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
«Не ясно, зачем целенаправленно убивают мелкий бизнес»: кто стал жертвой реформы жилищного строительства «Не ясно, зачем целенаправленно убивают мелкий бизнес»: кто стал жертвой реформы жилищного строительства

Переход на эскроу-счета существенно сократил численность небольших застройщиков

Forbes
Как новые законы повлияют на развитие блокчейн-технологий и бизнес криптокомпаний в России Как новые законы повлияют на развитие блокчейн-технологий и бизнес криптокомпаний в России

Почему сегодня выгодно выбирать российскую юрисдикцию для запуска стартапов

СНОБ
Почему мы отдаем свою жизнь в руки гадалок Почему мы отдаем свою жизнь в руки гадалок

По какой причине успешные, здравомыслящие люди вдруг отправляются к гадалкам?

Psychologies
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
Как первый в истории туалет со смывом связан с «Игрой престолов» Как первый в истории туалет со смывом связан с «Игрой престолов»

Не зря Тайвин Ланнистер умер именно так как умер

Maxim
Герои «Ералаша» тогда и сейчас: как изменились мальчишки и девчонки из журнала Герои «Ералаша» тогда и сейчас: как изменились мальчишки и девчонки из журнала

«Ералашу» уже более 45 лет!

Cosmopolitan
Рождение, удивительные приключения и смерть кнопки Caps Lock Рождение, удивительные приключения и смерть кнопки Caps Lock

Самая эмоциональная кнопка может скоро отправиться на покой. НА ПОКОЙ!

Maxim
Сухость в интимной зоне у женщин: что делать и как решить проблему Сухость в интимной зоне у женщин: что делать и как решить проблему

Что делать при сухости в интимной зоне?

Cosmopolitan
Геометрия волокон и силикон сделали ткани олеофобными Геометрия волокон и силикон сделали ткани олеофобными

Ученые разработали подход к созданию экологически безопасных олеофобных тканей

N+1
Неожиданные предметы, которые побывали на Луне Неожиданные предметы, которые побывали на Луне

На Луне побывали, например, непочатая бутылка бренди и молоток

Maxim
Принцип пирамиды Минто Принцип пирамиды Минто

Золотые правила мышления, делового письма и устных выступлений

kiozk originals
Лучше гор Лучше гор

За вдохновением Николай Рерих пускался в реальные и весьма опасные странствия

Вокруг света
Мышление «банановой республики»: шесть мифов о корпоративном управлении Мышление «банановой республики»: шесть мифов о корпоративном управлении

Когда компании пора создавать совет директоров

Forbes
«Эпоха распада. Грандиозная история музыки в XX веке» «Эпоха распада. Грандиозная история музыки в XX веке»

Электронная музыка существует уже более столетия

N+1
Что будет после? Что будет после?

Дилан Спроус: у меня были очень привлекательные партнеры по фильму

OK!
“Стресс может сделать нас моложе” “Стресс может сделать нас моложе”

Почему некоторые люди восстанавливаются после испытаний лучше, чем другие?

Psychologies
Самый лучший друг: может ли собака забыть хозяина? Самый лучший друг: может ли собака забыть хозяина?

Истории про верность собак всегда вызывают восхищение, а иногда даже и слезы

Популярная механика
Как сэкономить на платных дорогах: нюансы, хитрости, таблица цен Как сэкономить на платных дорогах: нюансы, хитрости, таблица цен

Rак экономить время и деньги, передвигаясь по платным дорогам

РБК
Иконоборцы: страх перед искусством Иконоборцы: страх перед искусством

Cуть иконоборческого спора только кажется простой

Weekend
Ретинол: что нужно знать о звезде бьюти-рынка и БАДов Ретинол: что нужно знать о звезде бьюти-рынка и БАДов

Собрали важные факты про ретинол, а если по-научному — про ретиноиды

РБК
Правила жизни Барака Обамы Правила жизни Барака Обамы

Почему я не могу просто спокойно съесть свою вафлю?

Esquire
Как правильно собирать пазлы из любого количества деталей Как правильно собирать пазлы из любого количества деталей

Теперь тебе будет чем заняться на случай нового карантина

Maxim
Революция сна Революция сна

Как менять свою жизнь ночь за ночью

kiozk originals
Миллионер Борис Ким о пяти высших образованиях и борьбе с ожирением Миллионер Борис Ким о пяти высших образованиях и борьбе с ожирением

Бизнесмен Борис Ким рассказал, чем он увлекается, кроме денег

СНОБ
Домашняя настойка из ягод: 7 лучших рецептов Домашняя настойка из ягод: 7 лучших рецептов

Лучшие способы приготовления домашних алкогольных напитков с ягодами

Playboy
Этикет чтения в деталях Этикет чтения в деталях

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

Наука и жизнь
Счастливы врозь. Правила хорошего и красивого развода Счастливы врозь. Правила хорошего и красивого развода

Как развестись хорошо и красиво

Maxim
9 бесполезных привычек, из-за которых мы тратим время впустую 9 бесполезных привычек, из-за которых мы тратим время впустую

Почему мы вечно спешим, но все равно нам не хватает времени?

Psychologies
В чем минусы эмпатии В чем минусы эмпатии

Быть эмпатом — это хорошо или плохо??

Psychologies
Открыть в приложении