Microfonul optic recuperează sunetul prin detectarea vibrațiilor de pe suprafețele de zi cu zi
Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Beijing au dezvoltat un microfon care nu detectează vibrațiile aerului, precum modelele tradiționale. În schimb, acesta captează lumina reflectată de mișcările subtile ale suprafețelor. Acest nou dispozitiv – un așa-numit „microfon vizual” – se bazează pe modul în care suprafețele răspund la undele sonore, folosind acele mici vibrații pentru a reconstrui informații audibile.
Progresul deschide posibilități pentru ascultarea în medii în care microfoanele convenționale întâmpină dificultăți – cum ar fi comunicarea printr-o fereastră de sticlă sau monitorizarea sunetului în spații izolate – fără a fi necesară transmiterea directă a sunetului.
„Metoda noastră simplifică și reduce costul utilizării luminii pentru a capta sunetul, permițând în același timp aplicații în scenarii în care microfoanele tradiționale sunt ineficiente, cum ar fi conversarea printr-o fereastră de sticlă,” a explicat Xu-Ri Yao, cercetătorul principal al proiectului. „Atâta timp cât există o cale prin care lumina să treacă, transmiterea sunetului nu este necesară.”
Încercările anterioare de a capta sunetul folosind lumina s-au bazat pe echipamente complicate și costisitoare, cum ar fi laserele sau camerele de mare viteză. Echipa din Beijing a adoptat o abordare diferită. Sistemul lor folosește o tehnică numită imagistică cu un singur pixel, care elimină necesitatea unui senzor de cameră cu milioane de pixeli. În schimb, utilizează un singur detector de lumină și modele de lumină structurată proiectate de un modulator spațial de lumină.
În esență, tehnica funcționează prin proiectarea unei lumini manipulate pe o țintă și captarea unor schimbări minuscule în luminozitatea reflectată, pe măsură ce obiectul vibrează ca răspuns la sunetele din apropiere. Aceste mici modificări de intensitate sunt detectate și, prin algoritmi computaționali, convertite înapoi într-un semnal sonor. Această abordare nu numai că reduce costurile și complexitatea, dar face și tehnologia mai accesibilă.
„Combinarea imagisticii cu un singur pixel cu metodele de localizare bazate pe Fourier ne-a permis să obținem o detecție a sunetului de înaltă calitate, folosind echipamente mai simple și la un cost mai mic,” a spus Yao. „Sistemul nostru permite detectarea sunetului folosind obiecte de zi cu zi, cum ar fi cartonașe de hârtie și frunze, în condiții de iluminare naturală, și nu necesită ca suprafața vibrantă să reflecte lumina într-un anumit mod.”
Pentru a demonstra capacitățile sistemului, cercetătorii au testat materiale comune, cum ar fi un cartonaș de hârtie și o frunză, poziționându-le la aproximativ jumătate de metru de surse audio, precum difuzoare care redau numere rostite și fragmente muzicale. Microfonul vizual a reușit să reconstruiască un sunet clar și inteligibil, în special atunci când a folosit cartonașul de hârtie. Sunetele de frecvență joasă au fost captate cu o acuratețe notabilă, în timp ce tonurile mai înalte au prezentat o oarecare distorsiune – o limitare pe care echipa a atenuat-o parțial folosind tehnici de procesare a semnalului.
Configurația este, de asemenea, eficientă din punct de vedere al datelor, producând un flux modest de aproximativ 4 MB pe secundă, ceea ce o face potrivită pentru înregistrarea pe termen lung sau continuă și practică pentru stocare sau transfer pe internet.
Cercetătorii își imaginează aplicații într-o gamă largă de industrii. Cazurile de utilizare potențiale includ comunicarea prin bariere solide, monitorizarea de la distanță a mediului, observarea medicală non-intruzivă și diagnostice industriale avansate.
„În prezent, această tehnologie încă există doar în laborator și poate fi utilizată în scenarii speciale în care microfoanele tradiționale nu reușesc să funcționeze,” a remarcat Yao. Echipa lucrează acum la îmbunătățirea sensibilității și acurateței, precum și la dezvoltarea unei versiuni mai portabile a sistemului și la extinderea razei sale de acțiune pentru detectarea sunetului la distanțe mai mari.
Privind spre viitor, cercetătorii văd un potențial mult dincolo de laborator – de la detectarea bătăilor inimii și a pulsului la distanță, la sprijinirea operațiunilor de căutare și salvare unde microfoanele nu pot fi amplasate direct. Deocamdată, sistemul reprezintă o nouă modalitate de a „asculta” folosind lumina, deschizând posibilități pentru comunicare și monitorizare în medii anterior inaccesibile microfoanelor convenționale.
