我們要“收聽”的頻段位于 0 到 22 kHz 之間的頻率。從下表可以看出，這些是非常低的頻率，對(duì)應(yīng)于人類可以聽到的音頻頻率，但也涉及電磁波的發(fā)射。如果在這些頻率上生成信號(hào)非常簡(jiǎn)單，那么構(gòu)建調(diào)諧天線就不是那么容易了，因?yàn)橄鄳?yīng)的波長(zhǎng)等于數(shù)百和數(shù)千公里。例如，調(diào)諧到 1,500 Hz 頻率的半波偶極子應(yīng)具有約 50 km 的范圍。這是不可能發(fā)生的事情。在這些低頻上，市場(chǎng)上沒(méi)有令人滿意的接收器，因此必須非常小心地準(zhǔn)備天線。我們計(jì)算機(jī)的聲卡就像一個(gè)很棒的接收器，但必須連接到合適的天線。除了聲卡之外，還需要一個(gè)軟件來(lái)查看、記錄和分析接收到的信號(hào)。VLF 頻段僅占整個(gè)無(wú)線電頻譜的一小部分。即使使用低成本的緊急車輛，它肯定會(huì)帶來(lái)很大的滿足感。動(dòng)物和人類可能也能夠接收到這種類型的一些信號(hào)，我們的大腦可能對(duì) ULF 波段更敏感。

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聽還是讀？
在這些低頻段，揚(yáng)聲器或耳機(jī)聽不到信號(hào)，或者更確切地說(shuō)，可能會(huì)發(fā)出聲音，但這不是主要活動(dòng)，就像其他頻率的情況一樣。相反，各種發(fā)射通過(guò)解碼和適當(dāng)解釋頻譜圖來(lái)“收聽”（參見圖 1）。分析頻譜的軟件或硬件在我們的耳朵里工作，是分析和記錄該頻段信號(hào)的主要手段。從時(shí)域記錄可以看出，X 軸代表經(jīng)過(guò)的秒數(shù)，Y 軸代表記錄信號(hào)的頻率。圖表（Z 軸）的不同顏色或強(qiáng)度描述了它的力量。

圖 1：0 至 24 kHz 頻帶中的典型單色頻譜圖

今天，接收低頻無(wú)線電信號(hào)非常容易，不需要昂貴的接收器。擁有一臺(tái)配備聲卡和軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)就足以對(duì)觀察到的頻段進(jìn)行分析。在這些頻率的頻譜圖中，可以觀察到各種自然和人類信號(hào)。后者始終是編碼和數(shù)字的，因此它們的解釋通常很復(fù)雜。0 到 22KHz 頻段仍然是一個(gè)神秘且探索不足的領(lǐng)域。在其中，有地球產(chǎn)生的任何類型的外部和內(nèi)部自然信號(hào)，也有各種人類站發(fā)射的脈沖。不幸的是，主頻率（50 赫茲或 60 赫茲）在頻譜圖中非常存在，并且通常構(gòu)成一個(gè)需要克服的小障礙，由于產(chǎn)生的干擾和產(chǎn)生的噪音。正是由于這個(gè)原因，在遠(yuǎn)離居住中心的開闊鄉(xiāng)村進(jìn)行研究是有用的，那里的電氣干擾強(qiáng)度較小。在獲得一些經(jīng)驗(yàn)之后，創(chuàng)建一個(gè)豐富的 WAV 格式接收信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)非常有用，同時(shí)還標(biāo)記了錄制發(fā)生的日期和無(wú)線電頻率。例如，可以將音頻材料存儲(chǔ)在 CD-ROM 或 DVD 上以進(jìn)行長(zhǎng)期存檔。還標(biāo)記了錄音發(fā)生的日期和無(wú)線電頻率。例如，可以將音頻材料存儲(chǔ)在 CD-ROM 或 DVD 上以進(jìn)行長(zhǎng)期存檔。還標(biāo)記了錄音發(fā)生的日期和無(wú)線電頻率。例如，可以將音頻材料存儲(chǔ)在 CD-ROM 或 DVD 上以進(jìn)行長(zhǎng)期存檔。

一個(gè)最小的電臺(tái)
如上所述，在 VLF 頻段建立自己的收聽電臺(tái)非常簡(jiǎn)單。如圖 2所示，要使用的主要組件如下：

一個(gè)電氣安靜祥和的地方

天線

前置放大器

一張聲卡

個(gè)人電腦

軟件

請(qǐng)注意，大部分工作都是由軟件完成的。有一些程序（即使是免費(fèi)軟件版本）也可以執(zhí)行放大器和濾波器的功能。對(duì)于初始測(cè)試，可以省略前置放大器和濾波器。

圖 2：任何人都可以做的典型低成本監(jiān)聽站

天線
天線是任何無(wú)線電臺(tái)、發(fā)射器或接收器的主要元件。理論上，考慮到使用的低頻和相關(guān)的巨大波長(zhǎng)，將需要一個(gè)具有巨大尺寸的天線，甚至成百上千公里。對(duì)于天線，根據(jù)要執(zhí)行的工作的難度、要獲得的結(jié)果以及房屋內(nèi)的可用空間，至少有三種解決方案（見圖3 ）：

隨機(jī)線天線

環(huán)形天線

鐵氧體天線

地球偶極子（聆聽地球內(nèi)部）

圖 3：不同類型的天線

天線可以以多種方式構(gòu)建。電線必須用塑料罩絕緣，或者可以使用漆包線。隨機(jī)線天線是一種由懸掛在地面上的電纜組成的天線，其長(zhǎng)度與所需的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，而是根據(jù)可用空間進(jìn)行調(diào)整。由于其電氣特性，這種天線會(huì)收集大量噪聲。環(huán)形天線由一個(gè)或多個(gè)線圈組成，在受影響的頻段內(nèi)非常“靜音”。它必須構(gòu)成一個(gè)諧振電路，因此需要一個(gè)可變電容并聯(lián)。在我們的例子中，匝數(shù)必須非常高。匝數(shù)、導(dǎo)線的直徑和線圈的面積決定了它的電感和電阻。與隨機(jī)天線不同，環(huán)形或框架天線不需要接地連接。對(duì)于鐵氧體天線，必須將大量漆包線纏繞在鐵氧體磁芯上。天線的尺寸必須足夠高。有些人使用了14公里的漆包線。最后，地球偶極子用于收聽直接來(lái)自我們星球的電信號(hào)。它由兩個(gè)打入地下并在中心饋電的樁組成。電線的長(zhǎng)度在數(shù)百米的數(shù)量級(jí)?，F(xiàn)在，關(guān)于靜電放電和高壓的一些建議。如果您使用長(zhǎng)導(dǎo)線（例如，長(zhǎng)度超過(guò) 100 到 200 m）制作天線，則存在危險(xiǎn)靜電的可能性會(huì)增加。還建議使用 Pi-Greco 天線調(diào)諧器降低阻抗。線材必須直接或間接連接到電腦聲卡的麥克風(fēng)插孔。如果靜電水平很高，這種連接可能會(huì)對(duì)聲音芯片造成風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，對(duì)于所有這些電線，除了阻抗之外，擔(dān)心靜態(tài)電壓是明智的。危險(xiǎn)不僅表現(xiàn)在附近或天線上的雷擊，還表現(xiàn)在受干燥空氣青睞的較弱靜電場(chǎng)上。靜電電壓存儲(chǔ)在天線上，與接地一起，后者充當(dāng)電容器。因此，建議創(chuàng)建一個(gè)可以將這些電場(chǎng)釋放到地面的系統(tǒng)。其中一種方法是通過(guò)一個(gè)高阻值電阻將天線連接到地面，比如說(shuō)大約 5 到 10 MΩ（參見 擔(dān)心靜態(tài)電壓是明智的。危險(xiǎn)不僅表現(xiàn)在附近或天線上的雷擊，還表現(xiàn)在受干燥空氣青睞的較弱靜電場(chǎng)上。靜電電壓存儲(chǔ)在天線上，與接地一起，后者充當(dāng)電容器。因此，建議創(chuàng)建一個(gè)可以將這些電場(chǎng)釋放到地面的系統(tǒng)。其中一種方法是通過(guò)一個(gè)高阻值電阻將天線連接到地面，比如說(shuō)大約 5 到 10 MΩ（參見 擔(dān)心靜態(tài)電壓是明智的。危險(xiǎn)不僅表現(xiàn)在附近或天線上的雷擊，還表現(xiàn)在受干燥空氣青睞的較弱靜電場(chǎng)上。靜電電壓存儲(chǔ)在天線上，與接地一起，后者充當(dāng)電容器。因此，建議創(chuàng)建一個(gè)可以將這些電場(chǎng)釋放到地面的系統(tǒng)。其中一種方法是通過(guò)一個(gè)高阻值電阻將天線連接到地面，比如說(shuō)大約 5 到 10 MΩ（參見 因此，建議創(chuàng)建一個(gè)可以將這些電場(chǎng)釋放到地面的系統(tǒng)。其中一種方法是通過(guò)一個(gè)高阻值電阻將天線連接到地面，比如說(shuō)大約 5 到 10 MΩ（參見 因此，建議創(chuàng)建一個(gè)可以將這些電場(chǎng)釋放到地面的系統(tǒng)。其中一種方法是通過(guò)一個(gè)高阻值電阻將天線連接到地面，比如說(shuō)大約 5 到 10 MΩ（參見圖 4）?；蛘?，可以將兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管連接到線路輸入。

圖 4：具有近似阻抗的隨機(jī)天線示例

前置放大器
放大天線信號(hào)通常很有用，特別是如果在開闊的鄉(xiāng)村進(jìn)行“聆聽”測(cè)試，信號(hào)真的“無(wú)聲”并且實(shí)際接收到有用的信息，而不會(huì)衰減商業(yè)或家庭干擾。適用于 VLF 天線的音頻很容易構(gòu)建。大約 +15 dB 的增益有助于信號(hào)以稍強(qiáng)的方式來(lái)自天線。由于天線阻抗非常高，建議構(gòu)建 FET 前置放大器。鑒于其輸入阻抗約為 1,000 到 4,000 Ω，BJT 中的一個(gè)會(huì)大大降低信號(hào)。另一方面，F(xiàn)ET 的輸入阻抗為 8 至 10 MΩ，內(nèi)部噪聲幾乎為零。圖 5顯示了一個(gè)基本但功能齊全的接線圖. 它由 FET 2N3819 (J1) 制成，可在任何電子商品商店輕松買到。R1 和 R2 電阻使晶體管極化，以便漏極電壓可以自由振蕩而不會(huì)產(chǎn)生任何失真。22kΩ R5 微調(diào)器決定電路的放大倍數(shù)，可以在 1.5× 和 4.5× 之間。

圖 5：天線前置放大器接線圖

放大器的電路以低頻工作，即音頻工作。建造它并不困難，而且很容易完成。圖 6中的圖表顯示了具有最大放大率的輸入和輸出信號(hào)，以及它的頻率響應(yīng)。輸出信號(hào)與輸入反相。放大器的消耗非常低。所需電流約為 2.7 mA，如果使用 9 V 電池，續(xù)航時(shí)間約為 100 小時(shí)。

圖 6：放大器輸入信號(hào)（黃色跡線）和輸出信號(hào)（綠色跡線）及其頻率響應(yīng)

聲卡
聲卡是替代無(wú)線電接收器的設(shè)備，頻帶介于 0 和 22 kHz 之間。24 kHz 的限制取決于 PC 聲卡的帶寬和采樣率。如果該卡允許高達(dá)每秒 192,000 個(gè)樣本的采樣率，則可以觀察到高達(dá) 96 kHz 的信號(hào)。使用它時(shí)，必須小心地對(duì)其放大劑量，以避免可能的互調(diào)。本文實(shí)驗(yàn)使用Tascam 2×2 USB外置聲卡（如圖7所示），采樣頻率為96 kHz。它允許您通過(guò)前面板上的開關(guān)選擇兩種不同的輸入阻抗：10 kΩ 和 1 MΩ。

圖 7：Tascam 2 × 2 外置聲卡

個(gè)人電腦
沒(méi)有關(guān)于 PC 的特別建議：您可以使用臺(tái)式電腦或筆記本電腦。電池電源有助于將系統(tǒng)與 50 Hz 或 60 Hz 交流電源隔離開來(lái)。建議安裝一個(gè)非常大的硬盤以包含將要制作的大量 WAV 錄音。

軟件 軟件
的任務(wù)是記錄信號(hào)，在監(jiān)視器上提供表示并在硬盤上進(jìn)行記錄。有許多專門用于這種聽力活動(dòng)的程序，但本文中使用的程序（參見圖 8）如下：

HDSDR

黃蜂

索克斯

圖 8：HDSDR、WASP 和 SoX 軟件

簡(jiǎn)而言之，HDSDR 是適用于 Microsoft Windows 的免費(fèi)軟件 (SDR) 程序。它的典型應(yīng)用是無(wú)線電收聽、SWL、射電天文和頻譜分析。WASP 是一個(gè)用于錄制、查看和分析音軌的免費(fèi)程序。也可以用它查看頻譜圖。SoX 以最流行的格式讀寫音頻文件，并可以應(yīng)用效果。僅使用 SoX 命令即可使用所有功能。它是一個(gè)非常強(qiáng)大的命令行音頻處理工具，特別適合快速輕松的編輯和批處理。它允許以非常高分辨率查看頻譜圖。

現(xiàn)在，讓我們聽聽……
在這個(gè)頻段，許多信號(hào)屬于無(wú)線電臺(tái)附近的電子設(shè)備。接收到由電視、收音機(jī)、燈具、繼電器、電機(jī)、洗衣機(jī)、電梯等引起的干擾是正常的。通過(guò)在采集軟件中正確配置音頻輸入，您可以立即觀察到第一個(gè)信號(hào)。必須非常小心地在左右之間正確選擇音頻通道（參見圖 9）。事實(shí)上，使用的電纜通常是單聲道的，并且只有一個(gè)軌道處于活動(dòng)狀態(tài)。

圖 9：首先要執(zhí)行的操作是選擇音頻信號(hào)通道。

許多信號(hào)將保持神秘，其他信號(hào)也可能在互聯(lián)網(wǎng)的幫助下被發(fā)現(xiàn)。例如，圖 10顯示了建筑物電梯產(chǎn)生的電信號(hào)。它在 8 kHz 頻段上很容易識(shí)別。頻譜圖顯示了五個(gè)電梯活動(dòng)：

第一次持續(xù)15.4秒

第二個(gè)持續(xù)15.4秒

第三場(chǎng)持續(xù)19.5秒

第四個(gè)持續(xù)7秒

第五個(gè)持續(xù)11秒

圖 10：電梯信號(hào)在 8 kHz 頻率上的頻譜圖

可以在整個(gè)頻譜上進(jìn)行其他觀察。許多信號(hào)肯定來(lái)自人類來(lái)源：霓虹燈、電視、無(wú)線電控制裝置、開關(guān)、開關(guān)電源和燈，如圖 11 所示。

圖 11：頻譜圖中記錄的一些電信號(hào)

地球和大氣也會(huì)發(fā)出聲音，運(yùn)氣好的話，可以見證一些有趣的現(xiàn)象：

鐵氧體

周

靜止的

吹口哨

和許多其他人

地震前兆
還可以對(duì)地震前兆進(jìn)行有趣的實(shí)驗(yàn)。仍然沒(méi)有確定的科學(xué)數(shù)據(jù)，但在這些情況下，最好創(chuàng)建一個(gè)“地球偶極子”，這對(duì)于監(jiān)測(cè)土壤的表面電流很有用。目前，一些研究表明，可以提前幾個(gè)小時(shí)預(yù)測(cè)強(qiáng)地震，但接收站必須距離震中不到 100 公里。此外，收聽和錄音不能在城市的家中進(jìn)行，而必須在農(nóng)村進(jìn)行，傳感器直接連接到地面。

結(jié)論
觀察 VLF 波段的頻譜圖無(wú)疑是一項(xiàng)非常迷人和神秘的活動(dòng)，即使在晚上，至少在活動(dòng)的頭幾天，它也會(huì)讓你一直呆在你的電腦上。經(jīng)驗(yàn)提高了一個(gè)人識(shí)別各種電信號(hào)和自然信號(hào)的靈敏度。許多信號(hào)在這個(gè)極低的頻帶中傳播，并展示了地波如何能夠長(zhǎng)距離傳輸信息。聆聽和觀察信號(hào)的活動(dòng)也應(yīng)該旨在研究和發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生信號(hào)的來(lái)源。如果遇到雷雨和閃電（參見圖 12），請(qǐng)始終記住斷開天線與聲卡的連接。

審核編輯 黃昊宇