¿Por qué el GSM hace que los altavoces suenen?

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Basado en numerosos recursos de Internet, el cable del altavoz actúa como una antena que capta la señal transmitida de los teléfonos celulares cercanos y hace que los altavoces suenen. Pero realmente no estoy comprando eso ...

Un cable de altavoz de 3.5 mm está diseñado para transportar 1 V. He visto configuraciones antiguas en las que los altavoces de PC se alimentan directamente desde el conector de 3.5 mm (y he probado la reproducción de sonido no amplificado directamente desde una PC a través del conector, aunque el volumen en mi configuración no fue muy alta en absoluto). ¿Cómo puede la pequeña cantidad de EM emitida por la radio de un teléfono celular causar que un sistema de altavoces, diseñado para funcionar con una señal fluctuante de 1 v, produzca un zumbido tan fuerte? No podía imaginar que el EM generara más de unos pocos microvoltios en una antena receptora. ¿Me equivoco?

Gracias.

Actualizado: voltaje de línea corregido a 1 V (ver comentarios)

Actualización Lo busqué, y sí, parece que GSM transmite a 2 W. Me gustaría hacer una verificación de la cordura con esa cifra para verificar algunas de las respuestas que indican que la potencia transmitida es significativa. Mi física está bastante oxidada, pero lo intentaré ...

Sabemos que la intensidad de la radiación EM alrededor de una fuente es:

I = \frac{P}{4 π r^{2}}

$I = \frac{P}{4\pi r^2}$

Entonces, digamos que tenemos un cable de 2 m de largo y 0.2 mm de ancho (espero que esta sea una aproximación válida para el cable) que está aproximadamente a 2 m de distancia de un módulo GSM de transmisión.

Entonces para $P = 2 W, I = 39 \frac{mW}{m^{2}}$

Multiplique eso por el área de superficie del cable (0.2 mm * 2 m)

El poder EM total a lo largo del alambre es entonces 16 . $\mu W$

Como dije, estoy bastante oxidado, pero ¿no es esto correcto? ¿Es esto lo suficientemente significativo como para producir ese sonido sin ser amplificado de alguna manera? Quizás la señal resuena? ¿O interfiere directamente con las tarjetas de sonido?

noise speakers gsm

— JSideris
fuente

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La primera salida de línea estándar es 1 V RMS. A continuación, no hay un tiny bit of EM. Cuando el teléfono está estableciendo conexión, la radiación es bastante fuerte.

— AndrejaKo

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@AndrejaKo Sí, podría estar equivocado acerca de los 5 V ... ahora que mencionas que 1 V suena correcto. Todavía me gustaría saber cuánto voltaje es inducido por GSM, ya que no puedo imaginar que sea comparable incluso a 1 V. Me pregunto si la señal GSM se está amplificando de alguna manera dentro del altavoz.

— JSideris

La longitud de los devanados de la bobina en el altavoz puede ser bastante más larga que 2 metros. Una ecuación de transformador de núcleo de aire podría dar una aproximación más cercana a la energía transferida, si el teléfono GSM está orientado adecuadamente.

— hotpaw2

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Consulte gsmhistory.com/chapter/chapter-22-unintended-consequences vinculadas desde electronics.stackexchange.com/a/39133/142

— endolith el

¿Podría cargar archivos de sonido (wma, amr, mp3), etc. aquí?

— Siempre confundido

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El zumbido es la señal de AM detectada.

La razón de que los amplificadores de audio se vean afectados por la señal GSM es que las piezas de semiconductores de audio contemporáneas son realmente muy funcionales hasta un alto rango de GHz. Para el rango GSM-800-900MHz, cualquier traza de cobre de 80 mm funciona como antena de 1/4 de onda o resonador de línea de banda. La señal es AM detectada en cualquier no linealidad (transistores o estructuras de diodos en chips) en múltiples puntos del amplificador simultáneamente, incluyendo también chips reguladores de potencia, etc.

Se traduce en un rango de audio como pequeñas o muy agudas y periódicas caídas o estallidos de conductividad promedio de partes no lineales (detección de AM), que funcionan con CC.

Piense en el trazado del osciloscopio de baja velocidad que muestra una línea recta con cuentas de flashes UHF. Los picos agudos simples de la corriente DC consumida se harán audibles con el amplificador.

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En realidad, esto se relaciona con el hecho subestimado de que incluso si la salida de un amplificador finalmente se filtrará a las frecuencias de audio (después de todo, un altavoz típico no vibrará apreciablemente en frecuencias superiores a 1 MHz), la presencia de frecuencias más altas o más bajas en la entrada puede causar una distorsión muy audible. Una señal de 869.0000MHz modulada en amplitud a 500Hz contendrá componentes a 868.9995MHz y 869.0005Mhz, ninguno de los cuales es audible, pero la distorsión puede producir componentes de frecuencia en cualquier suma o diferencia de cualquier múltiplo de las frecuencias originales.

— supercat

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Una manera fácil de imaginar el problema es imaginar un amplificador que recorta las señales, antes de cualquier filtrado, a 1.2 voltios en el lado alto y -1.1 voltios en el lado bajo. Una señal fuerte de 868MHz (por ejemplo, +/- 2 voltios o más) forzaría efectivamente la etapa de entrada del amplificador para ver 0.05 voltios cuando está presente; Si no hay tal señal y la entrada es silenciosa, vería 0.00 voltios. Por lo tanto, una señal fuerte de 868MHz que aparece y desaparece a una velocidad de audio causaría una onda de frecuencia de audio de pico a pico aparente de 0.05 voltios en la entrada.

— supercat

¿Por qué el efecto solo ocurre cuando hay un teléfono cerca? ¿El teléfono está transmitiendo cuando recibe una llamada y luego solo se está recogiendo la transmisión?

— Nate

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@Nate: la intensidad de la señal disminuye aproximadamente con el cuadrado de la distancia, por lo que uno recibirá aproximadamente 100 veces más señal de un teléfono a 10 pies de distancia que a 100 pies de distancia. Este efecto se reduce ligeramente a distancias más pequeñas (uno no recibirá 144x tanta señal de un teléfono a una pulgada de distancia como de uno a un pie de distancia), pero una transmisión lo suficientemente fuerte como para ser recibida a una distancia de una milla será de aproximadamente un millón veces más fuerte a una distancia de 5 pies.

— supercat

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En mi trabajo sobre implantes auditivos, descubrí que el zumbido es causado por la radiación magnética de los cables de la batería en el teléfono que transportan pulsos de quizás 2A. Este campo magnético es relativamente intenso y puede acoplarse a circuitos susceptibles a EMI de baja frecuencia de dispositivos cercanos. El ruido en mi caso no era del RF ni de la antena. Es por eso que el blindaje de RF puede no funcionar.

— Tony Richardson
fuente

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En primer lugar, es el poder lo que importa en esta situación. Cualquier altavoz pequeño tendrá solo unos pocos vatios, si no una pérdida.

La energía que se apaga del teléfono en aplicaciones celulares puede ser tan grande como 33dBm (o 2 vatios). Este es el caso de UMTS y GSM; sin embargo, para GSM hay ráfagas de alrededor de 217 Hz (que está en el rango audible). Estos 2 vatios de potencia pueden ser muy fuertes en comparación con las señales de audio. En UMTS, el protocolo cambió y fue diseñado específicamente para evitar ráfagas que estarían en el rango audible.

— Kellenjb
fuente

Kellenjb, hice un chequeo de cordura y actualicé los resultados a mi pregunta. ¿Podrías echarme un vistazo y decirme si tengo un error?

— JSideris

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Sí. El diseño del protocolo GSM de Thje tenía muerte cerebral y las implicaciones no se detectaron hasta demasiado tarde en el proceso. Sabían lo que iba a suceder, pero todos los involucrados invirtieron suficiente dinero para permitirles pasar por alto a las autoridades reguladoras. Cualquier compañía que tuviera este tipo de problema generalmente nunca pasaría la aprobación de tipo. GSM era un gorila de 6000 libras (eso es 10 veces las usualmente abrumadoras de 600 libras). La interferencia es una subarmónica accidental relacionada con cómo se construyen las tramas de señalización.

— Russell McMahon

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¿Cómo puede la pequeña cantidad de EM emitida por la radio de un teléfono celular causar que un sistema de altavoces, diseñado para funcionar con una señal fluctuante de 1 v, produzca un zumbido tan fuerte?

La interferencia no está impulsando los altavoces directamente; está encontrando su camino de regreso a la electrónica, a través de algún camino donde termina amplificado.

Aquí hay un camino. El altavoz está realmente conectado a la salida de un amplificador, que se estabiliza mediante una línea de retroalimentación negativa global. Esa retroalimentación negativa se remonta a una impedancia relativamente alta, entrada sensible anteriormente en el amplificador.

— Kaz
fuente

Los cables recogen el microondas y pueden resonar con una impedancia de 1/4 W de la bobina. Parece crear una fuerza radial en lugar de axial, por lo que el altavoz zumba golpeando el imán.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

y ¿cómo evitaría la interferencia o el filtrado de esta señal desde la línea de retroalimentación negativa global del amplificador de potencia?

— Endolith

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El zumbido que escuchas es interferencia. Poner cuentas de ferrit en su cable para deshacerse de él. Aquí es cómo. Como AndrejaKo señaló, la radiación es significativa ya que puede alcanzar un pico de aproximadamente 2 vatios (para auriculares).

— suha
fuente

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Hola Suha, entiendo qué es el sonido y cómo deshacerme de él. Sin embargo, no entiendo cómo es posible que se induzcan 2 W en el cable cuando hay un dispositivo GSM cerca. ¿Puedes ver mis ediciones a la pregunta y avisarme si ves algún error en mi cálculo?

— JSideris

Uno para las fórmulas ordenadas :).

— JSideris

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@Bizorke No entiendo, ¿no respondieron tu pregunta pero les diste un voto a favor de fórmulas ordenadas? Ni siquiera veo ninguna fórmula. ¿Qué me estoy perdiendo?

— Kellenjb

@Bizorke, los 2 vatios son la potencia máxima en la antena, no en el cable en sí. Una ferrita no va a absorber 2 vatios. Se pone fuerte porque se acopla a las líneas de señal previas a la amplificación.

— Kortuk

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@Bizorke, los votos deben ser por la calidad de las respuestas, las ediciones le otorgan al representante del usuario niveles bajos de repetición sin que necesite votar la pregunta.

— Kortuk

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Si sus altavoces suenan cada pocos minutos cuando la radio está apagada, entonces la causa automática es la sincronización automática con la torre celular más cercana. Esta ráfaga es para garantizar que permanezca conectado a la torre más fuerte para recibir llamadas.

Si lo anterior es cierto, entonces la solución es agregar una pequeña tapa de RF, la cerámica de 100 pF puede funcionar bien, verifique la ESR y elija el valor que ofrezca la impedancia más baja a 850MHz.

Motivo: la bobina del altavoz es una buena antena y el magnetismo actúa de forma no lineal con rectificaciones de corrientes parásitas y hace que se escuche la fuerza EM en la bobina. Normalmente, no debe detectarse una distancia> 3 m. El protocolo para la sincronización fuera de línea usa señales de banda base cuando AM detecta la bobina del altavoz. pero ofrece una mejor SNR y una conexión confiable. ADSL tiene el mismo problema y el divisor de banda está diseñado para filtrarlo. De lo contrario, escucharía el protocolo para conectarse mediante autobaud a velocidades de banda ancha. El problema GSM no es evidente con las conexiones en línea, ya que la modulación evita el contenido de la banda base con el operador continuo.

No sé la Q de la bobina de su altavoz, pero si puede escucharla en modo pasivo, funciona bastante bien.

Si mi suposición es incorrecta, entonces pueden ser las otras fuentes mencionadas anteriormente.

Como dije, el TDMA es AM detectado por la bobina resonante y las propiedades no lineales del imán en esas frecuencias. ¿Puedes responder a mi Q? La longitud de la bobina no es tan importante como el radio.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
fuente

Bizorke <GSM Edge 2G obtiene esta interferencia de su protocolo de conexión TDMA. Mientras que las ráfagas CDMA utilizadas por Verizon no lo hacen. Creo que escuchas la velocidad de ráfaga en el ritmo de "dit-ditty-dit-ditty ..." durante unos segundos. La velocidad de cuadros de TDMA durante el "descolgado" es de 216.7 Hz. La velocidad de cuadros es la ráfaga "dit", cuando envía "¿Me oyes?" La cuarta ola de GSM (@ 850MHz) portadora es de 89 mm o 3.5" , que pone bobinas de los altavoces en el rango de recepción. Puede por favor confirmar mi hipótesis sobre sus condiciones de prueba con potencia de audio libre? Audio fuerte puede matar el ruido que se altere la resonancia.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

@Bizorke et al, la clave de la precisión de mi respuesta es el sonido del zumbido, que puede ser bastante alto y molesto frente a un tono limpio de 200 Hz. Esto prueba que la bobina no solo se mueve axialmente como si fuera accionada por la electrónica, sino que también se frota radialmente sobre el imán y hace un zumbido de resorte. Es por eso que pregunté si suena con la alimentación apagada y el altavoz desconectado.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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No he observado esto con los altavoces apagados o desconectados. Una de mis hipótesis era que GSM de alguna manera interfería directamente con las tarjetas de sonido. Tampoco tengo las especificaciones para mi altavoz disponibles, pero estoy de acuerdo en que la bobina del altavoz contribuirá considerablemente a la energía total absorbida por el sistema.

— JSideris

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Este es realmente simple. El amplificador de potencia de RF en el teléfono necesita mucha corriente y lo necesita rápidamente. Esto crea un alto di / dt en las trazas que conducen al amplificador de potencia. El resultado recogido por el cableado de audio (a través del acoplamiento magnético) es una serie de impulsos a un fundamental de 2xx hz (no tiene el estándar a la mano).

Esa señal contiene mucha potencia en los rangos de frecuencia de audio, que se amplifican y se envían a los altavoces. El efecto de los componentes de RF es minúsculo en comparación, no los escuchará con el zumbido mucho más fuerte.

— Wrangler profesional de electrones
fuente