I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   42 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 6 ,   p p .   7 0 8 ~7 2 0   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 42 .i 3 . pp 708 - 7 2 0          708       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   G ra ss ho pper so u nd aco ustic sig na l  ana ly sis  using   FF T   a nd  B utt e rwo rth   filt er       K ha irunn i s a Sa rif ud in,   An nis a   M a uli dia   Da m a y a nti   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   P o l i t e k n i k   N e g e r i   B a n j a r mas i n ,   B a n j a r masi n ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   3 0 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma r   2 5 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma y   2 6 ,   2 0 2 6       G ra ss h o p p e rs  a re   a m o n g   t h e   m o st  d e stru c ti v e   a g ricu lt u ra l   p e st s,  m a k in g   e a rly   d e tec ti o n   e ss e n ti a to   re d u c e   c ro p   lo ss e wh il e   li m it in g   e x c e ss iv e   p e sticid e   u se .   Ac o u stic  m o n it o rin g   p ro v id e a   n o n - i n v a s iv e   a n d   e n v iro n m e n tally   frien d ly   a p p r o a c h   fo p e st  d e tec t io n h o we v e r,   it s   e ffe c ti v e n e ss   is  o fte n   c o n stra in e d   b y   stro n g   e n v iro n m e n tal  n o ise   in   o p e n - field   c o n d it io n s.  T h is  stu d y   p r o p o se a   stru c tu re d   a c o u st ic  sig n a a n a ly sis   fra m e wo rk   fo g ra ss h o p p e d e tec ti o n   b a se d   o n   fa st  fo u r ier  tran sfo rm   (F F T)   a n d   B u tt e rwo rt h   b a n d p a ss   fil terin g .   G ra ss h o p p e r   so u n d   re c o rd i n g we re   c o ll e c ted   in   rice   field   e n v ir o n m e n ts  a n d   p re - p ro c e ss e d   u si n g   B u tt e rwo rt h   fil ters   with   e m p iri c a ll y   d e term in e d   c u to ff  fre q u e n c ies   to   s u p p re ss   o u t - of - b a n d   n o ise .   F F T   wa a p p li e d   t o   e x trac d o m in a n t   sp e c tr a fe a tu re s,  a n d   sig n a q u a li ty   wa e v a lu a ted   u si n g   b o t h   d irec sig n a l - to - n o ise   ra ti o   (S NR)   a n d   p o we sp e c tral  d e n sity   (P S D) - b a se d   S NR  e stim a ted   v ia  t h e   Welc h   m e th o d .   Re su lt i n d ica te  th a g r a ss h o p p e a c o u stic  e n e rg y   is  c o n siste n tl y   c o n c e n trate d   wit h in   t h e   fre q u e n c y   ra n g e   o a p p ro x ima tely   5 . 8 9   k Hz .   Alth o u g h   d irec ti m e - d o m a in   S NR  slig h tl y   d e c re a se a fter  fil terin g   d u e   to   a tt e n u a ti o n   o o u t - of - b a n d   c o m p o n e n ts,  P S D - b a se d   S NR  imp ro v e s   sig n ifi c a n t ly ,   re a c h in g   2 5 2 8   d B,   d e m o n stra ti n g   e ffe c ti v e   sp e c tral   c o n c e n tr a ti o n   a n d   n o ise   su p p re ss io n .   Th e   p r o p o se d   a p p ro a c h   is   c o m p u tati o n a ll y   e fficie n t ,   i n ter p re tab le,  a n d   s u it a b le   a a   f o u n d a t io n a m o d u le  fo lo w - c o st,  re a l - ti m e   a c o u stic  p e st  d e tec ti o n   sy ste m in   p re c isio n   a g ricu lt u re .   K ey w o r d s :   Aco u s tic  s ig n al   B u tter wo r th   F FT   Gr ass h o p p er   Po wer   s p ec tr al  d en s ity   W elch   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kh air u n n is a   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g Po litek n ik   Neg er i Ba n jar m asin   Kalim an tan   Selatan ,   B an jar m asin ,   I n d o n esia   E m ail:  k h air u n n is a@ p o lib an . a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   t h e   e r a   o f   m o d e r n   a g r i c u lt u r e   a n d   s m a r f a r m i n g ,   e a r l y   p es d e t e c t i o n   i s   c r u c i a f o r   m a i n t ain i n g   c r o p   p r o d u ctiv ity   w i t h o u t   e x c e s s i v e   r e l i a n c e   o n   p es t i ci d e s   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   G r a s s h o p p e r s   a r e   a   m aj o r   p e s t   i n   v a r i o u s   a g r i c u l t u r a l   c o m m o d it i es ,   c au s i n g   s i g n i f i c a n t   d a m a g an d   r e d u c i n g   c r o p   p r o d u c t i v i t y   [ 3 ] ,   [ 4 ] E a r l y   i d e n t i f i c at i o n   o f   g r a s s h o p p e r s   i s   c r u c i a l   f o r   c o n t r o l   m e a s u r e s   t o   b e   i m p l e m e n t e d   b e f o r e   p o p u l a t i o n s   b e c o m w i d e s p r e a d .   C o n v e n t i o n a l   d e t ec t i o n   m e t h o d s ,   s u c h   a s   v is u a l   o b s e r v a t i o n   o r   p h e r o m o n e   t r a p s ,   r e q u i r e   s i g n i f i c a n t i m e ,   e f f o r t ,   a n d   e x p e n s e ,   a n d   a r e   o f t e n   h a m p e r e d   b y   l a r g e   a n d   n o i s y   f i e l d   c o n d i t i o n s   [ 2 ] .   F u r t h e r m o r e ,   g r a s s h o p p e r s   p r o d u c e   d i s t i n c tiv e   a c o u s ti c   s o u n d s   t h r o u g h   t h e   f r i c t i o n   o f   t h e i r   w i n g s   o r   l e g s ,   m a k i n g   t h es s o u n d s   p o t e n t i al l y   u s e f u l   a s   n o n - i n v a s i v e   i n d i c at o r s   o f   p e s t   p r e s e n c e   [ 1 ] ,   [ 4 ] .   B y   r e c o r d i n g   a c o u s t i c   s i g n a ls   i n   a g r i c u l t u r a l   e n v i r o n m e n t s   a n d   d i g i t a l l y   p r o c e s s i n g   t h e m ,   g r a s s h o p p e r s   c a n   b e   d e t e c t e d   a u t o m a t i c a ll y   a n d   i n   r e a l   t i m e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Gra s s h o p p er so u n d   a c o u s tic  s ig n a l a n a lysi s   u s in g   fft a n d   B u tter w o r th   filt er  ( K h a ir u n n is a )   709   Al t h o u g h   g r a s s h o p p e r   c a ll s   ca n   b e   d e t e c t e d   a c o u s t ic a l l y ,   m a j o r   c h a l l e n g e   l i es   i n   t h e   p r e s e n c e   o f   e n v i r o n m e n t a l   n o i s e ,   s u c h   a s   w i n d ,   w a te r   m o v e m e n t ,   o r   o t h e r   i n s e c t   s o u n d s   w i t h   a d j a c e n t   f r e q u e n c y   c h a r a c t e r is t i cs   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   W h i le   p r e v i o u s   b i o a c o u s t i c   r es e a r c h   h a s   e x t e n s i v el y   i n v e s ti g a te d   i n s e c ts   s u c h   as  m o s q u i t o e s ,   c r i c k et s ,   a n d   o t h er   m o d e l   s p e c i es ,   s t u d i es   f o c u s i n g   o n   t h e   a c o u s ti c   a n d   s p e ct r a l   c h a r a ct e r is t i cs  o f   g r a s s h o p p e r   c al ls ,   p a r ti c u l a r l y   u n d e r   n a t u r a l   f i e l d   c o n d i t i o n s ,   r e m ai n   r e l at i v e l y   l i m i t e d   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   I n   a d d i t i o n ,   i n a p p r o p r i a t e   d i g i t a l   f i lt e r   d e s i g n   m a y   l e a d   t o   d i s t o r t i o n   o r   l o s s   o f   i m p o r t a n t   s p e c t r a l   c o m p o n e n t s ,   t h e r e b y   d e g r a d i n g   b i o l o g i c a l l y   r e l e v a n i n f o r m a t i o n   [ 6 ] ,   [ 9 ] .   S e v e r a l   s t u d i e s   h a v e   d e m o n s t r a t e d   t h a t   f a s t   f o u r i e r   t r a n s f o r m   ( F F T ) b a s e d   s i g n a l   a n a l y s i s   is   e f f e c t i v f o r   e x t r a c t i n g   d o m i n a n t   f r e q u e n c y   i n f o r m a t i o n   f r o m   i n s e c s o u n d s ,   i n c l u d i n g   c r i c k e ts   an d   m o s q u i t o e s   [ 7 ] ,     [ 10] [ 1 2 ] .   O t h e r   s t u d i es   h a v r e p o r t e d   t h a t   d i g i t al   f il t e r i n g   ca n   s i g n i f i c a n t l y   i m p r o v e   t h s i g n a l - to - n o i s r a t i o   ( S NR ) ,   r e s u l ti n g   i n   c l e a r e r   s p ec t r a l   p a t te r n s   [ 6 ] .   A m o n g   v a r i o u s   f i l t e r   t y p es ,   B u tt e r w o r t h   f ilt e r s   a r e   w el l   k n o w n   f o r   t h e i r   s m o o t h   p ass b a n d   r e s p o n s e   w it h o u t   r i p p l e ,   m a k i n g   t h e m   s u i ta b l e   f o r   b i o l o g ic a l   a p p li c a t i o n s   t h a r e q u i r p r e s e r v a t i o n   o f   s p e ct r a l   i n t e g r i t y   [ 1 1 ] ,   [ 1 3 ] H o w e v e r ,   t h e   c o m b i n e d   a p p l i c a t i o n   o f   F FT   a n d   B u t t e r w o r th   b a n d p a s s   f i l te r i n g   s p e c i f i c a ll y   f o r   g r a s s h o p p e r   a c o u s t i c   s i g n al s   i n   t r o p i c a l   a g r ic u l t u r a l   e n v i r o n m e n t s   h a s   r a r e l y   b e e n   r e p o r t e d ,   h i g h l i g h t i n g   a   r es e a r c h   g a p   i d e n t i f i e d   i n   o r t h o p te r a   b i o a c o u s t ic s   s t u d i es   [ 8 ] .   B i o a c o u s t i cs   h a s   b e c o m e   a n   im p o r t a n t   a p p r o a c h   f o r   m o n i t o r i n g   i n s e c t   p r e s e n ce   a n d   a c t i v i ty ,   a s   w e l l   as   f o r   s p e c i es   d e t ec t i o n   a n d   i d en t i f i c a ti o n ,   i n   b o t h   n a t u r al   a n d   a g r i c u l t u r a l   e n v i r o n m e n t s   u s i n g   a c o u s t i c   s i g n al   a n a l y s is   [ 7 ] ,   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] A co u s t i c   s i g n al   a n a l y s is   e n a b le s   t h e   i d e n ti f i c at i o n   o f   i n s ec t   s p e c i es   t h r o u g h   c h a r a c t e r is t i s p e c t r a a n d   f r e q u e n c y   f e a t u r e s   d e r i v e d   f r o m   w i n g b e a s o u n d s ,   v i b r a ti o n s ,   a n d   a c o u s ti   c a l ls   [ 2 ] ,   [ 7 ] ,   [ 1 5 ] [ 1 7 ] I n   a g r i c u l t u r a l   c o n t e x ts ,   e a r l y   d ete c t i o n   o f   g r a s s h o p p e r   p o p u l a ti o n s   i s   s t r at e g i c al l y   i m p o r t a n t   b e c a u s e   i t   e n a b l e s   t i m el y   m o n i t o r i n g   a n d   i n t e r v e n t i o n   m e a s u r es ,   t h e r e b y   r ed u c i n g   t h e   r is k   o f   w i d e s p r e a d   c r o p   d a m a g e   a n d   ec o n o m i c   l o s s e s   [ 1 8 ] .   F F T   m e t h o d s   a r e   w i d e l y   a p p l i e d   d u e   t o   t h e i r   a b i l it y   t o   t r a n s f o r m   t i m e - d o m a i n   s i g n a ls   i n t o   t h f r e q u e n c y   d o m a i n ,   e n a b l i n g   t h e   i d e n t i f i c at i o n   o f   c h a r a c t e r i s tic   f r e q u e n c y   f e a t u r e s   o f   i n s ec t   s o u n d s   [ 2 ] ,   [ 7 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   I n t e r n a t i o n a l   s t u d i es  h a v e   d e m o n s t r at e d   t h e f f e c ti v e n e s s   o f   s p e c t r al   a n a l y s is   i n   c h ar a c t e r i z i n g   a c o u s ti s i g n a ls   f r o m   i n s e c ts   s u c h   as   m o s q u i t o e s ,   c i c a d as ,   a n d   o t h er   s p e c i es   [ 1 ] ,   [ 3 ] ,   [ 1 5 ] .   I n   p ar a l l e l ,   B u tt e r w o r t h   b a n d p a s s   f i lt e r s   a r e   c o m m o n l y   u s e d   a s   a   p r e p r o c es s i n g   t e c h n i q u e   t o   s u p p r e s s   o u t - of - b a n d   n o i s e   w h i le  m a i n t a i n i n g   a   m a x i m a l l y   f l at   f r e q u e n c y   r e s p o n s e   [ 6 ] ,   [ 1 1 ] ,   [ 1 9 ] .   F u r t h e r m o r e ,   a c o u s t i c   m o n i t o r i n g   a n d   c l a s s i f ic a t i o n   s t u d i es   h a v e   em p l o y e d   B u t t e r w o r t h   f i lt e r i n g   t o   r e d u c e   e n v i r o n m e n t a l   n o is e   p r i o r   t o   s p e c t r al  a n a l y s is   a n d   f e a t u r e   e x t r ac t i o n ,   t h e r e b y   i m p r o v i n g   t h e   q u a l i t y   o f   b i o a c o u s t i c   s i g n a ls   [ 6 ] ,   [ 1 9 ] .   S t u d i es   c o n d u c t e d   i n   I n d o n e s i a   e x h i b i t   a   s i m i l a r   t r e n d .   L o c a b i o a c o u s t i c   r e s e a r c h   h a s   a p p l ie d   s p e c t r a a n a l y s is   t e c h n i q u e s ,   i n cl u d i n g   F F T - b a s e d   a p p r o a c h e s ,   t o   b i r d   v o c a l i z a t i o n s   a n d   f r o g   c a l l s   f o r   s p e c i es  i d e n t i f i c at i o n   a n d   a c o u s ti c   c h a r a c t e r i z at i o n   [ 2 0 ] ,   [ 2 1] .   I n   a d d i t i o n ,   s i g n a l   p r o c es s i n g   a n d   d e n o i s i n g   m e t h o d s   h a v e   b e e n   e m p l o y e d   t o   e n h a n c e   a n i m a l   a c o u s t i c   s i g n a ls   p r i o r   t o   c l a s s i f ic a t i o n   [ 2 2 ] .   T h e s e   f i n d i n g s   i n d i c a t e   t h a d e d i c a t e d   g r a s s h o p p e r   a c o u s ti c   m o d e l i n g   u n d e r   I n d o n e s ia n   a g r i c u l t u r a l   c o n d i ti o n s   r em a i n s   li m i t e d   a n d   r e p r e s e n t s   a n   i m p o r t a n t   r es e a r c h   g a p .   T o   a d d r e s s   t h is   g a p ,   t h e   p r e s e n t   s t u d y   a n a l y z es   g r a s s h o p p e r   a c o u s t i s i g n a ls   u s i n g   a   c o m b i n a ti o n   o f   F F T   a n d   a   B u t t e r w o r t h   b a n d p a s s   f il t e r .   F FT   is   e m p l o y e d   t o   t r a n s f o r m   t i m e - d o m a i n   s i g n a ls   i n t o   t h e   f r e q u e n c y   d o m a i n   f o r   d o m i n a n t   f r e q u e n c y   i d e n t i f i c a ti o n   [ 1 0 ] ,   w h i l e   t h e   B u tt e r w o r th   b a n d p a s s   f i lt e r   is   a p p l i e d   as   a   p r e p r o c e s s i n g   s t e p   t o   r et a i n   f r e q u e n c y   c o m p o n e n t s   c h a r a c t e r i s ti c   o f   g r a s s h o p p e r   c a l ls   a n d   s u p p r e s s   e n v i r o n m e n t a l   n o is e   [ 5 ] ,   [ 6 ] ,   [ 1 1 ] .   T h e   p r o p o s e d   f r a m e w o r k   i s   i m p l e m en t e d   i n   M A T L A B ,   e n a b l i n g   e f f i c i e n t   a n d   s c a l a b l f r e q u e n c y   f e a t u r e   e x t r a ct i o n .   S i g n a l   q u a li t y   is   e v al u a t e d   u s in g   t h e   S NR ,   w i t h   e n h a n c e m e n t   a s s es s e d   t h r o u g h   p o w e r   s p e c t r al   d e n s it y   ( P SD )   es t i m at i o n   b a s e d   o n   t h e   W el c h   m e t h o d   [ 2 3 ] .   T h e   m a i n   c o n t r i b u t i o n   o f   t h is   r e s e a r c h   is   t h e   m o d el i n g   o f   g r a s s h o p p e r   a c o u s t i c   s p e c t r al   c h a r a c t e r is t i cs  u n d e r   r i c e   f i el d   c o n d i t i o n s   i n   I n d o n e s i a ,   d e r i v e d   f r o m   FF T   a n a l y s i s   a f t e r   b a n d p as s   f i l te r i n g .   T h e   e x t r a ct e d   d o m i n a n t   f r e q u e n c y   f e a t u r es   p r o v i d e   a   s ci e n t i f i c   b as is   f o r   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   a n   a u t o m a t i c ,   ac o u s ti c - b a s e d   g r a s s h o p p e r   p e s t   d et e c ti o n   s y s te m   t h a t   is   l o w - c o s t ,   f as t ,   a n d   en v i r o n m e n t a l l y   f r i e n d l y ,   t h e r eb y   s u p p o r t i n g   s m a r t   f a r m i n g   a p p l i c a t i o n s   [ 7 ] ,   [ 1 8 ] ,   [ 2 3 ] .   R ec en ad v an ce s   in   in s ec b i o ac o u s tics   in cr ea s in g ly   em p l o y   m ac h in lear n in g   an d   d ee p   lear n in g   tech n iq u es,  s u ch   as  co n v o lu ti o n al  n e u r al  n etwo r k s   ap p lied   t o   s p ec tr o g r am   r e p r esen tatio n s   an d   ac o u s tic  s ig n al  class if icatio n   f o r   in s ec m o n i to r in g   s y s tem s   [ 3 ] ,   [ 4 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 1 9 ] .   W h ile  th ese  a p p r o ac h e s   d em o n s tr ate  h ig h   class if icatio n   ac cu r ac y ,   th ey   o f ten   r eq u ir lar g lab eled   d ata s ets  an d   s u b s tan tial  co m p u tatio n al  r eso u r ce s .   I n   co n tr ast,  th p r esen s tu d y   em p h asizes  s ig n al  p r o ce s s in g b ased   f ea tu r m o d elin g   as  l ig h tweig h t,   tr an s p ar en t,  an d   in ter p r etab le  alter n ativ e,   p ar ticu lar l y   s u itab le  f o r   ea r ly - s tag d etec tio n   s y s tem s   an d   r eso u r ce - co n s tr ain ed   ag r icu ltu r al  en v ir o n m en ts   [ 1 3 ] ,   [ 1 8 ] ,   [ 2 4 ] .       2.   M E T H O D     T h r esear ch   m eth o d   is   d esi g n ed   to   s y s tem atica lly   an aly ze   th ac o u s tic  s ig n als  o f   g r ass h o p p er   s o u n d s   b y   u t i l i z i n g   d ig ital  s i g n al  p r o ce s s in g   ap p r o ac h   b ased   o n   FF T   an d   B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter s .   T h e   r esear ch   s tag es  in clu d th p r o ce s s   o f   ac q u ir in g   g r ass h o p p e r   s o u n d   d ata   in   th f ield ,   s ig n al  p r e - p r o ce s s in g   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 7 0 8 - 7 2 0   710   r ed u ce   e n v ir o n m en tal   n o is e,   ap p ly in g   B u tter wo r th   f ilter   to   e x tr ac th e   tar g et   f r e q u en cy   r an g e,   an d   FF T   tr an s f o r m atio n   to   o b tain   r e p r esen tatio n   o f   th d o m in an t   f r eq u en c y   s p ec tr u m .   Fu r th er m o r e,   th s p ec tr u m   r esu lts   ar an aly ze d   to   id en ti f y   th e   ch ar ac te r is tics   o f   g r ass h o p p e r   s o u n d s   an d   d is tin g u is h   th em   f r o m   o th er   s o u n d   s o u r ce s ,   s o   t h at  th ey   ca n   s u p p o r m o r e   ac cu r ate  a n d   ef f icien ac o u s tic - b ased   p est  d etec tio n   m o d elin g .   Sig n al  an aly s is ,   v is u aliza tio n ,   an d   p a r am eter   ca lc u latio n s   u s Ma tlab   s o f twar e.   T h r esear ch   m eth o d   s tep s   ar e   s h o wn   in   Fig u r 1 .           Fig u r 1 .   Flo wch ar o f   t h e   r esear ch   m eth o d   s tep s       2 . 1 .     Da t a   a cquis it io n   Gr ass h o p p er   s o u n d s   wer r e co r d ed   in   r ice  f ield s   u s in g   a   co n d en s er   m icr o p h o n an d   p o r tab le  r ec o r d er   with   a   s am p lin g   r ate   o f   4 4 . 1   k Hz.   T h s elec tio n   o f   o p e n   lo c atio n s   r ef e r s   to   estab lis h ed   p r ac tices  in   in s ec ac o u s tic  s u r v ey s   r ep o r t ed   in   in ter n atio n al  s tu d ies  an d   Or th o p ter a - s p ec if ic  ac o u s tic  p r o f ilin g ,   as  well  as   in s ec m o n ito r in g   m et h o d o lo g ies  i n   f ield   en v ir o n m en ts   [ 8 ] ,   [ 1 0 ] ,   [ 1 4 ] .   T h e   r ec o r d i n g s   wer in   MP3   f o r m a t   an d   f ir s t c o n v er ted   t o   W AV  f o r m at.   Fig u r 2   illu s tr ates  th r aw  g r ass h o p p er   ac o u s tic  s ig n al  r ec o r d ed   co n tin u o u s ly   f o r   1 2 0   s ec o n d s   in   an   o p en   r ice  f ield   en v ir o n m e n t.  T h wav ef o r m   s h o ws  ir r eg u la r   am p litu d f lu ctu atio n s   ca u s ed   b y   co m b i n atio n   o f   g r ass h o p p e r   win g b ea s o u n d s   an d   en v ir o n m en tal  n o is s u c h   as  win d ,   wate r   m o v em en t ,   an d   o th er   in s ec ts .   T h is   lo n g - d u r atio n   s ig n al  p r o v id es a n   o v er v iew  o f   r ea l f ield   r ec o r d in g   co n d itio n s   an d   h ig h l ig h ts   th ch allen g o f   d is tin g u is h in g   b io l o g ically   r elev an g r ass h o p p er   s o u n d s   f r o m   b ac k g r o u n d   n o is p r io r   to   s ig n al   pr ep r o ce s s in g .           Fig u r 2 Gr ass h o p p er   s o u n d   s ig n al  f o r   1 2 0   s ec o n d s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Gra s s h o p p er so u n d   a c o u s tic  s ig n a l a n a lysi s   u s in g   fft a n d   B u tter w o r th   filt er  ( K h a ir u n n is a )   711   2 . 2 .     Pr e - pro ce s s ing   T h r ec o r d e d   s ig n al  was  f ir s n o r m alize d   an d   s eg m en te d   in to   1 0 - s ec o n d   in ter v als.  T o   r ed u ce   en v ir o n m en tal  n o is e,   4 th 8 th   o r d e r   B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter   was  ap p lie d ,   co m m o n l y   u s ed   ap p r o ac h   in   b io ac o u s tic  s ig n al  p r ep r o ce s s in g   an d   d ig ital  f ilter   d esig n   [ 2 5 ] .   Similar   p r ep r o ce s s in g   s tr ateg ies  h av b ee n   wid ely   em p lo y e d   in   in s ec t a co u s tic  an aly s is   an d   class if icatio n   s tu d ies   [ 1 ] ,   [ 2 6 ] .   Fig u r 3   p r esen ts   10 - s ec o n d   s eg m en ex tr ac te d   f r o m   th e   o r ig in al  1 2 0 - s ec o n d   g r ass h o p p er   s o u n d   r ec o r d in g .   T h is   s eg m en tatio n   s tep   is   n ec ess ar y   to   s tan d ar d i ze   s ig n al  len g th   an d   f ac ilit ate  co n s is ten s p ec tr al   an aly s is   ac r o s s   m u ltip le  s am p les.  T h wav ef o r m   s till   ex h ib i ts   n o is co n tam in atio n ,   em p h a s izin g   th n ee d   f o r   f u r th er   p r ep r o ce s s in g   an d   f ilter in g   to   is o late  th g r ass h o p p e r   ac o u s tic  co m p o n en ts .           Fig u r 3 Gr ass h o p p er   s o u n d   s ig n al  f o r   1 0   s ec o n d s       2 . 3 .     Sp ec t ra a na ly s is   ( bef o re   f ilte ring )   E ac h   s eg m en was  an aly ze d   u s in g   th FF T   to   o b tain   f r eq u en cy   s p ec tr u m   [ 1 0 ] ,   [ 1 6 ] .   Do m in an t   f r eq u e n cy   p ea k s   an d   h ar m o n i p atter n s   wer ex am in ed   to   d is tin g u is h   g r ass h o p p er   ca lls   f r o m   en v ir o n m en tal  s o u n d s   [ 1 7 ] .   T h is   ap p r o ac h   is   co n s is ten with   e s tab lis h e d   a co u s tic  s ig n al  an aly s is   m eth o d s   ap p lied   in   in s ec an d   en v ir o n m en tal  s o u n d   cl ass if icatio n   s tu d ies  [ 7 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 1 9 ] .   T h e   f iv h ig h est  f r eq u en cy   p ea k s   wer e   id en tifie d   to   esti m ate  th ch ar ac ter is tic  f r eq u en cy   r a n g o f   th g r ass h o p p er   ca lls .   I n   ad d itio n ,   th tim e f r eq u e n cy   r elatio n s h i p   was a n aly ze d   u s in g   s p ec tr o g r a m   to   m o n ito r   s ig n al  d y n a m ics.   Fig u r 4   s h o ws  th f r eq u en c y - d o m ai n   s p ec tr u m   ( lef t)   an d   s p ec tr o g r a m   ( r ig h t)   o f   th g r ass h o p p er   s o u n d   s ig n al  b ef o r e   f ilter in g .   T h s p ec tr u m   r ev ea ls   m u lti p le  f r eq u en cy   c o m p o n en ts   s p r ea d   ac r o s s   wid e   b an d wid th ,   wh ile  th e   s p ec tr o g r am   illu s tr ates  tem p o r al  v ar i atio n s   o f   en er g y   d is tr ib u tio n   o v er   tim e .   Alth o u g h   d o m in an t   p ea k s   b eg in   to   em e r g in   th e   h ig h e r   f r eq u e n cy   r eg io n ,   s ig n if ican n o is r em ai n s   p r esen t,  m ak in g   d ir ec t i d en tific atio n   o f   g r ass h o p p er   ac o u s tic  ch ar ac ter is tics   ch allen g in g .             Fig u r 4 ( L ef t)   s p ec tr u m   an d   ( R ig h t)   Sp ec to g r am   o f   g r ass h o p p er   s o u n d   s ig n al   b ef o r f ilte r in g     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 7 0 8 - 7 2 0   712   2 . 4 .     Det er m ini ng   f ilte pa ra m et er s   T h B u tter wo r th   f ilter   was  s elec ted   d u to   its   m ax im ally   f l at  m ag n itu d e   r esp o n s i n   th p ass b an d ,   wh ich   m in im izes  am p litu d d is to r tio n   o f   b io l o g i ca lly   r ele v an ac o u s tic  s ig n als  [ 1 1 ] .   U n lik C h eb y s h ev   o r   ellip tic  f ilter s ,   wh ich   in tr o d u ce   p ass b an d   r ip p le  an d   p h ase  ir r eg u lar ities ,   B u tter wo r th   f ilter s   p r o v id s m o o th er   s p ec tr al  p r eser v atio n ,   m a k in g   th em   m o r s u itab le  f o r   b io ac o u s tic  s ig n al  an aly s is   wh er wa v ef o r m   in te g r ity   is   im p o r tan [ 2 5 ] .   T h er ef o r e,   t h e   B u tter wo r th   f ilter   r ep r esen ts   b alan ce d   tr a d e - o f f   b etwe en   s p ec tr al  ac cu r ac y ,   co m p u tatio n al  e f f icien cy ,   an d   im p lem en tatio n   s im p licity   f o r   p r ac tical  b io ac o u s tic  ap p licatio n s   [ 1 1 ] ,   [ 2 5 ] .   T h B u tter wo r th   f ilter   p ar am eter s   wer ca lcu lated   an d   im p lem en ted   u s in g   Ma tlab   s o f t war e.   T h e   d esig n   p ar am eter s   in clu d th b an d p ass   f r eq u en cy   r an g e,   d ef in ed   b y   th lo wer - s id an d   u p p e r - s id cu to f f   f r eq u e n cies,  an d   th f ilter   o r d er .   T h f r eq u e n cy   r a n g was  d eter m in ed   b ased   o n   t h d o m in an s p ec tr al  p ea k   o b tain ed   f r o m   FF T   an aly s is   [ 1 0 ] ,   with   an   a d d itio n al  ± 2 0 m ar g in   to   d e f in th p ass b an d   lim its .   T h f ilter   wa s   d esig n ed   with   o r d er   v ar i atio n s   r an g in g   f r o m   4   to   8   to   ev alu ate  th tr ad e - o f f   b etwe en   n o is s u p p r ess io n   p er f o r m an ce   an d   co m p u tatio n al  co m p lex ity   [ 1 1 ] ,   [ 2 5 ] .   T h ± 2 0 m ar g i n   ar o u n d   th d o m in an f r e q u en c y   p ea k s   was  d eter m in ed   em p ir ically   b ased   o n   r ep ea ted   FF T   o b s er v atio n s   ac r o s s   m u ltip le  r ec o r d in g   s eg m en ts .   T h is   m ar g in   ac co m m o d ates n atu r al  f r eq u en c y   v ar iab ilit y   ca u s ed   b y   i n s ec m o v em en t,   win g b ea i n ten s ity ,   an d   en v ir o n m en tal  co n d itio n s .   Similar   v ar iab ilit y   in   in s ec t a co u s tic  f r eq u e n cy   c h ar ac ter is tics   h as b ee n   r ep o r ted   in   b io ac o u s tic  s tu d ies  [ 1 2 ] .     2 . 5 .     F ilte ring   pro ce s s   Fig u r 5   co m p ar es  th g r ass h o p p er   s o u n d   s ig n al  b ef o r an d   af ter   B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter in g   in   b o th   t h tim e   d o m ai n   ( lef t )   a n d   f r eq u e n cy   d o m ai n   ( r ig h t) .   Af ter   f ilter in g ,   t h tim e - d o m ain   s ig n al  e x h ib its   r ed u ce d   a m p litu d v ar iab ili ty ,   wh ile  th f r e q u en c y - d o m ain   r ep r esen tatio n   s h o w s   clea r er   s p ec tr al  co n ce n tr atio n   with in   th tar g et   b an d .   T h is   co m p ar is o n   d em o n s tr ates th ef f ec tiv en ess   o f   th B u tter wo r th   f ilter   in   s u p p r ess in g   o u t - of - b an d   n o i s wh ile  p r eser v in g   r ele v an t sig n al  co m p o n e n ts .   -   Ap p ly   B u tter wo r th   f ilter   b y   en ter in g   t h p r e v io u s ly   ca lc u lated   p ar am eter   v alu es,  n am el y   th u p p e r - s id f r eq u e n cy ,   lo wer - s id f r eq u en cy ,   an d   f ilter   o r d er .   -   Vis u aliza tio n   o f   th f ilter ed   s i g n al  is   p lo tted   in   th e   tim d o m ain   to   s ee   th d if f e r en ce   in   am p litu d e.   -   Vis u aliza tio n   o f   th f ilter ed   s i g n al  s p ec tr u m   is   p lo tted   to   ass ess   th s u cc ess   o f   n o is atten u atio n .           Fig u r 5 .   Gr ass h o p p er   s o u n d   s ig n al  b ef o r an d   af ter   f ilter in g   ( lef t)   tim d o m ain   ( r i g h t)   s p e ctr u m   at  f r e q u en c y   d o m ain       2 . 6 .     Q ua ntit a t iv pa r a m e t er   ca lcula t io n   Fig u r 6   d is p lay s   th e   Ma tl ab   in ter f ac e   u s ed   f o r   q u an t itativ p ar am eter   ex tr ac tio n ,   in clu d in g   r ec o r d in g   d u r atio n ,   Ny q u is f r eq u en cy ,   d o m in an f r eq u en cy   r a n g e,   l o wer - s id an d   u p p e r - s id b a n d   f r eq u e n cies,  f ilter   o r d er ,   an d   SNR   v alu es.  T h is   F ig u r e   6   h i g h lig h ts   th s y s tem atic  an d   r ep e atab le  n atu r e   o f   th e   an aly s is   p r o ce s s ,   en s u r in g   tr a n s p ar en cy   an d   r ep r o d u cib ilit y   o f   th p r o p o s ed   s ig n al  p r o ce s s in g   f r a m ewo r k .   Step s   tak en   to   ca lcu late  q u a n titativ p ar am eter s :     C alcu latin g   th ( SNR   in   g en er al) .     B an d - b ased   SNR   ( in - b an d   v s .   o u t - of - b an d ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Gra s s h o p p er so u n d   a c o u s tic  s ig n a l a n a lysi s   u s in g   fft a n d   B u tter w o r th   filt er  ( K h a ir u n n is a )   713     C alcu latin g   an d   p lo ttin g   th P SD u s in g   th W elch   ap p r o ac h   to   ass ess   p o wer   d is tr ib u tio n   p e r   f r eq u en cy .     C o m p ar in g   Fil ter   Or d er s .   Fil te r s   wer test ed   at  o r d er s   4 8   to   d eter m in th eir   e f f ec t o n   SNR   an d   PS D.     C o m p ar in g   th e   SNR   an aly s is   r esu lts   to   r ec o r d in g   d u r atio n s   o f   1 0 ,   1 5 ,   2 0 ,   a n d   2 5   s ec o n d s .           Fig u r 6 Dis p lay   o f   in p u t a n d   o u tp u p ar am eter s   in   th e   MA T L AB   win d o w.   I s h o ws  th v alu es: Du r atio n   o f   th g r ass h o p p e r   ac o u s tic  s ig n a l,  Ny q u is t f r eq u en cy ,   d o m i n an t f r eq u e n cy   r a n g at  th 5   h ig h est am p litu d es,  L SB   an d   USB   f r eq u en cies,  f ilter   o r d e r ,   SNR   b ef o r a n d   af ter   f ilter in g   ( SNR   b ef o r e   an d   a f ter   b ein g   a p p lied   to   th PS m eth o d   with   th W elch   ap p r o ac h )       2 . 7 .     V a lid a t i o n   da ev a lua t i o n   T h r esu lts   o f   SNR   ca lcu latio n s   u s in g   d if f er e n t p ar am eter s   wer co m p ar e d   with   r ef er en c e   r ec o r d in g s   o f   g r ass h o p p er s   th at  h ad   b ee n   v is u ally   v er if ied   in   th f iel d .   Fig u r 7   p r esen ts   co m p ar is o n   o f   th PS b ef o r e   an d   af ter   f ilter in g .   T h f ilte r ed   PS s h o ws  s tr o n g   c o n ce n tr atio n   o f   en er g y   with in   th g r ass h o p p er s   d o m in an t   f r e q u en c y   b an d ,   w h ile  en er g y   o u ts id t h is   r an g e   is   s ig n if ic an tly   atten u ated .   T h is   r esu lt  co n f ir m s   th at  PS D - b ased   an aly s is   p r o v id es  m o r r e p r esen tativ ass es s m en o f   s p ec tr al  clar it y   th an   d ir ec tim e - d o m ain   SNR .           Fig u r 7 PSD   co m p a r is o n   b ef o r an d   af ter   f ilter in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 7 0 8 - 7 2 0   714   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h r esu lts   o f   th ca lcu latio n   an aly s is   with   v ar iatio n s   in   r ec o r d in g   d u r atio n   a r p r esen ted   in     T ab les  1 - 4.   Alth o u g h   r ec o r d i n g s   wer o b tain e d   f r o m   s in g le  ag r icu ltu r al  l o ca tio n ,   r o b u s tn ess   wa s   p ar tially   ev alu ated   t h r o u g h   r ep ea te d   a n aly s is   u s in g   m u ltip le   r ec o r d in g   d u r atio n s   ( 1 0 2 5   s )   a n d   f ilte r   o r d er s   ( 4 8 ) .   T h co n s is ten tr en d   o b s er v ed   in   PS D - b ased   SNR   im p r o v em e n ac r o s s   th ese  v ar iatio n s   in d icate s   m eth o d o l o g ical   s tab ilit y   u n d er   d if f e r en s ig n al   co n d itio n s .   Fig u r 8   illu s tr ates  th co m p ar is o n   o f   SNR   v alu es   b ef o r an d   a f ter   f ilter in g   f o r   1 0 - s ec o n d   r ec o r d in g   d u r atio n .   Alth o u g h   th e   d ir ec SNR   s lig h tly   d ec r ea s es   af ter   f ilter in g ,   th e   f ig u r d e m o n s tr ates th at  tim e - d o m ain   SNR   alo n d o es n o t f u lly   ca p tu r s p ec tr al  im p r o v e m en t,  r ein f o r cin g   th n ee d   f o r   PS D - b ased   e v alu atio n .       T ab le  1 .   SNR   ca lcu latio n   r esu lts   o f   g r ass h o p p er   s o u n d s   r ec o r d ed   f o r   1 0   s ec o n d s   P a r a me t e r   G r a ssh o p p e r   s o u n d   r e c o r d i n g   f o r   1 0   s e c o n d s   d o m i n a n t   f r e q u e n c y   r a n g e   5 9 6 8   H z     8 9 9 4   H z   F i l t e r   o r d e r   4   5   6   7   8   S N R   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   6 , 7 8 7 9     6 , 7 3 8 2   6 , 7 0 7 7   6 , 6 8 7 6   6 , 6 7 3 5   S N R   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 5 7 3 9     5 , 5 4 7 6   5 , 5 3 2 7   5 , 5 2 3 9   5 , 5 1 8 5   S N R   P S D   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 5 0 2     5 , 5 0 2   5 , 5 0 2   5 , 5 0 2   5 , 5 0 2   S N R   P S D   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   2 5 , 0 1 3 7     2 5 , 9 8 5 2   2 6 , 7 5 4 7   2 7 , 3 9 2 5   2 7 , 9 3 6 3       T ab le  2 .   SNR   ca lcu latio n   r esu lts   o f   g r ass h o p p er   s o u n d s   r ec o r d ed   f o r   1 5   s ec o n d s   P a r a me t e r   G r a ssh o p p e r   s o u n d   r e c o r d i n g   f o r   1 5   s e c o n d s   d o m i n a n t   f r e q u e n c y   r a n g e   5 8 4 9   H z   -   8 9 7 7   H z   F i l t e r   o r d e r   4   5   6   7   8   S N R   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   7 , 0 2 3 2   6 , 9 6 2 1   6 , 9 2 3 1   6 , 8 9 6 9   6 , 8 7 8 4   S N R   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 8 9 8   5 , 8 5 9 5   5 , 8 3 4 9   5 , 8 1 8 4   5 , 8 0 6 9   S N R   P S D   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 7 3 4 1   5 , 7 3 4 1   5 , 7 3 4 1   5 , 7 3 4 1   5 , 7 3 4 1   S N R   P S D   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   2 5 , 2 2 2   2 6 , 2 3 4   2 7 , 0 0 9 8   2 7 , 6 3 6   2 8 , 1 6 2 3       T ab le  3 .   SNR   ca lcu latio n   r esu lts   o f   g r ass h o p p er   s o u n d s   r ec o r d ed   f o r   2 0   s ec o n d s   P a r a me t e r   G r a ssh o p p e r   s o u n d   r e c o r d i n g   f o r   2 0   s e c o n d s   d o m i n a n t   f r e q u e n c y   r a n g e   5 8 1 4   H z   -   9 0 1 6   H z   F i l t e r   o r d e r   4   5   6   7   8   S N R   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   6 , 8 5 0 7   6 , 7 5 2 4   6 , 6 9 3 5   6 , 6 5 6 5   6 , 6 3 2 3   S N R   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 6 6 1 6   5 , 5 8 6 5   5 , 5 4 2   5 , 5 1 4 7   5 , 4 9 7 1   S N R   P S D   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 4 2 5   5 , 4 2 5   5 , 4 2 5   5 , 4 2 5   5 , 4 2 5   S N R   P S D   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   2 5 , 1 1 6 1   2 6 , 3 8 6 7   2 7 , 3 1 1 6   2 8 , 0 2 2 7   2 8 , 5 9 8 5       T ab le  4 .   SNR   ca lcu latio n   r esu lts   o f   g r ass h o p p er   s o u n d s   r ec o r d ed   f o r   2 5   s ec o n d s   P a r a me t e r   G r a ssh o p p e r   s o u n d   r e c o r d i n g   f o r   2 5   s e c o n d s   d o m i n a n t   f r e q u e n c y   r a n g e   5 8 3 6   H z   -   9 0 1 6   H z   F i l t e r   o r d e r   4   5   6   7   8   S N R   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   6 , 9 0 7 1   6 , 7 9 8 6   6 , 7 3 4 6   6 , 6 9 5 1   6 , 6 6 9 5   S N R   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 7 1 6 5   5 , 6 3 2 8   5 , 5 8 4 8   5 , 5 5 6 1   5 , 5 3 8 4   S N R   P S D   b e f o r e   f i l t e r i n g   ( d B )   5 , 4 6 9 3   5 , 4 6 9 3   5 , 4 6 9 3   5 , 4 6 9 3   5 , 4 6 9 3   S N R   P S D   a f t e r   f i l t e r i n g   ( d B )   2 4 , 9 6 9 3   2 6 , 2 6 8 1   2 7 , 2 0 2 7   2 7 , 9 1 5 8   2 8 , 4 9 1 6       Fig u r 9   s h o ws  th PS D - b ased   SNR   v alu es  af ter   f ilter i n g   f o r   v ar io u s   r ec o r d in g   d u r atio n s .   co n s is ten im p r o v em e n tr en d   is   o b s er v ed   ac r o s s   all  d u r at io n s ,   in d icatin g   th at  th e   p r o p o s ed   f ilter in g   an d   s p ec tr al  an aly s is   m eth o d   r em ain s   s tab le  an d   r eliab le  ev e n   with   d if f er en s ig n al  len g th s .   Fig u r 1 0   co m p a r es  PSD - b ased   SNR   v alu es  b ef o r an d   af ter   f ilter in g   f o r   2 0 - s ec o n d   r ec o r d in g .   T h s u b s tan tial   in cr ea s in   SNR   af ter   f ilter in g   c o n f ir m s   th ef f ec tiv en ess   o f   th B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter   in   e n h an ci n g   g r ass h o p p er   ac o u s tic   s ig n atu r es a n d   s u p p r ess in g   en v ir o n m e n tal  n o is u n d er   r ea lis tic  ag r icu ltu r al  co n d itio n s .   B ased   o n   th ta b le  an d   g r ap h   ab o v e ,   s ev er al  t h in g s   th at   ca n   b d is cu s s ed   ar as  f o llo ws.  Fig u r es   an d   3   p r o v id a n   in itial  d e p ictio n   o f   th g r ass h o p p e r   ac o u s tic  s ig n al  ch ar ac ter is tics   u n d e r   r ea f ield   co n d itio n s   p r io r   to   f ilter in g .   T h e   p r o n o u n ce d   am p litu d e   f lu ctu atio n s   an d   s tr o n g   n o is c o n tam in ati o n   o b s er v ed   in   th tim e - d o m ain   wav ef o r m s   ar c o n s is ten with   th r elati v ely   l o in itial  SN R   v alu es  r ep o r ted   in   T ab le  1 .   T h ese  r esu lts   in d icate   th at  t h r aw   r e co r d in g s   ar d o m in ate d   b y   e n v ir o n m e n tal  n o is e,   th er eb y   j u s tify in g   t h n ee d   f o r   s u b s eq u en t sig n al  p r e p r o ce s s in g   an d   f ilter in g   s tag es.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Gra s s h o p p er so u n d   a c o u s tic  s ig n a l a n a lysi s   u s in g   fft a n d   B u tter w o r th   filt er  ( K h a ir u n n is a )   715       Fig u r 8 .   SNR   B ef o r an d   Af ter   F ilter in g   ( r ec o r d in g   d u r atio n   f o r   1 0   s ec o n d s )           Fig u r 9 .   SNR   with   PS af ter   f ilter in g   f o r   v ar io u s   r ec o r d in g   d u r atio n       T h f r eq u en cy   s p ec tr u m   an d   s p ec tr o g r am   p r esen ted   in   F ig u r 4   illu s tr ate  th at  s ig n al  en er g y   is   d is tr ib u ted   ac r o s s   wid f r eq u en cy   b a n d   b e f o r f ilter in g .   T h is   o b s er v atio n   is   q u an titativ e ly   s u p p o r ted   b y   th e   FF T   r esu lts   s u m m ar ized   in   T ab le  2 ,   w h ich   id e n tify   d o m in an f r eq u en cy   p ea k s   with in   th r an g e   o f   ap p r o x im ately   5 . 8 9   k Hz.   T h e   ag r ee m en t b etwe en   th s p ec tr al  v is u aliza tio n   an d   th n u m e r ical  FF T   o u tco m es   r ein f o r ce s   th v alid ity   o f   s elec tin g   th is   f r eq u e n cy   b an d   as th e   tar g et  r an g f o r   g r ass h o p p er   a co u s tic  an aly s is .     Fig u r 5   d em o n s tr ates  th ef f ec ts   o f   B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter in g   an d   p a r am eter   s elec ti o n   o n   th g r ass h o p p er   ac o u s tic  s ig n al.   T h v is u al  co m p ar is o n   b et wee n   th p r e - f ilter ed   a n d   p o s t - f ilter ed   s ig n als,  to g eth er   with   th ex tr ac ted   p a r am eter   s ettin g s ,   is   d ir ec tly   r e f lecte d   in   th SNR   v ar iatio n s   r ep o r ted   in   T a b le  3 .   As  s h o wn   in   th e   tab le,   i n cr ea s in g   th f ilter   o r d er   lead s   to   i m p r o v e d   n o is atten u atio n ,   alb eit  at  th e   co s o f   h ig h er   c o m p u tatio n al  co m p lex ity .   T h is   co n s is ten cy   b etwe e n   v is u al  ev id en ce   an d   n u m e r ical  r esu lts   h ig h lig h ts   th s y s tem atic  b eh av io r   o f   th p r o p o s ed   f ilter in g   a p p r o ac h .   Fig u r es  7   a n d   8   em p h asize  th co n tr asti n g   b eh a v io r   o f   tim e - d o m ain   SNR   an d   PS D - b ased   SNR   af ter   f ilter in g .   W h ile  Fig u r e   8   s h o ws  s lig h d ec r ea s in   d ir ec S NR ,   T ab le  4   r e v ea ls   s u b s tan tial  im p r o v em e n in   PSD - b ased   SN R   v alu es.  T h is   d is cr ep an cy   co n f ir m s   th at  ti m e - d o m ain   SNR   alo n is   in s u f f icien to   r ep r esen t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 7 0 8 - 7 2 0   716   s p ec tr al  clar ity ,   wh er ea s   PS D - b ased   m etr ics  m o r ac c u r ately   ca p tu r en e r g y   c o n ce n tr atio n   with in   th b io lo g ically   r ele v an t f r e q u en c y   b an d .   Fig u r es  9   an d   1 0   illu s tr ate  th co n s is ten cy   o f   PS D - b as ed   SNR   im p r o v em en ac r o s s   d if f er en t   r ec o r d in g   d u r atio n s .   T h is   tr e n d   is   co n s is ten with   th q u an t itativ r esu lts   p r esen ted   in   T a b le  4 ,   wh ich   s h o w   o n ly   m in o r   v a r iatio n s   in   PS D - b ased   SN R   f o r   r ec o r d in g   d u r atio n s   r an g i n g   f r o m   1 0   to   2 5   s ec o n d s .   T h ese   f in d in g s   s u g g est  th at  th p r o p o s ed   m eth o d   is   r o b u s to   v a r iatio n s   in   s ig n al  len g th   an d   r em ain s   r eliab le  f o r   r ea l - tim ac o u s tic  m o n ito r in g   ap p licatio n s .           Fig u r 1 0 .   SNR   with   PS co m p ar is o n   b e f o r a n d   af te r   f ilter in g   ( r ec o r d i n g   d u r atio n   f o r   2 0   s ec o n d s )       3 . 1 .     F ilte r   ef f ec t iv eness   T o   ev alu ate   th ef f ec tiv en es s   o f   th f ilter in g   p r o ce s s ,   th SNR   was  an aly ze d   b ef o r e   an d   a f ter   ap p ly in g   th b an d p ass   f ilter .   I n   ad d itio n   to   th co n v en tio n al  tim e - d o m ain   SNR   ca lcu latio n ,   PS D - b ased   SN R   an aly s is   u s in g   th W elch   m et h o d   was  also   p er f o r m ed   to   p r o v id a   m o r e   co m p r eh e n s iv ass es s m en o f   th e   f ilter ' s   p er f o r m a n ce   in   is o latin g   th d o m in an t f r eq u e n cy   c o m p o n en ts   o f   th g r ass h o p p er   s o u n d :     T h SNR   b ef o r th f ilter   is   o n ly   ar o u n d   6 7   d B ,   in d icatin g   th at  th in itial  r ec o r d in g   q u ality   is   s ti ll  lo w   with   lo t o f   en v ir o n m en tal  n o is e.     T h g en e r al  SNR   af ter   th f ilter   is   ac tu ally   s lig h tly   lo wer   ( 5 . 5 5 . 9   d B ) .   T h is   is   b ec au s th e   b an d p ass   f ilter   also   r em o v es so m o f   th o r i g in al  s ig n al  en er g y   o u ts id th t ar g et  r an g e ,   r esu ltin g   in   n o ti ce ab le  d ec r ea s in   th d ir ec t r atio .     Ho wev er ,   th PS D - b ased   SNR   ( u s in g   th W elch   ap p r o x im atio n )   s h o ws d if f er en t r esu lts :     B ef o r th f ilter : a r o u n d   5 . 4 5 . 7   d B .     Af ter   th f ilter : a   d r asti in cr e ase  to   2 5 2 8   d B .     T h is   in cr ea s o f   m o r th an   2 0   d B   in d icate s   th at  th f ilter   i s   v er y   ef f ec tiv at  r ed u ci n g   en er g y   o u ts id th g r ass h o p p e r ' s   d o m in an t f r e q u en cy   b an d   ( ~5 . 8 9   k Hz) .     3 . 2 .     E f f ec t   o f   f ilte o rder   T o   ev alu ate  th ef f ec t   o f   f ilte r   d esig n   o n   n o is r ed u ctio n   p er f o r m a n ce ,   th ef f ec o f   b an d p ass   f ilter   o r d er   o n   th SNR   was  an aly ze d .   Fil ter   o r d er   d eter m in es  t h s h ar p n ess   o f   th e   f r eq u en c y   r esp o n s an d   th e   ab ilit y   to   s u p p r ess   u n wa n ted   f r eq u e n cy   c o m p o n en ts .   T h e   PS D - b ased   SNR   v alu es  o b tain ed   f r o m   d i f f er en f ilter   o r d er s   wer c o m p ar e d   to   ass es s   im p r o v em en ts   in   th q u ality   o f   th r ec o r d ed   g r ass h o p p er   s o u n d .     C o n s is ten t tr en d   ac r o s s   all  r ec o r d in g   d u r ati o n s :   As th f ilter   o r d er   i n cr ea s es ( f r o m   4   t o   8 ) ,   th PS D - b ased   SNR   af ter   f ilter in g   im p r o v es   E x am p le:  2 0 - s ec o n d   d u r atio n :   4 th - o r d e r : 2 5 . 1 1   d B   an d   8 th - o r d er : 2 8 . 5 9   d B   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Gra s s h o p p er so u n d   a c o u s tic  s ig n a l a n a lysi s   u s in g   fft a n d   B u tter w o r th   filt er  ( K h a ir u n n is a )   717     T h SNR - b ased   PS in cr ea s e s   b y   ap p r o x im ately   0 . 7 1   d B   with   ea ch   in cr em en t i n   f ilter   o r d er     I n   o th er   w o r d s ,   h ig h er - o r d er   f i lter s   y ield   s teep er   o u t - of - b an d   atten u atio n ,   r esu ltin g   i n   m o r e   ef f ec tiv n o is s u p p r ess io n     3 . 3 .     E f f ec t   o f   re c o rding   du ra t io n   T o   ass es s   th ef f ec t   o f   r ec o r d in g   d u r atio n   o n   f ilter in g   p er f o r m a n ce ,   th PS D - b ased   SNR   wa s   an aly ze d   u s in g   r ec o r d in g s   o f   d if f er en len g t h s .   L o n g er   r e co r d in g s   g e n er ally   p r o v id m o r s tab le  s p ec tr al   esti m ates,  lead in g   to   m o r r eliab le  SNR   m ea s u r em en ts   an d   f ilter   p er f o r m an ce   ev al u atio n :     T h SNR - b ased   PS D   af ter   f ilt er in g   ten d s   to   in cr ea s s lig h tly   with   lo n g er   r ec o r d in g   d u r ati o n s :   10 - s ec o n d   d u r atio n : ~ 2 7 . 9   d B   ( 8 th   o r d e r )   an d   25 - s ec o n d   d u r atio n : ~ 2 8 . 5   d B   ( 8 th   o r d er )     T h d if f e r en ce   is   r elativ ely   s m all  ( ~0 . 5 0 . 6   d B ) ,   b u c o n s is ten t.     T h is   o cc u r s   b ec au s lo n g er   r e co r d in g s   p r o v i d m o r s tab le  PS esti m ate s   ( m o r ev en   a v e r ag n o is e) .   T h an aly s is   r esu lts   s h o th at  ap p ly in g   B u tter wo r th   b a n d p ass   f ilter   s ig n if ican tly   im p r o v es  th e   q u ality   o f   th e   g r ass h o p p er   ca ll   s ig n al.   T h PS D - b ased   SNR   v alu in c r ea s ed   s h ar p ly   f r o m   ar o u n d   5   d B   i n   th e   o r ig in al  s ig n al   to   2 5 2 8   d B   a f ter   f ilter in g .   T h is   in cr ea s o f   m o r th a n   2 0   d B   in d icate s   th a th f ilter   is   ca p a b le  o f   r ed u cin g   n o is en er g y   o u ts id th d o m in a n f r e q u en c y   b an d   o f   th g r ass h o p p er   ( ± 5 .8 9   k Hz) ,   th u s   clar if y in g   t h ch ar ac te r is tics   o f   th tar g et  s ig n al.   I n   c o n tr ast,  th SNR   ca lcu lated   u s in g   s im p ler   m et h o d   ( d ir ec co m p ar is o n   b etwe en   th o r ig in al  s ig n al  an d   th f ilt er ed   r esu lt)  s h o wed   s lig h d ec r ea s e.   T h is   o cc u r s   b ec au s th f ilter   n o t   o n ly   r e d u ce s   n o is b u also   r em o v es   s o m s ig n al  en er g y   o u ts id t h s p ec if ied   b an d ,   m ak in g   th e   PS m eth o d   m o r r ep r esen tativ way   to   ass ess   f ilter in g   s u cc ess .   Fu r th er m o r e ,   th er is   p o s itiv co r r elatio n   b etwe en   f ilter   o r d er   an d   PS SN R   v alu e.   I n cr ea s in g   th e   o r d er   f r o m   4   to   8   r esu lts   in   an   SNR   im p r o v em en o f   ap p r o x im ately   0 . 7 1   d B   p er   o r d er   s tep .   T h is   in d icate s   th at  h ig h er - o r d er   f ilter s   h av e   s h ar p er   f r eq u e n cy   r esp o n s in   atten u atin g   o u t - of - b a n d   s ig n als,  th u s   m o r ef f ec tiv ely   s u p p r ess in g   n o is e.   Ho wev er ,   s elec tin g   th f ilter   o r d er   r e q u ir es  co n s id er in g   th e   tr ad e - o f f   b etwe en   p er f o r m an ce   an d   co m p lex ity ,   with   an   o r d e r   o f   6 8   co n s id er e d   o p tim al.   R ec o r d in g   d u r atio n   also   af f e cts  th s tab ilit y   o f   th e   an aly s is   r esu lts .   T h SNR   o f   th PS af ter   f ilter in g   ten d s   to   in cr ea s s lig h tly   with   lo n g e r   r ec o r d in g s ,   with   d if f er en ce   o f   ap p r o x im ately   0 . 5 0 . 6   d B   b etwe en   1 0 - s ec o n d   an d   2 5 - s ec o n d   r ec o r d in g s .   T h is   ca n   b e x p lain ed   b y   th e   PS esti m atio n   p r o ce s s   b ec o m in g   m o r s tab le  with   a   lar g er   s am p le  s ize,   r esu ltin g   in   m o r ev e n   n o i s f lu ctu ati o n s .   Ho wev er ,   th is   in cr ea s is   r elativ ely   s m all,   s o   ev en   1 0 - s ec o n d   r ec o r d i n g   is   s u f f icien f o r   an aly s is   p u r p o s es,  wh ile  lo n g er   r ec o r d in g s   ar u s ef u f o r   i n cr e asin g   th r eliab ilit y   o f   th r esu lts .   Ov er all,   th c o m b in ati o n   o f   F FT,   B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter ,   an d   PS an aly s is   p r o v ed   e f f ec tiv in   en h an cin g   th f r eq u e n cy   s ig n atu r o f   g r ass h o p p er   ca lls   wh ile  s u p p r ess in g   en v ir o n m en tal  n o is e.   T h ese  f in d in g s   c o n f ir m   th at  th e   p r o p o s ed   m eth o d   ca n   b e   u s ed   as   f ir s s tep   in   s ig n al  a n aly s is - b ased   p lan p est  ac o u s tic  d etec tio n   s y s tem .   T h d ec r ea s in   d ir ec t   SNR   af ter   f ilter in g   o cc u r s   b ec au s th b an d p ass   f ilter   r em o v es n o t o n ly   n o is co m p o n en ts   b u t a ls o   p o r tio n s   o f   s ig n al  en er g y   o u ts id th d ef i n ed   f r eq u en cy   b a n d .   As  r esu lt,  d ir ec SN R   alo n i s   les s   r ep r esen tativ o f   s p ec tr al  clar ity .   I n   co n tr ast,  PS D - b ased   SNR   m o r ac cu r ately   r ef lects  en er g y   co n ce n tr atio n   with in   th b io lo g ic ally   r elev an f r eq u e n cy   r an g e,   wh ich   ex p lain s   th s ig n if ican t im p r o v em en t o b s er v ed   af ter   f ilter in g .   Hig h er - o r d er   f ilter s   p r o v i d e   s t ee p er   o u t - of - b an d   atten u atio n   b u also   in cr ea s co m p u tatio n al   co m p lex ity   an d   p h ase  d ela y .   Fo r   r ea l - tim em b ed d ed   im p l em en tatio n s ,   f ilter   o r d e r s   b etwe en   6   an d   8   o f f e r   a   p r ac tical  tr ad e - o f f   b etwe en   n o is s u p p r ess io n   p e r f o r m an ce   an d   p r o ce s s in g   ef f icien cy .   Alt h o u g h   t h e   ex p er im en ts   wer co n d u cte d   u n d er   c o n tr o lled   f ield   co n d itio n s ,   th id en tifie d   f r eq u en cy   r an g ( 5 . 8 9   k Hz )   alig n s   with   g r ass h o p p e r   ac o u s tic  ch ar ac ter is tics   r ep o r t ed   in   p r ev io u s   s tu d ies,  s u g g esti n g   r ea s o n a b le  g en er aliza b ilit y   to   s im ilar   ag r i cu ltu r a l e n v ir o n m en ts .   W h ile  th d ataset  s ize  is   lim ited ,   r ep ea ted   m ea s u r em en ts   ac r o s s   m u ltip le  r ec o r d i n g   d u r atio n s   an d   f ilter   o r d e r s   p r o v id in d ir ec t   v alid atio n   o f   th e   p r o p o s ed   m eth o d .   Fu tu r wo r k   will  f o c u s   o n   th u s o f   m u lti - lo ca tio n   a n d   m u lti - s p ec ies  d atasets   to   f u r th er   ass ess   r o b u s tn ess   u n d er   d iv er s e   en v ir o n m en tal  c o n d itio n s .       4.   CO NCLU SI O N     T h is   s tu d y   aim ed   to   in v esti g ate  th ef f ec tiv en ess   o f   class ical  s ig n al  p r o ce s s in g   tech n iq u es  f o r   en h an cin g   g r ass h o p p er   ac o u s tic  s ig n als  u n d e r   n o is y   ag r icu lt u r al  f ield   co n d itio n s .   T h r esu lts   d em o n s tr ate  th at   th is   o b jectiv h as   b ee n   s u cc ess f u lly   ac h iev ed   th r o u g h   th co m b in ed   ap p licatio n   o f   B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter in g ,   FF T ,   an d   PS an aly s is .   T h ap p licatio n   o f   th B u tter wo r th   b an d p ass   f ilter   s ig n if ican t ly   im p r o v e d   s ig n al  q u ality ,   as  in d icate d   b y   an   i n cr ea s in   PS D - b ased   SNR   f r o m   ap p r o x im ately   5   d B   to   2 5 2 8   d B .   Hig h er   f ilter   o r d e r s   r esu lted   in   s tr o n g er   n o is s u p p r ess io n ,   with   f ilt er   o r d er s   b etwe en   6   an d   8   p r o v id in g   an   o p tim al   b alan ce   b etwe en   s p ec tr al  e n h a n ce m en a n d   c o m p u tatio n al   ef f icien cy .   L o n g er   r ec o r d in g   d u r atio n s   y ield e d   m o r s tab le  SNR   esti m ates,  al th o u g h   th eir   o v er all  im p ac r e m ain ed   r elativ ely   lim ited .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.