Microfone visual escuta usando luz em vez de som

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/08/2025

Esquema do sistema de detecção de som usando um microfone visual de baixo custo. PDA é o sensor de píxel único, um fotodiodo. DMD é um microespelho digital, um componente comercial.
[Imagem: Xu-Ri Yao/Beijing Institute of Technology]

Microfone visual

Pesquisadores criaram um microfone que escuta usando a luz, em vez de detectar diretamente o som.

Ao contrário dos microfones normais, este microfone visual capta pequenas vibrações na superfície dos objetos causadas pelas ondas sonoras, e então as transforma em sinais audíveis.

"Nosso método simplifica e reduz o custo do uso da luz para capturar som, ao mesmo tempo em que possibilita aplicações em cenários onde os microfones tradicionais são ineficazes, como conversas através de uma janela de vidro," disse o professor Xu-Ri Yao, do Instituto de Tecnologia de Pequim, na China. "Desde que haja uma passagem para a luz, a transmissão do som não é necessária."

É uma autêntica maravilha tecnológica, mas também é uma daquelas que nos lembram que a privacidade é uma questão cada vez menos garantida. Mas a equipe garante que o microfone fotônico também pode ser usado para o bem.

"A nova tecnologia pode mudar a maneira como gravamos e monitoramos o som, trazendo novas oportunidades para muitas áreas, como monitoramento ambiental, segurança e diagnóstico industrial," disse Yao. "Por exemplo, pode ser possível falar com alguém preso em um espaço fechado, como uma sala ou um veículo."

Os pesquisadores reconstruíram sinais de áudio por meio da geração de imagens de vibração de um cartão de papel (a-c). Os resultados melhoraram com um filtro de processamento de sinais para aprimorar o componente de alta frequência (d-f).
[Imagem: Xu-Ri Yao/Beijing Institute of Technology]

Ouvindo som com luz

Embora já tenham sido desenvolvidos diversos métodos para detectar som com luz, aquelas soluções exigem equipamentos ópticos sofisticados, como lasers ou câmeras de alta velocidade. A ideia aqui foi utilizar uma abordagem de imagem computacional conhecida como imagem de píxel único para desenvolver uma abordagem mais simples e econômica, que torna a tecnologia de detecção óptica de som mais acessível.

Em vez dos milhões de píxeis das câmeras tradicionais, a técnica de geração de imagens de píxel único captura imagens usando apenas um detector de luz, ou seja, um único píxel. Isso impossibilita registrar uma inteira imagem de uma só vez, mas o aparato é menor, mais simples e com potencial de uma sensibilidade muito maior.

Para isso, a luz da cena é modulada usando padrões estruturados variáveis no tempo, o que é feito por um dispositivo chamado modulador espacial de luz. O sensor - o píxel único - mede a quantidade de luz modulada para cada padrão. Um computador então usa essas medições para reconstruir informações sobre o objeto a ser fotografado.

Para aplicar essa técnica de imageamento de píxel único à detecção de som, a equipe utilizou um modulador espacial de luz de alta velocidade, capaz de codificar a luz refletida por uma superfície sobre a qual incide um som. O movimento vibratório induzido pelo som sobre a superfície causa mudanças sutis na intensidade da luz refletida, e essas mudanças são capturadas pelo detector de píxel único.

Mas, como o objetivo não é fotografar o objeto, as variações detectadas na luz são decodificadas em som audível.

"A combinação de imagens de píxel único com métodos de localização baseados em Fourier nos permitiu obter detecção sonora de alta qualidade usando equipamentos mais simples e a um custo menor," disse Yao. "Nosso sistema permite a detecção sonora usando itens do dia a dia, como cartões de papel e folhas, sob condições de iluminação natural, e não exige que a superfície vibratória reflita a luz de uma determinada maneira."

Uma folha também funciona, mas com resultados um pouco piores do que o papel.
[Imagem: Wei Zhang et al. - 10.1364/OE.565525]

Testes e poucos dados

Para demonstrar o novo microfone visual, os pesquisadores testaram sua capacidade de reconstruir as pronúncias de números em chinês e inglês, bem como um trecho de Para Elise, de Beethoven.

Como alvos de vibração foram usados um cartão de papel e uma folha de planta, posicionados a 0,5 metro de distância, enquanto um alto-falante próximo reproduzia o áudio.

O sistema reconstruiu um áudio claro e inteligível, com o cartão de papel produzindo resultados melhores do que a folha. Sons de baixa frequência, abaixo de 1 kHz, foram recuperados com precisão, enquanto sons de alta frequência, maiores do que 1 kHz, apresentaram uma leve distorção, embora um filtro de processamento de sinais tenha melhorado os resultados.

Outra vantagem de usar um detector de píxel único para registrar informações de intensidade luminosa é que ele gera um volume relativamente pequeno de dados. Isso significa que os dados podem ser facilmente baixados para dispositivos de armazenamento ou carregados na internet em tempo real, permitindo gravações sonoras de longa duração ou até mesmo contínuas - nos testes, a taxa de dados foi de 4 MB/s.

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