¿Por qué GSM hace que los parlantes zumben?

Según 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 zumben. 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 la PC se alimentan directamente desde el conector de 3,5 mm (y probé la reproducción de sonido sin amplificar directamente desde una PC a través del conector, aunque el volumen en mi configuración no era muy alta en absoluto). ¿Cómo puede la diminuta cantidad de EM emitida por la radio de un teléfono celular hacer 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 corregido de salida de línea a 1 V (ver comentarios)

Actualización Lo busqué, y sí, parece que GSM transmite a 2 W. Me gustaría hacer una verificación de 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:

yo = PAG 4 π 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 un módulo GSM transmisor.

Entonces para PAG = 2 W , yo = 39 metro W metro 2

Multiplique eso por el área de superficie del cable (0,2 mm * 2 m)

La potencia EM total a lo largo del cable es entonces 16 m W .

Como dije, estoy bastante oxidado, pero ¿no es esto correcto? ¿Es esto realmente 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?

La primera salida de línea estándar es de 1 V RMS. A continuación, no hay un tiny bit of EM. Cuando el teléfono está estableciendo conexión, la radiación es bastante fuerte.
@AndrejaKo Sí, podría estar equivocado sobre los 5 V ... - ahora que mencionas 1 V suena correcto. Todavía me gustaría saber cuánto voltaje induce GSM, ya que no podía imaginar que fuera comparable a 1 V. Me pregunto si la señal GSM se amplifica de alguna manera dentro del propio altavoz.
La longitud de los devanados de la bobina en el altavoz puede ser un poco más larga que 2 metros. Una ecuación de transformador con núcleo de aire podría dar una aproximación más cercana a la energía transferida, si el teléfono GSM está orientado adecuadamente.
¿Puedo cargar archivos de sonido (wma, amr, mp3), etc. aquí?
@AlwaysConfused ¿Por qué desea cargar archivos de sonido para el intercambio de pilas?
@JSideris Discutido aquí: meta.electronics.stackexchange.com/questions/5824/… . Diferentes conjuntos de teléfonos inducen diferentes tipos de sonido. Y pensé que si uso un archivo de muestra de sonido (muy parecido a Wikipedia), eso facilitaría la comprensión de los futuros lectores. NO ES NADA DE EMERGENCIA.
En realidad es mucho más simple que todo eso. Es un diseño barato. La mayoría de los problemas de RFI (interferencia de radiofrecuencia) son el resultado de una fabricación deficiente de los productos electrónicos de consumo. Las juntas de soldadura defectuosas actúan como rectificadores en las radios de cristal y la señal se amplifica. Los transmisores comerciales están altamente filtrados para contener emisiones fuera de banda. La respuesta de frecuencia superior de los componentes es irrelevante cuando se trata de RFI, el problema ocurriría con una fuente de RF cercana de suficiente potencia

Respuestas (7)

El zumbido es una señal de AM detectada.

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

Se traduce en el rango de audio como caídas o estallidos pequeños pero muy agudos y periódicos de la conductividad promedio de las partes no lineales (detección de AM), que funcionan con CC.

Piense en la traza de un osciloscopio de baja velocidad que muestra una línea recta con gotas de destellos UHF. Los picos agudos simples de la corriente CC consumida se volverán audibles con el amplificador.

En realidad, esto se relaciona con el hecho subestimado de que incluso si la salida de un amplificador finalmente se filtra a frecuencias de audio (después de todo, un altavoz típico no va a vibrar apreciablemente a 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.
Una manera fácil de visualizar 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 868 MHz (p. ej., +/- 2 voltios o más) obligaría efectivamente a la etapa de entrada del amplificador a ver 0,05 voltios cuando está presente; si tal señal no está presente y la entrada es silenciosa, vería 0,00 voltios. Por lo tanto, una señal fuerte de 868 MHz que aparece y desaparece a una frecuencia de audio causaría una onda de frecuencia de audio pico a pico aparente de 0,05 voltios en la entrada.
¿Por qué el efecto solo ocurre cuando hay un teléfono cerca? ¿El teléfono está transmitiendo cuando recibe una llamada y luego solo se recoge la transmisión?
@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 de 100 pies de distancia. Este efecto se reduce ligeramente a distancias más pequeñas (uno no recibirá 144 veces más señal de un teléfono a una pulgada de distancia que 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 alrededor de un millón veces más fuerte a una distancia de 5 pies.

En primer lugar, es el poder lo que importa en esta situación. Cualquier parlante pequeño será solo de unos pocos vatios, si no es que se pierda.

La salida de energía del teléfono en aplicaciones celulares puede ser tan grande como 33dBm (o 2 vatios). Este es el caso tanto para UMTS como para GSM; sin embargo, para GSM hay ráfagas que rondan los 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 se diseñó específicamente para evitar ráfagas que estarían en el rango audible.

Kellenjb, realicé una verificación de cordura y actualicé los resultados de mi pregunta. ¿Podrías echar un vistazo y decirme si estoy en un error?
Sí. El diseño del protocolo GSM no tenía cerebro y las implicaciones no se detectaron hasta demasiado tarde en el proceso. Sabían lo que iba a suceder, pero todos los involucrados habían invertido suficiente dinero para permitirles pisotear a las autoridades reguladoras. Cualquier empresa que tuviera este tipo de problema por lo general nunca pasaría la aprobación de tipo. GSM era un gorila de 6000 libras (es decir, 10 veces los abrumadores gorila de 600 libras). La interferencia es un subarmónico accidental relacionado con la forma en que se construyen los marcos de señalización.

En mi trabajo sobre implantes auditivos descubrí que el zumbido es causado por la radiación magnética de los cables de la batería del 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. En mi caso, el ruido no provenía en absoluto de la radiofrecuencia y la antena. Esta es la razón por la cual el blindaje de RF puede no funcionar.

¿Cómo puede la diminuta cantidad de EM emitida por la radio de un teléfono celular hacer 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 una forma. El altavoz está realmente conectado a la salida de un amplificador, que está estabilizado por una línea de retroalimentación negativa global. Esa retroalimentación negativa se remonta a una entrada sensible de impedancia relativamente alta anterior en el amplificador.

Los cables captan 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 vibra al golpear el imán.
y ¿cómo evitaría la interferencia o filtraría esta señal de la línea de retroalimentación negativa global del amplificador de potencia?

El zumbido que escuchas es interferencia. Pon cuentas de ferrita en tu cable para deshacerte de él. Aquí es cómo. Como señaló AndrejaKo, la radiación es significativa ya que puede alcanzar un máximo de aproximadamente 2 vatios (para auriculares).

Hola Suha, entiendo cuál 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 con mi cálculo?
Uno para las fórmulas ordenadas :).
@Bizorke No entiendo, no respondieron a su pregunta, pero ¿les dio un voto positivo por fórmulas ordenadas? Ni siquiera veo ninguna fórmula. ¿Qué me estoy perdiendo?
@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 vuelve fuerte porque se acopla a las líneas de señal antes de la amplificación.
@Kellenjb edité las fórmulas en la publicación original. Si Bizorke quiere agradecerme por eso, estoy bien. Si no lo haces, también estoy bien con eso.
@Kortuk Sí, estoy de acuerdo, como publiqué en mi pregunta. Di +1 porque Suha formateó las fórmulas en mi pregunta.
@Bizorke, los votos deben ser por la calidad de las respuestas, las ediciones escuchan al representante del usuario en niveles de repetición bajos sin necesidad de votar la pregunta.

Si sus parlantes zumban cada pocos minutos cuando la radio está apagada, entonces la causa 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 un pequeño límite de RF, la cerámica de 100 pF puede funcionar bien, verifique la ESR y elija el valor que proporcione la impedancia más baja a 850 MHz.

Motivo: la bobina del altavoz hace una buena antena y el magnetismo actúa de manera no lineal con las corrientes de Foucault rectificadas y hace que se escuche la fuerza electromagnética en la bobina. Normalmente, no se debe detectar una distancia >3 m. El protocolo para la sincronización sin conexión utiliza señales de banda base cuando la bobina del altavoz detecta AM. 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 usando autobaud a velocidades de banda ancha. El problema de GSM no es evidente con las conexiones en línea ya que la modulación evita el contenido de banda base con portadora continua.

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 como se mencionó anteriormente.

Como dije, la TDMA es AM detectada 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.

Bizorke< GSM Edge 2G obtiene esta interferencia de su protocolo de conexión TDMA. Mientras que las ráfagas de 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 fotogramas de TDMA durante "descolgado" es de 216,7 Hz. La velocidad de fotogramas es la ráfaga "dit", cuando envía "¿Puedes oírme?" El 1/4 de onda de la portadora GSM (@850MHz) es de 89 mm o 3,5", lo que coloca las bobinas de los altavoces en el rango de recepción. ¿Puede confirmar mi suposición sobre sus condiciones de prueba con el audio apagado? El audio alto puede eliminar el ruido al molestar la resonancia
@Bizorke et al, la clave de la precisión de mi respuesta es el sonido del zumbido, que puede ser bastante fuerte y molesto en comparación con un tono limpio de 200 Hz. Esto prueba que la bobina no solo se mueve axialmente como si fuera impulsada por la electrónica, sino que también roza radialmente el imán y hace un zumbido de resorte. Es por eso que pregunté si zumba con la alimentación apagada y el altavoz desconectado.
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 disponibles las especificaciones de mi altavoz, pero estoy de acuerdo en que la bobina del altavoz en sí misma contribuirá considerablemente a la energía total absorbida por el sistema.

Este es realmente simple. El amplificador de potencia de RF del teléfono necesita mucha corriente y la 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 (mediante acoplamiento magnético) es una serie de impulsos a una fundamental de 2xx hz (no tenga el estándar a mano).

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

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