Hay muchas formas de escuchar sonidos sin acercarse a la fuente. Si quieres escuchar un pájaro a lo lejos puedes intentar un micrófono shotgun o un micrófono parabólico. Pero si quieres escuchar una conversación secreta como todo un espía de la CIA, puedes intentar disparar un láser a la ventana del objetivo, y dejar que la vibración module la luz. Mientras unos métodos son mas exóticos que otros la microfonía a distancia es un conjunto de técnicas bastante accesibles para hacerse en casa. En este articulo vamos hablar de como funcionan estas técnicas y al final compartiremos algunos recursos que muestran como construir estos micrófonos.

El mayor problema para escuchar un sonido lejano no es la sensibilidad del micrófono, sino la contaminación sonora del ambiente. Para poder escuchar a lo lejos debemos filtrar todos los demás sonidos que vienen de otras direcciones. Por eso cuando se trata de escuchar un sonido a lo lejos buscamos captar solamente la ondas que fueron generadas en una dirección especifica. Las ondas generadas por un mismo emisor tienen la misma fase. Los primeros dos métodos que vamos a discutir se tratan de filtrar todos los sonidos que no tengan la misma fase que los sonidos de la dirección que queremos.

Métodos Acústicos

Los métodos acústicos hacen uso de la propiedad de ciertas formas geométricas para sumar las ondas sonoras con la misma fase y crear interferencia destructiva en sonidos con otras fases. Si todo este hablar de fases se esta volviendo confuso no se preocupe. Estamos a punto de explicar gráficamente como esto funciona. Veamos como funciona el micrófono de tubos:  

Micrófono de Tubos:

El micrófono de interferencia por tubos también es conocido como shotgun o de boom. Esta forma geométrica usa tubos de varias longitudes para cambiar la distancia que tienen que viajar los sonidos para llegar al micrófono.

En el siguiente diagrama podemos ver dos tubos de diferente largo. Cuando el sonido viene de donde apunta los tubos, las ondas sonoras viajan la misma distancia y al llegar al final del tubo se suman.

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Sin embargo cuando el sonido viene de otra dirección tiene que viajar una longitud diferente. Esto hace que se desfasen. Si el desfase llega a ser completo (de 180 grados) las ondas se restan completamente como en el siguiente diagrama. En la realidad el desfase no siempre es ideal y la interferencia transforma las ondas de otras direcciones en un ligero ruido de fondo.

intereference mic (subtraction).jpg

La limitación de esta técnica es que para poder filtrar frecuencias graves se necesitan tubos muy largos (mayores a 1m). Debido a que esto no es práctico se usan tubos más cortos los cuales no son capaces de interferir a las frecuencias graves. Por esto la mayoría de los micrófonos de boom no filtran bien las frecuencias graves. Por esto vas a odiar cuando estés grabando y alguien pase con una moto a tu lado 😉 Ese sonido se va a meter en tu grabación. 

La versión compacta de este micrófono es el boom mic. Este es el micrófono largo y que a veces tiene un capa peluda que se usa en grabaciones de vídeo en exteriores. Este micrófono usa un solo tubo con varias ranuras. Esto hace que un solo tubo sirva como varios tubos de diferentes longitudes.

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Ahora veamos como funciona el micrófono parabólico, el principio es muy similar pero se ve muy diferente:

Micrófono Parabólico 

Técnicamente un micrófono parabólico no existe. Lo que este término se refiere es a un micrófono normal que tiene un reflector acústico en forma de parábola. La parábola refleja las ondas sonoras al micrófono. Si eres fan del football americano es posible que hayas visto/oído uno de estos acción.

La forma parabólica concentra la ondas sonoras al micrófono, pero solo las ondas con la misma fase se logran sumar entre sí, esto hace que solo los sonidos provenientes de un cierto ángulo sean amplificados. En el siguiente diagrama podemos ver una representación de como esta forma filtra las diferentes fases.

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 Otra vez como con el micrófono de tubos se necesita una parábola muy grande para eliminar frecuencias graves. Es mas practico tener una parábola pequeña y huir de las fuentes de frecuencias graves. 

Ahora que vemos que todo se trata de cancelar fases, podemos pensar en hacer esa cancelación por medios electrónicos. Para esto tenemos lo micrófonos orden mayor a uno:

 

Métodos Electrónicos

Los micrófonos que conocemos y que se usan a diario se conocen como micrófonos de primer orden. Estos micrófonos se llaman así porque nada mas hacen uso de una sola membrana para captar el sonido. Si se apuntan mas de un micrófono a una sola dirección es posible hacer la suma de las frecuencias con la misma fase en el reino electrónico. Si se usan dos micrófonos esto se llama un micrófono de segundo orden, y si son tres, de tercer orden y así en adelante.

Esta tecnología todavía sigue en desarrollo y existen varios estudios y patentes nuevas sobre el tema. La siguiente imagen es de patente del uso de micrófonos de de segundo orden y superior con capsulas electret:

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Imagen de la patente Microphone array having a second order directional pattern

Entrar a este tema requiere mas conocimientos matemáticos e ingenieriles. Es una materia de estudio sobre todo para los que están interesados en desarrollar la audición biónica y aparatos que ayuden a las personas que tienen problema de audición.

Ahora que ya agotamos como filtrar los sonidos por fase, veamos como extraer el sonido de un medio directamente por medio de la luz:

 

Métodos ópticos

La vibración del aire es capaz de propagarse por medios sólidos si su impedancia acústica es cercana a la del aire. Veremos la impedancia acústica en otro articulo. Lo que necesitamos saber ahorita es si un objeto vibra también afectara la luz que cae sobre el y esto se puede leer con u láser:

Microfono Láser

Si el objeto que vibra a causa de las vibraciones del aire también es reflejante se le puede dispar un láser. La vibración del objeto modulará  la reflexión del láser y usando un fotoresistor o un fototransitor podemos transformar la luz reflejada en sonido. En el siguiente vídeo podemos ver como fonewarz2 hizo su micrófono espía:

 

Las versiones avanzadas de este micrófono utilizan un interferómetro para tener una medición con menos ruido. Esta tecnología esta fuera del alcance de nuestro articulo, pero rápidamente les mencionare que es la misma que se uso para detectar las famosas ondas gravitacionales provocadas por la fusión de dos estrellas en laboratorio LIGO.

Como nota el micrófono láser fue una de las tecnologías que se usaron para encontrar a Osama Bin Laden. En el articulo de NPR John Pike habla de la principal dificultad de usar esta tecnología: apuntar el láser. Si apuntas el láser a una ventana tienes que estar directamente a la misma altura de la ventana para que el láser rebote directamente hacia ti. Si eso no es posible el espía tendría que disparar el láser desde arriba y captarlo abajo, incrementando la dificultad de lectura. Y si se quiere ser mas discreto es posible usar un láser ultravioleta, que es invisible, pero esto incrementa la dificultad todavía mas ya que es difícil ver donde está la luz reflejada.

El ultimo método de este articulo todavía es tema de investigación avanzada y tiene que ver con el uso de algoritmos de vídeo:

Extracción de Audio de Información Visual

Los investigadores del MIT lograron crear un algoritmo que es capaz de leer información de una cámara digital de alta velocidad y transformar esa información en audio. El no tan pequeño truco que lograron fue poner una cámara de vídeo afuera de la ventana y escuchar una conversación adentro de la habitación filmando una bolsa de papitas. La idea es que la bolsa de papitas funciona como una membrana de micrófono que es capas de vibrar con el aire. El algoritmo que programaron es capaz de extraer estas micro vibraciones de la cámara. La noticia se puede leer aqui.

En el siguiente vídeo pueden ver la presentación de esta tecnología hecha por lo investigadores del MIT.

 

Por ahora esta tecnologia no esta abierta a todos, y vamos a tener que esperar hasta que alguien logre replicar el algoritmo y decida compartirlo con los demás. Mientras tanto no vas a querer tener una conversación secreta cerca de una de estas:

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Para no quedarnos en la paranoia. Por ultimo les voy a mencionar que algunos sitios de espionaje venden lo que llaman como aparatos para contrarrestar estas medidas:

Audio Jammer

Este aparato es un generador de ruido que interfiere con las frecuencias especificas de la voz humana. Este ruido es capaz de contaminar una grabación hecha con cualquiera de los métodos mencionados. El siguiente vídeo muestra un ejemplo de estos:

 

Por ultimo les compartiremos algunos recursos donde nos muestran como construir estos equipos. También les queremos comentar que es posible mezclar estos métodos, existen micrófonos boom que tienen micrófonos de segundo orden para incrementar la direccionalidad de la técnica de micrófono de tubos. Si construyen o han construido un micrófono para escucha lejana por favor compartan sus historias. Estamos interesados en conocer la gente de Monterrey y de todo México que esta experimentando y generando tecnología. Comparte-nos tus experiencias! Y si tienen tutoriales también, mochilas pa la raza!

Recursos DIY (hazlo tu mismo)

Homemade Parabolic Microphone For $30

“Shotgun” Directional Microphone

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http://mail.blockyourid.com/~gbpprorg/mil/shotgun/index.html

 

Fast Hacks #6 – Laser Spy Microphone

 

Para construir un micrófono láser van a necesitar un poco mas de instrucción para eso chequen este tutorial: LASER MICROPHONE