Подарить человечеству наушники с шумоподавлением, но едва не разрушить себе жизнь: история изобретателя Пола Люга

Немец нашёл оригинальный способ борьбы с посторонними звуками, но нацистская Германия оказалась не готова ни к технологии, ни к «предательству».

Шум сопровождает жителей крупных городов: он влияет на здоровье, мешает слушать музыку и вызывает дискомфорт. Для борьбы с ним сегодня всё чаще используют активное шумоподавление, — это способ устранить один шум, направляя на него другой. Технологию стараются применять в наушниках, автомобилях, самолётах и помещениях для устранения ненужных и опасных звуков.

Но мало кому известна история Пола Люга, — он первым открыл перспективы новой технологии, а в стремлении получить патент и признание ему пришлось упорно доказывать властям ценность своей необычной находки. Вместо славы и успеха изобретение немецкого учёного обернулось личной трагедией, воспоминания о которой сильно волновали его до глубокой старости.

Георг Генрих Пол Люг родился 12 мая 1898 года в Кёльне, одном из старейших и наиболее крупных городов Германии. Его отец Карл Люг занимался торговлей, а мать Луиза помогала вести хозяйство. Образование юноши затянулось из-за Первой мировой войны, в ходе которой ему пришлось нести военную службу, поэтому он окончил школу только к 1920 году.

Когда пришло время получать новую ступень образования, Люг отправил документы в несколько технических университетов Берлина, а также в Ахен, Росток и в Рейнский университет имени Фридриха Вильгельма в Бонне. На последний и пал выбор Люга, но ему оказалось недостаточным изучение лишь программных дисциплин, поэтому он записался на дополнительные курсы.

В 1924 году Пол Люг защитил диссертацию по философии, а весной 1926 года стал доцентом факультета физики в Бонне. Следующие годы молодой учёный занимался исследованиями в области оптической спектроскопии и повышением чувствительности фотоплёнок, публикуя работы как самостоятельно, так и совместно со студентами, которых он курировал. Идиллия спокойной научной работы и преподавания закончилась в начале 1930-х годов, когда Люг придумал новую технологию, — это оказалось поворотным моментом его жизни.

Чаще всего нежелательные звуки глушат обычным препятствием: закрытым окном, специальным ограждением и другим. Но использовать метод «грубой изоляции» можно далеко не везде, о чём задумался Пол Люг в конце 1932 года. Он считал, что для решения этой проблемы можно использовать технологии, и вскоре нашёл оригинальный выход.

Учёный придумал сменить пассивную защиту на активные действия. На двух листах бумаги он в спешке изобразил схему для патентной заявки, в основе которой лежал принцип противодействия: чтобы уменьшить амплитуду одной звуковой волны, нужно наложить на неё другую с колебаниями в противофазе. Другими словами, противоположные колебания ослабят друг друга, а звук станет тише, — зеркальный шум заглушит исходный.

Для этого Люг предлагал использовать микрофоны и связанные с ними громкоговорители. По мнению учёного, технология помогла бы бороться с отвлекающими шумами в театрах и концертных залах, а также избавить конторы от вечного грохота печатных машинок. В конце января 1933 года изобретатель отправил заявку на патент чиновникам, но результат оказался неожиданным.

Нацистская администрация рассмотрела идею Пола Люга и увидела в ней потенциал для нужд страны. Разработку сразу же классифицировали как секретную и отдали на детальное изучение в структуры армии. В течение года там старались найти практическое применение технологии: для устранения шума от авиации, выхлопных систем автомобилей и даже артиллерии. Всё это время учёный спорил с решением использовать разработку в военных целях.

Спустя год пришёл ответ армии на патентную заявку: после изучения там не нашли возможность использовать идею Люга из-за сложного оборудования и технических возможностей громкоговорителей. Новыми письмами учёный пытался доказать ошибочность их выводов и даже приводил практические демонстрации с помощью хрупких стеклянных трубок (подробности этой установки до сих пор неизвестны). Армия тем временем оставалась непреклонна.

Когда власти вновь отказали Люгу в патенте, он решил действовать ва-банк. В 1934 году учёный отправил наработки в США, Францию, Италию и Австрию. Скоро американцы зарегистрировали изобретение и Люг получил долгожданный патент. Немецкие власти не оценили «ход конём» — Люга уволили из Боннского университета за споры годом ранее, но теперь он оказался в статусе предателя. В ответ на обвинения учёный представил газетные статьи с похожим английским изобретением и резко указал на утечку из немецкой армии.

Отношения с нацистскими властями окончательно разладились, и Люг стал ждать визита гестапо. Позже он вспоминал свой страх по ночам, когда казалось, что тюремное заключение «дышит в спину». Несмотря на это, администрация ограничилась запретом работать в университетах, публиковаться и как-либо иначе заниматься физикой за «ненадёжность», — на карьере Люга поставили крест. Однажды ему предложили «загладить вину» и отправиться на особую миссию в СССР, но учёный счёл это ловушкой и отказался.

Если источник шума находится в одном месте и не меняется, как шум дрели за стеной, то снизить её громкость не проблема. Но куда сложнее бороться с хаотичными звуками, чьи источники в непредсказуемом движении. Поэтому проще устранить шум не возле человека, а сразу перед его ушами, — для этого лучше всего подходят наушники. Они плотно прилегают, в них легко разместить нужную электронику и направить зеркальный звук. Поскольку в кабине пилота громких звуков особенно много, активное шумоподавление получило развитие сперва с авиационных наушников.

С 1954 года технологией Люга заинтересовался доктор Лоуренс Джером Фогель из США, один из первых специалистов по эволюционному программированию. Он нашёл способ применить активное шумоподавление в авиации и зарегистрировал несколько патентов. Вслед за ним идеей увлеклись в исследовательской лаборатории AFRL при ВВС США. Экспериментальная гарнитура понравилась военным, и по их заказу к 1960 году Radio Corporation of America приступила к усовершенствованию технологии: новые наушники для пилотов снижали шум в кабине со 100 децибелов до 80.

В 1978 году идеей активного метода борьбы с шумом увлёкся американский бизнесмен и основатель Bose во время делового полёта. Двигатели самолёта мешали слушать музыку и отдыхать, поэтому Амар Боуз решил найти способ глушить лишние звуки и навсегда избавиться от проблемы. Исследовательская группа, собранная бизнесменом для внедрения новой технологии, сразу предложила активное шумоподавление, — так в Bose принялись создавать рабочую версию оригинальной технологии.

В начале 1980-х современной авиационной гарнитурой заинтересовались и на родине Люга. Немецкая авиакомпания Lufthansa обратилась к производителю аудиотехники Sennheiser: на смену тяжёлым и громоздким наушникам прошлого пилотам требовалась новейшая защита от низкочастотных шумов. В сфере авиационного шумоподавления появилась негласная гонка между Sennheiser и Bose, где каждый стремился создать гарнитуру первым.

Технология оставалась похожей: в каждый наушник встраивали микрофон для обнаружения звука до того, как он достигнет человеческих ушей. Система измеряла частоту и амплитуду звуковой волны, а после создавала противоположную для устранения шума, не нарушая при этом нужные звуки. Амар Боуз чувствовал перспективность новой технологии и продолжал инвестировать в разработку, поэтому скоро затраты на неё превысили 50 миллионов долларов без коммерческих результатов.

В 1986 году Амар Боуз узнал о намерении двух пилотов Дика Рутана и Джины Игер совершить кругосветный полёт без дозаправки. Для этого инженеры создали особый самолёт «Вояджер», — для экономии топлива в нём не предусмотрели звукоизоляцию, так что пилоты рисковали потерять слух из-за грохота в ходе многодневного полёта. Тогда Bose предложила использовать экспериментальные наушники с активным шумоподавлением.

Успешная миссия Дика и Джины послужила яркой рекламой, а пилоты повсюду теперь мечтали обладать такой гарнитурой. Хотя Sennheiser в результате представила свои наушники LHM 45 NoiseGard раньше Bose, они не получили широкую известность за пределами Германии и уступили рынок популярному конкуренту.

Тренд на активное шумоподавление в авиации закрепился на годы вперёд. Наушники становились легче и меньше, время отклика на звук сокращалось, а сфера их применения вышла за пределы частного пилотирования. Сегодня гарнитуры с активным шумоподавлением повсеместно используют как военные лётчики, так и пилоты гражданских авиалиний. Хотя в начале 1930-х идее Пола Люга не нашли применения, в конце века она оказалась одной из ключевых в сфере авиации: среди первых ей воспользовались на родине Люга немецкие лётчики Lufthansa, оставив в прошлом пассивную защиту слуха.

Наряду с пилотами отгородиться от шума стремились космонавты. Несмотря на особую звукоизоляцию, работа вентиляторов, насосов и других систем МКС создавала фоновый шум. Он утомлял в ходе рабочего дня и влиял на сон, поэтому экипаж носил пассивную защиту слуха. Но её эффективность уступала современным трендам на активную защиту в авиации, поэтому со временем экипажи оснастили актуальными гарнитурами. Их используют современные космонавты и по сей день, защищая здоровье от громкого гула, похожего, по мнению астронавтов, на шум фабрики.

В начале 2000-х Bose представила модель QuietComfort — полноразмерные музыкальные наушники с активным шумоподавлением. От авиации им досталась система обращения нежелательного звука в противофазу. Комфорт и удобство технологии, ранее удивившие пилотов, произвели впечатление и на рядовых потребителей, заложив новый вектор развития активного метода противодействия шуму. Сегодня технологию используют не только Bose и Sennheiser, но и Apple, Sony, JBL и другие, а её популярность неуклонно растёт.

Активное шумоподавление используют и вне наушников, но тогда эффективность технологии ниже. Это восполняют звукоизолирующими материалами, как во многих современных автомобилях. Тогда шум от мотора или колёс попадает в салон уже приглушённым, где его обнаруживают специальные микрофоны. После динамики глушат зеркальным шумом изначальный, ослабляя раздражающие звуки.

В 2016 году Amazon решила запатентовать технологию активного шумоподавления для бесшумных дронов. Рядом с пропеллером размещался датчик звука, передававший на главный контроллер показания, он же регулировал и работу других пропеллеров. Когда беспилотник находился в полёте, один пропеллер мог издавать зеркальный звук другого, снижая его шум. Так компания планировала бороться с громким жужжанием дронов для бесшумной доставки товаров в городах.

Чтобы не пугать людей шумом внутри медицинского оборудования, активным шумоподавлением оснащают некоторые аппараты МРТ. Для домашнего комфорта некоторые производители применяют технологию в бытовых приборах, вроде кухонной вытяжки или стиральной машины. В 2014 году активное шумоподавление задействовали и в спорте: Bose разработала специальные одно- и двуушные гарнитуры для тренеров НФЛ, чтобы шум трибун не мешал сконцентрироваться на игре. Иными словами, наследие Люга живет и здравствует, проникнув в бытовую жизнь человечества.

В 1930-х на изобретении и карьере Пола Люга поставили крест, но в ту пору учёный не опустил руки. Он нашёл себя в совершенно другой стезе, получив желанное признание на закате жизни.

Когда даже рекомендации профессоров не могли помочь и дорогу к физике окончательно перекрыли, Пол Люг не сдался и решил открыть для себя новый путь — медицину. В 40 лет он отправился в Берлин и приступил к изучению с полной отдачей сил: с лета 1939 года по январь 1945 года. В конце войны Люг работал в военном госпитале, где получил исчерпывающую медицинскую практику. Ему удалось не только завершить обучение совершенно другой науке, но и защитить докторскую степень по медицине.

После войны Люг вернулся в родной город Кёльн и открыл частную практику в 1951 году. Спустя четыре года врач познакомился со своей женой Луизой, она также имела докторскую степень по медицине. Он провёл остаток жизни до своей смерти 19 июля 1979 года уважаемым и признанным специалистом, популярным среди горожан Кёльна. В борьбе за идею специалист оказался врагом режима и навсегда потерял возможность заниматься физикой, но заложил основы важной технологии, помогал людям до глубокой старости и словно оказался примером народной немецкой пословицы: Alles vergeht, Wahrheit besteht, — всё проходит, правда остаётся.

#профиль #технологии #лонгриды #лигаавторов