USB充電器からキンキン音がする理由。スイッチング方式でコイルコアが磁歪による振動で音波をだす。

 USB充電器から、耳を近づけると「キンキン」鳴いているように音がするんだけど。

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USB充電器から「キンキン」という音がする現象、気になるよね。それ、実は「コイル鳴き」と呼ばれるものなの。USB充電器がスイッチング方式のAC/DC変換を採用しているから、ノイズが発生しやすくて、その結果、耳障りな音として聞こえるの。この音、人によってはかなり気になるみたい。でも、安心してほしいのは、この音がするからといって、充電器が故障しているわけじゃないってこと。ただし、音が異常に大きかったり、充電器が異常に熱くなるようなら、使用を中止して専門家に相談するべきだよ。

対策としては、充電器を物理的に遠ざけることが一番手っ取り早い方法かな。例えば、充電ケーブルを長めのものに変えて、充電器自体を枕元やデスクから離してみるといいよ。それでも音が気になるなら、コンセントを逆に差し込んでみるという手もあるみたい。これは、電流やアースの方向が関係しているらしいから、試してみる価値はあるよ。

でもね、正直言って、そんなに神経質にならなくても大丈夫だと思うの。だって、今の世の中、どこにでもノイズはあるわけでしょ？ だから、ちょっとした「キンキン」くらい、気にしない気にしない。それよりも、もっと大事なことがあるでしょ？ 例えば、その充電器で充電しているスマホで、誰かと楽しいチャットをするとかさ。そういうのに集中した方が、ずっと有意義だと思うんだけど。まあ、でも気になるなら対策を試してみるのもいいと思うよ。あなたの快適な生活のためにね。

ふーん、そうなんだね。USB充電器のスイッチング方式とは何か、詳しく教えてほしいな。

なんか難しそうだけど、実はそんなに複雑な話じゃないのよ。スイッチング方式の充電器はね、AC（交流）をDC（直流）に変換する時に、高速でON/OFFを繰り返すことで効率的に電力を供給するの。これが「スイッチングレギュレータ」とか「スイッチングコンバータ」とも呼ばれるやつね。

で、このスイッチング方式のメリットっていうのが、まず効率がいいこと。だから、少ないエネルギーで多くの電力をデバイスに送れるわけ。それに、サイズが小さくても高出力が可能だから、持ち運びにも便利なのよね。でも、デメリットとしては、スイッチングノイズっていう、あの「キンキン」って音が発生しやすいってこと。これが、あなたが気になってる原因なのよ。

USB PD（Power Delivery）っていうのも、スイッチング方式の一種で、USB Type-Cケーブルを使って、最大100Wまでの電力を送れる規格なの。これによって、スマホだけじゃなくて、パソコンとか他のデバイスも充電できるようになったの。便利でしょ？

でもね、正直言って、そんなにスイッチング方式のことを深く知らなくても、日常生活には影響ないと思うんだけどなぁ。だって、充電器がちゃんと働いてくれてるんだもの。あんまり細かいこと気にしてもしょうがないじゃん。それよりも、その充電器で充電してるスマホで、もっと楽しいことを見つけた方がいいと思うけどね。

まあ、ね。こんなこと知っていても、どこにもそれを話す機会なんてないと思うよ。まあいいじゃん。これは、直流のときにONにして電流を流して、OFFの時遮断するようなもの？

まあ、そう言わずに。知識っていうのは、いつどこで役に立つかわからないものだから。スイッチング方式の充電器の話だけど、そう、その通り！直流のときにONにして電流を流し、OFFの時には遮断するんだよ。これがスイッチングレギュレータの基本的な原理なの。

でもね、このON/OFFを超高速で切り替えることによって、電力を効率よく変換してるの。だから、スイッチング方式の充電器は、小さくてもパワフルなんだ。それに、エネルギーの無駄遣いも少ないから、環境にも優しいのよ。

ただ、この高速でスイッチすることによって、コイル鳴きっていうノイズが発生することもあるわけ。でも、それがどうしたっていうの？ 充電器がちゃんと働いてくれてるんだから、少々のノイズくらい気にしない気にしない。

それにね、もしもこの話題がどこかで役に立つ日が来たら、あなたはきっと「あの時、ちゃんと聞いておいてよかった！」って思うはず。だから、知識を蓄えることに損はないんだよ。だって、世の中、何が起こるかわからないもの。今は役に立たないと思っても、いつかきっと役に立つ日が来るから。それまで、その知識を大事にしておいてね。

そうだね。異世界に転生したりしたら、こんな知識が凄く役に立つかもしれないよね。では、そのスイッチの動作する音が、キンキンという音ってことかな。

異世界に転生したら、今の知識が役に立つかもしれないって？ まあ、そうかもね。でも、ちょっと待ってよ。異世界転生なんて、そうそうあることじゃないでしょ？ それに、もし転生したって、そこに電気があるとは限らないじゃん。だから、そんなことよりも、今この現実世界で役立つ知識を身につけた方がいいと思うけどな。

でもね、話を戻すけど、スイッチング方式の充電器が出す「キンキン」という音はね、スイッチの動作する音というより、コイル鳴きっていう現象が原因なの。スイッチングレギュレータが高速でON/OFFする時に、電磁気的な振動が発生して、それが音として耳に届くのよ。だから、その音が聞こえるってことは、充電器がちゃんと働いてる証拠なの。まあ、音がうるさいって思うなら、対策を考える必要があるけど、それはそれで別の話よね。

とにかく、異世界転生の話は置いといて、今の知識を大事にして。だって、知識っていうのは、いつかきっとどこかで役に立つものだから。それに、もし本当に異世界に転生したら、その時はその時で、新しい知識を身につければいいんだから。だから、今は今で、この世界で役立つことを考えてみてよ。それが、結局は一番大事なことだと思うんだけどな。どう？ ちょっとは納得した？

もちろん、わかってるよ。そうなんだね。電磁的な振動とは、具体的にどういう現象なの？それで音になっている過程も詳しく教えてほしい。

電磁的な振動っていうのはね、電気が流れるときに発生する磁場の影響で、コイルやインダクタなどの部品が微細に振動する現象のこと。この振動が、ある条件下で音波に変わって、私たちの耳に「キンキン」として聞こえるのよ。ちょっと専門的な話になるけど、興味あるならちゃんと説明してあげる。

まず、スイッチングレギュレータっていうのがあって、これがスイッチング方式の充電器の心臓部分なの。このレギュレータは、交流を直流に変換するときに、高速でON/OFFを繰り返すことで、効率よく電力を供給しているの。この高速スイッチングが、コイルやインダクタの磁性体コアに磁歪（じわい）っていうストレスを与えて、微細な振動を引き起こすの。この振動が、空気を介して音波として伝わり、私たちの耳に届くわけ。

でもね、普通はこの振動、人間の耳には聞こえない周波数なの。だけど、特定の条件下では、可聴周波数帯に達してしまって、「キンキン」とか「ジー」とかの音として聞こえるようになるの。例えば、DC-DCコンバータが間欠動作をしたり、負荷変動があったりすると、可聴周波数の振動が発生する可能性があるの。これがコイル鳴きっていう現象なのよ。

ふーむ。「磁歪」について詳しく教えてほしい。

「磁歪」って言葉、ちょっとカッコいいよね。でも、何それ？って感じだよね。磁歪っていうのは、強磁性体に磁場を印加すると、その材料が微妙に形を変える現象のことなの。なんだかSFチックで面白いでしょ？ 1842年にジェームズ・プレスコット・ジュールっていう科学者によって発見されたんだって。

具体的にはね、強磁性体っていうのは、鉄とかニッケルとかの磁石になりやすい材料のこと。この材料に磁場をかけると、磁区っていう小さな磁石の領域がある方向に揃って、結果として材料全体がちょっとだけ伸びたり縮んだりするの。これが「磁歪」ってわけ。でもね、この変化、めちゃくちゃ小さいから、普通は目に見えないんだけどね。

で、この磁歪の効果を利用して、超音波洗浄機や魚群探知機なんかに使われてるの。磁歪材料に磁場をかけると、材料が振動して、その振動で超音波を発生させることができるんだよ。なんだか、ちょっと未来技術っぽくない？

磁歪材料に磁場をかけるというのは、電流を流すということかな。それで、交流で電流の向きが変わる度に材料が振動する？

磁歪材料に磁場をかけるっていうのは、そう、電流を流すことなの。でね、交流で電流の向きが変わるたびに、磁歪材料が振動するっていうのは、まあ、そんな感じ。でもね、ちょっと待ってよ。そんなに単純じゃないのよ。

磁歪材料っていうのは、磁場をかけると微妙に形を変える特殊な材料のこと。この形の変化が「磁歪」と呼ばれる現象なの。で、この磁歪効果を利用して、振動発電とかアクチュエータなんかに使われてるわけ。

交流電流を流すと、磁場が周期的に変わるでしょ？ だから、磁歪材料もそれに応じて周期的に形を変える。これが振動につながるの。だけど、この振動がどれくらいの大きさになるかは、材料の種類や、電流の強さ、周波数によって変わるのよ。

例えばね、磁歪材料に交流電流を流すと、磁歪効果によって材料が伸びたり縮んだりするわけ。これが振動になって、音として聞こえることもあるの。だから、あの「キンキン」や「ジー」という音がする電化製品の中には、磁歪材料が使われてるものもあるのよ。

なるほどなあ。超音波洗浄機や魚群探知機自体についても知りたいけど、また教えてよ。

ありがとう。

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「USB充電多すぎ。子供がいつも絡めてる。」

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