「吊車臂可以用作收音機」，什麼原因？

01-04

[超級新聞場]工地奇事！吊車能當收音機？_新聞台_中國網路電視台
這個看著有點奇怪，是因為塔吊體、塔吊臂、大地、線纜這四個組成了一個口字型迴路？恰好可以與一定頻率的電磁波形成調諧？然後軟電纜因為電流通過，在地磁的作用下，電磁感應所以會跟著高頻振動，形成聲音？

不贊同 @Patrick Zhang 的一個觀點：

選頻電路是等效LC諧振產生，而非機械振蕩產生；

首先，廣播電台是這個收音機的能量來源，

新聞里的聽眾收聽的是西安人民廣播電台新聞廣播FM90.4，注意這是2011年的新聞，也是當年的頻率，如今的新聞廣播的頻率是AM810，FM95.0，即810kHz或95MHz。

為了方便廣大的聽眾，廣播的通常做法是發射端使用複雜而龐大的設備，基本的系統組成包括音頻系統、調製發射機和天線：

音頻系統負責將音頻信號轉換為電信號，然而無線電需要傳輸太多人的語音信號，如果直接發射語音信號，信道容量明顯不夠，誰也聽不見誰。同時，語音信號轉換成的電信號頻率太低，所需要的天線尺寸太大。

因此就需要將這些語音信號搬運到各自分配好的頻段，這一步稱為信號調製。

廣播電台採用AM和FM兩種調製方式，AM調製信號幅度，FM調整載波的頻率：

語音信號轉換的電信號： $v(t)$

載波信號： $A(t)=A_{0}sin(2pi ft)$

AM信號： $A_{AM}(t)=A_{0}(1+kv(t))sin(2pi ft)$

FM信號： $A_{FM}(t)=A_{0}sin(2pi ft+kv(t))$

由公式和下圖可見，AM調製了信號幅度A，FM調製了信號頻率f：

如下圖是在阿里巴巴隨便節選的FM調頻發射機，大小差不多為3U機箱，和大家常見的電腦主機差不多：

此外還有廣播天線，比如下圖是海峽之聲廣播的發射天線：

這樣的做法極大的簡化了接收端，即用戶端的設備可以做的非常簡單，甚至可以用簡陋來形容，有一類收音機是礦石收音機，這類收音機不需要任何電源即可收聽廣播，這種類型的收音機還有個愛好者社區：礦石收音機 - 電子愛好者中文社區

簡易礦石收音機，隨機搜集的網圖

顯然，提問視頻中就是一台簡陋的礦石收音機。

這台收音機是怎麼收台的呢，這就涉及到了LC諧振選頻網路，這個神奇的選頻網路的諧振頻率為：

$f=frac{1}{2pisqrt{LC}}$

這裡的LC並不需要是電子市場上購買的電感或電容，一根長的金屬桿或者導線是可以形成諧振的，只不過需要我們將思維發散一下：

如圖，左邊是常見的LC串聯諧振網路，我們漸漸的。。。將電容兩端拉開。。。把線拉直，我們就會發現，一根金屬桿或者導線自身的電感和兩端形成的電容，可以等效成一個LC串聯諧振網路，當諧振頻率處於某個電台頻率附近時，即可以接收這一電台的信號了。

視頻中吊車臂充當了這個LC諧振選頻網路的作用，當空間中有接近諧振頻率的信號傳播時，吊車臂發生諧振併產生電流。

這也就是目前只能收聽一個電台的原因。

接下來的問題是解調，吊車臂只是接收了調製頻率，這個頻率是聽不到響的，我們需要把電台中調製的信號解調下來並轉換為音頻信號。

解調的過程就在這個看似簡陋的電弧上，不同的幅度的信號影響了電弧的粗細程度，這些電弧來源於吊車臂天線形成的高壓，高壓通過導線和大地形成了等離子揚聲器。

不同於常見收音機帶鼓膜的揚聲器，等離子體揚聲器的原理是高壓電離空氣產生的等離子體壓縮周邊的空氣，從而產生同樣的效果。這一揚聲器沒有重量，因此自身不會諧振，並且頻響效果和保真效果更好。

值得注意的是，空氣中的電弧會形成一氧化氮、二氧化氮這樣的有害氣體，以及臭氧這樣的有害劑量比前兩者高的氣體。

還有個不可忽略因素促成了這一收音機的形成，那就是西安人民廣播電台和工地都位於曲江區域，兩者距離十分近，此時這個簡易收音機接收信號功率足夠大，也是等離子體揚聲器產生的重要原因。

綜上所述，這是一台吊車臂作為天線，電弧形成了解調器和等離子體揚聲器的收音機，這台收音機不錯的效果和其離電台很近密不可分。

從視頻看，應該是電弧發聲，電流調製的電弧。以塔吊的臂長，天線電壓可以高到可以起弧（視頻里可見）

淘寶可買到等離子揚聲器，原理相似。

要解開這個迷，還要有點知識和機遇。

（1）關於無線電廣播的調幅波

下圖是無線電廣播的波形：

圖中我們看到了語音波形，以及載頻。

語音波形波長較長，發射天線的功率有限，因此語音波形對應的電波傳輸距離有限，它傳不遠；載頻頻率較高，波長較短。在有限的天線發射功率下，它可以傳送較遠的距離。

於是，我們用語音頻率去調製載頻頻率，使得載頻頻率的幅值包絡線正好就是語音頻率的波形，再用天線把信號發送出去，既可以滿足傳送距離的要求，又可以實現語音波形的遠傳。

如果某接收裝置能夠接收到載頻頻率，並且它的機械結構共振和諧振又能滿足語音頻率的振蕩條件，那麼這個機械結構就能起到和調幅收音機類似的效果。

（2）一件往事

我上初中時，學校旁邊有一條鐵路。鐵路旁拉著高壓架空線，是三相的，我現在當然知道是6~10kV的架空線。在架空線的末端，有一條電纜伸到水泥電線杆頂端，接在架空線上。電纜引到地面穿過鐵路連接到一座工廠內。這條末端電線杆上斜拉了一條鋼索到地面，用作牽引固定。

這條架空線的簡圖如下：

夏天的某日，下過雨，我沿著鐵路到學校。經過牽引固定處的小水窪時，聽見這條鋼索居然發出某波段無線電廣播的聲音，而且鋼索還在小水窪中引起密密麻麻的漣漪。不過，音量很小，不注意就聽不見了。

剛好我正製作完成收音機，對接收廣播略知一二，但看到這個情景非常驚訝。

下課後，我邀同學一起去看，但卻沒有聽見廣播。後來發現，只有在雨剛停的時候，這條鋼索就會發出廣播的聲音。

此地距離廣播電台天線的距離不遠，直線距離大約數百米。

當時確實百思不解。N年過去了，去年我在學校課堂上上課時，突然我弄懂了。

（3）導體流過電流後的受力情況分析

我們從三相供電架空線導線的受力談起。

我們先看下圖：

圖中，L是導體長度，a是導體的中心距。當導體內流過的電流為I時，兩導體受到的電動力為： $F=frac{mu _0}{4pi} frac{2L}{a}I^2 =frac{mu _0}{4pi } K_hI^2$

式中的Kh叫做迴路係數。

當三相導線流過三相交流電流時，中間相的受力最大。受力F的表達式為：

$F=2.8K_hK_cfrac {mu_0}{4pi}I^2$

這裡的Kh是迴路係數，它與導體的中心距有關，與導體的長度有關；Kc是截面係數，它與導體截面形狀有關。由於這兩個係數與我們討論的問題無關，我們姑且用C來代表它們： $C=2.8K_hK_cfrac {mu_0}{4pi}$ ，於是上式變為： $F=CI^2$ 。

現在，我們把 $i=I_msinomega t$ 代入上式。這裡的i是交流電流，Im是交流電流的最大值， $omega$ 是電流的角頻率，且有 $omega=2pi f_1$ ，f1是電流頻率。於是有：

$F=Ci^2=C(I_msinomega t)^2=frac{CI_{m}^{2}}{2}(1-cos 2omega t)=CI^2-CI^2cos2omega t$

注意到： $CI^2$ 是恆定分量，而 $CI^2cos2omega t$ 是交變分量。電動力的最小值是0，最大值是恆定分量的2倍，也即 $F_{MAX}=2CI^2$ 。

我們發現，如果導線中流過的是工頻電流，它的頻率為50Hz，則電動力交變分量的頻率f1=100Hz。

如果某導體結構因為感應了廣播電台的某波長信號，則此導體結構中會出現感應電流，這些感應電流產生的電動力頻率2倍於電流頻率。

（4）機械結構的共振

我們設某導體結構垂直於彎曲方向的慣性矩為： $J_P=frac{bh^3}{6}$ 。導體的彈性模量E和密度 $gamma$ 均可查表得知，例如銅導體 $E=1.13 imes10^{11}Pa$ ， $gamma =2.7 imes 10^3 kg/m^3$ 。

於是導體的固有頻率f為： $f=frac{35}{L^2}sqrt{frac{EJ_p}{m_0}}$ 。

這裡的m0是單位導體的質量。

注意到慣性矩，它與電線杆之間的距離有關，與導線的張緊程度也有關。

（5）電杆的簡單分析

對於電線杆系統，兩根電線杆和中間張緊的電線構成了共振系統。如果電線杆之間的長度恰好滿足波長要求（等於載頻波長的整數倍分之一），而電線又感應了高頻電流且形成迴路。

與電流作用力對應的頻率是f1，與偕振對應的頻率是f，如果f1=f，則系統將產生共振。

電線的共振與電動力振幅有關，其作用相當於檢波，把載頻的包絡線也即語音信號檢出。

對於電線杆系統，它的音頻共振點應當在音頻範圍。於是在諧振點附近的音頻信號，就被牽引鋼線給播放出來。

可以想見的是，系統共振恰好滿足條件的概率極低。我看到的系統也只有在夏天的雨後才滿足條件，天氣條件一改變，共振就消失了。

（6）題主問題的簡單分析

對於題主描述的現象，其原理應當與我所見到的電線杆情況是類似的。

吊車的鋼索發出廣播的聲音在報紙上有見過報道。這是因為吊車的吊臂與車聲形成迴路並感應了某頻率的廣播信號，於是產生了電流。儘管很微弱，但足以與吊車的某部分結構（最大可能性是吊車張緊的鋼索）產生諧振放大，廣播信號的載頻包絡振幅就在鋼纜上被播放出來。當然，聲音的音量很小。

題主的視頻中，我們看到是吊車吊鉤上隨意地懸掛了一條銅導線，此銅導線與地面接觸時出現電弧，電弧處發出廣播的聲音。這個聲音比我當時在電線杆聽到的聲音要大得多。

從視頻中我們看到，電弧時斷時續，不是很穩定。因此，這個電弧應當是交流電弧。

何來交流電弧？非常存疑。我們無法知道原因，姑且假定此吊車電路出現了漏電，而且吊車的接地系統全部離奇失效。

既然是交流電弧，我們來看它的伏安特性曲線：

我先來解釋一下此圖怎麼看。

設想開始時交流電壓正好過零，然後開始上升，當到達一定程度後，空氣被擊穿，電弧出現。由於空氣擊穿時的氣溫較低，所以電弧的電壓較高而電流較小，對應於左圖伏安特性曲線的A點，以及右圖的A點。我們把A點的電壓叫做燃弧電壓Ur。

電弧出現後，電弧溫度很高，於是電弧電阻迅速下降，使得電壓降低而電流增大。由於此後電弧溫度變化不是很大，所以電弧電壓基本保持不變，呈現水平線。見右圖A和C中間的一段電壓曲線。

當交流電壓過零後，交流電流也即將過零，電弧的溫度越來越低，電弧電阻越來越高，電弧電壓也越來越高，於是電弧到達C點電壓Ux，Ux又叫做熄弧電壓。

之後，由於電流過零，電弧也就熄滅。等電流過零後增大，電弧再次點燃。

注意看右圖中標註了「一個完整的電弧波形」中藍色的區域，它就是電弧的波形圖。

對於電弧來說，電弧的出現會形成衝擊波，所以我們能聽見電弧發出的嘶嘶的聲音。

回到題主問題中。

如果調幅無線電波攜帶的調製包絡線語音信息載入在電弧上，電弧的波形是否會受到影響？是否會因此而發出廣播聲音？答案是否定的。

原因在於，電弧具有一個特性，叫做熱慣性。

所謂熱慣性，指的是電弧的弧溫不會出現突變，因此瞬間改變電弧電流，電弧電壓不會發生瞬變，而是要經過一段時間後才會變成新電弧電壓值。

這表明，電弧本身是不可能受到系統感應的無線電波電流的影響，因而也不可能發出廣播聲音。

那麼有沒有可能類似電線杆的情況電線發生了共振？答案也是否定的。因為電線是很隨意地掛在吊鉤上，沒有張緊，因此不可能出現共振。

最後的結論：此視頻的真偽值得考慮。至少我不相信。

（7）關於電纜共振

對於電纜有時出現的強烈振動，見Patrick Zhang：過大的電流為什麼會引起噪音和振動的產生？

咋說好。。。。哎

首先這問題必須從模電基礎上理解啊，和什麼等離子什麼的有關係那都是後話了，收到電台必須有的幾個要素，有電波可接受（這不廢話），有接受的電路，該電路可以把語音信號檢出，以上過程缺一不可。

觀察工地附近塔吊，按照安全規定塔吊附近不可能有高壓線纜，不然誤勾後果不堪設想。

這種情況下只有一種可能那就是該塔吊正好位於附近一個中波天線的天線輻射瓣上而且沒有做好相關接地，其本身與大地構成電容感路，而給吊車纜勾接地後完整構成一個接收天線，一般中波發射廣播電台會以幾百瓦的功率到幾十千瓦的功率進行發射，也就說明其有能力在近距離感應時直接擊穿短距離空氣，也就是產生電弧。而檢波中就有一種檢波形式叫電弧檢波，原理上就是電弧音響的原理，因為電弧的低頻分量導致電弧大小變化引發空氣震動。

然後我們看看可能性，首先塔吊能不能做天線，這裡說一個無線電設計的基礎概念，天線多長才好，如果深入理解這和對應頻率在天線內產生駐波有關聯，這麼說長度不是越長越好也不是越短越好，其長度對於天線來說需接近其1/2波長或1/4波長1/8波長是良好的天線長度範圍，那個視頻裡面也聽到了他接到的是西安人民廣播電台中波新聞之聲頻率是810khz 波長在320m左右，首先注意這塔吊是個環形天線，塔吊節，駕駛室，纜繩，鉤子，吊臂都是天線一部分，根據視頻旁邊有一個大概四五層樓的小區做參照塔吊應該差不多四五層樓高那麼天線長度約四十米左右屬於最佳長度範圍內，而且這種東西這個環境要求沒那麼高。

然後判斷接能否出現天線，天線是一個源地間有一定容阻感特性的開端，塔吊頂地之間構成電容，塔架本身是電感和電阻，現在就差一條他就是天線。那就是接地了，但是如果接地良好也就沒這事情了，因為感應來的電流都順著地線跑了等不到你接個銅線聽廣播，側面說明這個塔吊接地電阻應該特別巨大導致幾乎懸地，那麼萬事俱備，就等著來接根地線了，但是接地線可不一定有聲音，現在條件上滿足了功率巨大，頻率夠，天線能接進來電波，天線是根懸地狀態，還差一條，檢波。如果不能檢波人聽不見高頻交流電任何動靜。

檢波是啥，是指把高頻交流電流中調製上去的載有信息的電信號還原出的過程，檢波方式多種，而中波作為調幅，檢波是較為簡單的，用數學語言是得到曲線的包絡，怎麼得到最常見叫二極體檢波，二極體單嚮導通，之後各種辦法濾去高頻分量，例如可以用揚聲器什麼的這些裝置對高頻響應差，低頻自然被濾波。而這個用了另一種方法，電弧檢波，這個方案的方法是電弧擊穿空氣，而高頻電流大小在調幅裡面是受低頻影響的所以電弧忽大忽小引發了空氣震動，也就完成檢波了。

以上就是推測全部原因了

嗯，事實證明接地不良出鬼啊2333核心問題這塔吊沒良好接地。

順便人之所以沒事是因為高頻交流電趨膚效應。

就是大地收音機，電磁感應現象外加電弧發聲。https://www.baidu.com/from=844b/bd_page_type=1/ssid=0/uid=0/pu=usm%402%2Csz%40320_1001%2Cta%40iphone_2_7.1_3_537/baiduid=BD73A360301466951A34F7AD6F7B1852/w=0_10_/t=iphone/l=3/tc?ref=www_iphonelid=9368298576504783605order=6fm=aloptj=www_normal_6_0_10_titlevit=osresm=8srd=1cltj=cloud_titleasres=1nt=wnortitle=自製礦石收音機套件(改進版)-電子模型製作-我愛製作...dict=21w_qd=IlPT2AEptyoA_yk57AUctvCvEFpUnX1oskEMmfrS8eCsec=26116di=f983f3a73319ed66bdenc=1tch=124.246.427.1146.16.13296nsrc=IlPT2AEptyoA_yixCFOxXnANedT62v3IEQGG_8kG3D_8l6isxP4kHREsRCP8QnqXJ9igbTLWvB9QwWbzKzlqeqid=8202e1eb825d8000100000015a30b030wd=clk_info=%7B"srcid"%3A1599%2C"tplname"%3A"www_normal"%2C"t"%3A1513140316868%2C"xpath"%3A"div-a-h3"%7DsfOpen=1

驚呆了，長見識，射頻那點事我自以為懂一點，但是沒有喇叭也能出聲還是震驚到我了，雖然節目里自報是調頻90.4，我還是覺得應該只有調幅能出現這種現象。

可能是有調幅頻率同步播出被塔吊接收到了，從現場看，這麼強烈的電弧能把地上的水瞬間汽化對於我這個搞WiFi的來說也是很震驚。突然很理解加油站不讓打電話了。

總之本題和張工的例子都離不開兩個因素，調幅信號和超高的功率，大力出奇蹟。

曾經在工地的大鐵皮門邊接收到廣播語音，是兩扇鐵皮門中間位置，耳朵貼近後能清晰聽到廣播語音。

再反對下張工，應該與鋼索諧振無關，其他幾位的解答應該是正確的，是電弧發聲。

參見此視頻：自製等離子揚聲器

我也來嘗試解釋這個現象。

四個猜測

第一，周圍應該有個廣播電塔，能提供大量的無線電能量。

第二，該廣播電塔上只有一個頻道。

第三，起重機的鉤子部件起到天線作用，吸收大量的高頻電能。

第四，用一根電線接觸地面，高頻電流打在地表，地表被炸開，產生聲波。

與收音機的對應關係

收音機由「天線 + 濾波器 + 放大器 + 揚聲器」組成。而在這個例子中：

天線 = 起重機的大鐵鉤子。

濾波器，無。因為廣播電塔離得近，相當於只有一個頻道。不需要濾波。

放大器，無。因為廣播電塔離得近，也就不需要放大了。能量足夠大。

揚聲器 = 地面上的乾燥的泥土片。

廣播的電磁波在長長的吊車鋼纜上感應出很強的電壓，接在潮濕的泥土上，完成電磁震蕩到機械震蕩的轉化，泥土機械震蕩頻率低，只響應載波頻率，充當了解調裝置，發音原理類似碳粉送話器。鋼纜諧振不太可能。廣播應該是調幅。

小學的時候用耳機聽磁帶的時候，戴上耳機還沒插就聽到細微的廣播聲音，覺得很奇妙

記得當初校園玩樂隊時用我的兩百塊的電吉他連接音箱時就會有接收到廣播哈哈哈哈哈哈哈哈哈

補充下 @鸑鷟鵷鶵的回答，電弧為什麼可以解調？因為這玩意非線性。調製的信號經過這種電路時，由於非線性作用，會產生額外的頻率分量。以單邊帶調幅為例，直接可以產生差頻信號把音頻信號解調出來。該電流與電離的空氣離子相互作用，就可以把電流信號轉換為空氣振動也就是聲音，就可以聽到了！