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
«Жигули» на водороде: как российский автопром может завоевать мир «Жигули» на водороде: как российский автопром может завоевать мир

У России есть шанс побороться за рынки и стать заметным экспортером технологий

Forbes
Не обязательно Disney. Пять красивых и необычных мультфильмов для всей семьи Не обязательно Disney. Пять красивых и необычных мультфильмов для всей семьи

5 мультфильмов, которые стоит добавить к семейному просмотру

Seasons of life
Почему белорусский режим не пал под напором толпы Почему белорусский режим не пал под напором толпы

Больше двух недель белорусы выходят на массовые акции протеста

СНОБ
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
Не просто хобби: Как построить бизнес на рукоделии Не просто хобби: Как построить бизнес на рукоделии

Как увлечение может стать настоящим делом жизни

Seasons of life
Как приучить себя к чистоте, если ты ненавидишь уборку: полезные лайфхаки Как приучить себя к чистоте, если ты ненавидишь уборку: полезные лайфхаки

В доме всегда должно быть чисто

Playboy
6 хобби парней, которые больше всего нравятся девушкам 6 хобби парней, которые больше всего нравятся девушкам

Ломай шаблоны! Нравься девушкам!

Playboy
Землянин на Марсе. Вспоминаем жизнь и творчество Рэя Брэдбери к его 100-летнему юбилею Землянин на Марсе. Вспоминаем жизнь и творчество Рэя Брэдбери к его 100-летнему юбилею

По случаю 100-летия Рэя Брэдбери вспоминаем его творческое наследие

Esquire
Юлия Доманова: Как маме найти время на себя, если дома грудной ребенок Юлия Доманова: Как маме найти время на себя, если дома грудной ребенок

Как организовать время так, чтобы посвящать себе не менее четырех часов в сутки

СНОБ
Роковая стружка Роковая стружка

Как металлические частицы помешали российскому модулю для МКС

N+1
Почему ты не можешь получить работу своей мечты? 6 возможных причин Почему ты не можешь получить работу своей мечты? 6 возможных причин

Найти новое место работы иногда бывает непросто

Playboy
Семь жизней Караваджо Семь жизней Караваджо

Удивительная жизнь художника Микеланджело Меризи из Караваджо

Караван историй
Генерал по лицею Генерал по лицею

Седой генерал – директор Царскосельского лицея

Дилетант
«Жизнь слишком коротка, чтобы заниматься чем-то посредственным». Основатель Slack Стюарт Баттерфилд — о плюсах пандемии, родителях-хиппи и важности эмпатии «Жизнь слишком коротка, чтобы заниматься чем-то посредственным». Основатель Slack Стюарт Баттерфилд — о плюсах пандемии, родителях-хиппи и важности эмпатии

Стюарт Баттерфилд — о сходстве разработчиков с официантами

Inc.
«Тайны усыновления у нас в стране нет»: приемная мать двоих детей честно рассказывает свою историю «Тайны усыновления у нас в стране нет»: приемная мать двоих детей честно рассказывает свою историю

Генетик, блогер, приемная мама двоих детей подробно описывает свое родительство

Forbes
Сладкая жизнь: 5 рецептов десертов и завтраков, которые легко приготовить дома Сладкая жизнь: 5 рецептов десертов и завтраков, которые легко приготовить дома

Что делать, если все любимые перекусы надоели?

Playboy
История одной песни: «Распутин» Boney M. История одной песни: «Распутин» Boney M.

Шлягер, который мгновенно запретили угадай в какой стране

Maxim
Крупные устья кротовых нор позволят человеку пережить приливные силы Крупные устья кротовых нор позволят человеку пережить приливные силы

Опасны ли кротовые норы — гипотетические туннели в пространстве-времени?

N+1
Как правильно произносить названия китайских компаний Как правильно произносить названия китайских компаний

Стоит освоить произношения брендов, а там и до уровня носителя рукой подать

Maxim
История одной катастрофы: взрыв селитры в порту Техаса, 1947 История одной катастрофы: взрыв селитры в порту Техаса, 1947

За 73 года до катаклизма в Бейруте очень похожая история прогремела в Америке.

Maxim
Массаж лица в домашних условиях: простые и эффективные методики Массаж лица в домашних условиях: простые и эффективные методики

О принципах ухода за лицом рассказывает эксперт в области красоты Юлия Энхель

Psychologies
Стимуляция блуждающего нерва через ухо помогла выучить тона в китайском Стимуляция блуждающего нерва через ухо помогла выучить тона в китайском

Стимулятор-наушник помогает улучшить слуховое обучение

N+1
Екатерина Манжула Екатерина Манжула

Урбанистика нового типа пришла в Ленинградскую область

Собака.ru
Почему клетки нашего тела Почему клетки нашего тела

Без каких белков в составе рибосомы можно обойтись?

Популярная механика
Охлаждение фотокатода из монокристалла меди сделало его излучение вчетверо ярче Охлаждение фотокатода из монокристалла меди сделало его излучение вчетверо ярче

Физики из США создали фотокатод из монокристалла меди

N+1
«Дал бы тысячу долларов, если бы это был мальчик». Как боролись с теорией мужского превосходства в начале ХХ века «Дал бы тысячу долларов, если бы это был мальчик». Как боролись с теорией мужского превосходства в начале ХХ века

Ученая, которая первая с помощью исследований развенчала стереотипы о женщинах

Forbes
«Рассказы о двукрылых» «Рассказы о двукрылых»

Отрывок из книги диптеролога Никиты Вихрева о двукрылых

N+1
Уроки пандемии. Как компании и их сотрудники будут привыкать к новым реалиям бизнеса Уроки пандемии. Как компании и их сотрудники будут привыкать к новым реалиям бизнеса

Предприниматели пытаются приспособиться к новым реалиям ведения бизнеса

Forbes
Земля пролетает сквозь останки сверхновой: железный дождь Земля пролетает сквозь останки сверхновой: железный дождь

На нашу планету обрушился поток фрагментов сверхновой

Популярная механика
Открыть в приложении