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

Как развестись хорошо и красиво

Maxim
Сочтите за труд! 5 ловушек для фрилансера Сочтите за труд! 5 ловушек для фрилансера

Ты сделала работу, но тебе за нее не заплатили. Это еще почему?

Cosmopolitan
Спасём мир от нечисти: лучшие игры про зомби на ПК Спасём мир от нечисти: лучшие игры про зомби на ПК

Лучшие игры про нежить последних лет

CHIP
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
«Представляете, какое впечатление можно произвести на девушку, если вместо того, чтобы приставать к ней, читаешь ей рассказ» «Представляете, какое впечатление можно произвести на девушку, если вместо того, чтобы приставать к ней, читаешь ей рассказ»

Рей Брэдбери о том, как книги сделали из него человека

Weekend
Сидр ведрами! Как самому приготовить этот вкуснейший напиток Сидр ведрами! Как самому приготовить этот вкуснейший напиток

Как в домашних условиях приготовить сидр?

Maxim
Ребенок к школе готов? Ребенок к школе готов?

Младшеклассникам и их родителям посвящается

Домашний Очаг
Превентивная защита от укуса: как обезопасить себя от клещей Превентивная защита от укуса: как обезопасить себя от клещей

Как свети вероятность укуса клеща к минимуму

Популярная механика
Блоги недели Блоги недели

Обязательное качество учителя, удивительный Русский север, деятельность на Алтае

СНОБ
Витамин D оказался не эффективнее плацебо при депрессии Витамин D оказался не эффективнее плацебо при депрессии

Витамин D при депрессии полезен или нет?

N+1
Диктатор в семье. Как мальчик Коля стал атрибутом власти Лукашенко Диктатор в семье. Как мальчик Коля стал атрибутом власти Лукашенко

Коля Лукашенко стал одним из символов режима своего отца

СНОБ
Александр Белькович: «Домашняя кухня – это царство жены» Александр Белькович: «Домашняя кухня – это царство жены»

С кем как не с шеф-поваром и автором кулинарных книг говорить о вкусной еде

Лиза
Отрывок из книги Михаль Бен-Нафтали «Учительница» Отрывок из книги Михаль Бен-Нафтали «Учительница»

Первые главы романа «Учительница» израильской писательницы Михаль Бен-Нафтали

СНОБ
Владимир Сорокин Владимир Сорокин

Правила жизни Владимира Сорокина

Esquire
Aurus, Lada, Mercedes и другие: на каких машинах Путин ездил за рулем Aurus, Lada, Mercedes и другие: на каких машинах Путин ездил за рулем

Вспоминаем все знаковые поездки Путина

РБК
Изменение климата привело к затруднению дыхания морских обитателей Изменение климата привело к затруднению дыхания морских обитателей

Дыхательный коэффициент вырос в зонах с пониженным содержанием кислорода

N+1
Что такое Cookies, почему сайты о них предупреждают, а браузеры с ними воюют Что такое Cookies, почему сайты о них предупреждают, а браузеры с ними воюют

История самого аппетитного компьютерного термина

Maxim
Что на том конце Транссиба Что на том конце Транссиба

Общественный совет при Минприроды проверил Находкинский морской торговый порт

Эксперт
Скоропостижный привод: 5 вопросов к обновленному Mitsubishi Outlander Скоропостижный привод: 5 вопросов к обновленному Mitsubishi Outlander

Что изменилось в самой популярной модели Mitsubishi в России

РБК
Индекс несъедаемости Индекс несъедаемости

Как делили деньги на «президентские завтраки»

Огонёк
Краткий путеводитель по картошке в искусстве Краткий путеводитель по картошке в искусстве

От картошки как сакрального до картошки отчуждения

Weekend
Книги про первоклассников Книги про первоклассников

Первоклассникам помогут герои книг, в жизни которых происходят похожие перемены

Домашний Очаг
Максимум менеджер: как стереотипы мешают женщинам начинать карьеру в IT Максимум менеджер: как стереотипы мешают женщинам начинать карьеру в IT

К чему приводят стереотипы о том, что женщины работают в IT хуже мужчин?

Forbes
Марина Браун: «Когда война за стройность была выиграна, я оказалась неготовой к её последствиям» Марина Браун: «Когда война за стройность была выиграна, я оказалась неготовой к её последствиям»

Наша героиня долго искала свой стиль питания

Худеем правильно
«Академия Амбрелла»: как второй сезон самого популярного в России супергеройского сериала Netflix отвечает на вопросы первого «Академия Амбрелла»: как второй сезон самого популярного в России супергеройского сериала Netflix отвечает на вопросы первого

Почему вселенная сериала «Академия Амбрелла» гораздо более ладная, чем кажется

Esquire

Сложный характер Шэрон Стоун

Cosmopolitan
Как живут самые богатые королевские семьи Индии Как живут самые богатые королевские семьи Индии

Потомки индийских голубых кровей, которые живут по-царски в XXI веке

GQ
Расстанемся друзьями Расстанемся друзьями

Как сохранить нормальные отношения с мужем после развода?

Лиза
Какими бывают виды конкурентных преимуществ Какими бывают виды конкурентных преимуществ

Как сформировать положительный клиентский опыт для компании?

СНОБ
Открыть в приложении