要筛选正趋音，先打开水箱1中远离实验鱼一端的第二声音播放装置3，开始播放待测声音，当实验鱼游向声源游过水箱1中部时，减小第二声音播放装置3音量至为0，同时打开水箱1另一端的第一声音播放装置2，开始播放待测声音；当实验鱼对这种待测声音表现为正趋音反应时，鱼就会掉转方向，向第一声音播放装置2游动，当实验鱼再次游过水箱1中部游向第一声音播放装置2时，关闭第一声音播放装置2，并再次打开第二声音播放装置3，如此反复循环，播放声音10min或者只到鱼不再发生反应为止；通过视频监控系统4录制鱼类游泳行为，计算鱼类游向声源的平均速度、发生掉转的平均速度、发生掉转的次数，如果鱼类游向声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，那么所筛选出的为正趋音；筛选正趋音时，计算鱼类游动的平均速度和发生掉转的平均速度的具体方法如下：
当播放待测声音后，设鱼类从开始反应至到达水箱1中部的时间T1=20~32s，游动的距离为D1=5m，则其游向声源的平均速度为D1/T1=0.16~0.25 m/s，鱼类发生掉转的前1m至发生掉转的后1m所用时间为T2=5.7~20s，则发生掉转的平均速度为2/T2=0.1~0.35 m/s，发生掉转的次数为3~6次；这些参数与自由游泳的鱼类行为相应指标有显著性差异，鱼类游向声源的平均速度、发生掉转的平均速度和发生掉转的次数要高于鱼类自由游动时对应的平均速度和掉转次数，进而可筛选出正趋音。
本实施例中涉及的原理如下：
声音在水中传播时能量会有损耗，离声源越近，能听到的声音响度越大。在狭长的水箱1中用声音播放装置播放声音时，离声音播放装置越远，声音响度就越小；反之，离声音播放装置越近，声音响度越大。而鱼类对声音的反应规律是，在一定声音响度范围内，响度越大，鱼类的反应（不管是正趋音反应还是负趋音反应）也越强烈。
因此，当从水箱1的一端播放正趋音时，鱼类会从声音响度小的一端游向声音响度大的声源区，即游向声源；而从水箱1的左右两端交替播放正趋音时，鱼类因游向声源从而发生明显的“调头”的反应。当从水箱1的一端播放负趋音时，鱼类会从声音响度大的声源区游向声音响度小的一端，即游离声源；而从水箱1的左右两端交替播放负趋音时，鱼类游离声源从而发生明显的“调头”的反应。依靠视频监控系统录制鱼类的游泳行为，记录鱼类开始发生反应的时间并计算鱼类游动的平均速度与掉转速度，发生掉转的次数，与自由游泳的鱼类及播放单频对照音实验的相应指标进行比较，就能在一次实验中，定性和定量地分析单尾鱼对声音的反应。增加实验的重复次数，就能统计分析鱼类对声音的反应。