マイクロ波聴覚効果
マイクロ波聴覚効果（マイクロはちょうかくこうか;英 microwave auditory effect）あるいはフレイ効果（フレイこうか;英 Frey effect）とはパルス波形のマイクロ波が骨伝導を介して聞こえる現象である。単独のパルスはポンという音、クリック音などを誘発するが、音声信号で変調されているときには、単語、音声などを伝えることができる。これらの音は受信機なしに直接人間の頭の中に生成される。ただし、マイクロ波聴覚効果で単語や音声が直接、頭部に伝送できるという点については、懐疑的な見解もある。
マイクロ波聴覚効果は、最初に第二次世界大戦中にレーダートランスポンダの付近で作業する人によって報告された。これらの誘発音は近くの他の人には聞こえない。後に、マイクロ波聴覚効果は、短波長の電磁波で誘導されることが発見された。冷戦時代に、アメリカ合衆国の神経科学者アラン·H·フレイ(Allan H. Frey)が、この現象を研究し、マイクロ波聴覚効果の性質に関する情報を最初に公開した。
Don R. Justesen博士は"The American Psychologist" (Volume 30, March 1975, Number 3)で"Microwaves and Behavior"を発表した。
1970年代にNASAによる研究は、この効果が低電力密度でも、蝸牛の周りの人間の耳の部分の熱膨張の結果として起こることを示した。その後、信号変調により頭蓋内に発信された音や単語を生成することの研究が行われたようである。これは、コミュニケーションでの活用可能性のために研究された。米国とソ連の両方が非致死性兵器としての可能性の研究を行ったとされる。
パルスマイクロ波放射は、誰でも聞くことができる。マイクロ波を照射された被験者は、クリック音やブザーのようなうなり音が聞こえることに気づく。原因は、急峻な大きなパルス性電磁波による脳内の組織の熱膨張により発生した音波を、聴覚器が感知していると考えられている。即ち、パルス波形のマイクロ波が頭部で音波に変換する原理は、頭部に含まれる水の熱膨張である。マイクロ波の電磁波エネルギーは最終的に熱エネルギーに変換するので、頭部にマイクロ波を照射したときには、頭部に含まれる水が若干、加熱され、これに伴って、熱膨張する。この熱膨張はマイクロ波照射が持続する短い時間に限って起きるのだが、この熱膨張で細胞内液及び細胞外液に圧力がかかり、音波が発生する。頭部組織は膨大な数の細胞から構成されているが、個々の細胞の内部は細胞内液で満たされている。また、細胞の外側では、細胞と細胞の間には細胞外液がある。細胞内液及び細胞外液がマイクロ波照射で熱膨張することにより、音波が発生し、この音波が細胞内液及び細胞外液を伝搬し、内耳の蝸牛に伝わる。そこで、内耳の蝸牛が音波を電気信号に変換し、聴神経が電気信号を聴覚野に伝え、聴覚野で音を認識する。
連続波のマイクロ波が頭部に照射されても音波は発生しないのに対して、矩形波のマイクロ波が頭部に照射されたときには音波が発生する。この点については、『情報リテラシーとテレパシー』という文献は下記のように解説している。『電波が聞こえるという観点より，音が発生するという観点で分析するのが分かりやすい．例えば，ハイヒールの女性がアスファルトの道を歩いていると，コツコツと音がする．一方，ハイヒールの女性がアスファルトの道に立っているだけでは音がしない．ハイヒールが瞬間的に圧力をかけたときに音が発生する一方，ハイヒールが連続的に圧力をかけたときに音が発生しないのである．瞬間的に圧力をかけた状況は，パルスで圧力をかけたのと等価である．実はパルス波のマイクロ波はハイヒールで歩いているときに対応し，連続波のマイクロ波はハイヒールで立っているときに対応するのである．』
聴覚系の応答は少なくとも200メガヘルツから3ギガヘルツに対して発生する。実験では、繰り返し率50 [Hz]、パルス幅10〜70マイクロ秒のマイクロ波が使用された。聞こえる音の大きさは平均電力密度ではなく、ある一定以上のピーク電力密度が必要であることがわかった。 1.245 GHzで、認知されるピークパワー密度は80 mW/cm以下であった。一般的に受け入れられているメカニズムは、各パルスによって急速な（しかし非常に小さい、10 °Cの）脳の加熱が生じ、これによって生じた圧力波が頭蓋骨内で共鳴し、聴覚器に到達するというものである。したがって発生する音は頭部の大きさに依存する。
アメリカ合衆国において、マイクロ波聴覚効果を利用した非致死兵器の存在は、（遅くとも）1998年からFreedom of Information Actに基づいて2006年12月6日に"Bioeffects of Selected Non-Lethal Weaponry"として機密解除されるまで、NOFORNクラスの機密となっていた。マイクロ波聴覚技術を応用することで、プライベートメッセージの送信を容易にすることができる。上記文献には、「予想される被験者への影響」という項で「マイクロ波聴覚技術を用いることで、この技術を知らない人を混乱状態に陥れることができる可能性があり、頭の中で突然声が聞こえることにより心理的に壊滅する可能性もある」と書かれている。
この技術は、2008年の初めに、ある会社がこの原理に基づくMEDUSA (Mob Excess Deterrent Using Silent Audio) という名称のデバイスを近く発売すると発表したときに、さらに世間の注目を獲得した。「近く発売」とされるが、このＭＥＤＵＳＡのその後の動きは明らかではない。
マイクロ波聴覚効果を応用した無線通信については、米国空軍が2002年に米国特許6470214号を取得している。この通信方式は基本的にはマイクロ波を搬送波とするパルス振幅変調である。軍用無線通信の詳細は機密と想定されることから、米国特許6470214号は米軍による機密解除ということになる。マイクロ波聴覚効果を応用した無線通信はパルス振幅変調に限られず、パルス周波数変調も公表されている。米国特許4877027号は、マイクロ波を搬送波とするパルス周波数変調に関するが、電波安全基準に鑑みて、頭部に照射される電磁波エネルギーが小さくなるように工夫されている。
Electroreceptionは、動物学でも研究されている。リッツらは、"Biophysical Journal"で、は、地球の地磁気の伝達が、鳥のmagnetoreceptionシステムの原因であるという仮説を提示している。具体的には、この伝達がクリプトクロムとして知られている光受容体のクラスに関係する可能性を提案している。
マイクロ波聴覚効果についての最初というか、一般的に知られるようになったのはアメリカ人による発表で、1961年のアランH.フレイによるものである。彼の実験では、被験者が、送信機から100mの距離から、適切にパルスマイクロ波放射で「クリック音を聞くことができることが発見された。これは、めまい、頭痛、痺れなどの副作用を伴っていた。同時に2インチ四方程度の金網で、シールドすることができることも確認した。
シャープとグローブは1973年にウォルターリード陸軍研究所での高等研究計画局のための研究で 'receiverless'ワイヤレス音声伝送技術を開発した。上記の"The American Psychologist"でDon Justesen博士は、シャープとグローブが1〜10の数字をあらわす単一の音節の単語を、容易に、聞き分けるられたことを報告している。Justesenは「聞いた音が人工的なボイスボックス（Electrolarynx）を持つ人によって放出されたものとは違っていた」と書いている。より複雑な単語や文章の通信は、長いメッセージを送信するために必要なエネルギーの平均電力密度が当時10mW/cm²（現在は10分の１となっている）とされている安全な電波暴露の限界に近づくため、行われなかった。"
マイクロ波聴覚効果は骨伝導を伴うので、その頭部伝達関数は空気伝導における頭部伝達関数と異なる。空気伝導と骨伝導における頭部伝達関数の相違が補償されない場合、音声が歪むことになるが、Justesenは、頭部伝達関数の相違を補償していないときの実験結果を報告したと推測される。空気伝導と骨伝導における頭部伝達関数の相違は、ボコーダーを応用したフィルターバンクを用いることで解消することができるのだが、その技術的詳細は米国特許4858612号(発明者ストックリン)に開示されている。念のために付言するが、米国特許4858612号は、マイクロ波聴覚効果を応用した無線通信を前提として、フィルターバンクを用いて音の歪みを解消するものである。
1998年の特許には、マイクロ波エネルギーパルスの方法により、風力タービン、航空機、およびその他の精密機器から鳥を追い払うことができる装置が記載されている。 1 GHzから約40 GHzの周波数を用いて、警報システムは、鳥の聴覚システムによって検知されるミリ秒の持続時間のパルスを生成する。これにより、鳥が保護されたオブジェクトからそれると信じられている。