Por que o GSM causa zumbido nos alto-falantes?


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Com base em inúmeros recursos da Internet, o fio do alto-falante age como uma antena que capta o sinal transmitido de celulares próximos e faz com que os alto-falantes zumbam. Mas eu realmente não estou comprando isso ...

Um cabo de alto-falante de 3,5 mm foi projetado para transportar 1 V. Vi configurações antigas em que os alto-falantes do PC são alimentados diretamente do conector de 3,5 mm (e eu testei a reprodução de som não amplificado diretamente de um PC através do conector, embora o volume em minha configuração não era muito alta). Como o pequeno EM emitido por um rádio de celular faz com que um sistema de alto-falantes, projetado para operar com um sinal flutuante de 1 v, produza um ruído tão alto? Eu não conseguia imaginar o EM gerando mais do que alguns micro-volts em uma antena receptora. Estou errado?

Obrigado.

Atualizado - tensão corrigida da saída de linha para 1 V (ver comentários)

Atualização Eu procurei, e sim, parece que o GSM transmite a 2 W. Gostaria de fazer uma verificação de sanidade com essa figura para verificar algumas das respostas que indicam que a energia transmitida é significativa. Minha física está bastante enferrujada, mas vou tentar ...

Sabemos que a intensidade da radiação EM em torno de uma fonte é:

I=P4πr2

Digamos que tenhamos um fio de 2 m de comprimento e 0,2 mm de largura (espero que seja uma aproximação válida para o fio) que esteja a aproximadamente 2 m de um módulo GSM transmissor.

Então, para P=2W,I=39mWm2

Multiplique pela área de superfície do fio (0,2 mm * 2 m)

A potência total EM ao longo do fio é então 16 .μW

Como eu disse, estou bastante enferrujado, mas isso não está correto? Isso é realmente significativo o suficiente para produzir esse som sem ser amplificado de alguma forma? Talvez o sinal ressoe? Ou interfere diretamente nas placas de som?


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A primeira saída de linha padrão é 1 V RMS. Em seguida, não há um tiny bit of EM. Quando o telefone está estabelecendo a conexão, a radiação é bastante forte.
AndrejaKo

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@AndrejaKo Sim, eu posso estar errado sobre os 5 V ... - agora que você mencionou 1 V parece correto. Eu ainda gostaria de saber quanta tensão é induzida pelo GSM, pois não consigo imaginar que seja comparável a até 1 V. Estou me perguntando se o sinal GSM está de alguma forma sendo amplificado no próprio alto-falante.
JSideris 28/05

O comprimento dos enrolamentos da bobina no alto-falante pode muito bem ser superior a 2 metros. Uma equação do transformador do núcleo de ar pode fornecer uma aproximação mais próxima da energia transferida, se o telefone GSM estiver orientado adequadamente.
hotpaw2


Posso fazer upload de arquivos de som (wma, amr, mp3) etc aqui?
Sempre confuso

Respostas:


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O zumbido é sinal detectado AM.

A razão de os amplificadores de áudio serem atingidos pelo sinal GSM é que as peças de semicondutores de áudio contemporâneas são realmente muito funcionais até a faixa de GHz alta. Para a faixa GSM-800-900MHz, qualquer traço de cobre de 80 mm funciona como antena de 1/4 de onda ou ressonador de tira de linha. O sinal é detectado AM em qualquer não linearidade (transistores ou estruturas de diodos em chips) em vários pontos do amplificador simultaneamente, incluindo também chips reguladores de potência e assim por diante.

Ele é traduzido para a faixa de áudio como diminuições ou pops minúsculos, mas muito nítidos e periódicos, de condutividade média de peças não lineares (detecção de AM), que são alimentadas por CC.

Pense no traço do osciloscópio de baixa velocidade mostrando uma linha reta com contas de flashes UHF. Picos agudos simples de corrente DC consumida se tornarão audíveis com o amplificador.


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Na verdade, isso está ligado ao fato subestimado de que, mesmo que a saída de um amplificador acabe sendo filtrada para frequências de áudio (afinal, um alto-falante típico não vibrará consideravelmente em frequências acima de 1 MHz), a presença de frequências mais altas ou mais baixas na a entrada pode causar distorção muito audível. Um sinal de 869.0000MHz modulado em amplitude em 500Hz conterá componentes em 868.9995MHz e 869.0005Mhz, nenhum dos quais é audível, mas a distorção pode produzir componentes de frequência em qualquer soma ou diferença de quaisquer múltiplos das frequências originais.
Supercat

1
Uma maneira fácil de visualizar o problema é imaginar um amplificador que prenda os sinais, antes de qualquer filtragem, a 1,2 volts no lado alto e -1,1 volts no lado baixo. Um sinal forte de 868 MHz (por exemplo, +/- 2 volts ou mais) forçaria efetivamente o estágio de entrada do amplificador a ver 0,05 volts quando ele estiver presente; se esse sinal não estiver presente e a entrada for silenciosa, veria 0,00 volts. Assim, um sinal forte de 868 MHz que aparece e desaparece a uma taxa de áudio causaria uma onda aparente de frequência de áudio pico a pico de 0,05 volts na entrada.
Supercat

por que o efeito só acontece quando um telefone está próximo? O telefone está transmitindo quando recebe uma chamada e somente a transmissão está sendo atendida?
Nate

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@Nate: a intensidade do sinal diminui aproximadamente com o quadrado da distância; portanto, você recebe cerca de 100x mais de um telefone a 10 pés de distância e a 100 pés de distância. Esse efeito é ligeiramente reduzido em distâncias menores (não se recebe 144x tanto de sinal de um telefone a uma polegada de distância quanto a um pé de distância), mas uma transmissão forte o suficiente para ser recebida a uma distância de uma milha será de cerca de um milhão vezes mais forte a uma distância de 5 pés.
supercat

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No meu trabalho sobre implantes auditivos, descobri que o zumbido é causado pela radiação magnética dos fios da bateria do telefone, que carregam pulsos de talvez 2A. Esse campo magnético é relativamente intenso e pode acoplar-se a circuitos suscetíveis a EMI de baixa frequência de dispositivos próximos. O barulho no meu caso não era da RF e da antena. É por isso que a blindagem de RF pode não funcionar.


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Primeiro de tudo, é o poder que importa nesta situação. Qualquer alto-falante pequeno terá apenas alguns watts, senão perda.

A energia do telefone em aplicativos de celular pode ser tão grande quanto 33dBm (ou 2 Watts). Este é o caso de UMTS e GSM; no entanto, para o GSM, existem rajadas de cerca de 217 Hz (que estão na faixa audível). Esses 2 watts de potência podem ser muito fortes em comparação com os sinais de áudio. No UMTS, o protocolo foi alterado e foi projetado especificamente para evitar explosões que estariam na faixa audível.


Kellenjb, fiz uma verificação de sanidade e atualizei os resultados para minha pergunta. Você poderia dar uma olhada e me dizer se estou errado?
JSideris 28/05

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Sim. O projeto do protocolo GSM estava com morte cerebral e as implicações não foram identificadas até muito tarde no processo. Eles sabiam o que ia acontecer, mas havia US $ suficientes investidos por todos os envolvidos para permitir que eles passassem por cima das autoridades reguladoras. Qualquer empresa que tivesse esse tipo de problema geralmente nunca obteria aprovação de tipo. O GSM era um gorila de 6000 libras (ou seja, 10 vezes os gorilas de 600 libras). A interferência é um sub-harmônico acidental relacionado a como os quadros de sinalização são construídos.
Russell McMahon

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Como o pequeno EM emitido por um rádio de celular faz com que um sistema de alto-falantes, projetado para operar com um sinal flutuante de 1 v, produza um ruído tão alto?

A interferência não está direcionando os alto-falantes diretamente; está voltando para a eletrônica, por algum caminho em que acaba amplificado.

Aqui está uma maneira. O alto-falante está realmente conectado à saída de um amplificador, que é estabilizada por uma linha de feedback negativo global. Esse feedback negativo remonta a uma entrada sensível e de impedância relativamente alta, anteriormente no amplificador.


Os fios captam o microondas e podem ressoar a impedância da bobina de 1/4 W. Parece criar uma força radial em vez de axial, de modo que o alto-falante vibra pressionando o ímã.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

e como você impediria a interferência ou filtraria esse sinal da linha de feedback negativo global do amplificador de potência?
endolith 12/09

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O zumbido que você ouve é interferência. Coloque contas de ferrit no seu cabo para se livrar dele. Aqui está como. Como AndrejaKo apontou, a radiação é significativa, pois pode atingir um pico de cerca de 2 Watts (para fones de ouvido).


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Oi Suha, eu entendo o que é o som e como se livrar dele. No entanto, eu não entendo como é possível que 2 W estejam sendo induzidos no cabo quando um dispositivo GSM está próximo. Você pode ver minhas edições na pergunta e me avise se encontrar algum erro no meu cálculo?
JSideris 28/05

Um para as fórmulas puras :).
JSideris

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@ Bizorke, eu não entendo, eles não responderam sua pergunta, mas você deu a eles um voto positivo por fórmulas organizadas? Eu nem vejo nenhuma fórmula. o que estou perdendo?
Kellenjb

@ Bizorke, os 2 watts são o pico de potência da antena, não do próprio cabo. Uma ferrita não absorve 2 watts. Ele fica alto porque se une às linhas de sinal anteriores à amplificação.
Kortuk 29/05

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@Bizorke, os votos devem ser para a qualidade das respostas, edições para o representante do usuário em níveis baixos de repetição, sem que você precise votar na pergunta.
Kortuk

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Se os alto-falantes tocarem a cada poucos minutos quando o rádio estiver desligado, será a causa da sincronização automática com a torre de celular mais próxima. Essa explosão é para garantir que você fique conectado à torre mais forte para receber chamadas.

Se o exposto acima for verdadeiro, a solução é adicionar uma pequena tampa de RF, 100 pF de cerâmica pode funcionar bem, verifique a ESR e escolha o valor que dê a menor impedância a 850 MHz.

Motivo: a bobina do alto-falante produz uma boa antena e os magnéticos agem de maneira não linear, com correntes de Foucault sendo retificadas e fazendo com que a força EM na bobina seja ouvida. Normalmente, a distância> 3m não deve ser detectada. O protocolo para sincronização offline usa sinais de banda base quando AM é detectado pela bobina do alto-falante. mas oferece melhor SNR e conexão confiável. O ADSL tem o mesmo problema e o separador de banda foi projetado para filtrar isso. Caso contrário, você ouviria o protocolo para conectar-se usando o autobaud em velocidades de banda larga. O problema do GSM não é evidente nas conexões on-line, pois a modulação evita o conteúdo da banda base com a operadora contínua.

Não sei o Q da bobina do alto-falante, mas se você puder ouvi-lo no modo passivo, ele funcionará muito bem.

Se minha suposição estiver errada, podem ser as outras fontes mencionadas acima.


Como eu disse, o TDMA é detectado AM pela bobina ressonante e pelas propriedades não lineares do ímã nessas frequências. Você pode responder ao meu Q? O comprimento da bobina não é tão importante quanto o raio.


O Bizorke <GSM Edge 2G recebe essa interferência de seu protocolo de conexão TDMA. Enquanto as explosões CDMA usadas pela Verizon não. Eu acredito que você ouve a taxa de estouro na batida de "dit-ditty-dit-ditty ..." por alguns segundos. A taxa de quadros TDMA durante "fora do gancho" é de 216,7 Hz. A taxa de quadros é o "dit" burst, quando ele envia "Você pode me ouvir?" A portadora de 1/4 de onda GSM (@ 850MHz) é de 89 mm ou 3,5 ", o que coloca as bobinas dos alto-falantes na faixa de recepção. Você pode confirmar minha suposição sobre as condições de teste com o desligamento do áudio ? O áudio alto pode eliminar o ruído perturbando a ressonância #
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

@Bizorke et al., A pista para a precisão da minha resposta é o som do zumbido, que pode ser bastante alto e irritante contra um tom limpo de 200 Hz. Isso prova que a bobina não está apenas se movendo axialmente como se fosse acionada pelos eletrônicos, mas esfregando radialmente o ímã e fazendo um zumbido na mola. Foi por isso que perguntei se ele vibra com a energia desligada e o alto-falante desconectado.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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Não observei isso com os alto-falantes desligados ou desconectados. Uma das minhas hipóteses era que o GSM interferisse diretamente nas placas de som. Também não tenho as especificações disponíveis para o meu alto-falante, mas concordo que a própria bobina do alto-falante contribuirá consideravelmente para a energia geral absorvida pelo sistema.
JSideris 29/05

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Este é realmente simples. O amplificador de potência de RF do telefone precisa de muita corrente e precisa rapidamente. Isso cria um alto di / dt nos traços que levam ao amplificador de potência. O resultado obtido pelo cabeamento de áudio (através do acoplamento magnético) é uma série de impulsos a uma base de 2xx hz (não possui o padrão disponível).

Esse sinal contém muita potência nas faixas de frequência de áudio, que são amplificadas e enviadas pelos alto-falantes. O efeito dos componentes de RF é minúsculo em comparação; você não os ouvirá com o zumbido muito mais alto.

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