Если коротко: тонкий писк зарядки, блока питания ноутбука или телевизора почти всегда — нормальная механика импульсного источника питания. Внутри него ток переключается десятки тысяч раз в секунду, и от этого крошечно вибрируют сердечник трансформатора и керамические конденсаторы. Обычно эта частота лежит выше порога слуха, но в режиме ожидания, когда нагрузки почти нет, схема начинает работать «пачками» — и колебания опускаются в слышимый диапазон. Опасен не сам писк, а то, что может идти вместе с ним: треск и щелчки, запах горячего пластика, сильный нагрев, потемневший или деформированный корпус.
Я пишу для канала «Интерьер и ремонт» и обожаю такие бытовые загадки: зарядка без телефона лежит в розетке и тихонько свистит, а стоит подключить смартфон — замолкает. Звучит как поломка, а на деле это прямое следствие того, как устроен любой современный адаптер. Разберём механизм, и станет понятно, когда можно не обращать внимания, а когда устройство пора выключить из сети.
Что внутри зарядки: трансформатор, который работает на ультразвуке
Старые блоки питания были тяжёлыми не просто так: внутри стоял трансформатор на железном сердечнике, работающий на частоте сети — 50 герц. Такой трансформатор гудит низко, «по-трансформаторному», и чтобы передать заметную мощность, ему нужно много железа и меди.
Современная зарядка устроена иначе. Сначала она выпрямляет сетевое напряжение, а затем транзистор-ключ рубит его на короткие импульсы с частотой в десятки и сотни килогерц. Чем выше частота, тем меньше может быть трансформатор, поэтому адаптер на 20 ватт помещается в ладони. Дальше импульсы снова выпрямляются и сглаживаются конденсаторами — получается ровные 5, 9 или 20 вольт для телефона или ноутбука.
Ключевое слово здесь — импульсы. Каждое переключение — это резкий скачок тока и напряжения. А любой скачок, приложенный к материалу, который умеет менять форму под действием поля, превращается в механический толчок. Таких материалов в блоке питания два, и оба делают свой вклад в писк.
Откуда берётся звук: два «динамика», которых никто не ставил
Сердечник трансформатора и дроссели: магнитострикция
Ферритовый сердечник трансформатора или дросселя чуть-чуть меняет размер, когда через обмотку течёт ток и меняется магнитный поток. Это явление называется магнитострикцией. По данным руководства Power Integrations по снижению шума импульсных преобразователей, у распространённых силовых ферритов это изменение меньше одной миллионной доли размера. Но вклад дают и другие механизмы: половинки сердечника притягиваются друг к другу и сдвигаются, шевелятся витки провода, вибрирует каркас катушки.
Вместе всё это — маленькая механическая система со своими резонансами. В том же документе инженеры пишут, что у типичных сетевых преобразователей мощностью до 10 ватт (то есть ровно у зарядок для телефонов) конструкция трансформатора резонирует в диапазоне 10–20 кГц — на самом верху слышимого спектра. Если частота переключений или её гармоника попадает в этот резонанс, трансформатор начинает работать как миниатюрный динамик.
Керамические конденсаторы: пьезоэффект
Второй источник — многослойные керамические конденсаторы (их называют MLCC). Это крошечные коробочки на плате, которых в зарядке десятки. Диэлектрик в них — титанат бария, родственник материалов, из которых делают пьезоизлучатели в будильниках. Производитель конденсаторов Murata объясняет: при подаче напряжения керамика расширяется и сжимается из-за пьезоэлектрического (электрострикционного) эффекта, вибрация передаётся на плату, и если её частота лежит в пределах 20 Гц–20 кГц, мы слышим звук.
Сам конденсатор колеблется на ничтожную величину: по оценке Murata, амплитуда составляет от одного пикометра до одного нанометра. Это в тысячи раз меньше толщины волоса. Звук становится слышным потому, что конденсатор припаян к плате, а плата работает как дека у гитары: большая плоская поверхность раскачивает воздух куда эффективнее, чем сам крошечный элемент. Инженеры так и говорят — «поющие конденсаторы».
Почему зарядка пищит именно без телефона
Вот главный «ага»-момент. Под нормальной нагрузкой ключ в адаптере переключается с высокой, стабильной частотой — обычно ультразвуковой, и вибрации никто не слышит. Но когда телефон отключён, отдавать энергию некому. Работать вхолостую на полной частоте — значит впустую греть транзистор и трансформатор.
Поэтому схема переходит в экономичный режим: она пропускает импульсы и делает пачку переключений, потом пауза, потом снова пачка. Инженер Texas Instruments в статье о том, как сделать преобразователь тише, описывает именно это: при малой или нулевой нагрузке всё больше импульсов пропускается, и у прерывистой последовательности появляется собственная, более низкая частота повторения. В зависимости от длины пауз она уходит либо в радиопомехи, либо в слышимый звук. Частота пачек «плавает» с нагрузкой — поэтому писк может меняться по тону или пульсировать.
И у этого режима есть вполне законодательная причина. Энергопотребление адаптеров без нагрузки строго ограничено. Например, европейский регламент 2019/1782 по внешним блокам питания с 1 апреля 2020 года требует, чтобы обычный сетевой адаптер мощностью до 49 ватт потреблял на холостом ходу не больше 0,10 Вт. Уложиться в десятую долю ватта, держа схему в постоянной готовности, можно только «дремлющим» режимом с пропуском импульсов. Получается парадокс: чем экономнее зарядка в розетке, тем выше шанс, что она будет еле слышно пищать.
Отсюда и знакомые всем наблюдения. Зарядка свистит в розетке, а с телефоном затихает. Пищит в конце зарядки, когда аккумулятор почти полон и ток падает. Блок питания ноутбука молчит под работой, но пищит, когда ноутбук спит. А видеокарта или ноутбук, наоборот, «поют» под переменной нагрузкой: в руководстве Power Integrations отдельно отмечено, что преобразователи на ультразвуковой частоте могут шуметь, если их нагрузка меняется с частотой звукового диапазона.
А телевизор? Почему он пищит в дежурном режиме
У телевизора внутри тот же импульсный блок питания, только мощнее, плюс отдельный маленький источник для дежурного режима — того самого, который держит включённым приёмник пульта. В режиме ожидания он работает почти без нагрузки, и механизм тот же, что у зарядки без телефона. Поэтому многие слышат писк именно от выключенного пультом телевизора, особенно в тихой комнате ночью.
Отдельная история — старые кинескопные телевизоры. Многие помнят их тонкий звон: строчная развёртка в европейском стандарте рисовала 625 строк 25 раз в секунду, то есть работала на частоте 15 625 Гц. Трансформатор развёртки звенел ровно на этой ноте, и дети слышали его даже из соседней комнаты.
Почему одни слышат писк, а другие — нет
Если в семье кто-то жалуется на свист зарядки, а остальные пожимают плечами, никто не притворяется. Верхняя граница слуха с возрастом снижается, и как раз в той области, где живёт большинство писков блоков питания.
В исследовании слуха на расширенных высоких частотах (Journal of Otolaryngology — Head & Neck Surgery, 2021, 162 здоровых взрослых) все участники моложе 30 лет слышали тон 16 кГц, а 20 кГц — чуть больше половины. В группе 31–40 лет 16 кГц слышали уже 64%, в 41–50 — меньше 40%, а 18 кГц после сорока практически никто. Дети в эту выборку не входили, но тенденция понятна: чем моложе ухо, тем выше его верхняя граница. Поэтому писк на 15–18 кГц может по-настоящему раздражать ребёнка и быть полностью неслышимым для родителей.
Есть и второй фактор — тишина. Звук блока питания очень тихий, днём его маскирует уличный и бытовой шум. Ночью, когда фон падает, тот же адаптер вдруг кажется громким, хотя ничего не изменилось.
Опасно ли это: когда писк — норма, а когда сигнал тревоги
Сам по себе ровный тонкий писк безопасен. Murata прямо пишет, что «пение» керамических конденсаторов не считается проблемой надёжности ни для самих конденсаторов, ни для соседних компонентов: амплитуда колебаний слишком мала, чтобы что-то разрушить. Новая зарядка, которая чуть слышно свистит без нагрузки и замолкает под нагрузкой, ведёт себя ровно так, как предсказывает физика.
Другое дело — звуки и признаки, которые говорят о повреждении. Apple в инструкции по безопасному использованию адаптеров перечисляет случаи, когда адаптер нужно перестать использовать: трещины, повреждения или изменение цвета корпуса, погнутые или расшатанные штыри вилки, повреждённая оплётка кабеля и — что важно для нашей темы — хлопки и щелчки изнутри адаптера или из кабеля. Эти правила общие для любой техники, не только для одного бренда.
Признаки, при которых устройство стоит отключить
Выключайте адаптер из розетки и больше им не пользуйтесь, если заметили хотя бы одно из этого:
• треск, хлопки, шипение или щелчки вместо ровного тона;
• писк, который резко стал громче или появился у старой зарядки, которая раньше молчала;
• запах горячего пластика или гари;
• корпус настолько горячий, что его неприятно держать, или нагрев растёт;
• потемнение, оплавление, вздутие корпуса, следы копоти у вилки или розетки;
• телефон заряжается с перебоями, а адаптер при этом шумит.
Вскрывать адаптер или телевизор, чтобы «посмотреть, что там пищит», не нужно: внутри сетевого блока питания стоят конденсаторы, которые могут держать опасное напряжение и после отключения от сети. Подозрительную зарядку проще и дешевле заменить на новую от известного производителя, а телевизор отдать в сервис.
Что можно сделать, не залезая внутрь
Раз писк рождается в режиме почти нулевой нагрузки, самый простой способ от него избавиться — не держать зарядку в розетке без дела. Это заодно и чуть-чуть экономит электричество, и снимает вопрос о старом адаптере, работающем годами под напряжением.
Если пищит телевизор в дежурном режиме, а мешает это ночью, можно выключать его кнопкой на корпусе или удлинителем с выключателем.
Хороший признак качества — когда производитель сам занимается шумом. Чтобы зарядки и платы молчали, существуют специальные малошумные конденсаторы, клеевые трансформаторы и контроллеры, которые держат частоту пачек выше 20 кГц. В примере Texas Instruments такой режим удерживает частоту на холостом ходу около 53 кГц, далеко за пределами слуха. В дешёвых адаптерах на этом нередко экономят, поэтому свистят они чаще. А если блок питания компьютера пищит и при этом не включается, это уже не «пение», а повод для диагностики.
Коротко
• Зарядка, блок питания ноутбука и телевизор — импульсные источники, которые переключают ток с ультразвуковой частотой.
• Звук дают магнитострикция и вибрация сердечника трансформатора и дросселей, а также пьезоэффект в керамических конденсаторах, которые раскачивают плату.
• Без нагрузки схема работает пачками импульсов ради экономии (в ЕС холостой ход адаптера ограничен 0,10 Вт), и частота уходит в слышимую зону — поэтому зарядка пищит без телефона.
• Молодые люди и особенно дети слышат 16–20 кГц, взрослые после 40 обычно нет — отсюда споры «пищит или нет».
• Ровный тихий писк неопасен. Треск, хлопки, запах, сильный нагрев, потемнение или вздутие корпуса — повод сразу отключить устройство и заменить его, не вскрывая.
Пока нет комментариев