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
«Карикатура на диктатора поможет побороть страх». Белорусский протест в картинах, комиксах и хештегах «Карикатура на диктатора поможет побороть страх». Белорусский протест в картинах, комиксах и хештегах

Как искусство помогает протестующим в Беларуси

СНОБ
Утки, черепашки и луна в матроске Утки, черепашки и луна в матроске

Ради них дети и подростки девяностых могли проснуться рано утром в выходные?

Лиза
Рассмеши меня: зачем мы шутим и можно ли этому научиться Рассмеши меня: зачем мы шутим и можно ли этому научиться

Зачем природа подарила нам чувство юмора?

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
Результат налицо. Подводные камни рынка косметологических услуг Результат налицо. Подводные камни рынка косметологических услуг

Как преобразить свою внешность без последствий и не потерять в деньгах

Forbes
13 самых невероятных попыток убить Фиделя Кастро 13 самых невероятных попыток убить Фиделя Кастро

Команданте пережил самое большое число покушений на свою жизнь

Maxim
Старый Сухум: Аристократический район «Гора Чернявского» Старый Сухум: Аристократический район «Гора Чернявского»

Что такое гора Чернявского, можно понять, только увидев ее

Seasons of life
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
Считай онлайн Считай онлайн

Прежде чем взять кредит в банке, взвесь свои возможности

Лиза
Немного Лавкрафта, биохакеры и детектив о маньяке: какие сериалы стоит смотреть в августе Немного Лавкрафта, биохакеры и детектив о маньяке: какие сериалы стоит смотреть в августе

Все лучшее от Netflix, HBO, Start.ru и «Амедиатеки»

Forbes
MAXIM рецензирует «Неистового» Рассела Кроу MAXIM рецензирует «Неистового» Рассела Кроу

Триллер «Неистовый» войдет в историю как «Попутчик двадцать первого века»

Maxim
Лучшие цитаты про алкоголь: 49 афоризмов, которые стоит запомнить Лучшие цитаты про алкоголь: 49 афоризмов, которые стоит запомнить

Коллекция самых лучших высказываний об алкоголе

Playboy
Остров Ее Величества Остров Ее Величества

Маленькая Британия большого мира

kiozk originals
Поддаться, чтобы наподдать: как устроено айкидо Поддаться, чтобы наподдать: как устроено айкидо

Единоборство, которое позволяет расправляться с человеком одной левой

Maxim
Пранаяма и другие техники дыхания: 7 доказанных плюсов для здоровья Пранаяма и другие техники дыхания: 7 доказанных плюсов для здоровья

Мы дышим всю жизнь, не задумываясь о том, как это происходит

РБК
Как компактно собрать чемодан: 17 лучших советов для путешественников Как компактно собрать чемодан: 17 лучших советов для путешественников

Лайфхак: как правильно упаковать чемодан и сэкономить место в багаже

Playboy
Верх безвкусицы! 7 сочетаний в одежде, которые испортят любой образ Верх безвкусицы! 7 сочетаний в одежде, которые испортят любой образ

Сочетать несочетаемое получается далеко не всегда

Cosmopolitan
«Tesla из Китая»: что известно о производителе «умных» машин Xpeng, который использует патенты американского конкурента «Tesla из Китая»: что известно о производителе «умных» машин Xpeng, который использует патенты американского конкурента

Китайский стартап считается конкурентом Tesla. За кем из них будущее?

VC.RU
Вспоминая Сергея Федоровича Бондарчука Вспоминая Сергея Федоровича Бондарчука

«Он создал планету Бондарчук»

Караван историй
Россиянам стало сложнее получить ипотеку: почему банки теперь реже одобряют заявки Россиянам стало сложнее получить ипотеку: почему банки теперь реже одобряют заявки

Снижение стоимости ипотеки подтолкнуло россиян чаще покупать жилье

Forbes
Стволовые клетки указали на маркеры аутизма еще во время эмбрионального развития Стволовые клетки указали на маркеры аутизма еще во время эмбрионального развития

Клетки людей с аутизмом развиваются иначе уже на стадии раннего формирования

N+1
Бактериальный вагиноз связали с микробиомом полового члена партнера Бактериальный вагиноз связали с микробиомом полового члена партнера

Он с высокой точностью предсказывал развитие вагиноза

N+1
«Как можно не знать Дудя? Я понял, что они явно не из России»: партнер «Додо Пиццы», которого держали в заложниках в Латвии, рассказал о похищении «Как можно не знать Дудя? Я понял, что они явно не из России»: партнер «Додо Пиццы», которого держали в заложниках в Латвии, рассказал о похищении

Владимир Горецкий сообщил подробности своего похищения

Esquire
Проклятие или случайность? Актеры, которые умерли после съемок в фильмах ужасов Проклятие или случайность? Актеры, которые умерли после съемок в фильмах ужасов

Герои нашего материала погибли вскоре после завершения съемок

Cosmopolitan
В сердце Петербурга В сердце Петербурга

Элегантные апартаменты в самом центре Северной столицы

SALON-Interior
Чадо-отпуск Чадо-отпуск

Можно ли поехать в отпуск со своим ребенком-дошкольником и отдохнуть

Cosmopolitan
Своих детей мы не бросаем Своих детей мы не бросаем

Константин Хабенский: «Нет ничего прекраснее, чем побыть балбесом»

Домашний Очаг
Отравленные куриные перья помогли радужным птицам спастись от паразитов Отравленные куриные перья помогли радужным птицам спастись от паразитов

Куриные перья, обработанные инсектицидом, способны защитить птиц от личинок мух

N+1
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
Открыть в приложении