(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択されたターゲットにおいて、前記ターゲットの周囲よりも大きな音圧を発生させるのに適した指向性音響警告装置であって、前記装置は、音波誘導構造体に結合された音圧発生源を備えており、前記音圧発生源は、変換器に接続された電子信号生成システムを備えており、前記変換器は、前記信号生成システムからの電子信号を音圧波に変換することが可能であり、そして、前記信号生成システムは、人間の耳道の第１の共振周波数付近で変化する周波数を有する波形を備えた第１の信号を生成させるための構造を有しており、
前記音波誘導構造体は、
狭い端部及び広い端部を有する、端部が開放された円錐形状のホーンであって、前記ホーンの前記狭い端部が前記音圧発生源に向けて配置されているところのホーンと、
前記ホーンの前記広い端部に設けられた、音響吸収材料のホーンリングと、
前記ホーン内に設けられた位相プラグと、そして、
前記位相プラグの一部分の周りに設けられた、音響吸収材料の位相プラグリングと
を備えており、
前記ホーン及び前記位相プラグの大きさ、並びに、前記ホーンリング及び位相プラグリングの位置及び大きさが、音波の指向性を最大にし、そして、前記人間の耳道の前記第１の共振周波数付近の周波数で、前記装置の使用者及びその付近に居合わせた人々に対する音波暴露レベルを最小にするように選択されることを特徴とする指向性音響警告装置。
【請求項２】
前記信号生成システムは、下限値と上限値との間で変調される周波数を有する波形を備えた信号を生成するための構造を有しており、
任意選択において、前記下限値は、３ｋＨｚであり、前記上限値は５ｋＨzであり、又は、前記下限値は、３．５ｋＨｚであり、前記上限値は４．０ｋＨzである、請求項１に記載した指向性音響警告装置。
【請求項３】
前記周波数は、一定の変調速度で、前記下限値と前記上限値との間で繰り返して変調され、
任意選択において、前記変調速度は、０．１から０．５秒の範囲内であり、又は、前記変調速度は、０．１５から０．２５秒の範囲内である、請求項２に記載した指向性音響警告装置。
【請求項４】
前記周波数は、これが、各変調サイクルにおいて、前記下限値から前記上限値に増加するように変調される、請求項２又は３に記載した指向性音響警告装置。
【請求項５】
前記信号生成システムは、前記第１の信号と同時に、第２の信号を生成するための構造を有しており、そして、前記第２の信号の周波数は、前記第１の信号に対する周波数と関連を有しており、
任意選択において、（ｉ）前記第２の信号の前記周波数は、前記第１の信号の前記周波数からの臨界周波数帯域幅の倍数であり、任意選択において、（ｉｉ）前記倍数は、０．２から０．３の範囲内であり、又は、（ｉｉ）前記第２の信号の前記周波数は、前記第１の信号が、前記下限値から前記上限値に増加するときに、前記第２の信号が前記上限値から前記下限値に減少するように変調される、請求項２から４の何れか１つに記載した指向性音響警告装置。
【請求項６】
前記波形は、正弦波形であり、そして／又は、前記信号生成システムは、ピンクノイズ信号をも生成するための構造を有している、請求項１から５の何れか１つに記載した指向性音響警告装置。
【請求項７】
前記円錐形状のホーンは、前記変換器に接続されたスロートの端部と、開放されたマウスの端部とを有する、真っ直ぐな壁を備えた中空状の円錐であり、
任意選択において、前記スロートの直径は、１センチメートルから１０センチメートルの範囲内であり、又は、前記スロートの直径は、３．５ｃｍから４．０ｃｍの範囲内であり、そして／又は、前記マウスの直径は、１０ｃｍから１００ｃｍの範囲内であり、又は、前記マウスの直径は、３０．５ｃｍから３１．５ｃｍの範囲内であり、そして／又は、前記スロートと前記マウスとの間の距離は、２０ｃｍから１５０ｃｍの範囲内であり、又は、前記スロートと前記マウスとの間の距離は、６７．０ｃｍから６８．０ｃｍの範囲内であり、そして／又は、前記音響吸収材料は、音響吸収発泡体であり、任意選択において、前記ホーンリングの一部は、ゆったりとした布で覆われており、そして／又は、前記位相プラグは、前記ホーン内に取り付けられ、そして、前記ホーンの内壁から間隔をあけて配置されている、請求項１から６の何れか１つに記載した指向性音響警告装置。
【請求項８】
前記位相プラグは、真っ直ぐな壁を備えた、第１及び第２の円錐から構成される双円錐形状であり、各々の円錐は、先端部と、前記先端部よりも広い基端部とを備えており、これらの前記円錐は、これらの基端部で接合されて、前記双円錐形状の頂点を形成すると共に、前記位相プラグの第１の円錐が、前記ホーンの円錐のスロートに向かう先端を有するように、前記ホーン内に取り付けられており、
そして／又は、前記位相プラグの長さは、前記真っ直ぐな壁を備えた中空状の円錐の長さと実質的に等しい、請求項１から７の何れか１つに記載した指向性音響警告装置。
【請求項９】
（ｉ）前記ホーンの前記スロートに近い側の、前記位相プラグの前記先端部は丸みを帯びており、
任意選択において、前記先端部の曲率半径は、０．１ｃｍから１０ｃｍの範囲内であり、又は、前記先端部の曲率半径は、０．１ｃｍから１．０ｃｍの範囲内であり、そして／又は、（ｉｉ）前記ホーンの前記マウスに近い側の、前記位相プラグの前記先端部は丸みを帯びており、任意選択において、前記先端部の曲率半径は、０．１ｃｍから１０ｃｍの範囲内であり、又は、前記先端部の曲率半径は、０．１ｃｍから１．０ｃｍの範囲内であり、そして／又は、（ｉｉｉ）前記位相プラグのこれらの前記円錐のこれらの前記基端部が接合されているところの前記頂点は丸みを帯びており、任意選択において、前記位相プラグの前記頂点における曲率半径は、０．１から２０ｃｍの範囲内であり、又は、前記位相プラグの前記頂点における曲率半径は、０．５から２．０ｃｍの範囲内である、請求項８に記載した指向性音響警告装置。
【請求項１０】
前記位相プラグの全長は、１０から１００ｃｍの範囲内であり、
そして／又は、前記位相プラグの全長は、６５．０から７５．０ｃｍの範囲内であり、そして／又は、前記位相プラグの直径は、５から５０ｃｍの範囲内であり、前記位相プラグの直径は、１４．０から１５，０ｃｍの範囲内であり、そして／又は、前記ホーンリングは、前記ホーンの外側に取り付けられており、そして／又は、前記ホーンリングは、０．５ｃｍから２５ｃｍの厚さを有しており、そして／又は、前記ホーンのマウスの前方に０ｃｍから５０ｃｍの範囲内の長さだけ突出しており、そして／又は、前記ホーンのマウスの後方に０ｃｍから５０ｃｍの範囲内の長さだけ広がっており、そして／又は、前記ホーンリングは、４．０ｃｍから６．０ｃｍの厚さを有しており、そして／又は、前記ホーンのマウスの前方に４．０ｃｍから６．０ｃｍの範囲内の長さだけ突出しており、そして／又は、前記ホーンのマウスの後方に１０．０ｃｍから２０．０ｃｍの範囲内の長さだけ広がっている、請求項１から９の何れか１つに記載した指向性音響警告装置。
【請求項１１】
前記位相プラグの前記第２の円錐は、その表面上に同軸上設けられた音響吸収発泡体のリングを備えており、
又は、前記ホーンリングは、前記位相プラグの前記頂点から０ｃｍから５０ｃｍの範囲内に位置しており、又は、前記ホーンリングは、前記位相プラグの前記頂点から９．０ｃｍから１０．０ｃｍの範囲内に位置している、請求項８に記載した指向性音響警告装置。
【請求項１２】
（ｉ）前記ホーンリングは、１ｃｍから５０ｃｍの範囲内の幅を有しており、そして／又は、１ｃｍから２０ｃｍの範囲内の厚さを有しており、
そして／又は、（ｉｉ）前記ホーンリングは、４．０ｃｍから６．０ｃｍの範囲内の幅を有しており、そして／又は、１．５ｃｍから２．５ｃｍの範囲内の厚さを有しており、そして／又は、（ｉｉｉ）前記ターゲットにおける前記音圧のレベルを制限するための構造を有する音声制限器が、前記信号生成システムと連絡して設けられており、
任意選択において、前記装置とターゲットとの間の距離を求めるためのレーザー距離計が設けられ、そして、前記音声制限器が、前記レーザー距離計によって求められた、前記装置と前記ターゲットとの間の距離に基づいて、前記ターゲットにおける前記音圧のレベルを制限する構造を有しており、
そして／又は、前記音声制限器は、前記信号生成システムによって生成された信号の継続時間、及び／又は、前記装置の使用期間を制限する構造を有しており、
そして／又は、（ｉｖ）前記装置をターゲットに向けるためのビデオカメラが設けられており、
任意選択において、前記ビデオカメラの出力が記録され、
そして／又は、前記装置の地理的な位置を求めるためのＧＰＳ位置ユニットが組み入れられており、そして、前記装置は更に、ＧＰＳ位置、時間、日付、ターゲット距離、及び、前記装置によって発生した音圧に対して前記ターゲットが曝される時間、並びに、前記ターゲットのビデオ映像を、証拠のために記録することが可能である、請求項１から１１の何れか１つに記載した指向性音響警告装置。
【請求項１３】
前記装置は携帯可能である、請求項１から１２の何れか１つに記載した指向性音響警告装置。
【請求項１４】
音圧源に接続されたスロートの端部と、マウスの端部とを有する、真っ直ぐな壁を備えた円錐形状のホーンを備える音響装置用音波誘導構造体であって、前記スロートの端部は、前記マウスの端部よりも狭く、位相プラグが、前記ホーン内に取り付けられていると共に、前記ホーンの内壁から離れており、前記位相プラグは、真っ直ぐな壁を備え、基部において接合された第１及び第２の円錐から構成される双円錐形状であると共に、前記位相プラグの第１の円錐が、前記ホーンの円錐のスロートに向かう先端を有するように、前記ホーン内に取り付けられており、前記位相プラグの前記第２の円錐は、その表面上に同軸上設けられた音響吸収材料のリングを備えているところの音波誘導構造体。
【請求項１５】
音圧源に接続されたスロートの端部と、開放されたマウスの端部とを有する円錐形状のホーンを備える音響装置用音波誘導構造体であって、前記スロートの端部は、前記マウス端部よりも狭く、音響吸収材料のホーンリングが、前記ホーンの広い端部側に設けられており、前記ホーンリングが、前記ホーンの外側に設けられ、そして、前記ホーンの開口部を越えて伸びて、前記ホーンの軸外音響照射を減衰するところの音波誘導構造体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
コンフリクト管理は、世界中の警察や法執行機関の主要な機能である。平和を維持する建国に従事する軍隊の機能も次第に増加している。コンフリクト管理の根底にある原理は、闘争状態に自らが置かれていると気付いているすべての個人に危害が与えられる危険性を、この闘争状態を注意深く管理することによって、できるだけ最小限に留めることを警察に可能ならしめることである。これらの闘争状態に取り組むと共に、これらをより効果的に管理するために役立つ手段を法執行に提供するための様々な技術が長年にわたって開発されてきている。これらの技術としては、警棒、催涙ガス、刺激スプレー、放水銃、電気ショック器具及びゴム弾（ゴム製弾）等のものが挙げられる。これらの技術のすべては、受動的な警告と、致死力を用いる必要性との間のギャップを埋めるために開発されてきている。これらの技術は、殺傷力の小さい武器（ＬＬＷｓ）として分類されている。
【０００２】
殺傷力の小さい他の武器（ＬＬＷｓ）の有用性の結果として、フォース  エスカレーション  スペクトラム（Force Escalation Spectrum）（フォース  コンティニューム（Force Continuum）と呼ばれる場合がある）として知られた枠組みが開発されるに至ってきており、これは、物理的対立、暴力及び死の危険性を含む闘争状態の場に適用される。広く一般に受け入れられている政策により、進歩的な力の拡大が促され、これにより、闘争状態を処理している警察官は、この状態をできるだけ最小限の力の使用によって終結させようと試みている。これは、警察官が、力を危険なレベルまで拡大せざるを得なくなる以前に、敵対者が行為を中止する機会をできるだけ多く与えることにより、敵対者のためになることである。これはまた、可能な限り最小限の力を用いるという具体的な約束を広く国民に示すことによって、警察のためにもなることであり、これは、次の段階で万一訴訟が提起された場合に、法律的に正当化できるという利益を結果的にもたらすものである。このフォース  エスカレーション  スペクトラムは、法と秩序を維持する必要性と、個人の人権との間の均衡をとることによる、国民の幸福に対する約束を明示するものであるから、このフォース  エスカレーション  スペクトラムは、最終的には、政治的に好ましいものである。図１は、このフォース  エスカレーション  スペクトラムを示しており、そこでは、如何なる致死力を使用する前に順次行われる、非致死的な複数の選択肢を行う前に警告（この場合には、言葉による警告）が行われている。
【０００３】
非致死的なこれらの技術を伴った本質的な問題は、これらは、依然として、これらのターゲット（及び、場合によっては、使用者やその場に居合わせた人）に対して危険性をもたらすということである。この危険性は、銃器によって受ける大けがや死の危険性よりも遥かに低いものである場合があるが、これは依然として重要な問題である。これが、非致死的武器という言葉が、廃れ気味になっており、殺傷力の小さい武器という言葉がありふれたものになっている理由である。警察部隊が、彼らのコンフリクト管理手段は危険性がないことを保証できなければ、彼らは、これらの手段を非致死的と合理的に表現することはできない。
【０００４】
（主として、大きさ、コスト及び実用性に起因して）最も一般的に使用されている２つの技術は、電気ショック装置及び刺激スプレーである。電気ショック装置は、支配的な製造業者の使用に係る商品名である「テーザー銃（Tasers）」として一般に知られている。刺激スプレーは、o‐クロロベンジリデンマロノニトリル、即ち、催涙ガスとして広く一般に表現されるＣＳ、及び、クロロアセトフェノン、即ち、「Ｍａｃｅ」という商品名によって一般に知られているＣＮ等の様々な形で世の中に出回っている。これらは双方とも刺激物であるが、これらは、唐辛子スプレーとしてより広く一般に知られているオレオレジン唐辛子（ＯＣ）によって、大幅に取って代わられてきている。ＯＣは、唐辛子属の辛い赤唐辛子由来のものである。これは、炎症効果を有する催涙性の物質であり、ターゲットを行動不能にすることができる。これは毒性が低く、アルコールやドラッグの影響下に置かれたターゲットを含む複数のターゲットに対して、より不変的な効果を示すものでもあるため、刺激スプレーに関して業界標準のものになってきている。
【０００５】
銃器よりも疑いなく優しい選択肢であるものの、これらの双方の技術の安全性について、規則通りに疑問視されてきており、即ち、これらの双方が、怪我や死を招いた事件に結びついた事例があった。アムネスティインターナショナル（Amnesty International）は、その２００８年のレポート「殺傷力の小さい武器−米国警察におけるスタン武器の使用」において、テーザー銃が、７年間で、米国において拘留中の３００人以上の人々の死亡に関係していることを示唆している。一方、北カリフォルニア医療雑誌、１９９９年版、第６０巻、第５号の「唐辛子スプレーの健康被害」という、よく引用される論文は、唐辛子スプレーの安全性について、その使用により、致死に至らせる可能性がある事件を引用しながら、重大な疑問を提起している。
【０００６】
更に、このような手段の間違った使用は、広く広められると共に糾弾され、特に、論争が起きやすい近年の実例としては、２０１３年に英国警察官により、盲目の人が誤って電気ショックを受けたこと、及び、２０１１年にカリフォルニア大学のキャンパスで、平和的な学生デモ中に唐辛子スプレーを無差別に使用したことが挙げられる。
【０００７】
この懸念や批判は、今日使用されている殺傷力の小さい武器に関する技術のすべてについての真実を示しており、これらはすべて、ターゲットに対して武器を使用することを構成するものであり、そして、武器を使用する場合には、たとえ、どのように制御されるものであっても、内在する危険性があることを示している。
【０００８】
この危険性の存在を知ることによって、
警察官は、フォース  エスカレーション  スペクトラムにおいて、武力を使用する前に行う事前の選択肢が欠如していることに苦しんでいるという事実が明らかにされる。電気ショックを受けることは、拳銃で撃たれるよりも遥かに良い選択肢であるように思われるが、言語による警告のみを行った後で、電気ショックを与え、又は、唐辛子スプレーをまくことは、度を超える場合がある。
【０００９】
従って、このスペクトラムには、警告（音声又は視覚的なもの）と武力の使用との間に、能力ギャップ、即ち、このスペクトラムの最も優しい側における能力ギャップ、即ち、強制的な警告を提示するが、ターゲットに対する危険性はごく僅かである技術によって埋めることができるギャップが存在する。
【００１０】
近年では、長距離音響装置（ＡＨＤｓ）の開発に起因して、音波による音響警告を発する能力が展開されてきている。数社が長距離音響装置（ＡＨＤｓ）を開発してきており、これらの装置は、比較的コンパクトで、車両に搭載される装置から高音質の音響レベルを形成することができる。これらの装置は、その時点での気象条件によっても異なるが、数百メートル以上という遠距離にわたって言葉によるメッセージを発する機会を提供するものである。これらはまた、警察のサイレンに似た、注意を引き付ける音響警告音を発するものでもある。このような長距離音響装置（ＡＨＤｓ）は、警告を発することを可能にすることによって、上述した能力ギャップに対処するものであると言うことができるが、実際問題として、これらの技術は、重要な安全性の問題を生じており、従って、危険のない選択肢とは考えられない。
【００１１】
この種の部門において、第一の商業的な組織は、公式にはアメリカン  テクノロジー  コーポレーション（ＡＴＣ）として知られた、カリフォルニア州、サンディエゴ所在のザ  エルアールエーディー  コーポレーション（The LRAD Corporation）である。この会社は、数々の特許を所有しており、これらの特許には、位相整合するようにコンパクトに配列された複数の変換器から高音質レベルの音を発生する方法が記載されており、これらの変換器は、多くの場合、複数の圧電薄膜から形成され、音響インピーダンス整合型ミニホーンによって結合されている。彼らの数々の特許のうちの主要な特許は、ノリス（Norris）氏及びクロフト三世（Croft III）氏の出願に係る米国特許出願２００４／００５２３８７である。この技術を用いて、彼らは、エルアールエーディー（LRAD）１０００Ｘのような製品を開発してきており、これは、１ｍの距離で１５３ｄＢ（Ａ）であり、且つ、気象条件や、周囲の条件によっても異なるが、１０００ｍ以上に亘って可聴である最大音圧レベルを提供するものであると記載されている。
【００１２】
他の技術を用いて、同様のレベルに達することを要件とした商品を提供する他の会社として、インディアナ州、コロンビア市所在のウルトラ  エレクトロニクス（Ultra Electronics）が挙げられ、同社は、長距離音響装置（ＡＨＤｓ）のハイパースパイク（Hyperspike）距離を提供するものであり、これらの長距離音響装置（ＡＨＤｓ）のうちの幾つかは、カーティス  イー．グレイバー（Curtis E. Graber）所有に係る米国特許第７９１２２３４号のような特許によって保護された技術を具体化しており、この特許には、パラボラアンテナの焦点に配置された複数の変換器であって、これらの合成出力を所望の方向に反射するところの変換器が記載されている。そのＨＳ２４ユニットは、有効距離が１５００ｍで、１ｍの距離で、１５３ｄＢの最大出力を要件としているものであり、この構成を利用していると思われる。
【００１３】
これらの技術は、長距離に亘る通信、即ち、信号の伝達に効果的であり、従来の拡声システムよりも非常にコンパクトで、持運びが可能であり、実用的である。しかしながら、これらは、ある点で重要な欠点を有している。例えば、このようなシステムは、大半の場合は非常に大型であり、車両に搭載しなければならず、車両によって駆動する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、コンフリクト管理に使用する場合の主な欠点は、これらは、言葉によるメッセージを発するために使用される様々な可聴周波数で方向性が全くなく、それらの非常に高い出力レベルで合成され、これにより、ターゲット、その場に居合わせた人及び使用者に近接した距離において、彼らを非常に危険な状況にするということである。
【００１５】
引き合いに出される単位に関して、最大出力である１５３ｄＢ  Ａ−（Ａ）重み付きで生ずる音響レベルは、米国及び欧州全体を通して、衛生及び安全に関する法令に定められた瞬間最大限度である、１４０ｄＢ  Ｃ−（Ｃ）重み付きよりも（圧力で）４倍を超えて大きい。これは、近接した距離において、音源を体験する誰もが、永続的な聴覚障害を瞬間的に受ける可能性があることを意味している。この距離であっても、音響レベルを非常に高くすることができるので、一日の安全な暴露時間は、僅か数秒である。例えば、１ｍの距離で、１５３ｄＢ（Ａ）の出力は、１０ｍの距離で、約１３３ｄＢ（Ａ）の音響レベルに相当し、その、一日の安全な暴露時間は、欧州連合の法令によれば０．７秒である。これにより、その使用者は、通常のメッセージの伝達を阻止する防音保護具を着ける必要があり、たとえ、この装置の後方であっても、その場に居合わせた人を非常に短時間の間に著しく危険な状態に置くことになる。
【００１６】
更なる問題は、ターゲットが体験した量を制御し、又は、記録するための手段が全くないことである。これは、そのターゲット又はその他の人が体験した音響レベルが、安全な制限値の範囲内であることを証明する手段が全くないことを意味する。これは、このような装置の使用者を、様々なターゲット、操作する人、及び、そこに居合わせた人々等を、危険な音響レベルに曝すことについての訴訟に開放する可能性があるものである。
【００１７】
これは、長距離音響装置（ＡＨＤｓ）は、言葉によるメッセージを伝達する効果的な手段ではあるが、短距離では、永続的な聴覚障害を、無差別に且つ危険に満ちた状態で起こす可能性があることを意味している。従って、これらは、殺傷力の小さい他の武器（ＬＬＷｓ）と同様に、実際問題として危険なものであり、従って、フォース  エスカレーション  スペクトラムにおいて、ギャップを埋める優しい選択肢であると言うことはできない。
【００１８】
エルアールエーディー及びウルトラ  エレクトロニクスの両社は、小型のバッテリー駆動型の携帯用システム、エルアールエーディー（LRAD）１００Ｘ及びエイチエス  マイクロをそれぞれ提供している。これらが、ある場所からある場所へと運ぶことが可能であるという意味においては、これらはポータブルに設計されているが、これらが、持運びが可能な手段として、身に着け使用することができるという意味においてではない。これらの装置は、１３７ｄＢ（Ａ）及び１４０ｄＢ（Ａ）の最大出力をそれぞれ有し、有効距離が数百メートルであるところの、同等の大型の装置よりも、著しく出力が小さい。
【００１９】
しかしながら、これらは、これらと同等の大型のものと同様の、識別力及び暴露管理の欠如に依然として悩まされており、これらは依然として使用において潜在的に危険なものである。例えば、４ｍの距離では、ターゲットは、最高出力で、エイチエス  マイクロ（HS Micro）音響装置から約１２６ｄＢ（Ａ）を体験することになる。欧州連合の法律の下では、このレベルの一日の安全な暴露時間は、僅か３．６秒である。従って、ターゲット、使用者及びその場に居合わせた人が、一日の安全な限界値を超える音響レベルに、如何に短時間の間に暴露されるかを想像することは容易であり、これを管理又は監視することなしに、反証することは困難である。
【００２０】
ザ  エルアールエーディー  コーポレーション（The LRAD Corporation）は、高指向性の高振幅超音波を生成するための計画に関する、これに関連ある知的所有権を所有しており、この超音波は、空気中の局部的な非線形効果に起因して、ターゲットにおいては、オーディオレベルの音響であると後に理解されており、その知的所有権の一例の特許は、ノリス（Norris）氏及びクロフト三世（Croft III）氏の出願に係る米国特許出願２００３／０２１５１０３である。これは、サウンドセイバー（Soundsabre）という商品名の様々な製品に利用されており、高度に選択的な識別力のある連絡装置になる可能性を提供するものである。しかしながら、空気中における超音波の高吸収に起因して、距離には制限があり、そして、ターゲットにおける音響再生の質は、理解しやすい言葉による連絡には十分ではないということを外部批判はほのめかしている。本明細書を作成している時点では、これらの装置は、市販されていない。
【００２１】
コンフリクト管理の様々な状況において使用される、運搬可能な音響技術に関して、他の計画が提案されてきており、例えば、ルーカス（Lucas）氏及びポーター（Porter）氏の所有に係る米国特許第３５５７８９９号の明細書は、音響システムを記載しており、これは、８から１３ｋＨｚの周波数の音波信号を発信するための手持ち式のパラボラアンテナを使用しており、これは、人間や動物の脳の刺激周波数を乱して、嫌悪感を誘発する虞があるが、これらの周波数が何故このような影響を及ぼすかについては、何ら説明されていない。また、ナフ（Naff）氏及びシェイ（Shea）氏の所有に係る米国特許第５９７３９９９号の明細書は、手持ち式装置を記載しており、これは、有効距離を伝播する非線形衝撃波を生成する、配列された複数の位相整合型の爆発的加圧源を使用しており、殺傷力の小さい武器（ＬＬＷｓ）として使用することが可能である。この装置は、非常に高い圧力レベルが要求されていることに起因して、如何なるターゲットに対しても、瞬間的な聴覚障害を起こす可能性がある。このように提案された技術は、何れも、商品化されるに至ってはいないようである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りである。
【００２３】
要約を述べれば、ターゲットに与えられる音波の量を制御することを可能にしながら、使用者やその場に居合わせた人々への暴露量を最小限に維持して、高度に選択的な狭ビームの音波を生成する、特別な音響波をターゲットに対して発する運搬可能な音響装置に関する構造を提供するものである。この狭められた音響コーンは、距離をあけて警察の注意を明確に警告するものとして作用するものであり、そのターゲットが近寄ってきた場合には、その強度が高められて、自然に徐々に高められる抑止力を生成する。
【００２４】
この特別な音響波は、心理音響に関する分野の重要な問題と、そのターゲットに対する最大の衝撃を有する聴覚的な音を生成するための、実験に基づく研究の分野とを利用して生成されるものである。人間の聴覚に関する生理学的及び神経学的な主な分析を使用すれば、非常に大きく、且つ、実際のものよりも、より鋭く耳をつんざくような感覚を与えるような音を生成することができる。これは、この装置を比較的低い音圧レベルで作動することができるものの、ターゲットにおいては、大きな強度を感じさせることを実現できることを意味する。比較的低い音圧レベルで作動することによって、騒音に曝されることについての、現状の健康及び安全に関する法律、例えば、欧州議会の指令２００３／１０／ＥＣの範囲内で、問題の装置を作動させることを確保することが可能になる。
【００２５】
この装置は、この特別な音響波に則って設計されたものである。これは、言葉によるメッセージを伝達するために設計されたものではない。従って、この特別な可聴音を発するときに、非常に狭いビームの音波を生成するシステムを設計することが可能である。
【００２６】
この技術は、市販の変換器を用いており、これは、インピーダンス整合型ホーンに結合されており、このホーンの革新的な設計により、音波のこのような狭いビームを生み出すことができる。このホーンは、高度に選択的な音響出力を提供することと、十分に人が持ち運ぶことができ、使用者が長時間にわたって快適に身に着けることを確保できるほど小型の大きさにすることとの間のバランスを取るように設計されている。これは、内側及び外側の双方に音響吸収発泡体を使用することと共に、このホーン及びその中心位相プラグの両者の大きさ及び形状を入念に選択することによって実現される。
【００２７】
実際問題として、ターゲットを選択する能力を実現するには、単に狭いコーンによるビームを生成するだけでは不十分である。所望の選択能力を実現するためには、知覚可能なサイドローブを少なくし、コーンビームの両端における音圧レベルの高い減少率を実現し、そして、最小軸外音圧レベルを確保することも必要であると判断される。
【００２８】
その結果、音響出力においては、使用者及びそこに居合わせた人々は、これらと等しい距離で、このターゲットが受ける音圧レベル（ＳＰＬ）の１パーセント未満の音圧レベルしか受けない。その音圧レベルは、使用者及び同僚間で通常に会話がなされることを許容するものであるため、使用者が聴覚保護する必要性がなくなり、その音圧レベルは、１時間を超える継続使用での１日の安全な暴露レベルの範囲内である。
【００２９】
この装置はまた、市販のレーザー距離計を組み込んでいる。音響出力が発射される前に、このレーザー距離計は、ターゲットまでの距離を測定する。この情報は、音圧レベル（ＳＰＬ）対距離に関するルックアップテーブルと比較され、そして、この装置の出力を制限して、このターゲットにおける音圧レベル（ＳＰＬ）が事前にセットされた値を決して超えないことを確保する。これは、音響出力が発生する前に行われるが、これは、極めて短時間で行われるため、この装置を用いて発射する使用者が気付くことはない。このように安全性を制限する機能によって、たとえ至近距離であっても、ターゲットが危険な音響レベルに曝されることは決してなく、健康と安全に関する法律を遵守することを保証する。
【００３０】
使用者は、指向性音響装置の方向を後方から瞬時に正確に狙うことはできないため、同装置を正確に向けることは容易ではない。この装置は、音響出力の中心に合わせられるビデオカメラを組み込んでいる。このカメラからのビデオ画像は、使用者が見るのに都合のいい位置で、この装置に取り付けられた高輝度フラットパネルディスプレイに送られる。更に、照準線がこのビデオ上に重ね合わされており、使用者が、この装置を所望のターゲットに簡単且つ正確に向けることを可能にしている。他の情報が、そのスクリーン上に提供されて、この装置を効果的に使用することを促進している。
【００３１】
また、この装置の発射操作がなされた場合には常に、このビデオ画像が記録され、音響出力が作動する前後のビデオバッファを組み入れて、状況に関する情報を提供する。全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニットもこの装置に組み込まれている。レーザー距離計からのデータと組み合わせれば、この装置の使用を正当化すると共に、その使用は、現在適用されている健康と安全に関する法律を遵守していることを実証するための強力な証拠となる痕跡を提供することになる。作動時には、ビデオ映像、距離、ターゲットにおける音響レベル、暴露時間、ＧＰＳ位置、時間及び日付のすべてが、この装置内の取出し可能な記憶メモリに記録され、次回の損傷時における内部監査の痕跡及び証拠の双方として作用する総合記録を提供する。
【００３２】
この装置には、アコースティック−ワーニング  シグナル  プロジェクター（商標）、即ち、Ａ−ＷａＳＰ（商標）という商品名が付けられている。その非常に高いレベルでの選択性と、そのターゲット、使用者及びその場に居合わせた人々について、一日の暴露限界値の範囲内を支持しながら、発射された警告として効果的に作用する能力とに起因して、この装置は、図２に示すように、フォース  エスカレーション  スペクトラム（Force Escalation Spectrum）において、受動的な警告と、より危険な殺傷力の小さい武器（ＬＬＷｓ）との間の、上述した能力のギャップ内に正に適切に当てはまるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
このようにここに記載した数々の目的は、単なる例示のために意図した以下の図面を参照して、より明確に理解されるものである。
【図１】図１は、フォース  エスカレーション  スペクトラム（Force Escalation Spectrum）を図形的に表わしたものを示すものである。
【図２】図２は、フォース  エスカレーション  スペクトラムにおけるＡ−ＷａＳＰ（商標）の想定された位置付を示すものである。
【図３】図３は、異なる音圧レベルでの、１ｋＨｚの正弦波の基準音に対するラウドネス曲線の図表を示すものである。
【図４】図４は、様々な変調速度での、周波数変調音響信号の相対強度を比較するグラフを示すものである。
【図５】図５は、周波数変調音響信号の相対強度を、変調方向によって比較するグラフを示すものである。
【図６】図６は、時間と共に変化する音響信号周波数を重ね合わせたグラフを示すものである。
【図７】図７は、臨界周波数帯域幅によって特定された、可変の周波数分離を有する２つの重ね合わされた正弦波の協和及び不協和の相対聴覚印象を示すものである。
【図８】図８は、２つの重ね合わされた正弦波の相対的不協和を、第１の正弦波が３５００Ｈｚで固定されているところの臨界帯域幅の関数として示すものである。
【図９】図９は、時間と共に変化する、重ね合わされた音響信号周波数のグラフを示すものである。
【図１０】図１０は、指数ホーン、パラボリックホーン及び円錐ホーンの指向性を比較した、０から−２４ｄＢの３６０度極性プロファイルを示すものである。
【図１１】図１１は、最適化された円錐ホーンの、寸法範囲を記入した断面図を示すものである。
【図１２】図１２は、適切な位相プラグを有していない場合と、これを有している場合との装置の指向性を比較した、０から−２４ｄＢの３６０度極性プロファイルを示すものである。
【図１３】図１３は、最適化された位相プラグの、寸法範囲を記入した断面図、及び、主ホーンに対するその位置を示すものである。
【図１４】図１４は、ホーンの出口開口の周りに、異なる音響発泡体リングを有している場合と、これを有していない場合との、装置からの指向性及び軸外放射を比較した、０から−４８ｄＢの３６０度極性プロファイルを示すものである。
【図１５】図１５は、最適化された発泡体リングの、寸法範囲を記入した断面図、及び、主ホーンに対するその位置を示すものである。
【図１６】図１６は、最適化されていない条件で、コア音響コーンから４５度の位置で、軸外の極大部分の存在を強調した、０から−２４ｄＢの１８０度極性プロファイルを示すものである。
【図１７】図１６は、位相プラグの周りに配置された音響発泡体リングを有している場合と、これを有していない場合との、装置からの指向性及び軸外放射を比較した、０から−４８ｄＢの３６０度極性プロファイルを示すものである
【図１８】図１８は、最適化された位相プラグ発泡体リングの、寸法範囲を記入した断面図、及び、位相プラグに対するその位置を示すものである。
【図１９】図１９は、開口の周りの発泡体リング用の最適化された布の覆いを有している場合と、これを有していない場合との、装置からの指向性及び軸外放射を比較した、０から−４８ｄＢの３６０度極性プロファイルを示すものである。
【図２０】図２０は、−１８０から１８０度の極性分析で、０から−２５ｄＢのスケール上で、５００から１００００Ｈｚの周波数全範囲で、最適化された装置についての指向性の図であって、問題の３５００から４０００Ｈｚの周波数範囲における性能が強調されているものを示すものである。
【図２１】図２１は、最適化された装置のコアビームの指向性を示す、０から−２４ｄＢの３６０度極性プロファイルを示すものである。
【図２２】図２２は、軸外放射を含む、最適化された装置の指向性を示す、０から−４８ｄＢの３６０度極性プロファイルを示すものである。
【図２３】図２３は、主要な構成要素の相対位置を示す、最適化された装置の断面図の概略を示すものである。
【図２４】図２４は、実際の試作品に係る装置のＣＡＤによるレンダリングを示すものである。
【図２５】図２５は、欧州連合の法律、並びに、職場における健康及び安全に関与する２つの米国の機関による、一日の許容可能な暴露時間を秒で示した対数グラフを示すものである。
【図２６】図２６は、１から１２０ｍの距離で、この装置によって発生される音圧レベル、及び、至近距離で、最大音圧レベルを制御することにおける、安全性制御機能の効果を示すものである。
【図２７】図２７は、ビデオ画像、及び、この装置の使用者が、この装置の狙いを付け、これを効果的に使用することを容易にするために、統合的に組み込まれたフラットパネルディスプレイ上で見ている状態のオーバーレイを示すものである。
【図２８】図２８は、この装置が、その使用についての証拠となる軌跡をどのようにして形成し、そして、記憶するかを図表で示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
概要のように、制御された音波の量をターゲットに与ええることを可能にしながら、高度に選択的な狭ビームの音を生成し、使用者やその場に居合わせた人々に対する暴露を最小限にする、特別な音響波形をそのターゲットに発射するところの運搬可能な音響装置が提供される。この狭められた音響コーンは、距離をあけて警察の注意を明確に警告するものとして作用するものであり、そのターゲットが近寄ってきた場合には、その強度が高められて、自然に徐々に高められる抑止力を生成する。この音響波は、心理音響に関する分野の重要な問題と、実験に基づく研究との組合せを利用して特定されたものである。この装置は、非常に高度な指向性を実現することを可能にするこの波形に合わせて設計されている。これは、言葉によるメッセージを伝達するための装置として意図されたものではない。この波形は、比較的低い音圧レベルを利用する一方で、そのターゲットにおいては、最大の衝撃及び強度を実現するものである。これは、暴露レベルを制御して、それらのレベルが、現状の健康及び安全に関する法律の範囲内であることを確保することを可能にすることを意味する。ターゲットまでの距離を測定すると共に、ターゲットが体験する音響レベルを予め定められたレベルに自動的に制限するところのレーザー距離計を含んでいる。狙いをつけることを容易にするために、フラットパネルディスプレイを介して使用者にライブ映像を示すための、統合されたカメラを用いている。この装置が動作しているときは常に、レーザー距離計によって決定された音響レベル、暴露時間、その日時、及び、ＧＰＳ座標と共に、ビデオ画像が記録される。これにより、使用の背景、及び、健康及び安全に関する法律の遵守を立証することが可能な記録が提供される。本発明は、警察及び法執行機関に対して、フォース  エスカレーション  スペクトラム（Force Escalation Spectrum）において、受動的な警告と、殺傷力の小さい武器（ＬＬＷｓ）との間ギャップを埋める新規な選択肢を与える完全な装置を提供することを意図するものである。
【００３５】
最適化された音響波形は、ボランティア試験に関連付けられ、そして、これによって立証される心理音響に関する重要な問題の分析から導き出される。この音響信号の目的は、ターゲットにおいては可能な限り最大の衝撃及び強度を、この効果を生ずるために必要な最低の音圧レベル（ＳＰＬ）で実現することである。
【００３６】
図３は、１９３３年に最初に導き出され、そして、１９５０年代にロビンソン（Robinson）氏及びダッドソン（Dadson）によって改良されたフレッチャー−マンソン（Fletcher-Munson）の一連のラウドネス曲線を示している。これは、（フォン（Phons）という非ＳＩ単位で）１ＫＨｚの正弦曲線基準音に対する、広範な周波数領域での人間の聴覚の感度を示している。これらの曲線は、与えられた周波数の音が、与えられた音圧レベル（ＳＰＬ）について、１ｋＨｚの音と同一の音波の強さを有するものと認識された、測定に係る音圧レベルに関して、如何に大きい音であるかを示している。複数の異なる曲線が、０ｄＢで聴くことを開始してから、１２０ｄＢの非常に大きな音になるまで、１０ｄＢの増加分をもって高くなる１ｋＨｚの音に対して、異なる音圧レベル（ＳＰＬ）で導き出される。これらのラウドネスカーブは、平均的な人間の聴力が如何に、周波数及び音圧レベル（ＳＰＬ）の双方と共に非線形に変化するかを示している。
【００３７】
これらの曲線は、平均的な人間の聴力が、３から５ｋＨｚ、更に具体的には、３．５から４ｋＨｚの間で聴く力のピークを有していることを立証している。これは、定常波が耳道そのものの中で発達するときの、耳道の一次共鳴に対応するものである。これらの曲線は、人間の耳が、１５ｄＢ以下の音を、この領域で、１ｋＨｚのものよりも大きいと感じるということを示している。従って、可能な限り低い音圧レベル（ＳＰＬ）で、強度について最大限の印象を作り上げるために、この波形の基礎を、聴く力のピークの領域内に置くものでなければならない。
【００３８】
人間生理学は多様であるため、共鳴を実現する正確な周波数は、対象者によって異なり、従って、共鳴の実現を確保するために、音響信号は、３．５から４ｋＨｚの周波数変調を含んでいなければならない。従って、好ましい実施形態においては、一定振幅の正弦波であり、その周波数は、一定期間にわたって変調するところのものが使用される。ボランティア試験によれば、これが、与えられた音圧レベル（ＳＰＬ）について最大の強度を実現するための最適な領域であることがサポートされている。
【００３９】
これは、非常に短い周波数範囲ではあるが、警察のサイレンの効果と似ている。救急サービス用のサイレンは、０．５ｋＨｚから４ｋＨｚまでという低い周波数から変調するものである。何故ならば、低周波数の音は、より長い波長の可聴音は回折が多く、吸収が低いことに起因して、より長い距離で聞き取れるからである。これは、近づいてくる車両の音は遠く離れているところから聞こえるが、車両が近づくに従って、その強度は増加することを意味している。これは、無指向性の音響警告にはうまく作用するが、提案に係る実施形態は、これとは正反対の、選択的な指向性の警告であり、従って、提案に係る距離は最適なものである。
【００４０】
３．５から５ｋＨｚの変調速度は、知覚される音波の強度に非常に重要な影響を与える。図４は、数秒間の間の一定の音圧レベル（ＳＰＬ）で、０．０５から０．５秒までの変調時間の範囲について行った実験による試験の結果を示している。衝撃に関して、音波の大きさの知覚及び強度の知覚は、変調速度と共に単独で変化することが知見された。灰色の破線は、変調速度による相対ラウドネスを示している。黒色の線は、変調時間による相対衝撃を示している。
【００４１】
この場合のラウドネスは、被験者による単なる判断に過ぎず、その変調速度は、音波の暴露のある割合の他のものに対して、最も大きいものと認識されている。これに対して、衝撃は、音波の暴露時間全体において、その信号音が如何に強力であるかについての主観的な判断である。
【００４２】
相対ラウドネスは、変調時間が長くなるに従って、最大に増加することが知見された。これは、変調速度が遅いことは、耳道におけるピーク共振点が、長く持続することを意味するからであると思われる。しかしながら、衝撃は、より速い共振速度におけるものよりも小さい。これは、変調時間のごく一部のものしか、共振点又はその付近に存在しないからである。従って、周波数が変調されると、音波の大きさはピークに達するが、そのピークは、変調周期の残りに対して短い。
【００４３】
これに対して、短い周波数変調時間は、衝撃を増加させる。これは、一定の暴露時間の間、周波数は、多くの場合、共振点を通過し、例えば、０．２秒の周波数変調時間（５Ｈｚの速度）は、同一の時間にわたって、０．４秒の周波数変調時間（２．５Ｈｚの速度）の２倍共振すると考えられるからである。大きな共振は、大きな衝撃に対応する。被験者は、変調速度が、耳道の最大共振を示すように最適化されたときに、彼らの頭部が「ブーン」という音がするような感じがすることを報告している。
【００４４】
しかしながら、変調時間が０．０５秒（２０Ｈｚの速度）のようにあまりにも短すぎると、衝撃及び音波の大きさの双方に関する知覚が減少する。これは、定常波が発達して、内耳が知覚するには不十分な時間であると考えられるからである。
【００４５】
従って、相対的な衝撃及び音波の大きさの双方を最適化して、対応する最大の強度を実現する周波数変調を選択する必要がある。これは、図４に破線のリングとして示されている。従って、波形の好ましい形態は、０．２秒の時間（５Ｈｚの変調速度）にわたって、３．５から４ｋＨｚの周波数から繰返し変調される正弦波である。最適な周波数変調は、時間に近似すると思われるが、他の非線形変調でも適切な場合がある。
【００４６】
図５は、一定の音圧レベル（ＳＰＬ）で、上述した実施形態を用いて、人間の被験者について、変調方向が与える音響信号強度への影響に関して行った試験を示している。上述したように、衝撃及び音波の大きさを、効果によって分離することができることが知見されている。一点鎖線は、相対的な衝撃を示し、灰色の実線は、相対的な音波の大きさを示している。３つの試験が行われ、即ち、第１の試験は、周波数変調が、３５００Ｈｚの低い周波数から４０００Ｈｚの高い周波数に行われ、「増加」と示されたものであり、第２の試験は、周波数変調が、４０００Ｈｚの高い周波数から３５００Ｈｚの低い周波数に行われ、「減少」と示されたものであり、第３の試験は、周波数変調が、３５００Ｈｚの低い周波数から４０００Ｈｚの高い周波数に行われ、次いで、４０００Ｈｚの高い周波数から３５００Ｈｚの低い周波数に戻して行われ、「変動」と示されたものである。「変動」においては、変調速度を２．５Ｈｚにして、周波数の変化による変調速度が一定になることを確保していることを除き、何れの場合においても、変調速度は５Ｈｚ（変調時間は０．２秒）である。その変調方向を一定に維持しながら、これらの３つの音は、試験において、数秒間の間、それらの変調を繰り返す。
【００４７】
変調方向が単一である場合には、その変動する音は最小であるが、方向に拘わらず、音波の大きさについての印象は最も大きいことが知見された。増加する変調方向により、減少するそれよりも衝撃が大きいが、変動する音に大きさにより、最も小さい衝撃の印象がもたらされることも知見された。
【００４８】
周波数の急激な変化はないが、例えば、増加の音は、周波数変調サイクルが繰り返されるときに、４０００Ｈｚから３５００Ｈｚの瞬間的な変化があるため、変動する音波の衝撃は、他の２つよりも小さいと考えられる。この急激な周波数の変化により、変動する変調の漸進的な変化よりも、耳にはより「耳障り」に感じる場合がある。何故、増加する変調が、減少するそれよりも大きい衝撃をもたらすかは明確ではない。
【００４９】
それにもかかわらず、増加する変調は、（図５において矢印で示されるように）最も大きな強度を有しているものとして認識されており、従って、好ましい実施形態に係る波形は、３５００Ｈｚから４０００Ｈｚの増加する周波数の単一な方向において、０．２秒（５Ｈｚの変調速度）の時間にわたって、３．５から４ｋＨｚの周波数から繰返し変調される正弦波である。これは、図６にグラフで示されており、これは、時間に対して周波数をプロットしたものを表示しており、１秒間にわたって、周波数によって繰返し変調されることを示している。破線は、好ましい実施形態に係るものを示している。
【００５０】
最適化された変調特性を有する、人間の聴覚のピークの領域にわたって変調された正弦波周波数は、他の如何なる周囲の音に対しても、耳をつんざくようなものではなく、激しいものではない。しかしながら、共鳴という心理音響的な概念を逆にすることによって、耳をつんざくような、耳障りな強度を更に増加することができる。
【００５１】
人間の聴覚系は、内耳内で、基底膜上の異なる複数の位置において、異なる複数の周波数成分を複数の振動に分離することによって、音波のその周波数分析を行っていると広く認められている。従って、これは、複雑な複数の音を複数の異なる周波数成分に分解することによって、複雑な複数の音を即座に認識することができ、これによって、音色及びピッチに関して、非常に複雑な繰返し又は非繰返しの音を人間が識別することを可能にする。
【００５２】
この効果を定量化することについて重要な概念は、臨界周波数帯域幅（ＣＢ）であり、これは、２つの正弦波が、単一の複合音に対して、２つの異なる音として認識されるのに十分な周波数分離を有するところの点として定義付けされる。１９９０年に、グラスバーグ（Glasberg）氏及びムーア（Moore）氏は、諸要素を提案して、主な人間の聴覚範囲（１００Ｈｚから１００００Ｈｚ）内の２つの音についてのこの閾値を予測した。これは、理想的な周波数応答を有する一連の帯域フィルターに関して、基底膜によって実現される周波数分析を明らかにするものである。これは、等価矩形帯域幅、又は、ＥＲＢと呼ばれ、その式を以下に示す。
【００５３】
【数１】
0006438943.tif 000002
【００５４】
但し、ＥＲＢは、Ｈｚで示した等価矩形帯域幅であり、ｆｃは、ｋＨｚで示したフィルター中心周波数である。
【００５５】
２つの正弦波が、臨界周波数帯域幅（ＣＢ）（（この場合、これら２つは同義であるので）又はＥＲＢ（等価矩形帯域幅））内で一緒に聞こえる場合には、これらの周波数間の相違は、総合的な音が聞き手側にとって如何に心地よく−協和し、又は、不快で−不協和であるかについての影響を及ぼす。図７は、１９６５年に、プロンプ（Plomp）氏及びレベルト（Levelt）氏によって実施された実験の結果を示しており、そこでは、一定の振幅を有する２つの純音正弦波を一緒に再生したところ、それらの周波数分離は、臨界周波数帯域幅の関数として変化した。これらの周波数が同一でる場合には、これらは、完全に協和と判断される。周波数分離が、１つの臨界周波数帯域幅よりも大きく、又は、等しい場合には、これらはまた、協和と判断される。臨界周波数帯域幅の５から５０％の周波数差については、区間が圧倒的に不協和であると考えられる。最大不協和は、臨界周波数帯域幅の四分の一の周波数差で生ずるものと考えられる。
【００５６】
不協和に関するこの重要な問題を利用することによって、音響波形の耳障りな感覚を増加して、音圧レベル（ＳＰＬ）を増加する必要なしに、その強度を高めることができる。図８は、この試みの実験的な試験を示しており、そこにおいては、同一振幅の正弦波が、グラスバーグ−ムーアの式を用いて計算された臨界周波数帯域幅の関数として、様々な周波数分離を有する３５００Ｈｚの正弦波に重ね合わされている。最大不協和についての周波数分離は、正に、プロンプ−レベルトの知見と一致しており、一次正弦波の臨界周波数帯域幅の四分の一に位置している。
【００５７】
これは、周波数変調を双方の正弦波に加えたとき上手くいくので、その結果として得られる音響信号は、著しくより不快なものであり、従って、初期の正弦波だけの場合よりも強烈なものであると思われる。この装置の指向性は、周波数に伴って増加するので、最適な実施形態においては、付加的に重ね合わされた正弦波が、初期の正弦波の上で臨界周波数帯域幅の四分の一になるようにされており、周波数分離が、変調全体を通して一定に維持されている。
【００５８】
従って、波形の好ましい実施形態は、同一振幅の対応する重ね合わされた正弦波を有する、３５００Ｈｚから４０００Ｈｚに増加する周波数の単一の方向において、０．２秒の時間（５Ｈｚの変調速度）に３５００から４０００Ｈｚの周波数から繰返し変調する正弦波であって、この対応する重ね合わされた正弦波が、他の同一変調特性を有する３６００．６Ｈｚから４１１４．１Ｈｚの周波数から変調するところの正弦波である。
【００５９】
これは、図６にグラフで示されており、ここにおいて、点線は、０．２秒毎に３５００から４０００Ｈｚに変調するコア正弦波であり、破線は、３６００．６Ｈｚから４１１４．１Ｈｚに変調するところの対応する重ね合わされた正弦波である。
【００６０】
実験的な試験は、音響波形に関する更なる決定的な実施形態が好ましいことを示している。これは、２つの等しい振幅の正弦波が、反対方向に変調するものであり、例えば、第１の正弦波が０．２秒の時間に３５００から４０００Ｈｚに変調するものである一方、第２の正弦波が０．２秒の時間に４０００から３５００Ｈｚに、所望の時間の間この周期を繰り返しながら、変調するものである。耳道の一次共鳴は各周期において２回刺激されるために、これは、大きい強度を有すると考えられる。加えて、混変調する複数の正弦波は、それぞれの臨界周波数帯域幅（ＣＢ）のかけ離れた不協和の一部に、それらの周波数を有する周期の相当な割合を費やすので、この波形は、依然として非常に不協和である。
【００６１】
これは、図９に周波数対時間の関係でプロットされたグラフで示されており、ここにおいて、点線は、０．２秒毎に３５００から４０００Ｈｚに変調する第１の正弦波であり、灰色の破線は、４０００Ｈｚから３５００Ｈｚに反対方向に変調する第２の正弦波である。
【００６２】
最大の不協和の３つ又は４以上の正弦波についての実験は、強度が減少するため、効果がないと思われる。基底膜の刺激をその全長にわたって増加して、音波の大きさに関する知覚を向上するために、臨界周波数帯域幅よりもはるかに高い周波数で、１又は２以上の変調し、又は、不変の正弦波を追加する試みもまた、効果がないと思われる。実際問題として、初期信号の明確さは、これらの倍音を追加し、全強度を減少させることによって減少する。
【００６３】
他の試みは、基底膜の強度を増加して、音圧レベル（ＳＰＬ）に影響を与えることなく、音波の大きさに関する印象を高めるために、一次臨界周波数帯域幅（ＣＢ）を超える等価矩形帯域幅（ＥＲＢ）にピンクノイズを付加することであるが、その結果は、強度の知覚においては、未だ不明確である。
【００６４】
実施形態においては、図６及び９に示した、最適化された波形を、Ａ−ＷａＳＰ（商標）の使用を超えた用途に適用することも可能である。指向性が低く、即ち、全方向性の出力を有する従来の、又は、現存する音生成器によって送信した場合には、これらの代替的な用途は、最大の音波の強度の領域を生成することによって、与えられた領域から攻撃者や侵入者を撃退することである。これは、動力車、船、建物及び仮設構造物を保護するために使用される。
【００６５】
最適な波形を確立すれば、この装置の機械的な設計が最適化され、その波形のために、音響出力の指向性を最大限にして、ターゲットにおける音波の暴露を制御されたものにし、その場に居合わせた人々や使用者への暴露を最小限にすることができる。クリオ（CLIO)音響ソフトウェアテストスイート、回転台、及び、国立物理研究所（National Physical Laboratory)の基準に合わせて調整されたマイクロフォンを用いて、無響室内の実験的な試験を併せて、独自の有限要素解析（Proprietary Finite Element Alanysis)ソフトウェアが用いられている。これにより、この装置の機械的な設計についての実験的に適切な最適化に至る。
【００６６】
市販の変換器、この場合は、１．４インチ出口スロート直径を有するラジアン（Radian）７４５ネオピービー（NEO PB)を用いている。この設備一式は、関連ある周波数範囲での質量と性能との間の最適な均衡を意味するものである。この変換器は、発散ホーンに取り付けられ、これは、音響源から周囲環境へと繋ぐエネルギーに関して知られた最も効率的な方法である。これは、プログレッシブ音響インピーダンス整合によって上手くいく。ホーンを搭載したコンプレッションドライバーが、人間の聴覚範囲において、電気的エネルギーを音響エネルギーに変換するための最も効果的なシステムであることは広く知られている。この減少は、ハリー  エフ．オルセン（Harry F. Olsen)氏（１９５７年）による音響工学等の重要な研究に記載されている。従って、これは、携帯可能でバッテリー駆動型の双方を兼ね備えた、高性能で高出力の装置を生み出すための最も良い方法を示すものである。
【００６７】
このホーンの構造が、音響出力の指向性を制御するものであり、従って、その設計は、この提案に係る装置の性能には絶対不可欠である。図１０は、３つの異なるホーンプロファイルについての出力の３６０度極性プロファイルを示しており、これらの何れも、出力周波数が４ｋＨｚで、直接比較をすることができるように、０から−２４ｄＢの範囲にわたって、０ｄＢに標準化されている。灰色の実線１００１は、指数ホーンの出力であり、破線１００２は、パラボリックホーンの出力であり、黒の実線１００３は、円錐ホーンの出力である。これらのすべては、同一の大きさを有しており、この装置のコアホーンの形状に関して、有力な候補として特定されている。指数ホーン１００１は、広い指向性を有する非対称の出力を生成するため、不適切であることが理解される。パラボリックホーンのプロファイル１００２は、非常に狭いコアビームを有する対称の出力を生成するが、最適なものは、最も狭いコアビームを生成し、従って、最も狭い指向性を有する出力を生成する円錐ホーンのプロファイル１００３であると認められる。
【００６８】
図１１は、提案に係る装置に関して最適であると思われる円錐ホーンの横断面図プロファイルを示している。これは、金属、セラミック、ストーンプラスチック、カーボン繊維、又は、硬化した発泡体等のいかなる適切な材料から製造することができるが、好ましい実施形態については、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）又はポリプロピレン（ＰＰ）等の射出成形用プラスチック、又は、ポリウレタン（ＰＵ）等のリム成形（reaction injection molding）用発泡体が使用される。これらの材料は、小さい質量であるが、頑丈な装置を実現するように、低密度と高強度との間の最適な均衡を提供する。このホーンの口の開口部１１０１は、１００から１０００ｍｍの間の、より好ましくは、３１１ｍｍの直径を有している。ホーンのスロートの開口部１１０２は、１０から１００ｍｍの間の、より好ましくは、３７ｍｍの直径を有している。ホーンの長さ１１０３は、２００ｍｍから１５００ｍｍの間、より好ましくは、６７６ｍｍである。
【００６９】
ホーンを搭載したコンプレッションドライバーに更に通常追加されるものは、位相プラグである。これは、ホーンそのものの領域内に配置される部品である。これは、伝搬する音波がインピーダンス整合ホーンを通過するときに、変換器からのこの音波を良好に制御する導波路として作用する。この導波路は、２つの主な作用を有しており、第一の作用は、位相がずれて再結合する虞がある、空間的にオフセットされた音響波成分による、この装置付近での局部的な相殺的干渉から保護することである。第二の作用は、音響出力の指向性を良好に制御することである。この技術は、音楽及び発話の再生において、ブロードバンド出力用に設計された音響システムに関して広く知られているが、特定の狭周波数帯波形を発信する装置に関して、指向性を最大にするための位相プラグの次元では新規である。
【００７０】
図１２は、適切な位相プラグを有している場合と、これを有していない場合との、装置の出力の３６０度極性プロファイルを示しており、これらは何れも、指向性の比較をすることができるように、出力周波数が４ｋＨｚで、０から２４ｄＢの範囲にわたって０ｄＢに標準化されている。陰影のある灰色の線１２０１は、位相プラグを有していない最適化されたホーンの出力を示している。黒色の線１２０２は、最適化された位相プラグを追加したものの出力を示している。位相プラグを追加することによって、そうでない場合に−１５ｄＢから存在し、したがって、初期出力を数度にわたって実際に広げている、対称な「ショルダー部」を実質的に減少することによって、この装置の指向性を高めている。
【００７１】
図１３は、提案に係る装置に関して最適であると判断される位相プラグの横断面図プロファイルを示しており、取付け状態を示すために双方は円錐ホーン内に配置され、また、その重要な寸法範囲を別に示している。これは、金属、セラミック、ストーンプラスチック、カーボン繊維、又は、硬化した発泡体等のいかなる適切な材料から製造することができるが、好ましい実施形態については、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）又はポリプロピレン（ＰＰ）等の射出成形用プラスチック、又は、ポリウレタン（ＰＵ）等のリム成形（reaction injection molding）用発泡体が使用される。これらの材料は、小さい質量であるが、頑丈な装置を実現するように、低密度と高強度との間の最適な均衡を提供する。この位相プラグ１３０１は、ホーンに対して同軸の、その適切な位置に示されている。これは、双円錐形状を有している。左側の部分１３０６は、０から５００ｍｍ、より好ましくは、４．５ｍｍの距離だけホーンのスロートからオフセットされている。位相プラグの長さ１３０２は、１００から１０００ｍｍの範囲内であり、より好ましくは６７０ｍｍである。位相プラグの最大中心直径１３０３は、５０から５００ｍｍの範囲内であり、より好ましくは１４１ｍｍである。口の端部１３０４のプロファイルは、１から１００ｍｍの間の半径、より好ましくは、１．５ｍｍの半径を有している。頂点１３０５でのプロファイルは、１から２００ｍｍの間の半径、より好ましくは、８．５ｍｍの半径を有している。スロート端１３０６でのプロファイルは、１から１００ｍｍの間の半径、より好ましくは、６ｍｍの半径を有している。
【００７２】
この装置の軸外照射を制御することは、その機能性について、コアビーム出力を狭めることと同様に重要である。これは、ショルダーストラップで、この装置を身に着ける使用者はもとより、その付近の同僚やその場に居合わせた人々が、ターゲットに対するのに比べて、最小限の音圧レベルを経験することを確保するために必要なことである。これは、初期出力ビームを狭めると共に、指向性を最適化するものである。
【００７３】
この装置の開口部の周りに、音響吸収発泡体の層を追加することにより、軸外照射を著しく減衰することができる。これは、出口開口のどのような形状にでも有効に適用することができる。この場合は、このホーンは、円錐であるので、最適な方法は、このホーンの開口部又はマウスの周りに、発泡体のリングを設けることである。５ｋｇ／ｍ３から５００ｋｇ／ｍ３の密度範囲を有するものであれば、いかなる音響吸収発泡体を使用してもよいが、より好ましくは、１１ｋｇ／ｍ３の密度を有するバソテックユーエフ（Basotec UF）ポア開放型メラミン発泡体が使用される。
【００７４】
図１４は、開口部の周りに発泡体のリングを有していない場合と、最適化されていないリングを有する場合と、最適化されたリングを有する場合との、装置の出力の３６０度極性プロファイルを示しており、これらの何れも、直接比較をすることができるように、出力周波数が４ｋＨｚで、０から−４８ｄＢの範囲にわたって、０ｄＢに標準化されている。
【００７５】
この４８ｄＢの基準は、軸外、コアビームに対して直交する位置、及び、コアビームの後方において、この装置からの軸外照射を示している。灰色の線１４０１は、発泡体のリングを有していない装置の出力を示している。破線１４０２は、最適化されていない発泡体のリングを有する装置の出力を示している。黒色の線１４０３は、最適化された発泡体のリングを有する装置の出力を示している。発泡体のリングは、±１５度の範囲内で前方への出力に最小限の影響を及ぼすことが理解される。しかしながら、その点から、これは、放射を著しく減少させることができる。最適化されていない、発泡体のリング１２０２は、ホーンの開口部と同一平面に配置されているが、僅かな改良をすれば、特に、この装置の後部においては、その効果は、際立つものではない。これに対して、最適化された発泡体のリング１２０３は、ホーンの開口部は満足するものであり、軸外照射の減衰は著しく大きい。
【００７６】
メインビームの両側の１５から６０度の軸外の領域において数ｄＢの減衰、特に、６０から−６０度の、この装置の両側および後部に対して、６ｄＢ以下、又は、それを超える減衰が、発泡体を有していない場合の音波のレベルに対して実現されている。これは、ショルダーストラップを使用してこの装置を携帯する使用者や、この装置の後方又は平行な場所にいる同僚や、その場に居合わせた人々が体験する音波のレベルを減少するために特に重要である。６ｄＢの減少は、圧力に関する音波のレベルを半減することである。
【００７７】
図１５は、位相プラグを有する円錐ホーンに搭載された提案に係る装置について、最適であると判断される発泡体リングの横断面図プロファイルを、その背景に関して示すものであり、右側には、その重要な大きさを別に示している。発泡体リング１５０１のプロファイル及び位置は、このホーンの開口部の周りに示されている。発泡体リングの形状は如何なるものでもよいが、この発泡体リングは、ホーンの外形に沿う円錐台のコーンの形状を有していることが最適である。これにより、この装置の体積を減少させて、使用者が心地よく身に着けることを可能にすることと、軸外音響照射を所望の形で減衰することを実現することとの妥協点が提供される。破線は、ホーンの開口部の相対位置を示している。発泡体リングの厚さ１５０２は、５から２５０ｍｍの間であり、より好ましくは、５０ｍｍである。発泡体リングの長さ１５０３は、１０から５００ｍｍの間であり、より好ましくは、２００ｍｍである。発泡体リングの、ホーンの開口部の後部側の部分１５０４は、０ｍｍから５００ｍｍの間であり、より好ましくは、１５０ｍｍである。発泡体リングの、ホーンの開口部の前部側の部分１５０５は、０ｍｍから５００ｍｍの間であり、より好ましくは、５０ｍｍである。
【００７８】
実施形態においては、音響源の開口部の周りに設けられた音響発泡体、即ち、これを覆うものは、アコースティック−ワーニング  シグナル  プロジェクター(Ａ−ＷａＳＰ（商標）)の用途を超える様々な用途に使用される。例えば、拡声（ＰＡ）装置の構成要素に適用する場合には、後方への軸外照射を減少させて、この拡声（ＰＡ）装置の後方及び付近の音波のレベルを減少することができる。これは、音楽コンサート、集会、又は、ステージ上での音圧レベル（ＳＰＬ）を減少させることによって、演奏等の鮮明にすることを助長し、監視の必要性を少なくし、そして、フィードバックの傾向を減少させるところの他の集まりにおけるステージを設ける際に有益である。この方法は、従来の拡声（ＰＡ）装置、例えば、スピーカー、ホーンを搭載したコンプレッションドライバー、及び、ツイーターのすべてに適用可能である。これはまた、音響情報をできるだけ集中的なものにすることが望ましい、的を絞った音響広告にも使用することができる。
【００７９】
良好な指向性を実現するのに重要な問題は、軸外の極大部分を抑制することであると認められる。図１６は、最適化されていない出力について、０から−２４ｄＢの１８０度極性プロファイルを示している。矢印は、メインビームから４５度の位置で、メインビームの最大レベルから約−２１ｄＢの音圧レベル（ＳＰＬ）を有する軸外の２つの極大部分が対称的に存在することを示している。−２１ｄＢの低下は、これらの極大部分は、メインビームにおける音圧レベルの１０％に満たないことを意味している。しかしながら、人間の聴覚反応は、非線形であり、実験による試験では、これらの軸外の極大部分は、背景に対して高い強度の隔離された領域として常に知覚されるのではなく、コアビームの広がりとして知覚されることが認められている。従って、極大部分の存在は、実際問題として、この装置の指向性についての印象を著しく減少させるものである。上述した例では、ビーム幅の印象は、４５度毎に増加している。
【００８０】
この極大部分が感知できなくなるところの閾値は、約−２４ｄＢ（即ち、最大音圧レベルの６％）である。現時点では、試験の被験者は、これらの極大部分を感知することはできず、従って、この装置の出力の広がりを感知することはなかった。従って、指向性を最大にするためには、この指向性を最大にすることは、狭いコアビームを実現することであるため、極大部分をこの閾値よりも低く減少させることが重要である。
【００８１】
極大部分を抑制すると共に、軸外放射を減少するための、正に直観と相いれない方法が、移動プラグのホーンのマウス端の周りで、このホーンの内側に発泡体のリングを取り付けることであることが実験により発見された。ホーンアレイ内に吸収発泡体のリングを取り付けることは、出力を著しく減少させ、指向性を低下させ、これを向上させるものではないと合理的に推測されるため、このことは自明ではない。しかしながら、発泡体の位置、その特性及び寸法範囲を慎重に選択すれば、これによる効果は、出力の減少を最小限に抑制した状態で、指向性全体に対して非常に有益であると認められる。
【００８２】
図１７は、内側の発泡体リングを有している装置と、これを有していない装置であって、出力周波数が４ｋＨｚで、直接比較をすることができるように、０から−４８ｄＢの範囲にわたって、０ｄＢに標準化されているところのこの装置の出力の３６０度極性プロファイルを示している。灰色の線１７０１は、内側の発泡体リングを有していない装置の、最適化された出力を示しており、黒色の線１７０２は、最適化された内側の発泡体リングが、位相リングの遠位側に位置されている場合の装置の出力を示している。図に示すように、この内側の発泡体リングによる利点は、非常に顕著である。−１８ｄＢ付近での［ショルダー部」が取り除かれており、メインビームの有効幅は著しく減少している。両側の極大部分は、−２４ｄＢ未満の数デシベルのレベルに減少して、これらの極大部分を感知できないものにしている。６０から９０度にわたる（両側での）放射は、約マイナス４０ｄＢ又はそれ未満のレベルまで、６ｄＢ以上も低減している。この装置の両側及び後方（＋９０から−９０度）では、音波のレベルが−４２ｄＢ未満（軸内の音波のレベルの０．８％未満）の値まで、十分に減少している。−６ｄＢから−１８ｄＢのコアビームは、数度の角度で広がっているが、これは、ショルダー部を取り除くことによるオフセットよりも大きく、これにより、感知可能なビームの幅をより狭くしている。
【００８３】
この内側の発泡体リングが指向性を向上させるというメカニズムは、位相プラグの頂点によって回折された、伝播する音響波面のある一部を吸収することによるものであると考えられる。この回折された波面は一部分において、位相プラグの開口端部に鋭角な角度で衝突し、軸外のショルダー部／極大部分として反射される。更に、この反射された軸外放射は、ホーンの開放された開口部によって部分的に更に回折され、これによって、この装置の両側及び後方に対する照射のレベルを増加させる。この内側の発泡体リングを追加することは、位相リングに衝突するように入射する回折された波面の一部を吸収することによって、この作用を著しく減少させる。しかしながら、内側の発泡体リングの寸法範囲及び位置決めを正確であることを確保することが不可欠である。容積を大きくし過ぎると、出力ロスが許容できないものになる。容積を小さくし過ぎると、指向性の向上が望めない。
【００８４】
図１８は、提案に係る装置に関して最適と判断される、内側の発泡体リングの横断面プロファイルを示しており、取付け状態を示すため、ホーン及び外側の発泡体リングは、位相プラグに取り付けられており、また、その重要な寸法範囲を別に右側に示している。発泡体リング１８０１のプロファイル及び位置は、位相プラグのマウスの周りに示されている。如何なるプロファイル形状も、位相プラグ（特に、円錐台）の構造に応じて、関連性を有するかもしれないが、この場合、位相プラグの周りを覆う横断面が矩形状のストリップが、最も良く機能すると認識されている。距離１８０２は、双円錐形状の位相プラグの頂点から、内側の発泡体リングの最適な位置までの距離である。距離１８０２は、０から５００ｍｍの間であり、より好ましくは、９５ｍｍである。発泡体リング１８０３の長さは、１０から５００ｍｍの間であり、より好ましくは、５０ｍｍである。内側の発泡体リングの厚さ１８０４は、１０から２００ｍｍの間であり、より好ましくは、１８ｍｍである。５ｋｇ／ｍ３から５００ｋｇ／ｍ３の密度範囲を有する音響吸収発泡体が使用されるが、より好ましくは、１１ｋｇ／ｍ３の密度を有するバソテックユーエフ（Basotec UF）ポア開放型メラミン発泡体が使用される。
【００８５】
実施形態においては、位相プラグの周りに設けられた音響発泡体リングを、Ａ−ＷａＳＰ（商標）の使用を超えた用途に適用することも可能である。例えば、例えば、拡声（ＰＡ）装置の構成要素に適用する場合には、後方への軸外照射を減少させて、この拡声（ＰＡ）装置の後方及び付近の音波のレベルをある周波数レンジで減少することができる。これは、音楽コンサート、集会、又は、ステージ上での音圧レベル（ＳＰＬ）を減少させることによって、演奏等の鮮明にすることを助長し、監視の必要性を少なくし、そして、フィードバックの傾向を減少させるところの他の集まりにおけるステージを設ける際に有益である。これは、的を絞った音響広告、又は、音響情報をできるだけ集中的なものにすることが望ましく、そして、高い指向性が望ましいところの、情報に関する場所にも使用することができる。
【００８６】
この装置の両側及び後方への放射をさらに減少させることは、外側の発泡体リングを布で覆うことによって実現される。この布は、柔軟性を有するどのような材料であってもよいが、より好ましくは、頑丈な着用のためのナイロンである。重要な点は、この布は、発泡体上で緩く取り付けなければならない。これをぴったり取り付ければ、布の表面からの反射に起因して、側部への放射が増加する。これを緩く取り付ければ、その効果は、中立的であり、即ち、吸収性を有する。加えて、この布の端部は、ホーンの開口部を越えてはならない−図１５の破線参照。布の端部がこの開口部を越えると、これにより、二次的な開口部が形成され、回折によって指向性が低減する。従って、この発泡体リングは、これが、この開口部を越えて突出する点、図１５の寸法範囲１５０５からは、覆いによっては、覆われない状態に維持しなければならない。
【００８７】
図１９は、外側の発泡体リングの覆いを有している場合と、これを有していない場合との、この装置の出力の３６０度極性プロファイルを示しており、出力周波数が４ｋＨｚで、直接比較をすることができるように、０から−４８ｄＢの範囲にわたって、０ｄＢに標準化されている。灰色の線１９０１は、覆いを有していないこの装置の最適化された出力を示しており、黒色の線１９０２は、外側の発泡体リングの最適化された覆いを有しているこの装置の出力を示している。前方の半球における放射の効果は、ごく僅かである。後方の半球における効果は、この領域における放射を、軸内の音圧レベル（ＳＰＬ）を約−４５ｄＢ又はそれ未満（軸内の音圧レベルの０．６％未満）に減少させている。この覆いにより、使用中に、外側の発泡体リングを物理的に保護するという付加的な利益がもたらされる。
【００８８】
図２０は、５００から１００００Ｈｚの周波数の広範囲で、３６０度（０度を中心にして、±１８０度）にわたる、最適化された音響装置の指向性の図を示している。これは、０から−２５ｄＢの疑似カラースケール上に示されている。問題の３５００から４００Ｈｚの周波数範囲が、２本の一点鎖線及び２つの矢印で示されている。ここから理解されるように、この周波数範囲内では、側部の極大部分は感知されず、軸外に移ると、音圧レベル（ＳＰＬ）の低下率が著しく急激になる。ここから、出力ビームは、周波数の増加に伴って狭くなっていることが理解される。このことは、波長が短くなるときに、回折効果を減少させることに起因すると考えられる。図２０は、この装置の出力は、極性プロファイルに示された４ｋＨｚだけではなく、問題の周波数範囲全体にわたって、高度な指向性を有することを示すのに役立っている。
【００８９】
ホーン、位相プラグ、並びに、内側及び外側の発泡体リングのこの構成の結果としてもたらされる出力は、従来のあらゆる拡声（ＰＡ）装置の基準からすると、著しく高度な指向性を有していることに留意すべきである。音楽の再生には適していないものの、言葉によるメッセージの信号が、その装置の出力特性を補うためにデジタル処理されている場合には、この言葉によるメッセージを、指向性を有するものとして発射するという用途もある。これは、アコースティック−ワーニング  シグナル  プロジェクター(Ａ−ＷａＳＰ)（商標）の基準とは異なった用途であり、的を絞った音響広告、狙いをつけた言葉によるメッセージの伝達、又は、音響情報をできるだけ集中的なものにすることが望ましく、そして、高い指向性が望ましいところの、情報に関する場所にも使用することができる。
【００９０】
図２１は、出力周波数が４ｋＨｚで、０から−２４ｄＢの範囲にわたって、十分に最適化された装置の出力の３６０度極性プロファイルを示しており、これは、初期出力が極めて高い指向性を有していることを明らかにしている。−２４ｄＢを超えて、側部の極大部分やショルダー部が存在する証拠は何もないことが理解できる。コアビームは、−３ｄＢまで、僅か±７．５度の発散角を有して、非常に狭いものである。直接狙いをつけられないということは、ターゲットが経験する音圧レベル（ＳＰＬ）の一部を経験することに過ぎないため、これは、一義的に有益である。
【００９１】
指向性の感知に関して更に重要な要素は、主要な音ビームの端において、程度により、音圧レベル（ＳＰＬ）の低下率があることであると思われる。図２１は、平均低下率が、−３ｄＢから−２４ｄＢでは、１度当たり約−１．４ｄＢであり、−６ｄＢから−２４ｄＢでは、一度当たり約―１．８ｄＢであり、これは、１度当たり約２３％の圧力の減少に匹敵する。
【００９２】
これは、ターゲットがビーム内に移動するときに、音響強度が非常に突然に開始するという聴覚効果を有しており、一方、ターゲットがビームから出るように移動するときには、その逆の効果を有している。これは、ターゲットがビームから無意識に移動した場合には、彼らは、彼らがそこから移動していると直ちに気付くことを意味している。彼らが直ちに、後ろに下がって、そこから出ることを促すように、誰かがそのビーム内に移動した場合には、その逆のメカニズムが適用される。同様に、使用者が、この装置を持って、集団を通り過ぎる場合には、これが通過するときに、コアビームによって狙われているという感覚は間違いである。
【００９３】
図２２は、出力周波数が４ｋＨｚで、０から−４８ｄＢの範囲にわたって、十分に最適化された装置の出力の３６０度極性プロファイルを示しており、これは、極大部分及び側部の放射が著しく低いレベルであることを明らかにしている。±４５度における側部の極大部分は、コアビームの約−２６ｄＢ、即ち、圧力の関数としては、知覚できないほどの低いレベルの５％という最大音圧レベル（ＳＰＬ）を有しており、従って、指向性についての知覚を弱めるものではない。人が更に軸外に移動した場合には、相対音圧レベルが、±５０度から−３６ｄＢ未満に低下し、そして、軸外に６０度から９０度では、約−４０ｄＢに、即ち、コアビームにおける圧力レベルの１％の値に更にもっと低下する。これは、その場に居合わせた如何なる人々も、ターゲットよりも著しく低い音圧レベル（ＳＰＬ）しか経験せず、このレベルは、人が更に軸外に移動した際には、急激に減少し続けることを示している。この装置の側部及び後方に対しては、相対音圧レベル（ＳＰＬ）は、まだ更に減少し続けて、約−４４ｄＢのレベル、即ち、コアビームの音圧レベルの０．６％に至る。これは、この装置の使用者にとって特に有益であり、この使用者は、１ｍの至近距離でターゲットが経験する音圧レベルよりも１５０倍小さい音圧レベルしか経験しないことになる。この装置に近接した同僚やその場に居合わせた人々に対しても、同じように低い音圧レベルが適用される。軸外でこのように音圧レベルが低いということは、使い過ぎた場合であっても、その使用者や彼らの同僚は、防音保護具を着ける必要がないことを意味しており、そして、その装置が最大の出力で作動している場合であっても、通常の会話が可能であることを意味する。
【００９４】
図２３は、この装置の断面を、構成及び位置によって示している。変換器２３０１は、ラジアン（Radian）７４５ネオピービー（NEO PB)型のコンプレッションドライバーでありホーンのスローに取り付けられている。この音響装置のメインホーン、及び、これに同軸に取り付けられた位相プラグの双方には、平行な陰影線が付されている。外側の発泡体リング２３０５、及び、位相プラグの周りに設けられた内側の発泡体リング２３０４の双方には、斜めの陰影線が付されている。この装置の本体２３０２は、白色の輪郭で示されている。これは、金属、セラミック、ストーンプラスチック、カーボン繊維、又は、硬化した発泡体等のいかなる適切な材料から製造することができるが、好ましい実施形態については、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）又はポリプロピレン（ＰＰ）等の射出成形用プラスチック、又は、ポリウレタン（ＰＵ）等のリム成形（reaction injection molding）用発泡体が使用される。カメラ映像を示すフラットパネルディスプレイが、２３０３内に収容されるが、これに適したユニットは、デンシトロン社（Densitron PLC）のＤＥＴ０５７ＶＧＨＬＮＴ０−１Ａ等の５．７インチ高輝度ディスプレイである。バッテリーが、２３０９の位置に配置されているが、これに適したモデルユニットは、ピーエージー社（PAG Ltd.）のＬ９６ｅリチウムイオン充電式バッテリーである。この装置を制御するためのハンドル及びトリガーが、２３０８の位置に配置されている。制御電子機器が、２３０７の位置に設けられた、この装置の空間内に配置されている。これは、制御プリント基板を構成しており、これは、変換器を駆動する、音波の再生用電子機器、及び、増幅器を含んでいる。波形は、９６Ｈｚのサンプルレートで、且つ、１６ビットの解像度でＷＡＶファイルとして記録される。これは、ＣＰＵチップ上で、インテグラルフラッシュメモリーに記憶される。これに適したオーディオコーデックは、ウルフソン  マイクロエレクトロニクス（Wolfson Microelectronics）社製のＷＭ８５２３ＧＥＤＴである。これに適したプリアンプは、テキサス  インストルメント（Texas Instruments）社製のＯＰＡ１６３２ＤＧ４である。これに適した増幅器は、テキサス  インストルメント（Texas Instruments）社製のＴＡＳ５６３０Ｂである。カメラ及びレーザー距離計は、外側の発泡体リング２３０５の凹部内に収容されているため、これらは図示されていないが、これに適したモデルは、アールエフ  コンセプト社（RF Concepts Ltd.）のＶＢ２１ＥＨ−Ｗバレットカメラ、及び、エムディーエル社（MDL Ltd.）のＩＬＭ１５０クラス１レーザー距離計である。
【００９５】
好ましいデザインは、複数ピースから構成される成形部であり、これらはボルト締めされて、内蔵ユニットを形成する。このユニットには、電子部品を一緒に結合するための配線用の複数のチャンネルが形成されている。図２４は、試験され、その成功が第三者に実際に説明された、実際の試作品に係る装置のＣＡＤによるレンダリングを示している。これは、使用者に袈裟懸けの状態で身に着けられ、又は、ウエストの高さに位置される。これは、ショルダーストラップ（図示せず）によって保持され、身に着けられ、１回に、３０分以上の時間の間快適に身に着けることができる。
【００９６】
この装置の重要な特徴は、現状の健康及び安全に関する法律に関する構想の範囲内で、この装置が動作することができるという能力である。この音響出力波形は、ターゲットにおいて、音波の強度に関する印象を最大にするように設計されている。これは、実際の音圧レベル（ＳＰＬ）はできるだけ最小限に維持され、このターゲットが経験する照射量は、法律の制限内であるものの、周囲の音をはねのける強力な警告として知覚されることを確保するということを意味する。この可聴波形を発射するときに、この装置の指向性が著しく高いということは、照射量がこのターゲットに選択的に与えられ、そして、これを注意深く制御することができることを意味する。これと同様に重要なことは、これに対して、その場に居合わせた人々やその使用者は、非常に低い音圧レベルしか経験せず、たとえ長時間使用されたとしても、経験する照射量は、法律の制限を超えることはないことである。従前の健康及び安全に関する法律を遵守することは、コンフリクトを管理するためのフォース  エスカレーション  スペクトラム（Force Escalation Spectrum）に関して使用される技術の流れに関して、比類のないものであると考えられる。
【００９７】
関連のある法律は、職場における音に管理に関するものである。この領域における欧州の法律は、物理的変化を生じさせるもの（音）から生ずる危険に労働者を晒すことに関する、健康及び安全についての最小限度の要件についての、欧州議会及び評議会による２００３年２月６日付けの指示２００３／１０／ＥＣ（指令８９／３９１／ＥＥＣの第１６条（１）項の意味における第１７番目の個々の指令）である。これは、ＩＳＯ規格：音響特性-職業的な音波の暴露及び雑音によって誘発された聴覚障害の判断、ＩＳＯ１９９９：１９９０によって導かれるものである。米国の法律は、このＩＳＯ規格から由来するものでもあり、そこには、２つの国家機関、即ち、職業 安全衛生局（ＯＳＨＡ）及び、アメリカ合衆国のための職業的な音波の暴露に関する若干異なる規格を提案する国立労働安全衛生研究所（ＮＩＯＳＨ）がある。
【００９８】
この音響装置が有している最大出力は、１ｍの距離で１３７ｄＢ（Ａ）に制限されており、これは、上述したこれらの規格のすべてき規定された瞬間制限値である１４０ｄＢ（Ｃ）の出力レベルの半分である。これによって、至近距離で最大出力による暴露を偶発的に受けたとしても、この暴露が直ちに終了すると仮定すれば、上述したこれらの規格に違反することはないことが確保される。
【００９９】
許容される音波の暴露は、８時間の労働時間に基づくものであり、これは累積によるものである。従って、欧州連合による法律では、人は、８時間の間、８７ｄＢの等価騒音レベル（LAeq）の最大平均音圧レベルには暴露されてもよいが、これは、平均値を超えない限り、高い音圧レベルではより短い期間である。図２５は、ｄＢ（Ａ）で表わした音圧レベル（ＳＰＬ)の関数として、一日にうける最大露出の許容制限値を、対数尺度上で一秒毎に示している。点線は、欧州連合（英国）の法律に関する閾値を示しており、一方、破線は、アメリカ合衆国（ＯＳＨＡ（職業 安全衛生局））に対応するものであり、鎖線は、アメリカ合衆国（ＮＩＯＳＨ（国立労働安全衛生研究所））に対応するものである。これらはすべて、同一の重要な規格に従ったものであるが、最大値は、様々である。ターゲット、使用者、及び、その場に居合わせた人々が、８時間の間に、関連する累積的な暴露量を超えない場合には、これらの人々は、障害の危険に曝されたとは言えず、従って、この装置の使用は、好意的に正当化できるものとなる。
【０１００】
健康及び安全に関する法律を遵守するための重要な要素は、レーザー距離計を追加することである。適切なモデルは、エムディーエル社（MDL Ltd.）のＩＬＭ１５０クラス１レーザー距離計である。使用者は、この装置の狙いをつけ、トリガーボタンを押すと、その時点で、内蔵されたレーザー距離計は、ターゲットまでの距離を即座に測定する。この装置には、事前に決定された最大音圧レベルがプログラムされている。音波の発射が開始する前に、制御ソフトウェアにおけるルックアップテーブルを参照することによって、音圧レベルが、この測定された距離における最大レベルを超えないように、装置の出力が自動的に調節される。これは、非常に迅速に行われ、使用者が実質的に感知することができないほどである。この制限機能は、図２６に示されており、これは、１から１２０ｍの距離の間、ｄＢ（Ａ）で示された音圧レベル（ＳＰＬ）をプロットしたものである。音響コーンは発散をもたらすので、音圧レベル（ＳＰＬ）は、距離と共に当然に減少し、また、大気による吸収と共に減少する。灰色の破線は、制限されていない出力を示しており、これは、１ｍの距離で、１３７ｄＢ（Ｂ）の音圧レベル（ＳＰＬ）のピークを有している。灰色の実線は、所定のレベル（この場合は、英国警察の規定に係る１１５ｄＢの等価騒音レベル（LAeq））に制限されていることを示している。これは、この装置から１３ｍの距離に相当する。従って、１３ｍ未満の位置にいるターゲットに関しては、音圧レベル（ＳＰＬ）は、１１５ｄＢの等価騒音レベル（LAeq））を超えることはできない。この最大レベルを、特定の使用者の要件に適するように調節することが可能である。
【０１０１】
暴露を更に制御するために、この装置は、音響出力が再び発射される前に、音響照射の１秒間の照射に適するように自動的にされているが、その前に、この装置は、３秒間の照射を出力するように制限されている。これにより、使用者は、この装置を照射の準備をすることを余儀なくされ、使用者がターゲットを「むやみに狙い撃ちする」ことを防止し、制御下での段階を経た照射量に関するアプローチを促している。更に、これらの照射は、警察の注意に関する警告を伝えることにおいて、持続的な暴露よりもより効果的であり、音波の照射は、注目を集めるものであると思われる。
【０１０２】
欧州連合の法律の下では、１１５ｄＢの等価騒音レベル（LAeq）の音圧レベルは、一日に４５秒間の間認められている。これは、３秒間の照射を１５回行うことに相当し、ターゲットに止めさせるために必要なものを十分に超えるものである。ターゲットが５回の照射の後に行為を止めない場合には、使用者は、フォース  エスカレーション  スペクトラム（Force Escalation Spectrum）に移ることを考えるべきである。開放された環境においても、その使用者及びその付近に居合わせた人々は、通常は、最大出力において、最大で９５ｄＢの等価騒音レベル（LAeq）を経験することになり、これは、一日の暴露限界である１時間１６分、即ち、３秒間の照射の１５００回を超える分に相当し、多くのヘッドルームに相当する。
【０１０３】
何らかの音響装置を用いる際の問題は、これを正しく狙いを付けることである。そのために、この装置には、音響出力に合わせて、ビデオカメラが取り付けられている。好ましい実施形態においては、このカメラは、強い光及び弱い光の双方の条件下で適切に作動する。適切なモデルは、アールエフ  コンセプト社（RF Concepts Ltd.）のＶＢ２１ＥＨ−Ｗバレットカメラである。ビデオ画像は、使用者が見るのに都合のいいように、この装置に取り付けられた高輝度フラットパネルディスプレイに送られる。これは、直射日光の下でも見られるように、高輝度であることが望ましい。これに適したモデルは、デンシトロン社（Densitron PLC）のＤＥＴ０５７ＶＧＨＬＮＴ０−１Ａ等の５．７インチ高輝度ディスプレイである。
【０１０４】
図２７は、使用者がこのフラットパネルディスプレイのスクリーン上で見る画像の図解を示している。使用者がこの装置を正確且つ容易に狙いを付けることを容易にするために、ビデオ画像のライブ映像上に照準線２７０１が重ね合わされている。使用者の役に立つ他の情報がこのスクリーン上に重ね合わされている。使用者が、与えられたターゲットのための照射量を評価し、そして、制御することを容易にするために、このターゲットまでの測定された距離、及び、対応する音圧レベルでの安全な暴露の最大時間２７０２が示されている。バッテリー充電表示器２７０３もまた、時間及び日に関する情報２７０４と共に表示されている。
【０１０５】
この装置をどのように使用しているかを記録することは、その使用が、特定の場所の健康及び安全に関する法律を遵守していることを正当化することのみならず、この装置が、コンフリクト管理において、状況に比例して用いたことを立証する際に重要である。そのために、全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニットがこの装置に組み込まれている。適切なモデルは、ワイツーワイ（Wi2Wi)社の製造に係るＷ２ＳＧ０００８ｉである。このＧＰＳユニットは、リアルタイムの位置座標、及び、正確な日時を提供することができる。カメラからのビデオ映像と、対応する音圧レベル及び照射量に加えて、レーザー距離計によって求められた距離と組み合わされることによって、強力な膨大な情報を形成し、この情報は、装置のトリガーを押す毎に、自動的に記録される。
【０１０６】
図２８は、この装置がどのように作用するかの図表を示している。距離、ターゲットにおける音圧暴露レベル、暴露時間、時間、日、及び、この装置のＧＰＳ座標（位置）のすべてが、トリガーを押す毎に記録される。このデータは、カンマ区切りフォーマットファイルとして記憶される。これと同時に、ビデオ映像が、組み込まれたカメラから記録され、更に、ビデオバッファ機能を用いて、トリガーが押されると、カメラ映像の２０秒前に相当する分がビデオファイルに途切れなく含まれて、その使用の事実を提供する。トリガーが解放されると、ビデオは更に６０秒間について保存し続けて、更なる使用の事実を提供する。これは、単一のＭＰＥＧ４ビデオファイルとして記憶される。これらのファイルの双方は、取出し可能な内部フラッシュメモリに記憶される。
【０１０７】
これらのファイルは、使用に関する包括的な記録を提供すると共に、この装置の使用が誤ったものであるとする主張に対して反論するための非常に強力な証拠を使用者に提供し、一般人からの費用のかかる訴訟を阻止するものである。更に、操作する者は、様々な使用のすべてが、包括的な記録になることを承知し、そして、これらの記録が紛失した場合には、嫌疑を掛けられる虞があることを承知しているのであるから、これらのファイルは、このユニットの誤った使用をも阻止するものである。
【０１０８】
ここに記載した好ましい実施形態、並びに、一般原理及び特徴に対して、様々に変更してもよいことは、当業者であれば容易に理解できると解釈すべきである。従って、本発明のシステムは、ここに示された実施形態に限定されることを意図するものではなく、これらの修正及び変更に係るものも、ここに添付した請求項の精神及び範囲に属するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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