Почему компьютерные колонки трещали за секунду до звонка мобильного телефона

Телефон лежит на столе возле компьютера. В колонках неожиданно раздаётся знакомое «ты-ды-дыы, ты-ды-дыы». Через мгновение загорается экран и начинает играть мелодия вызова. Можно заранее потянуться за трубкой: колонки уже предупредили, что кто-то звонит. Особенно хорошо этот звук помнят владельцы кнопочных телефонов. Иногда достаточно было убрать аппарат с компьютерного стола, чтобы треск прекратился. Но почему обычные колонки вообще реагировали на мобильник — и как успевали сделать это раньше его собственного звонка?

Почему телефон ещё молчал, а колонки уже трещали

Для пользователя входящий вызов начинается с мелодии или вибрации. Для самого телефона — с обмена сообщениями с сотовой сетью.

Сначала сеть связывается с аппаратом. Телефон отвечает, выполняются необходимые процедуры установления соединения, и только затем включается оповещение владельца. В спецификации GSM 04.08 подтверждение вызова и начало оповещения описаны как отдельные этапы.

Получалось, что передатчик уже работал, хотя рингтон ещё не звучал. Именно его радиосигнал и создавал помеху в расположенной рядом аудиотехнике. Поэтому колонки могли отреагировать раньше, чем человек замечал вызов на самом аппарате.

Задержка при этом не составляла строго одну секунду. Слова «за секунду до звонка» описывают знакомое впечатление, а не установленный интервал. Кроме того, телефон передавал служебные сообщения и без входящего вызова, поэтому за треском не обязательно следовал звонок.

Откуда бралось знакомое «ты-ды-дыыы»

В сетях GSM несколько телефонов могут использовать одну радиочастоту, передавая каждый в выделенные промежутки времени. Поэтому передатчик аппарата излучает короткие посылки.

В типичном режиме, когда телефону выделен один временной интервал в каждом кадре, посылки повторяются приблизительно через 4,6 миллисекунды. Это около 217 повторений в секунду. Частота 217 Гц и её гармоники связаны с характерным GSM-жужжанием, которое инженеры называют GSM buzz. Такой механизм описан в техническом разборе Texas Instruments.

Сам радиосигнал передаётся на гораздо более высокой частоте: например, около 900 или 1800 МГц. Услышать такую радиоволну человек не может. Но после её преобразования в электронике колонок появляется сигнал звуковой частоты.

При этом 217 Гц не описывают все паузы и группы знакомого треска. Рисунок зависел от того, какие передачи выполнял телефон. Поэтому помеха могла звучать короткими очередями, а не одним ровным тоном.

Как колонки превращались в радиоприёмник

Внутри активной компьютерной колонки находится усилитель. Подведённые к нему провода и дорожки на плате способны принимать радиопомехи, работая как непредусмотренные антенны.

Дальше происходило самое интересное. Полупроводниковые элементы усилителя обладают нелинейными свойствами. Некоторые переходы внутри транзисторов и защитных цепей могут выпрямлять высокочастотный сигнал, выделяя изменения его амплитуды. Этот эффект рассматривается в документации Texas Instruments по электромагнитной совместимости.

Так из принятой радиопомехи возникали более медленные электрические колебания. Они попадали в звуковой тракт, усиливались и воспроизводились динамиком. Подобный принцип намеренно используют в детекторе AM-радиоприёмника, но в компьютерных колонках такой приём был побочным эффектом.

Для этого мобильнику не требовалось подключение к компьютеру. Хватало сильного радиосигнала рядом с чувствительной схемой. При этом колонки не расшифровывали разговор и не узнавали номер звонящего: слышимым становился ритм помехи от передатчика.

Почему одни колонки реагировали, а другие молчали

Устойчивость к радиопомехам зависит от устройства усилителя, экранирования, фильтров и расположения проводников. Поэтому две пары колонок возле одного телефона могли вести себя совершенно по-разному.

В документации Analog Devices отдельно рассматривается, как входные дорожки усилителя принимают радиосигнал. Инженеры рекомендуют уменьшать их длину, правильно размещать на плате и применять схемы с большей устойчивостью к таким воздействиям.

Хорошее звучание музыки само по себе не гарантировало защиты от мобильника. Аудиосистема могла нормально воспроизводить запись, но трещать при появлении сильного радиополя.

Самое доступное решение не требовало ремонта: телефон убирали подальше от колонок и соединительного кабеля. Если в аудиотракт попадало меньше радиопомехи, неприятный звук ослабевал или исчезал.

Почему теперь этот звук слышно реже

Знакомый треск особенно связан с характером передачи GSM. Другие технологии сотовой связи используют иные способы организации радиопередач, поэтому привычный рисунок помехи не обязан повторяться. На связь этого звука с GSM указывают и специалисты Shure.

Имеет значение и сама аудиотехника: усилители с хорошей защитой могут подавлять радиосигнал ещё до того, как он превратится в слышимый шум. При этом современный смартфон тоже способен работать в GSM, а радиопомехи не исчезли из электроники окончательно.

Колонки предупреждали о вызове потому, что телефон уже связывался с сетью. Его передатчик начинал работать до мелодии, а соседний усилитель невольно превращал радиопомеху в звук.