베이징 기술 연구소(Beijing Institute of Technology)의 연구원들은 기존 마이크처럼 공기 중의 진동을 감지하지 않고 대신 미묘한 표면 움직임에서 반사되는 빛을 포착하는 마이크를 개발했습니다. "시각적 마이크"라고 불리는 새로운 장치는 음파에 대한 표면의 반응에 의존하며 이러한 작은 진동을 사용하여 가청 정보를 재구성합니다.
이러한 발전으로 유리창을 통해 통신하거나, 소리를 직접 전송하지 않고 격리된 공간에서 소리를 모니터링하는 등 기존 마이크로 달성하기 어려운 환경에서 청취할 수 있는 가능성이 열렸습니다.
이 프로젝트의 수석 연구원인 Yao Xuri는 "우리의 방법은 빛을 사용하여 소리를 포착하는 과정을 단순화하고 비용을 절감하며 유리창을 통해 말하는 것과 같이 기존 마이크가 작동할 수 없는 시나리오에도 적용될 수 있습니다"라고 설명했습니다. "빛이 통과할 수 있는 한 소리 전달은 필요하지 않습니다."
소리를 포착하기 위해 빛을 사용하려는 이전의 시도는 레이저나 고속 카메라와 같은 복잡하고 값비싼 장비에 의존해 왔습니다. 팀은 다른 접근 방식을 취했습니다. 이 시스템은 단일 픽셀 이미징이라는 기술을 사용하므로 수백만 픽셀의 카메라 센서가 필요하지 않습니다. 대신, 단일 광 검출기와 공간 광 변조기에 의해 투사된 구조화된 광 패턴을 활용합니다.
기본적으로 이 기술은 조작된 빛을 대상에 투사하고 근처의 소리에 반응하여 대상이 진동할 때 반사된 밝기의 작은 변화를 포착하는 방식으로 작동합니다. 이러한 작은 강도 변화는 감지되어 계산 알고리즘을 통해 다시 소리 신호로 변환됩니다. 이 접근 방식은 비용과 복잡성을 줄일 뿐만 아니라 기술을 보다 쉽게 사용할 수 있게 해줍니다.
Yao 교수는 "단일 픽셀 이미징과 푸리에 변환 기반 위치 지정 방법을 결합함으로써 더 간단한 장비를 사용하여 저렴한 비용으로 고품질 사운드 감지를 달성할 수 있습니다. 우리 시스템은 자연광 조건에서 종이 카드 및 나뭇잎과 같은 일상적인 물체를 사용하여 사운드 감지를 수행할 수 있으며 특정 방식으로 빛을 반사하기 위해 진동 표면이 필요하지 않습니다."라고 말했습니다.
연구진은 종이 카드(ac)의 진동을 이미징하여 오디오 신호를 재구성했습니다. 그들은 신호의 고주파수 성분(df)을 향상시키기 위해 신호 처리 필터를 적용했습니다.
시스템의 기능을 입증하기 위해 연구원들은 종이 카드 및 나뭇잎과 같은 일반적인 재료를 테스트하고 음성 숫자 및 음악 클립을 재생하는 스피커와 같은 오디오 소스에서 약 0.5m 떨어진 곳에 배치했습니다. 시각적 마이크는 특히 종이 카드를 사용할 때 명확하고 이해하기 쉬운 오디오를 성공적으로 재현했습니다. 저주파 사운드는 매우 정확하게 캡처된 반면, 고주파 사운드는 약간의 왜곡이 발생했습니다. 팀에서는 신호 처리 기술을 사용하여 이러한 한계를 부분적으로 완화했습니다.
또한 설정은 데이터 효율적이어서 초당 약 4MB의 적당한 데이터 스트림을 생성하므로 장기 또는 연속 녹음에 적합하고 저장 또는 인터넷 전송에 적합합니다.
연구원들은 견고한 장벽을 통한 통신, 원격 환경 모니터링, 비침습적 의료 관찰, 첨단 산업 진단 등 다양한 산업 분야에서 이 기술을 적용할 계획을 갖고 있습니다.
Yao 교수는 "현재 이 기술은 아직 실험실 단계에 있으며 기존 마이크가 작동하지 않는 특수한 시나리오에서 사용될 수 있습니다."라고 지적했습니다. 팀은 현재 감도와 정확도를 향상시키고, 보다 휴대성이 뛰어난 시스템 버전을 개발하고 감지 범위를 확장하여 장거리 소리 감지를 달성하기 위해 노력하고 있습니다.
미래를 내다보며 연구원들은 멀리서 심장 박동과 맥박을 감지하는 것부터 마이크를 직접 배치할 수 없는 수색 및 구조 작업을 지원하는 것까지 실험실 너머의 잠재력을 봅니다. 현재 이 시스템은 빛으로 "듣는" 새로운 방식을 제시하며 기존 마이크의 도달 범위를 넘어서는 환경에서 통신하고 모니터링할 수 있는 가능성을 열어줍니다.