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
Монологи матерей фигурантов дела «Нового величия» Монологи матерей фигурантов дела «Нового величия»

Чувства матерей участников дела «Нового величия»

СНОБ
Физики придумали квантовое го Физики придумали квантовое го

Новая задача для разработчиков искусственного интеллекта и квантовых вычислений

N+1
Смерть — решает: девять улик к феномену Альфреда Хичкока Смерть — решает: девять улик к феномену Альфреда Хичкока

Ген ужаса: как Хичкок превращал повседневность в корриду?

Esquire
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
Беременные самцы морских коньков подкормили зародышей Беременные самцы морских коньков подкормили зародышей

Австралийские биологи нашли первые экспериментальные свидетельства патротрофии

N+1
Елена Лебедева. Журавль в небе Елена Лебедева. Журавль в небе

Жизнь актрисы Елены Лебедевой полна трагичных моментов

Караван историй
Как сделать временную татуировку: 5 стилей мехенди, которые тебе понравятся Как сделать временную татуировку: 5 стилей мехенди, которые тебе понравятся

Хочешь сделать татуировку на лето, но не готова к радикальным решениям?

Cosmopolitan
Последний остров на Земле, где обитают первобытные люди Последний остров на Земле, где обитают первобытные люди

Этот остров в Андаманском архипелаге полностью закрыт от цивилизации

Maxim
Что нужно знать о здоровье печени? Что нужно знать о здоровье печени?

Как поддержать здоровье печени? Читайте в статье

Домашний Очаг
Как делали фотографии невидимой стороны Луны: большая история Как делали фотографии невидимой стороны Луны: большая история

Тысячи лет человек глядит на Луну, но из-за гравитации видит одну ее сторону

Популярная механика
Скалолазание — особенный спорт для особенных детей Скалолазание — особенный спорт для особенных детей

О плюсах скалолазания для особенных детей

Psychologies
Радикальные меры Радикальные меры

Интерьер киевской квартиры в бескомпромиссно–минималистском стиле

SALON-Interior
Овнов ждет повышение: почему астрология снова в тренде — и кто зарабатывает на этом миллионы Овнов ждет повышение: почему астрология снова в тренде — и кто зарабатывает на этом миллионы

Как астрология стала доходными бизнесом и перестала быть «стыдным» увлечением

Forbes
Повредил машину из-за ремонта дороги: как получить компенсацию Повредил машину из-за ремонта дороги: как получить компенсацию

Повредил машину из-за ремонта дороги. Что делать?

РБК
План Б. Ликбез для тех, кто готов: как спланировать беременность и выбрать клинику, где за тобой присмотрят. План Б. Ликбез для тех, кто готов: как спланировать беременность и выбрать клинику, где за тобой присмотрят.

Врачи-эксперты отвечают на самые важные вопросы о ведении беременности

Собака.ru
Яд сделал динго крупнее Яд сделал динго крупнее

Как использование ядов изменяет фенотип крупных позвоночных

N+1
«Эпоха распада. Грандиозная история музыки в XX веке» «Эпоха распада. Грандиозная история музыки в XX веке»

Электронная музыка существует уже более столетия

N+1
Неизбежный крах Неизбежный крах

Почему автопром не переживет массового распространения электромобилей

Forbes
Что имеет значение Что имеет значение

Разобраться в важном и неважном сегодня отчаянно трудно

Огонёк
Георг VI, его логопед и Вторая мировая война: как король перестал заикаться и сплотил народ в борьбе с нацистами Георг VI, его логопед и Вторая мировая война: как король перестал заикаться и сплотил народ в борьбе с нацистами

Отрывок из книги о Георге VI, который сплотил британцев в борьбе с нацизмом

Forbes
Что такое кроссфит? Полный гайд для новичков Что такое кроссфит? Полный гайд для новичков

Что такое кроссфит, как выглядят тренировки, и что необходимо для занятий?

Playboy
В честь Микки Мауса и мужской бороды: самые нелепые единицы измерений В честь Микки Мауса и мужской бороды: самые нелепые единицы измерений

Что быстрее – метр в секунду или фурлонг в фортнайт?

Популярная механика
Амурские волны Амурские волны

Путешествия и открытия морского офицера Геннадия Невельского

Вокруг света
По одному сценарию: как и почему умерли Уитни Хьюстон и ее дочь По одному сценарию: как и почему умерли Уитни Хьюстон и ее дочь

Что известно о причинах смерти Уитни Хьюстон и ее дочери

Cosmopolitan
Дары модернизации Дары модернизации

Анна Толстова о российском молодом искусстве и его перспективах

Weekend
Просто о сложном. Что такое ШРУС Просто о сложном. Что такое ШРУС

Эти шарниры медленно завоевывали мир

4x4 Club
Привидения существуют: как наука объясняет встречу с призраком Привидения существуют: как наука объясняет встречу с призраком

Почему возникают видения и ощущения, которые ложатся в основу мифов о призраках

Популярная механика
Безопасное падение: как изобрели тормоза для лифта Безопасное падение: как изобрели тормоза для лифта

Это изобретение Элайши Отиса изменило облик городов

Популярная механика
«Это было лишь начало истории. «Кино» — не группа, которая ушла в зените славы». Александр Цой, сын Виктора Цоя, продюсер концертов «Кино» в 2020 г. «Это было лишь начало истории. «Кино» — не группа, которая ушла в зените славы». Александр Цой, сын Виктора Цоя, продюсер концертов «Кино» в 2020 г.

Интервью с сыном Виктора Цоя, Александром

Esquire
Открыть в приложении