В Китае создали микрофон для записи звука с помощью света — даже через стекло и звукоизоляцию
Дистанционная запись звука с помощью лазерного луча, направленного на вибрирующую поверхность, — давно известный шпионский приём. В Китае учёные разработали более простую систему записи звука в условиях звукоизоляции. Она дешевле и проще в реализации, поэтому подходит для гражданского применения — например, для наблюдения за пациентами или спасения людей из-под завалов.
«Визуальный микрофон», как назвали разработку исследователи из Пекинского технологического института (Beijing Institute of Technology), улавливает световые сигналы и не нуждается в приёме звуковых волн — он извлекает звук из вибрирующих поверхностей, отражающих свет. В лабораторных условиях учёные восстановили звук по колебаниям бумажной открытки и листьев комнатного растения. В обоих случаях машинная обработка сигнала позволила получить чистый звук, сопоставимый с записью на обычный микрофон.
«Наш метод упрощает и удешевляет использование света для записи звука, а также позволяет применять его в ситуациях, где традиционные микрофоны неэффективны – например, при разговоре через стеклянное окно, — поясняют исследователи. — Пока есть возможность пропускать свет, передача звука не требуется».
Ранее попытки записывать звук с помощью света основывались на применении сложного и дорогостоящего оборудования — лазеров или высокоскоростных камер. Команда из Китая выбрала другой подход: в их системе используется технология однопиксельной съёмки, устраняющая необходимость в датчике изображения с миллионами пикселей. Вместо этого применяется один световой детектор и структурированные световые паттерны, проецируемые пространственным световым модулятором.
«Сочетание однопиксельной визуализации с методами локализации на основе преобразования Фурье позволило нам добиться высокоэффективного обнаружения звука с использованием более простого и дешёвого оборудования, — отмечают учёные. — Наша система позволяет улавливать звуки с помощью повседневных объектов — таких как бумажные открытки и листья комнатных растений – при естественном освещении и без необходимости в специфическом отражающем покрытии поверхности».
По сути, метод заключается в проецировании контролируемого света на объект и улавливании малейших изменений яркости отражённого света, возникающих при вибрации объекта под воздействием звуковых волн. Эти колебания фиксируются и с помощью вычислительных алгоритмов преобразуются в звуковой сигнал. Такой подход не только снижает стоимость и техническую сложность, но и делает технологию более доступной.
Система также создаёт относительно небольшой поток данных — около 4 Мбайт в секунду, что делает её подходящей для долговременной или непрерывной записи, а также практичной для хранения или передачи по интернету. Высокие частоты распознаются с меньшей точностью, чем низкие, но полностью восстанавливаются алгоритмами.
Предложенный метод открывает новые возможности прослушивания в условиях, с которыми обычные микрофоны не справляются — например, при общении через стекло или мониторинге в звукоизолированных помещениях. Кроме того, система может помочь в поиске людей под завалами, когда звуковые волны блокируются.