ピクルスをAMラジオ塔に接触させたときに起こる現象

 (jeffgeerling.com)
3 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-09-07 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • Jeff Geerling一行は、以前のAMラジオ・ホットドッグ実験に続き、ミズーリ州セントチャールズのAM放送タワーでホットドッグ、ピクルス、各種ソーセージ類を接地し、RF反応、熱、音、送信機の動作を測定した
  • テスト前に放送アンテナ設計者と相談し、FCCの保守的な指針に基づいて安全距離を設定したが、この条件は当該単一タワーにのみ当てはまるもので、絶対に真似してはいけない実験である
  • ピクルスは塩分の多い内部のため最も低い抵抗を示し、タワーから接地へ向かう経路がうまく形成され、送信機のRF出力が瞬間的に完全停止した
  • ホットドッグはAM信号を可聴音として復調し、約80°Cまで加熱された。コーンドッグは大きな火花と煙を出したが、送信機のfoldback保護回路は作動しなかった
  • 接触させずにタワー基部から約1インチ離したホットドッグは、60秒間では有意に加熱されず、この1460 kHzの放送局と約7 kWという条件では、プラズマアークを作るには一部接触が必要だった

実験条件と安全上の制限

  • この実験は、AM放送タワーに食品を接地したときに生じるプラズマ、音、熱、送信機の反応を観察したテストである
  • 以前のAMラジオ・ホットドッグ実験の後、Plasma ChannelのJayが参加し、Geerling一行は複数の項目を同時に測定できるよう準備した
    • SWR
    • RF forward power
    • 現地のSDR
    • 25km、すなわち16マイル離れた地点でのAM field intensity
    • 肉の加熱状態
    • Jayの試食テスト
  • テスト前に経験豊富な放送アンテナ設計者と相談し、保守的なFCC指針とSupplement Aを参照して、この単一タワーサイトでの安全な曝露距離を定めた
  • タワー、放送局、周波数ごとに条件は異なるため、同じ実験を一般化することはできず、DO NOT ATTEMPTと明記された実験である

ホットドッグ: AM信号の復調と送信機foldback

  • ホットドッグはプラズマと空気の相互作用によって大きな騒音を発した
  • AM信号を可聴音に復調する役割を果たし、全体が約80°Cまで加熱された
  • 先端部に残った炭化物は、食べるにはあまり安全でない可能性がある
  • 送信機のRF出力は制御パネル上では公称12 kWから一時的に14 kWまで上昇し、その後内部のfoldback protectionが作動して約6 kWまで低下した
  • ホットドッグを接地から離すと、Nautel XR12は出力を再び12 kWまで戻した

ピクルス: 低抵抗と瞬間的なRF出力遮断

  • ピクルス実験は、新鮮なgherkinの塩分濃度によってアークの色がホットドッグのオレンジ系から緑系に変わるかを見るテストで、実験者たちはより赤くなる可能性もあると推測していた
  • テスト中に大きなスパークが発生した後、送信機はすぐに非常に静かになった
  • 当初はピクルス自体が焼けて導電性が下がったと考えられたが、実際にはテストした肉類より内部抵抗がはるかに低い優れた導体だった
  • 塩水で飽和した内部が、タワーから接地へつながる良好な経路を形成し、ピクルスはテスト対象の中で唯一、送信機のRF出力を瞬間的に完全停止させた
  • ピクルスの先端はオレンジ色に光り、一部のフレームではプラズマの衝撃波も観察された
  • Jayはピクルスを味見した後すぐに吐き出し、強い銅の味がしたと述べた

食品ごとの反応

  • Bratwurst

    • コメントの一部では、bratwurstが英語のラジオ信号をドイツ語に翻訳するのではないかと予想されていたが、実際には司会者が朝の番組中に話したドイツ語のフレーズが放送されていただけだった
    • テストした肉の中で最もぐったりしており、プローブ先端に引っかかった際の接触面積が大きくなった
    • この広い接触面のため、ホットドッグより煙は多かったが、音の違いは明確ではなかった
    • 送信機の反応はホットドッグのときと似ていた

  • ビーガンホットドッグ

    • ビーガンホットドッグは音がやや大きく、温度はやや低く、先端部分はやや早く焦げた
    • 銅の挿入点付近の先端では白い物質が後方へ流れ出し、食欲をそそらない見た目になった
    • Jayは銅に触れていない中央部分を味見し、味を“pretty good”と表現した

  • コーンドッグ

    • トウモロコシの衣がホットドッグを覆っているため、タワーとの激しい反応を防ぐほど絶縁できるのではないかという仮説でテストした
    • 結果は大量の煙と大きな火花で、実験対象の中で最も驚くべき反応と評価された
    • 煙は接触点からかなり離れたタワー脚に沿って流れているように見えた
    • 焦げたコーンドッグの匂いは、他の肉とは違い、ほとんど砂糖のようなpleasantな匂いだった
    • 音はそれほど大きくなく、トウモロコシの衣が十分な抵抗を与えたため、送信機のfoldback保護回路は作動しなかった
    • テスト中ずっと送信機は12 kW出力を維持した
    • 誰もコーンドッグを味見しようとはしなかった

  • 朝食用ソーセージ

    • 「a.m.」用の肉がAMラジオ塔でよりうまく機能するかを見る実験だった
    • 小さい肉だったが、他の対象より音が大きく、非常に均一に焼けているように見えた
    • 朝食用ソーセージは70°C未満を維持した
    • 送信機を素早く6 kW、つまり半出力まで下げたが、その出力では安定していた
    • 先端部分はかなりカリカリになった

非接触加熱と今後の装備案

  • ホットドッグを棒に刺し、タワー基部から約1インチ以内で60秒間保持したが、有意な加熱はなかった
  • この放送局の1460 kHzという周波数と、このタワーの約7 kW出力条件では、ホットドッグを加熱するには一部がタワーに触れてプラズマアークを作る必要があった
  • 次の実験では、物体ごとの音をより定量的に測定するためにsound pressure level meterを持っていきたいとしている
  • より良い絶縁棒として、300ドルのグラスファイバー棒のような道具を使おうという提案もあった
  • このアンテナ出力条件では、RFが先端の銅を経由せず木の棒を通って人にアークを生じさせる危険は非常に小さいと見られている
    • 厚手のゴム手袋も使用された
    • より大きな危険は加熱と近距離RF曝露であり、これは逆二乗則に従う
    • 安全は距離の確保にかかっている
  • 最低10,000 fpsの高速カメラでタワーと肉の間のプラズマ相互作用を撮影し、プラズマ中の振幅変調を可視化できるか見てみたいとしている
  • 夕暮れ時に繰り返せば、プラズマがより明るく見える可能性がある

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1件のコメント

 
GN⁺ 2024-09-07
Hacker News のコメント

  • こういう動画が YouTube に多く、主に AM 送信塔を扱っている理由は、AM ではラジオエネルギーが文字どおり振幅変調で脈動し、プラズマアークもそれに合わせて脈動して、その結果として音が出るからです。
    AM には一定の搬送波がありますが、両側波帯の信号は無音時にはエネルギーがほぼ 0 に近く、送られる音が大きいほど強くなります。一方 FM は振幅ではなく周波数が変わるため、概ね常に同じくらいの電力で送信されます。
    また AM 放送帯は周波数がずっと低く、波長が長く、アンテナもはるかに大きくなります。AM では通常、塔そのものがアンテナですが、FM では非常に高い塔の頂上に 1〜2m のアンテナが付いているような形です。そのため AM 塔は数 kW のエネルギーを載せたまま立っていることがあり、触れると感電します。
    通常、塔は地面と絶縁するためにセラミック絶縁体の上に置かれ、FM 塔は落雷保護用の接地ストラップがあっても、概ね地面に直接つながっています。そして AM は特定の周波数帯ではなく変調方式なので、FM 放送周波数の近くでも使えます。航空無線は FM 放送周波数に近い VHF 帯で AM として動作します。

    • この動画の塔には 20〜30A が流れている点も見るべきです。体がどんな電源であれ 20A の電流の接地経路になったら、焦げたピクルスよりはるかに大きな心配をすることになります。
      ピクルスやホットドッグを塔から 1 インチ離して実際には触れないようにすると、温まりもしません。これは無線周波数の現象というより、普通の交流感電に近いものです。あえてラジオらしい部分を挙げるなら、こうした塔の下の地面が実質的に大きな金属網だという程度ですが、ここではピクルスをジャンパーケーブルで接地に直接つないでいるので、それも本質ではありません。
    • AM ラジオの歴史と、Reginald Fessenden による機械式スパークギャップ送信機の発明は本当に興味深いです。
      電信とモールス符号しかなかった時代に、アマチュアたちが毎晩モールスのスパーク音を聞いていたところ、1906 年に突然、人の声と音楽を聞いたと想像すればよいです。実際には最初の試みは 1900 年でした。
      https://en.m.wikipedia.org/wiki/Reginald_Fessenden
      写真からすぐには結びつきにくいですが、塔の基礎部が巨大な絶縁体だという話を見るには、下の Brant Rock, Massachusetts, facility の部分までスクロールすればよいです。
      https://en.m.wikipedia.org/wiki/Reginald_Fessenden#Rotary-sp...
    • 航空無線がなぜ AM を使わなければならないのか気になります。1960 年代以前に AM として標準化され、十分うまく動作していて世界中の移行があまりに難しいからなのか、それとも航空機にとって AM には興味深い利点があるのか。たとえば、より良い到達距離のようなものです。

  • 英国では BBC と商業 AM ラジオが事実上衰退しつつあり、残っている放送局も数年以内に閉じる予定なので、Ofcom はこの帯域を低出力放送の愛好家に開放すべきだと思います。
    こういう人たちはすでに非公式に何十年も存在しており、オランダ方面の放送も多く受信でき、国内放送も散発的に受信できます。
    技術としてのラジオへの関心を育てるうえでも良いことです。送信機やアンテナシステムを作るだけでなく、最適な変調のための音声処理チェーンを構成し、「本物の」ラジオに出る DJ になる楽しみもあります。真空管やビンテージ機材まで使えば、技術史の保存と生きた歴史体験になり、古いアナログ受信機を電子廃棄物にしないという環境面の利点もあります。
    個人が完全な愚か者ではないことを確認する程度の最低限の免許制度と、ストリーミングと同じように音楽権利団体 PRS に支払う手数料くらいで十分に見えます。特に夜間は、ヨーロッパで今も活動している AM 放送を妨害しないよう最大出力を低く保てばよく、現実的に聴取者はラジオマニアだけでしょうから、コンテンツの取り締まりもそれほど必要ないと思います。かつての海賊放送 Radio Caroline のように、AM という媒体そのものが歴史的なラジオ船の運営に役割を果たす非営利放送の前例もすでにあります。

    • 昨日、英国の同僚と話したところ、かなり本格的なアマチュア無線塔を売っていました。
      規制変更が来るまで、アマチュア無線局以外にも、そうした塔の高さを活かして試せる面白い無線周波数の活動はあるでしょうか？
    • 探しているものは Restricted Service License かもしれません: https://www.ofcom.org.uk/tv-radio-and-on-demand/restricted-r...
    • 多くの地域コミュニティがローカルな AM 放送局を運営したら、本当に素晴らしいと思います。
      個人が完全な愚か者ではないことを証明する最低限の免許は特に必要なく、障壁を増やすだけに思えます。音質が低く、リスナーも少ないので、PRS のような音楽権利料も大きな意味はないでしょう。
      最大出力の適正ラインはよく分かりませんが、要点は低出力の分散型コミュニティです。介入する本当の理由があるのは、出力が高すぎる場合や、他の利用者を尊重しない帯域利用がある場合だけです。

  • 約 20 年前、両親の家での夕食の席で、240V を小さなキュウリに流すと光るという記事を読んだと話したところ、夕食が終わるやいなや父と実験装置を組みました。
    小さなキュウリと酢漬けのタマネギまで明るく光りました。撮影した動画と実験内容を共有するために簡単なサイトを作り、B3ta にも投稿しましたが、残念ながら今ではすべて消えてしまいました。

    • “WRL Technical Note TN-13 Characterization of Organic Illumination Systems”
      https://simh.trailing-edge.com/semi/docs/WRL-TN-13.pdf
    • 原文の末尾にも、ピクルスが白熱すると書いた似たコメントが見えます。これが本当に白熱なのか、それとも内部のアーク放電にすぎないのか気になります。
    • 私たちの高校の物理の先生も、この実験をしていた気がします。

  • 実際の無線周波数の専門家が確認していて、許可も得ているのは分かっているけど、それでも怖い。高電圧の運転コンデンサは、Crocsを履いてセメントの床に立ち、ゴム製のオーブンミットを着けている状態でなければ交換しないかもしれない。
    そのときも片手は背中の後ろに回しておく。事故に遭ったことがあって、痛いからだ。この気候ではプールポンプの運転コンデンサがほぼ毎年壊れるので、そのたびに人を呼んでいたらかなりの出費になっていたはず。
    それでも、食べ物が信号を復調して聞こえる音に変えるのはクールだ。

    • セメントは意外と電気をよく通す。高電圧修理、たとえばCRT作業をするときは厚いゴムマットの上に立ち、それでも定格品の保護具を全部そろえ、片手をポケットに入れるといった予防策を取る。
    • ほかのものに触る前に、ドライバーで端子を短絡させればいいのでは？ 一瞬アークフラッシュが出るかもしれないから、目はそらしておくとして。
    • プールポンプの運転コンデンサには本当に放電抵抗が入っていないの？ 始動／運転コンデンサにはそれが標準だと思っていた。
    • なぜセメントの上に立つのか気になる。セメントは接地と見なすべきでは？

  • ラジオ塔の助けを借りて草の葉に音楽を再生させた勇敢な人たちの、昔からある古典的な動画を思い出した。
    https://www.youtube.com/watch?v=b9UO9tn4MpI

  • 重要なのは接地されたピクルスだ。タイトルの質問から抜けているが、「接地された」という言葉は非常に重要。

    • 浮遊状態のホットドッグも試した。接地線からリードを外して、実質的にはホットドッグにつながっていない3フィートほどの銅線だけが付いた状態だったが、塔に触れさせるとそれでも小さな音を出した。
      残念ながら、余分な線がまったく付いていないホットドッグを安全に塔へ当ててみる方法はなかった。
    • 浮遊状態の人間も、地面に対する静電容量が無視できないので、感電するのか気になる。

  • こういう塔は、なぜもっと近づきにくくしていないのか気になる。普通は低いフェンスだけで守っているのだろうか？

    • より広い区域は、有刺鉄線付きの高いフェンスで保護されている。ここでは父親がラジオエンジニアで、複数の現場に知り合いがいるので入れたということだ。
    • 車両や塔の近くに行く必要がある人向けに、もっと高い外側のフェンスがあるはず。芝刈りをする人も必要だから。低いフェンスは、許可なしにそれ以上入るなという表示にすぎない。
    • 技術があまりに古いので、恐怖の文化が生まれる前のものなのだ。
    • 近所にあるAMラジオ塔は、塔の近くに低い木製フェンスがあり、その外側のより大きな範囲は、上部に有刺鉄線と警告表示の付いた高いフェンスで囲まれている。
    • Jeffの父親がそこで働いている。

  • これに関連して思い出す技術トリビアは、DEC Alphaプロセッサの内部コード名がEVで、もともと「Electric Vlasic」の略だったということ。ただしスーツを着た人たちが後から「Extended VAX」にこじつけた。
    Vlasicは米国のピクルスブランド。

    • DECの電気ピクルス論文に関わったAlan EustaceがAlphaにも関わっていたので、彼が提案したのだと思う。

  • こういう塔に触って死ぬことになったら、痛みはあるのかといつも気になっている。電気が心臓を通って即死しそうでもあるし、あるいはもっとゆっくり焼けてしまうのかもしれない。

    • 死なない可能性もある。電気が体に害を与える仕組みは予測しにくく、素肌か手袋をしているか、湿度や汗、その瞬間に心臓がどの位相にあるかなど、多くの要因に左右される。
      電圧が非常に速く振動するので、筋肉が硬直して張り付かないかもしれず、その場合は人生最悪の感電をして弾き飛ばされるかもしれない。一方、別の種類の非無線周波数の感電では筋肉が硬直して電圧に接触し続けるため、死亡の可能性が高くなる。
    • 小さなTeslaコイルに軽くやられたことがある。数百kHzだったが、AMよりは低い周波数だった。静電気ショックや商用電源に触れたような「電気的」な痛みはまったくなかった。
      ただし小さな炎に触れるように火傷するので痛みはあり、それが何かが起きていると分かる唯一の方法だった。皮膚も蒸発して、臭いがひどい。
    • 病院に3日いてから死ぬこともある。
    • 神経は高い周波数に反応しないため、無線周波数電流そのものを「感じる」ことはできない。
      感じるのは、無線周波数エネルギーが熱に変わることで生じる強い火傷だ。