میکروفن جدیدی که صدای سازهای مختلف را جدا می‌کند

یک میکروفن نوری شگفت‌انگیز می‌تواند صدای چندین ساز را از دور متمایز کند و قادر به ساخت سیگنال‌های صوتی با کیفیت از سازها به صورت تکی است که به صورت گروهی در حال نواخته شدن هستند.

کد خبر: ۴۵۹۹۳۷

تاریخ: ۰۱ تير ۱۴۰۱ - ۱۶:۱۱

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از نیو اطلس، محققان دانشگاه "کارنگی ملون" یک میکروفن نوری جدید ابداع کرده‌اند که از دوربین‌ها برای دیدن و بازسازی ارتعاشات صوتی استفاده می‌کند و قابل توجه است که می‌تواند به طور دقیق، صدای یک ساز را که در یک گروه موسیقی در حال نواخته شدن است، متمایز کند.

این نوع جداسازی صوتی حتی برای میکروفن‌های صوتی رده بالا نیز بسیار دشوار است، بنابراین با استفاده از چیزی جز دو دوربین و لیزر قادر به دستیابی به آن نخواهید بود. نتایجی که این میکروفن نوری جدید ارائه می‌دهد، خیره کننده است.

صوت چیزی نیست جز مجموعه‌ای از امواج فشاری که در هوا حرکت می‌کنند. هر چیزی که صدا تولید کند ارتعاش دارد تا آن امواج فشار را ایجاد کند. یک میکروفن نوری اساساً یک سیستم دوربین است که برای نظارت و تفسیر ارتعاشات روی سطح منبع صوتی یا حتی اشیایی که در نزدیکی منبع صوتی قرار گرفته‌اند و با امواج صوتی موجود در هوای اطراف خود می‌لرزند، طراحی شده‌اند.

این سیستم جدید تیم دانشگاه "کارنگی ملون" یک لیزر را روی سطح ارتعاشی می‌تاباند و یک الگوی دقیق ایجاد می‌کند که با ارتعاش منبع صدا، تغییر شکل می‌دهد. همراه با آن یک جفت دوربین، تغییرات این الگو را با سرعت ۶۳ فریم در ثانیه ضبط می‌کنند و یک الگوریتم نرم‌افزاری برای تجزیه و تحلیل تغییرات آن الگو و بازسازی سیگنال صوتی ایجاد می‌کنند.

این میکروفن نوری به لطف استفاده بسیار هوشمندانه از دوربین‌های خود می‌تواند صدا را تا فرکانس قابل توجه ۶۳ هزار هرتز بخواند. یک دوربین از شاتر سراسری استفاده می‌کند، به این معنی که کل حسگر تصویر خود را به طور همزمان برای هر فریم می‌خواند. دوربین دیگر از شاتر چرخشی یا غلتکی استفاده می‌کند، بنابراین حسگر خود را به صورت مجموعه‌ای از هزاران خط افقی متوالی در هر فریم می‌خواند. بنابراین، تصویر شاتر غلتکی حاوی اطلاعات با فرکانس بالا است که می‌توان آن را با تصویر شاتر سراسری مقایسه کرد تا مواردی مانند حرکت و شیب گیتار در حین نواختن یک نوازنده را در نظر بگیرد و الگوریتم نرم‌افزار به اندازه کافی هوشمندانه است که صدا را از این اطلاعات جمع‌آوری کند.

"مارک شینین" نویسنده اصلی این مقاله تحقیقاتی و در آزمایشگاه روشنایی و تصویربرداری در مؤسسه رباتیک دانشگاه "کارنگی ملون" می‌گوید: ما راه جدیدی برای "دیدن" صدا اختراع کرده‌ایم. این نوع جدیدی از سیستم دوربین است، یک دستگاه تصویربرداری جدید که قادر است چیزی را که با چشم غیرمسلح نامرئی است، ببیند.

این تیم این میکروفن نوری را روی گیتار و ویولن، روی بلندگوی مخروطی، روی دیاپازون و حتی روی یک بسته چیپس که در جلوی بلندگو قرار داده شده بود و با صدای محیط می‌لرزید، آزمایش کرده‌اند. آنها همچنین از آن برای جدا کردن صدا از دو گیتار که همزمان در حال نواختن بودند و از دو بلندگو که هر کدام یک آهنگ متفاوت را در کنار یکدیگر می‌نواختند، استفاده کردند.

"متیو اوتول" استادیار مؤسسه رباتیک دانشگاه "کارنگی ملون" می‌گوید: این سیستم، مرز کاری را که می‌توان با بینایی کامپیوتری انجام داد جابجا می‌کند. این یک مکانیسم جدید برای ثبت سرعت بالا و ارتعاشات کوچک است و حوزه جدیدی از تحقیقات را ارائه می‌دهد.

این تیم بر این باور است که این فناوری می‌تواند برای کاربردهای خیلی بیشتری از رمزگشایی سیگنال‌های صوتی استفاده شود. به عنوان مثال، ارتعاش می‌تواند یک شاخص کلیدی برای سایش مکانیکی باشد که نقص‌هایی را در ماشین آلات ایجاد می‌کند.

"شینین" افزود: اگر ماشین شما شروع به تولید صدای عجیب کرد، می‌دانید که زمان آن فرا رسیده است که به آن نگاهی بیاندازید. حالا یک طبقه در یک کارخانه که پر از ماشین آلات مختلف است را تصور کنید. سیستم ما به شما این امکان را می‌دهد که سلامت هر یک از آنها را با بررسی ارتعاشات آنها و تنها با یک دوربین ثابت کنترل کنید.