Des chercheurs ont mis au point un microphone optique qui utilise des caméras pour enregistrer les vibrations des objets. Ce système permet d’isoler le son d’un seul instrument dans un orchestre, et élimine tout effet de l’acoustique du lieu.
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Isoler le son d'un seul instrument dans un orchestre, ou enregistrer la musique jouée sans le bruit ambiant, est une tâche extrêmement compliquée, même avec le meilleur des microphones. Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l'université Carnegie-Mellon aux États-Unis ont créé un microphone optique capable de voir les vibrationsvibrations d'un objet et ainsi de ne capter que le son uniquement produit par un seul instrument.
Un tel système utilisant uniquement une caméra aurait besoin de zoomer sur un objet pour pouvoir capter les minuscules vibrations causées par le son, et devrait être à très haute vitessevitesse pour détecter la fréquence de ces mouvementsmouvements. Ce type d'appareil serait extrêmement onéreux et compliqué à mettre en place.
Un laser et deux caméras grand public
À la place, les chercheurs ont trouvé une solution en utilisant un matériel beaucoup moins cher et plus facilement accessible. Le microphone optique s'appuie sur un laserlaser qui est pointé sur une surface, par exemple un instrument. Lorsque le laser est réfléchi, les vibrations de l’objet créent des tavelurestavelures, ou un chatoiement, autrement dit un motif qui peut être enregistré avec des caméras.
Leur système utilise ensuite deux caméras qui enregistrent à seulement 60 images par seconde. Ceci peut sembler insuffisant pour des sons avec une fréquence pouvant atteindre 20.000 hertz. L'astuce est de combiner les images de deux sources différentes.
Explication et démonstration du microphone optique. Uniquement en anglais, activez la traduction automatique des sous-titres. © Mark Sheinin
Deux caméras pour enregistrer à 63 kHz
La première caméra est dotée d'un obturateurobturateur global (ou global shutter) qui enregistre la scène en une seule prise. La seconde utilise un obturateur déroulant (ou rolling shutter) qui enregistre l'image ligne par ligne sur le capteurcapteur avec donc un très léger délai. Ce délai, qui peut créer des distorsions dans la photo d'un objet en mouvement, est utilisé ici pour obtenir des informations sur les vibrations à haute fréquence. Les lignes sont ainsi enregistrées avec une fréquence de 63.000 hertzhertz.
Les chercheurs utilisent ensuite un algorithme pour rassembler les deux images et recréer le son. Leur système fonctionne directement sur l'instrument, comme une guitare ou un violon, et même sur d'autres objets qui vibrent par résonancerésonance, comme un paquet de chips placé devant un haut-parleur. Il est même capable de compenser les mouvements du musicien.
Avec ce système, les ingénieurs du soningénieurs du son pourraient suivre chaque instrument individuellement dans un groupe ou un orchestre, sans l'interférenceinterférence des autres. Il supprime entièrement l'effet de l'acoustique de la pièce d'enregistrement en éliminant de fait tout écho. Le système pourrait même être utilisé pour surveiller chaque machine dans une usine bruyante afin de repérer quand l'une d'entre elles a besoin de maintenance.
