Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

N+1Наука

Много шума для тишины

Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

Николай Мартыненко

Гул авиадвигателя, городской шум за окном, утренний рев соседского перфоратора — в нашу жизнь регулярно вторгаются бессмысленные и беспощадные звуки, волны упругих механических колебаний. Любой звук для слышащего начинается с вибрации барабанной перепонки, которая передается по цепочке маленьких косточек в черепе и затем становятся сигналом, бегущим по слуховому нерву в головной мозг. Весь этот труд регулярно оказывается не только ненужным, но даже вредным: слово «шум» мы противопоставляем «сигналу», на шум жалуемся, от шума пытаемся сбежать или защититься.

Громкость любого звука зависит от амплитуды волн, которые добегают до нас по среде (будто то воздух, вода или даже твердое тело) до наших ушей, то есть от размаха колебаний частиц среды — чем больше «горбы» смещения, тем громче звук. Чтобы сделать любой звук тише, нужно уменьшить его амплитуду, пока он не добрался до наших барабанных перепонок. Обычно размах колебаний уменьшают, возводя всевозможные препятствия на пути распространения волны. Уличный шум ослабевает, если закрыть в комнате окно. От рева соседского перфоратора за стеной можно спастись при помощи берушей. Однако такой подход не всегда удобен и эффективен: в салоне самолета слышен гул двигателей, потому что стенок корпуса для защиты от этого шума недостаточно, в комнате с закрытым окном попросту становится душно, а в приспособлениях для ушей сложно сочетать хорошую звукоизоляцию с компактностью.

Схема регистрации звука угольным микрофоном — продольные колебания воздействуют на мембрану, заставляя ее сжиматься и разжиматься. Marc Rodriguez / giphy.com

Можно перейти от пассивной защиты к активному противодействию: уменьшить амплитуду, создав вторую волну, колебания которой происходят в противофазе — то есть «горбы» колебаний этих волн направлены противоположно. При наложении друг на друга эти колебания ослабят друг друга, амплитуда результирующей волны уменьшится, и звук станет тише — дополнительный шум буквально заглушит исходный.

Гипотетически так можно, например, заглушить шумный досуг компании с портативной колонкой при помощи точно такой же колонки, работающей «зеркально». На практике, конечно, сделать это проблематично из-за сложностей копирования звука и особенностей его распространения — эти обстоятельства затрудняют работу даже самых эффективных приборов.

Первый в истории патент на систему активного шумоподавления подал немец Пол Люг в январе 1933 года, за три дня до назначения Адольфа Гитлера рейхсканцлером. Автор предложил записывать нежелательный шум при помощи микрофона, передавать сигнал на громкоговоритель и воспроизводить в противофазе — звуковые волны наложатся и погасят друг друга, благодаря чему исходный шум исчезнет. Люг полагает, что изобретение можно использовать для борьбы с эхом в театрах и концертных залах, а также для подавления шума печатных машинок в конторах.

Схематическое описание системы активного шумоподавления Пола Люга в американском патенте (М — микрофоны, L — громкоговорители). Paul Lueg / United States Patent and Trademark Office, 1936

Вопреки воле изобретателя, патентное бюро классифицирует разработку Люга как военную, на нее вешают гриф «секретно» и передают на рассмотрение армейским структурам. Через год ведомство направляет автору ответ: изобретение лишено новизны, не представляет практического интереса для армии и потому патент на нее Люгу выдан не будет. Ученый пишет ответ со своими возражениями, однако в феврале получает второе письмо, которое касается уже практической демонстрации активного шумоподавления — теперь комиссия сочла это оригинальным приложением уже известного принципа интерференции и вновь отметила бесполезность метода в военной отрасли: в то время громкоговорители действительно были слишком слабыми и громоздкими, чтобы использоваться в армии. Однако история активного шумоподавления на этом не заканчивается.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Он и оно: как кофе управляет нашим организмом Он и оно: как кофе управляет нашим организмом

Все что вы хотели знать о кофе, включая «он» или «оно»

Популярная механика
Фанатам Фанатам

Самые рейтинговые испанские сериалы

Cosmopolitan
Физики придумали квантовое го Физики придумали квантовое го

Новая задача для разработчиков искусственного интеллекта и квантовых вычислений

N+1
Идеальное сочетание: какие тени подходят для карих глаз Идеальное сочетание: какие тени подходят для карих глаз

Какие выбрать тени под карие глаза, чтобы выглядеть ярко и нескучно

Cosmopolitan
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
12 самых распространенных ошибок в английском языке по версии сервиса проверки орфографии 12 самых распространенных ошибок в английском языке по версии сервиса проверки орфографии

Если хочешь выглядеть как носитель языка, то и ошибки делай соответствующие

Maxim
«От оргазма до бессмертия: Записки драг-дизайнера» «От оргазма до бессмертия: Записки драг-дизайнера»

Отрывок из книги «От оргазма до бессмертия: Записки драг-дизайнера»

N+1
Сломать маркетологу мозг. Как сегодня определяют свои и чужие «рынки» Сломать маркетологу мозг. Как сегодня определяют свои и чужие «рынки»

Отрывок из книги «Архитекторы бизнеса. Пересоберите свой бизнес за 60 дней»

СНОБ
Что нужно знать о хоккеисте Андрее Свечникове Что нужно знать о хоккеисте Андрее Свечникове

Рассказываем о самой молодой российской звезде НХЛ

GQ
«Да я только одним колесом». 7 неожиданных ситуаций для штрафа ГИБДД «Да я только одним колесом». 7 неожиданных ситуаций для штрафа ГИБДД

Водители могут получить самые неожиданные постановления за нарушения на дорогах

РБК
Что происходит в нашей голове, когда мы принимаем решения Что происходит в нашей голове, когда мы принимаем решения

Каждый раз, когда человек встает перед выбором, начинается нейронная битва

Psychologies
Кевин Федерлайн, Эштон Катчер и другие мужчины, которых прославили женщины Кевин Федерлайн, Эштон Катчер и другие мужчины, которых прославили женщины

И где вы их только нашли?!

Cosmopolitan
5 лучших романов Рэя Бредбери: 100 лет легенды фантастики 5 лучших романов Рэя Бредбери: 100 лет легенды фантастики

Подборка самых интересных и важных романов Рэя Бредбери

Популярная механика
Пять признаков того, что вы в плохих отношениях с собой Пять признаков того, что вы в плохих отношениях с собой

Психолог помогает выяснить, как вы относитесь к себе и как это исправить

Psychologies
У Microsoft появится новый конкурент: будущее Chrome OS У Microsoft появится новый конкурент: будущее Chrome OS

Что за новая система — Chrome OS?

CHIP
Что посмотреть и попробовать в Ярославле. Гид «РБК Стиль» Что посмотреть и попробовать в Ярославле. Гид «РБК Стиль»

Ярославль — один из самых старых городов Золотого кольца

РБК
Кузнечики проигнорировали ультразвуковые сигналы летучих мышей-хищников Кузнечики проигнорировали ультразвуковые сигналы летучих мышей-хищников

Они предпочитают затаиться и стрекочут не больше двух секунд за ночь

N+1
Смертельно опасная и жизненно необходимая: такая разная селитра Смертельно опасная и жизненно необходимая: такая разная селитра

Аммиачная селитра — удобрение или запрещенное взрывчатое вещество?

Популярная механика
Великая страна от Бреста до Чукотки? Хотят ли белорусы объединяться с Россией Великая страна от Бреста до Чукотки? Хотят ли белорусы объединяться с Россией

Что люди думают о возможности и целесообразности объединения России и Белоруссии

Forbes
Дети, которые провели много лет в плену у маньяков Дети, которые провели много лет в плену у маньяков

Эти страшные истории подтверждают, что никто не застрахован

Cosmopolitan
Тротиловый эквивалент: крупнейшие техногенные катастрофы в истории Тротиловый эквивалент: крупнейшие техногенные катастрофы в истории

Мощнейшие не ядерные взрывы в мирное время и их последствия

Популярная механика
Почему мы устаем от Zoom? Почему мы устаем от Zoom?

Zoom-усталость: что думают об этом психологи?

Psychologies
Золотой ребенок Золотой ребенок

Как уберечь свое чадо от интернет-мошенников

Лиза
Как стать красавицей Как стать красавицей

Умеешь ли ты быть красивой?

Cosmopolitan
Обнаружить и обезвредить Обнаружить и обезвредить

Как не пропустить депрессию у мужа?

Лиза
Почему женщины так часто пытаются перевоспитать мужчин Почему женщины так часто пытаются перевоспитать мужчин

Многие считают, что человека надо «принимать как есть». Так ли это на самом деле

Psychologies
Слишком устала Слишком устала

Как отличить астению от недосыпа и усталости

Добрые советы
Этикет чтения в деталях Этикет чтения в деталях

Книжные цепи, ножи и другие приспособления, которые облегчали жизнь книге

Наука и жизнь
Почему мужчины симулируют оргазм Почему мужчины симулируют оргазм

Мужчины в постели изображают опытность, женщины — оргазм

СНОБ
Сложная судьба электрокультуры Сложная судьба электрокультуры

Тернистый и извилистый путь развития электрокультуры

Наука и жизнь
Открыть в приложении