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
10 распространенных ошибок при выборе свадебного платья и как их избежать 10 распространенных ошибок при выборе свадебного платья и как их избежать

Объясняем, как выбрать свадебное платье без потерь для кошелька и красоты

Cosmopolitan
Хроническую боль связали с работой ядерного транспортного белка Хроническую боль связали с работой ядерного транспортного белка

Над природой нейропатической боли врачи и ученые бьются уже долгое время

N+1
Чтение выходного дня: отрывок из биографической саги Карла Уве Кнаусгора «Моя борьба» о том, как на нас влияет поэзия Чтение выходного дня: отрывок из биографической саги Карла Уве Кнаусгора «Моя борьба» о том, как на нас влияет поэзия

Фрагмент саги Карла Уве Кнаусгора «Моя борьба» о поэзии

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
Как носить рубашку этим летом: 8 неожиданных и стильных идей для тебя Как носить рубашку этим летом: 8 неожиданных и стильных идей для тебя

Классическая рубашка — на первый взгляд, не самая веселая модная история

Cosmopolitan
Если выгорит Если выгорит

Как вернуть себе радость материнства?

Cosmopolitan
8 вещей, которые делают твою фигуру квадратной — подбираем правильный фасон 8 вещей, которые делают твою фигуру квадратной — подбираем правильный фасон

Неправильно подобранная вещь превращает идеальную фигуру в нечто бесформенное

Cosmopolitan
7 лучших фильмов Алана Паркера, которые действительно стоит посмотреть 7 лучших фильмов Алана Паркера, которые действительно стоит посмотреть

Чем нам запомнился сэр Алан Уильям Паркер

Maxim
«Фатальные недочеты»: американская корпорация ответила на обвинения в краже веб-сервера Nginx у Rambler «Фатальные недочеты»: американская корпорация ответила на обвинения в краже веб-сервера Nginx у Rambler

Дело веб-сервера Nginx. Кто у кого украл

Forbes
Замотоцикленные Замотоцикленные

Обязан ли мотоциклист быть бунтарем?

Maxim
Идеальная разгрузка Идеальная разгрузка

Разгрузочные дни ускоряют обмен веществ и помогают похудеть без стресса

Лиза
Развиваем творческие способности ребенка: как выбрать верный путь? Развиваем творческие способности ребенка: как выбрать верный путь?

Как помочь ребенку обнаружить и развить свои таланты?

Psychologies
Скорость таяния Гренландского ледяного щита обогнала скорость прироста массы Скорость таяния Гренландского ледяного щита обогнала скорость прироста массы

Гренландский ледяной щит стал в среднем терять массу быстрее, чем наращивать ее

N+1
Милена Радулович: Милена Радулович:

Сербская актриса Милена Радулович о жизни в России и «Кольской сверхглубокой»

Караван историй
«За самсой поехал». Пьяный мойщик угнал Lexus и сломал его «За самсой поехал». Пьяный мойщик угнал Lexus и сломал его

Как обычная мойка с оставленными ключами может обернуться уголовным делом

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

Лучшие способы приготовления домашних алкогольных напитков с ягодами

Playboy
Кротовые норы могут быть проходимыми Кротовые норы могут быть проходимыми

Nак называемые кротовые норы действительно могут существовать

Популярная механика
Дженнифер Лоуренс - 30! Взлеты и падения загадочной блондинки в кино Дженнифер Лоуренс - 30! Взлеты и падения загадочной блондинки в кино

Вспоминаем лучшие и не самые удачные роли Дженнифер Лоуренс

Cosmopolitan
Загадки исчезнувшей цивилизации Загадки исчезнувшей цивилизации

800 лет назад на месте современного Татарстана располагалась Волжская Булгария

Дилетант
Верните женщинам право на «нет»: почему нам надо научиться отказывать Верните женщинам право на «нет»: почему нам надо научиться отказывать

Почему женщинам так сложно говорить «нет» и зачем нам надо научиться это делать

Cosmopolitan
Тюленьи вши пережили давление в 200 атмосфер Тюленьи вши пережили давление в 200 атмосфер

Тюленьи вши без проблем переживают погружение на огромную глубину

N+1
Ностальгируйте, или Как пережить тревожные времена Ностальгируйте, или Как пережить тревожные времена

Иногда полезно вздыхать по прошлому

Psychologies
ALMA нашла неожиданно упорядоченную для ранней Вселенной галактику ALMA нашла неожиданно упорядоченную для ранней Вселенной галактику

Найдена новая молодая галактика

N+1
Почему женщины уходят от мужчин: 5 причин Почему женщины уходят от мужчин: 5 причин

Как понять, что партнерша не удовлетворена отношениями

Psychologies
Физики придумали квантовое го Физики придумали квантовое го

Новая задача для разработчиков искусственного интеллекта и квантовых вычислений

N+1
Братья Райт: 10 малоизвестных фактов о пионерах авиации Братья Райт: 10 малоизвестных фактов о пионерах авиации

Братья Райт известны всему миру, но эти факты из их жизни вы узнаете впервые

Популярная механика
Нос с горбинкой, маленькая грудь и еще 6 признаков истинных аристократок Нос с горбинкой, маленькая грудь и еще 6 признаков истинных аристократок

Посмотри: может, ты обладаешь чертами, свойственными когда-то знатным дамам?

Cosmopolitan
MC Hammer и светящийся каркас: рассказываем о химии из твиттера рэпера MC Hammer и светящийся каркас: рассказываем о химии из твиттера рэпера

Благодаря твиту MC Hammer-а мир узнал о металл-орагнических каркасах. Что это?

N+1
Можно ли помочь созависимой подруге? Можно ли помочь созависимой подруге?

Когда звонит любимая подруга, мы точно знаем, о чем будем с ней беседовать

Psychologies
Открыть в приложении