Автор: Xu-Ri Yao, Beijing Institute of Technology
Физики разработали дешёвое и простое устройство, которое может превратить обычные предметы в микрофоны. Технология использует свет для обнаружения минимальных вибраций, вызванных звуковыми волнами на поверхностях объектов, и декодирует эту визуальную информацию в звуковые сигналы.
Раньше для работы «визуальных микрофонов» требовались дорогие лазеры или высокоскоростные камеры. Вибрирующая поверхность также должна была быть изготовлена из зеркал и материалов, называемых «ретрорефлекторами», которые отражают свет обратно с минимальным рассеиванием. Такие материалы часто используются на одежде со световозвращающими элементами, дорожных знаках и велосипедах.
Новый, более простой и менее дорогой подход позволяет улавливать и декодировать звук с поверхностей листьев и листов бумаги.
«Наш метод упрощает и удешевляет использование света для захвата звука, а также открывает новые возможности в ситуациях, где традиционные микрофоны неэффективны, например, при общении через стеклянное окно», — говорит ведущий исследователь Сюй-Ри Яо из Пекинского технологического института в Китае. «Пока есть возможность для прохождения света, передача звука не требуется».
Хотя технология пока существует только в лаборатории, Яо говорит, что её можно использовать в особых ситуациях, когда традиционные микрофоны не работают.
«Новая технология потенциально может изменить способы записи и мониторинга звука, открывая новые возможности во многих областях, таких как мониторинг окружающей среды, безопасность и промышленная диагностика», — говорит Яо. «Например, это может позволить разговаривать с человеком, застрявшим в замкнутом пространстве, таком как комната или транспортное средство».
Лабораторные испытания показали, что визуальный микрофон может воспроизводить чёткое и разборчивое аудио, включая китайское и английское произношение чисел «1, 2, 3, 4» и отрывок из «Für Elise» Людвига ван Бетховена.
Технология основана на вычислительном подходе к визуализации, известном как «однопиксельная визуализация». Она фиксирует изображения с помощью одного светочувствительного элемента, или пикселя, а не миллионов, используемых в традиционных сенсорах камер.
Звуковые волны вызывают крошечные вибрации на поверхности объекта, что, в свою очередь, вызывает незначительные изменения интенсивности света, улавливаемой однопиксельным детектором.
Затем алгоритмы используют эти измерения оптической интенсивности для восстановления движения объекта и декодируют эту информацию в слышимый звук.
«Наша система позволяет обнаруживать звук с помощью повседневных предметов, таких как бумажные карточки и листья, в условиях естественного освещения и не требует, чтобы вибрирующая поверхность отражала свет определённым образом», — говорит Яо.
Удобно, что она также генерирует объём данных, достаточно малый для лёгкой загрузки на устройства хранения или загрузки в интернет.
«Мы стремимся расширить систему для других приложений измерения вибраций, включая определение пульса и частоты сердечных сокращений человека, используя её многофункциональные возможности сенсорного восприятия», — говорит Яо.
Технология представлена в исследовании, опубликованном в журнале Optics Express.