Hifisták álma a tökéletes hangfelvétel, amin kizárólag csak a kristálytiszta zene szólal meg. Most a Carnegie Mellon Egyetem kutatói megvalósították ezt az álmot, ha csak egyelőre laborkörülmények között is. Kifejlesztettek egy kamerarendszert, amely olyan jól látja a hangrezgéseket, hogy a videofelvételből rekonstruálható egy zenekar vagy egy hangszer hangja.

Mérnökök hada dolgozik sok-sok évtizede a mikrofonok tökéletesítésén. A hangmérnökök vágya egy olyan mikrofonrendszer, amely csak azt rögzíti, amit szeretnének, és kizár minden zavaró akusztikus eleme. De még még a legnagyobb teljesítményű és irányított mikrofonok sem tudják kiküszöbölni a környezeti zajokat vagy a teremakusztika hatását (pl. a visszhangokat). A  Carnegie Mellon informatikai karán működő robotikai intézetben azonban találtak egy jó megoldást: nem a hangszerek hangját rögzítik, hanem a rezgés képét. (Mint az egyetem weboldalán olvasható beszámolóból kiderül, a kutatók kísérletének volt előzménye, a MIT-en 2014-ben fejlesztették ki az egyik első optikai mikrofont.)

Kamera, lézer, szoftver

A csapat két saját fejlesztésű speciális kamerát és lézert használt, amelyekkel rögzíthetők a nagyfrekvenciás, kis amplitúdójú felületi rezgéseket. A felvételből egy algoritmus rekonstruálja a hangszer hangképét. A módszer akkor is működik, ha nincs a hanghoz közvetítő közeg.

A csapat több sikeres bemutatón is túl van, melyeken bizonyíthatták rendszerük hatékonyságát. Sikerrel rögzítettek például még olyan zenét is, amikor két gitáron más-más zenét játszottak egymás mellett. (A rövid beszámoló arra nem tér ki, hogy mennyiben számoltak azzal, hogy a gitárok is hatnak egymásra). De még olyan kísérletet is csináltak, hogy egy hangszóró elé helyezett csipszes zacskó rezgésével rögzítették azt, ami a hangszóróból szólt (a kísérletek jó összefoglalását adja a mellékelt videó).

A fejlesztés nagy előrelépés a gépi látásban, amelyet így szélesebb körben is lehet alkalmazni. Ráadásul a rendszer sokkal olcsóbb, mint amikkel eddig kísérleteztek. A  kutatók ugyanis olyan közönséges kamerákat tudtak átalakítani a kísérleteikhez, amiknek az ára töredéke a hasonló kísérletekben alkalmazott nagysebességű változatokénak, miközben azoknál jobb minőségű felvételt készít.
 

A módszer nem új: többek között az orvosi képalkotásban és az űrkutatásban is alkalmazzák egy ideje az ún. speckle-mintázatot. Azt rögzítik, hogy a koherens fény (jelen esetben a lézer) hogyan viselkedik, amikor visszaverődik egy érdes felületről. A lézert a rezgő felületetre (pl. a gitártest) irányítják, így rögzítehetik, hogy a létrejövő speckle-mintázat hogyan változik a rezgéssel. A felvétel elkészítése után a többi már az algoritmus dolga, a felvételek elemzésével rekonstruálja a hangot.

Távolabbra vezet, mint a hangrögzítés

Az egyetemi beszámoló szerint a kutatás nem csak a hangfelvételi módszereket forradalmasíthatja. Nagyot dobhat az autonóm járművek fejlesztésén is, mivel a nagyfrekvenciás rezgések észlelésének képességével pontosabban leképezhető a környezet. De akár a gyártásban is alkalmazható, például a gyártósor gépeinek rezgéseit rögzítve a korábbi módszereknél olcsóbban és hatékonyabban azonosíthatók az esetleges működési anomáliák.

És persze a hallgatózók is új fegyverrel bővíthetik az eszköztárukat...