Много шума для тишины

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. Вопрос универсальности касается и характера заглушаемого звука — в воздушном и наземном транспорте шум достаточно однообразен, поскольку связан с работой периодических механизмов, пропеллеров или двигателей — это позволяет настраивать работу системы еще на этапе испытаний в лаборатории. В случае же обыкновенных наушников и помещений необходимо учить систему реагировать уже на разные звуковые колебания. Для этого нужно либо заблаговременно успевать записывать шум: в наушниках это неудобно из-за маленького расстояния от микрофона до уха, а в зданиях развешивать дополнительные микрофоны и динамики по территории, либо (что, как правило, практичнее) предусматривать несколько фиксированных режимов работы устройства и переключаться между ними в зависимости от типа шума. В некоторых носимых устройствах (умных берушах) используется не заглушение, а маскировка шума. Эта технология не относится к активному шумоподавлению, однако имеет схожий принцип действия: к нежелательному звуку добавляют искусственно сгенерированный шум (например, белый шум или монотонные природные звуки: шум дождя или морского прибоя). В результате фоновые шумы не ослабляются, но становятся незаметными на фоне сгенерированного. История продолжается Пол Люг, не получив патента в Германии, не сдался и попытался запатентовать свою идею за рубежом — вскоре изобретение зарегистрировали в США, Австрии, Италии и Франции. Немецкие бюрократы были недовольны — несмотря на «бесполезность» идеи Люга, действия изобретателя расценили как государственную измену, и он оказывался на грани тюремного заключения. Автор отвергал все обвинения, ссылаясь на публикации в английской прессе — за пределами Германии о его изобретении стало известно еще до того, как он решил получить патент в других странах — информацию могли сообщить работники Института Генриха Герца или армейских структур, которые занимались рассмотрением патента, однако возражения ученого не сочли убедительными, и отношения Люга с немецкими властями окончательно испортились. Карьера физика на этом рушится: ему запрещают продолжать работу в университете, публиковаться и претендовать на финансирование своей работы. В возрасте сорока лет Люг начинает изучать медицину, последние месяцы Второй мировой войны — работает в госпитале, а затем перебирается в Кёльн, женится и проводит остаток своей жизни «уважаемым и популярным врачом», так и не дождавшись признания своего изобретения из области физики. Несмотря историческую несправедливость и обширный список ограничений, системы активного шумоподавления не были забыты и стали для нас удобным и эффективным способом борьбы со звуком. В последние годы такие устройства совершенствуются, у них появляются новые области применения, которые, вероятно, будут освоены уже в ближайшем будущем. Так, за последние годы систему установили в конуре для собак, предложили использовать в «бесшумных» дронах, научили заблаговременно регистрировать звук и протестировали в макетной комнате. За десятки лет со дня представления патента активное шумоподавление прошло долгий путь — от двух печатных страниц патента, которые не были восприняты всерьез и разрушили карьеру их автора, до множества устройств и приспособлений для борьбы со звуком, окружающих нас в повседневной жизни. Не каждое изобретение меняет нашу жизнь в корне — не становится смертоносным оружием, источником энергии или лекарством от прежде неизлечимой болезни. Красивая идея, которая однажды пришла в голову Полу Люгу, довольствуется сегодня весьма скромными практическими приложениями. Возможно, время ее «взлета» впереди, а может быть, ей и вовсе не суждено взлететь — в конце концов, скромность едва ли вредит настоящей красоте. Николай Мартыненко