定向声学警告装置及用于声学装置的声音引导结构 |
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| 申请号 | CN201480030873.5 | 申请日 | 2014-05-30 | 公开(公告)号 | CN105247316B | 公开(公告)日 | 2017-06-06 |
| 申请人 | 刻耳柏洛斯布莱克有限公司; | 发明人 | M·亨利; E·肯赛拉; | ||||
| 摘要 | 公开了声学设备和操作。便携式声学警告装置朝向目标投射特定声学 波形 ，创建高度选择性的窄的声束，最小化对使用者和旁观者的暴露，同时能够控制施加至目标的声音的剂量。装置的设计针对该波形被定制，由此实现非常高程度的方向性。其不意图用于传送口头消息。该波形实现目标处的最大强度，同时使用相对较低的声压级；意味着暴露级别可以被控制以确保它们在已有的健康和安全法规内。激光测距仪将目标处的声级别限制至预定级别。集成的摄像机被使用来帮助瞄准。视频 片段 以及目标处的声级别、暴露持续时间、时间、日期和GPS坐标随着使用被记录。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种定向声学警告装置，其适于在所选择的目标处产生比在所述目标周围更大的声压，其中所述装置具有被耦合至声音引导结构的声压生成源，其中，所述声压生成源包括被连接至换能器的电子信号生成系统，所述换能器能够将来自所述信号生成系统的电子信号转换成声压波，以及其中， |
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| 说明书全文 | 定向声学警告装置及用于声学装置的声音引导结构技术领域[0001] 冲突管理是全世界范围内警察和执法机构的核心功能。它也日益成为致力于维护和平和国家建设的军事力量的功能。冲突管理的基本理念是使得警察通过小心地管理冲突情形以尽可能地使得对发现他们自身处于冲突情形的所有个体的伤害的风险最小化。多年来，已经开发出多种技术以处理冲突情形并且提供新的执法工具，以帮助更加有效地管理它们。这些技术包括诸如警棍、催泪瓦斯、刺激性喷雾器、水炮、电击装置和防暴弹(橡皮子弹)等东西。已经开发出所有这些技术以弥补在消极警告和需要使用致命性武力之间的缺口。这样的技术被归类为低致命性武器(LLW)。 [0002] LLW的存在导致了被称为武力提升谱(有时称为武力层级)的框架的发展，该武力提升谱应用于涉及身体对抗、暴力、受伤和死亡的风险的冲突情形。该广泛接受的教导鼓励武力的循序渐进的提升，借此任何处理冲突情形的警官可以尽可能最少地使用武力来结束该情形。通过给予对抗者尽可能多的机会以在警官被迫将所使用的武力提升至危险等级之前停止，这有利于对抗者。通过向更广泛的公众表示出切实的承诺以使用尽可能少的武力，这也对警察有利，其随之带来的益处是在后续的诉讼情况下从法律上是可辩护的。最后，武力提升谱在政治上是有利的，这是因为其通过在维护法律和秩序的需要与个人人权之间达成平衡，展现出政府对其公民的福祉的承诺。图1示出了武力提升谱的表示，在部署低致命性选择之前给予警告(在该情况下是口头的)，部署该低致命性选择进而是在使用任何致命性武力之前。 [0003] 利用低致命性技术的一个固有的问题是其仍然对其目标(并且有时候是使用者和旁观者)构成危险。该危险可能比枪支所带来的严重伤害或者死亡的风险低得多，但是仍然是很显著的。这也是为什么术语“非致命性武器”不受欢迎，并且术语“低致命性武器”变得无处不在的原因。如果警察机关不能保证他们的冲突管理工具没有风险，那么他们不能合理地将这些工具描述为非致命性的。 [0004] 两种最常用的技术(很大程度上由于规模、成本和实用性)是电击装置和刺激性喷雾器。电击装置通常称为泰瑟枪-主要的制造商所采用的商品名。刺激性喷雾器以多种形式出现，诸如广泛描述为催泪瓦斯的邻氯苯亚甲基丙二腈(o-chlorobenzylidene malononitrile,CS)以及通常称为商品名Mace的苯氯乙酮(chloroacetophenone,CN)。这些都是刺激物，但是他们大部分被更通常称为胡椒粉喷雾剂的辣椒油树脂(Oleoresin Capsicum,OC)取代。OC是从辣椒属中的热辣胡椒粉中得到的。其是一种具有炎症反应的催泪剂，并且可以使得目标感觉不适。因为其被认为具有较低毒性并且也对目标(包括受到酒精或者毒品影响的人)显示出更一致的效果，所以其已经成为刺激性喷雾器的工业标准。 [0005] 尽管这两种技术与枪支相比无疑是更温和的选择，但是这两种技术的安全性经常遭到质疑，并且二者已经与造成伤害和死亡的事故有关。国际特赦组织在他们的2008年的报告“Less Than Lethal-The Use of Stun Weapons in US Law Enforcement”中表明在七年的时间内美国有300多人在拘押期间死于泰瑟枪。同时，在North Carolina Medical Journal,volume 60,no.5,1999中一个广泛引用的论文“Health Hazards of Pepper Spray”中对胡椒粉喷雾器的安全性提出了严肃的质疑，同时也引述了其使用可能已经促成致命的事故。 [0006] 此外，这些工具的滥用已经引起广泛的公众关注和谴责：特别是近来有争议的例子包括在2013年一个盲人被英国警察错误地电击，并且在2011年对加州大学校园内和平示威游行的学生随意使用胡椒粉喷雾器。 [0007] 这些担心和批评表明了当前使用的所有较低致命性技术的一个真相，即它们对目标都构成使用武力，并且在任何使用武力的情况下，无论如何受控制，都存在固有的风险。 [0008] 知道风险存在突出了一个事实，即警察在武力提升谱中缺乏武力前的选择。被电击看起来是比被枪击更好的选择，但是在仅仅口头警告之后被电击或者被胡椒粉喷射可能看起来是过度的。 [0009] 因此，在该谱上在警告(口头或者视觉)和使用武力之间存在一个能力缺口，该能力缺口在谱的较温和端，该缺口可以通过一种技术来弥补，该技术对目标发出武力性警告、但是具有可以忽略的风险。 背景技术[0010] 近年来，由于音频喊话装置(Audio Hailing Device,AHD)的发展，发出口头音频警告的能力已经得到扩展。若干公司已经开发出可以从相对紧凑的车载装置产生很高声等级的AHD。这些装置提供了机会以在很大的距离(根据主要的天气条件为几百米或以上)处发出口头信息。它们还提供了发出抓住注意力的类似于警笛的音频警告音调的设施。这样的AHD可以说是通过发出警告解决了能力缺口的问题，然而实际上这些技术存在一个明显的安全性危险，所以不能被认为是一个没有风险的选择。 [0011] 该领域中的一个主要的商业实体是加利福尼亚的圣地亚哥的LRAD Corporation，以前称为American Technology Corporation(ATC)。它们具有一组专利描述了它们如何从换能器的紧凑相位匹配阵列中生成很高等级的声音，所述换能器通常由压电薄膜制成并且通过声阻抗匹配小喇叭来耦合。它们的一组专利中的核心专利是Norris和Croft III的US2004/0052387。通过使用该技术，它们已经开发出了诸如LRAD 1000X等产品，其被规定为在1m处产生153dB(A)的最大声压级，并且根据天气和环境条件在1000m内可以听得见。 [0012] 可以提供声称使用不同的技术表现出相似的水平的产品的其他公司包括印第安纳州哥伦比亚市的Ultra Electronics，该公司生产Hyperspike系列的AHD，其中的一些包括如Curtis E.Graber的US7912234等专利保护的技术，该专利描述了位于抛物面反射器的焦点处的换能器阵列，该抛物面反射器然后在期望的方向上反射其合成的输出。其HS24单元看起来应用了该配置，其声称在1m处具有153dB的最大输出并具有1500m的有效距离。 [0014] 然而，在冲突管理中使用的主要的缺点是它们在用于口头通信的音频频率处不是非常定向的，和它们非常高的输出水平相结合，使得它们在靠近目标、旁观者和使用者的范围内是非常危险的。 [0015] 所述单元在最大输出时所产生的声等级(153dB A-加权(A))比在美国和欧洲的健康和安全法规(Health&Safety legislation)所规定的最大瞬时极限(140dB C-加权(C))大四倍以上(在压力上)。这意味着在近距离内经受声源的任何人有可能遭受瞬时的永久听力损伤。即使在范围外，声等级可能足够高，以使得每日的安全暴露时间是几分之一秒。例如，按照EU的法规，在1m处153dB(A)的输出将等于在10m处133dB(A)左右的声等级，其具有0.7秒的每日安全暴露时间。这使得使用者有必要佩戴护耳，从而阻止了正常的通信，并且使得旁观者、甚至位于装置后面的那些人在非常短的时间帧内处于严重的伤害风险中。 [0016] 另一个问题是：没有用于控制或者记录目标所经受的剂量的手段。这意味着没有用于证明目标或者任何其他人所经受的声等级处于安全的限制内的方式。这潜在地使得该装置的使用者由于将目标、操作人员和旁观者等暴露于危险的声等级而面临诉讼。 [0017] 这意味着AHD尽管是可以传达口头消息的有效装置，但是其在近距离内不仅是不加区别的，而且是有危害的，有可能造成永久的听觉损伤。由此，它们实际上和其他LLW一样是有危险的，因而不能说是对武力提升谱提供了一个较温和的弥补选择。 [0018] LRAD和Ultra Electronics提供了更小的电池供电的便携式系统——分别是LRAD100X和HS Micro。它们被设计为便携式的，意味着它们可以从一个地方携带到另一个地方，但是不意味着它们可以被佩戴并用作移动工具。这些单元与其更大的等同物相比功率显著较低，最大输出分别是137dB(A)和140dB(A)，并且有效距离是几百米。 [0019] 然而，与它们的更大的类似物相比，它们仍然存在缺乏区别性和暴露控制的问题，并且在使用中仍然有可能是危险的。例如，在4m的距离处，目标从以全功率运行的HS Micro经受大约126dB(A)。根据EU法律的规定，在该级别的每日安全暴露时间只有3.6s。因此，容易想象到，目标、使用者和旁观者如何快速地暴露于超过每日安全限制的声等级，并且没有控制或者监测，将难以以其他方式证明。 [0020] LRAD Corporation也具有相关的知识产权，其涉及用于生成高度定向高幅值超声波的技术方案，由于空气中的局部非线性效应，所述超声波之后可以在目标处被感知为音频级的声音，其中的一个专利示例是Norris和Croft III的US2003/0215103。其在众多产品中得到应用，商品名是Soundsabre，并且有可能成为高度可选择并且可辨别的通信工具。然而，由于超声波在空气中的高吸收性，距离是受限的，并且外部的批评提出在目标处的音频再现质量不足以进行清楚的口头通信。在撰写的时候，这些装置看起来在商业上还未出售。 [0021] 已经针对要在冲突管理情形中使用的便携式声技术提出了其他方案；例如，Lucas和Porter的US3557899描述了一种声学系统，其使用手持抛物面反射器(parabolic dish)发出8至13kHz的音频，其声称是可以干扰人和动物大脑刺激的引起厌恶的频率，但没有提供关于这些频率为什么具有该效果的说明。可替换地，Naff和Shea的US5973999描述了一种手持装置，其利用相位匹配的爆炸性压缩源的阵列，该阵列产生传播有效距离并且可以用作LLW的非线性冲击波。由于所声称的非常高的压力级别，该装置可能对任何目标造成瞬时的听力损伤。所提出的这些技术似乎都没有被商业化。发明内容 [0023] 总体上，针对便携式声学装置的设计被提供为，朝向目标投射特定声学波形，产生高度可选的窄的声束，最小化对使用者和旁观者的暴露，同时能够控制将被施加至目标的声音的剂量。这种窄的声锥(cone of sound)用作范围内的警察注意的清楚警告，并且随着目标靠近，强度提高，产生自然地逐步上升的威慑。 [0024] 使用来自心理声学领域的主体以及经验研究来生成独特的声学波形，以产生对目标具有最大影响的听觉音调。通过使用根据对人类听力的分析的生理和神经主体，可以创建比其实际上看起来更大声和更刺耳的噪声。这意味着可以在相对较低的声压级别操作装置并且仍获得在目标处的最大强度的印象。通过在相对较低的声级别操作，可以确保装置在关于噪声暴露的已有的健康和安全法规(例如Directive 2003/10/EC of the European Parliament)内操作。 [0025] 装置被设计在该特定声波形附近。其不被设计为投射口头通信。由此可以设计一种系统，其在投射该特定听觉音调时产生非常窄的声束。 [0026] 这种技术利用商业换能器，其被耦合至阻抗匹配喇叭，该阻抗匹配喇叭的创新性设计产生了该窄的声束。该喇叭被设计为在提供高度选择性的声波输出和足够小的尺寸之间达到平衡，该足够小的尺寸确保其完全可随身携带并且可以由使用者舒适地佩戴较长的时间。这是通过精确地选择喇叭和其中央相位锥的尺寸和外形以及在内部和外部使用声学吸收泡沫来实现。 [0027] 发现简单地创建窄的核心束不足以在实践中实现目标选择性。确定为消除可感知的旁瓣、在核心束的边缘处实现非常高速率的声压级别降低、以及确保最小的离轴声级别对于实现期望选择性也是必要的。 [0028] 这导致了以下的声输出，其中使用者和旁观者经受了小于等同范围处的目标所经受的百分之一的声压级(SPL)。允许使用者和同事之间正常交谈的声级别消除了对使用者听力保护的需求，并且在安全日常暴露级别内用于超过一小时的持续使用。 [0029] 装置还包括商业可得到的激光测距仪。在声输出被触发之前，激光测距仪测量到目标的距离。该信息与SPL相对于距离的查找表进行比较，并且装置的输出被限制以确保在目标处的SPL从不超过预设值。这在生成声输出之前发生，但是非常迅速，并且由此对于触发装置的使用者来说不可感知。该安全限制函数确保目标从不暴露于危险的声级别，甚至在近距离处，确保遵守健康和安全法律。 [0030] 精确地瞄准定向声学装置是困难的，因为使用者不能容易地从后面定向。该装置包括摄像机，其对准至声输出的中心。来自该摄像机的视频内容被发送至高亮度平板显示器，其被安装在装置上便于使用者观察的位置处。此外，十字准线覆盖在视频上，允许使用者容易地并精确地将装置对准期望目标。其他信息被提供在屏幕上以帮助使用者有效地利用装置。 [0031] 每当装置被触发时都记录视频内容，在音频输出被启动之前和之后均与视频缓冲器结合，以提供情景信息。全球定位系统(GPS)单元也包括在该装置内。结合来自激光测距仪的数据，其提供非常强的证据痕迹以证明装置的使用是正当的，并证明其符合已有的健康和安全法规。每当装置被启动时都将视频片段、距离、目标处的声级别、暴露时间、GPS位置、时间和日期记录在装置内的可移除存储器上；提供全面的使用记录，其可以在任何后续的查询中用作内部审查痕迹和证据。 [0032] 该装置被给予商标名Acoustic–Warning Signal ProjectorTM或A-WaSPTM。由于其极高程度的选择性，并且能够在保持在对目标、使用者和旁观者的安全日常暴露极限内的同时有效地操作为投射的警告，如图2所示，在武力提升谱上，其整齐地匹配在所提到的位于被动警告和更危险的LLW之间的能力缺口以内。附图说明 [0033] 可以参考以下附图更好地理解这里描述的上述目标，附图仅意于用于示例性目的。 [0034] 图1示出武力提升谱的图示。 [0035] 图2示出武力提升谱上的A-WaSPTM的设想位置。 [0036] 图3示出在不同声压力等级处相对于1kHz正弦波基准音调的响度曲线的图。 [0037] 图4示出比较各种调制速率的调频声学信号的相对强度的图。 [0038] 图5示出比较根据调制方向的调频声学信号的相对强度的图。 [0039] 图6示出随时间变化的重叠的声学信号频率的图。 [0040] 图7示出具有由临界带宽限定的变化的频率间隔的两个重叠的正弦波的协调度和不协调度的相对听觉印象。 [0041] 图8示出作为临界带宽的函数的两个重叠的正弦波的相对不协调度，其中，第一正弦波固定在3500Hz。 [0042] 图9示出随时间变化的重叠的声学信号频率的图。 [0043] 图10示出比较指数曲线形、抛物线形和圆锥形喇叭的方向性的、从0至-24dB的360度极坐标分布图。 [0044] 图11示出优化的圆锥形喇叭的尺寸横截面。 [0045] 图12示出比较没有和具有合适的相位锥的装置的方向性的、从0至-24dB的360度极坐标分布图。 [0046] 图13示出优化的相位锥的尺寸横截面及其相对于主喇叭的位置。 [0047] 图14示出在具有和没有围绕喇叭出口孔的不同声学泡沫环的情况下比较来自装置的方向性和离轴发射的、从0至-48dB的360度极坐标分布图。 [0048] 图15示出优化的泡沫环的尺寸横截面及其相对于主喇叭的位置。 [0049] 图16示出在非优化条件下突出离核心声锥45度的离轴瓣的存在的、从0至-24dB的180度极坐标分布图。 [0050] 图17示出在具有和没有围绕相位锥放置的声学泡沫环的情况下比较来自装置的方向性和离轴发射的、从0至-48dB的360度极坐标分布图。 [0051] 图18示出优化的相位锥泡沫环的尺寸横截面及其相对于相位锥的位置。 [0052] 图19示出在具有和没有针对围绕孔的泡沫环的优化的织物包装的情况下比较来自装置的方向性和离轴发射的、从0至-48dB的360度极坐标分布图。 [0053] 图20示出具有从-180至180度的极坐标分析的在0至-25dB标度上的在频率范围500-10000Hz的优化装置的方向性图，其强调了感兴趣的频率范围3500-4000Hz的性能。 [0054] 图21示出从0至-24dB的360度极坐标分布图，其示出了优化装置的核心束方向性。 [0055] 图22示出从0至-48dB的360度极坐标分布图，其示出了包括离轴发射的优化装置的方向性。 [0056] 图23示出优化装置的横截面的示意图，其示出了关键组件的相对位置。 [0057] 图24示出真实原型装置的CAD制图。 [0058] 图25示出显示针对负责在工作时的健康和安全的欧盟法律和两个美国机构的声压级的可允许的每日暴露时间(以秒为单位)的对数图。 [0059] 图26示出由装置在从1至120m的范围内产生的声压级加上用于控制短距离处的最大声压级的安全限制器的效果。 [0060] 图27示出显示视频内容和叠加的图形，装置的使用者可以在集成的平板显示器上看到以帮助他们有效地瞄准和使用装置。 [0061] 图28是装置如何创建和存储其使用的证据痕迹的图示。 具体实施方式[0062] 总体上，提供了一种用于便携式声学装置的设计，其向目标投射特定的声波波形，产生高度可选的窄的声束，最小化对使用者和旁观者的暴露，同时能够将可控制的声剂量施加给该目标。这种窄声锥用作范围内的警察注意的清晰警告，并且随着目标靠近，强度提高，从而产生自然地逐步上升的威慑。使用来自心理声学的领域的主体结合经验上的人类研究来指定声波波形。装置的设计针对该波形定制，其允许实现非常高程度的方向性。其不意于作为用于口头消息的通信的工具。该波形实现了目标处的最大影响和强度，同时使用相对较低的声压级。这意味着暴露水平可以被控制以确保它们在现有的健康和安全法规内。激光测距仪被包括在内，其测量到目标的距离并将他们经受的声级别自动限制至预定级别。集成的摄像机用于经由集成的平板显示器向使用者显示现场转播，以辅助瞄准。每当装置被启动时都记录该视频片段；还记录由激光测距仪确定的声级别、暴露的时长、时间、日期和GPS坐标。这提供了可以展示使用的环境并遵守健康和安全法律的记录。该意图是创建一种完整的工具，其给予警察和执法机构关于武力提升谱的新的选择，其弥补了消极警告和低致命性武器之间的缺口。 [0063] 优化的声波波形的得出来自心理声学原理的分析，该分析与志愿者测试相结合并利用志愿者测试验证。该声学信号的目的是在目标处实现最大可能的影响和强度，但是以产生该效果所需的最低的SPL。 [0064] 图3示出在1933年首次得出并在20世纪50年代由Robinson和Dadson改善的著名的Fletcher-Munson响度曲线的集合的表示。其示出相对于1kHz正弦波基准音调(以非国际制单位“方(Phon)”)的、在宽范围的频率上的人类听力的灵敏度。曲线示出了对于一给定的SPL，给定频率的音调在所测量的声压级方面必须多响亮，才能被感知为具有与1kHz音调相同的响度。不同的曲线以不同SPL而得出，相对于1kHz的音调，这些曲线从0dB的听力开始处一直到120dB的极大声处以10dB的增量上升。响度曲线示出了平均人类听力如何非线性地随着频率和SPL变化。 [0065] 这些曲线展示了平均人类听力在3至5kHz以及更具体地在3.5至4kHz之间具有峰值敏感度。这对应于当驻波可以在耳道自身内传播时耳道的第一次共振。曲线示出人耳可以在该区域中感知比在1kHz处更大声最多15dB的声音。因此，为了以最低的可能的SPL生成对强度的最大印象，波形必须在该区域内基于峰值听觉敏感度。 [0066] 人类生理机能变化，因而使得实现共振的精确频率随着对象而变化，因此为了确保实现共振，声学信号必须包括从3.5至4kHz的调频。因此优选的实施例是正弦波，其具有恒定振幅，频率在时间周期内从3.5至4kHz调制。志愿者测试支持该频率调制范围作为实现给定SPL的最大强度的最佳范围。 [0067] 这与警笛的效果类似，尽管在短得多的频率范围内。用于紧急服务的警笛可以从低至0.5kHz的频率调制至4kHz的频率，这是因为较低频率的声音可以由于较长波长的可听音调的较大衍射和较低吸收，而在较大的范围内被听到。这意味着可以从更远处听到正在接近的车辆，但是强度随着它们的靠近而增大。这对于全方向听觉警告很有效，但是所提出的实施例是针对相反的选择性的定向警告，因而所提议的范围是最合适的。 [0068] 从3.5至4kHz的调制速率对所感知的声强度具有显著的效果。图4 示出在数秒内以恒定SPL针对从0.05至0.5秒的调制时间的范围的经验测试的结果。发现响度的感知和强度的感知在影响方面随着调制速率分别变化。灰色虚线表示随调制时间的相对响度。黑色线表示随调制时间的相对影响。 [0069] 在该情况下的响度是简单地通过测试对象判断哪个调制速率针对声音暴露的任何比例相对于其他具有最大的感知音量。通过比较，影响是主观判断信号音调在声音暴露的全部持续时间内如何有力。 [0070] 发现相对强度随着更长的调制时间增加至最大。这被认为是因为较低的调制速率意味着耳道中的峰值共振的点持续更长。然而，影响比以更快速的调制速率小。这是因为仅少部分的调制时间在共振点处或附近。由此，随着调频，响度到达峰值，但是该峰值相对于调制周期的剩余部分是短暂的。 [0071] 通过比较，较短的调频时间增大了影响。这被认为是因为针对给定暴露时间，频率更经常地通过共振点，例如，在相同的时间周期内，0.2s的调频时间(5Hz的速率)是0.4s的调频时间(2.5Hz的速率)处于共振的两倍。较大的共振对应于较大的影响。在调制速率被优化时，对象报告感受：他们的头部仿佛在“嗡嗡响”；这指示耳道的最大共振。 [0072] 然而，如果调制时间太短，如对于0.05s(20Hz的频率)，所感知的影响和响度都减小。这被认为是由于没有足够的时间用于驻波来传播并由内耳感知。 [0073] 因此，必须选择最大化相对影响和响度以实现相应的最大强度的调制速率。这在图4中示出为虚线环形。因此，波形的优选实施例是正弦波，其以0.2s的时间周期(5Hz的调制速率)从频率3.5至4kHz重复地调制。发现最佳调频与时间成线性关系，但是其他非线性调制也可以是合适的。 [0074] 图5示出使用以上优选实施例在恒定SPL处根据用于人类对象的声信号强度对调制方向的效果进行的测试。如前文，发现影响和响度可以通过效果分离。点划线是针对相对影响，灰色实线是针对相对响度。进行了三次测试，在第一次中，调频是从低到高，即3500至4000Hz，被描述为“增大”；在第二次中，调频为从高到低，即4000至3500Hz，被描述为“减小”；以及在第三次中，调频是从低到高之后返回至低，即3500至4000至3500Hz，被描述为“振荡”。在所有情况中，除了调制速率为2.5Hz的“振荡”以外，调制速率为5Hz(0.2s的调制时间)，以确保利用频率改变的调制的速率是恒定的。在测试中，三个音调重复它们的调制几秒——同时调制方向保持恒定。 [0075] 发现单一调制方向具有对响度的最大印象，并与方向无关，同时振荡音调具有最小印象。还发现振荡音调具有对影响的最小印象，而增大的调制方向比减小的调制方向具有更大的影响。 [0076] 推断为振荡音调的影响小于其他两个，因为频率上不存在突然的改变，然而，例如，随着调频周期重复，增大的音调具有从4000Hz至3500Hz的瞬时跳跃。对耳朵来说，该突然的频率偏移比振荡调制的逐渐改变可能感觉更“刺耳”。不清楚为什么增大的调制具有比减小的调制更大的影响。 [0077] 尽管如此，增大的调制被识别为具有最大的强度(如图5中的箭头所示)，因此，波形的优选实施例是正弦波，其在将频率从3500Hz增大至4000Hz的单一方向上、以0.2s(5Hz的调制速率)的时间周期从频率3.5至4kHz重复地调制。这在图6中以图形示出，图6显示了频率与时间的图，并示出在1秒的时间期间内重复地对频率调制。点线示出了该优选实施例。 [0078] 在峰值人类听觉敏感的区域利用优化的调制特性调制的正弦波频率相对于任何其他环境声音来说是非常刺耳和强烈的。然而，可以通过转换共振的心理声学概念来进一步增大其尖锐的、刺耳的强度。 [0079] 广泛地认可，人类听觉系统通过将不同的频率成分分离成在内耳内部的基底膜上的不同位置的振动来执行对声音的频率分析。由此，通过将复杂的声音分解成不同的频率成分，其可以立刻感知复杂的声音，这允许人类依据音色和音高来区分极为复杂的重复和非重复的声音。 [0080] 量化该效果的关键概念是临界带宽(CB)，其被定义为在该点处两个正弦波具有足够的频率分离以被感知为两个不同的音调而不是复杂的单一音调。在1990年，Glasberg和Moore提出了一个等式来预测在主要人类听觉范围(100Hz至10000Hz)内任意两个音调的该阈值。这定义了根据具有理想矩形频率响应的一系列带通滤波器由基底膜实现的频率分析。其被称为等效矩形带宽或ERB，并且等式被如下示出。 [0081] ERB＝24.7×[(4.37×fc)+1] [0082] 其中，ERB＝等效矩形带宽(以Hz为单位)；以及fc＝滤波器中心频率(以kHz为单位)。 [0083] 在两个正弦波在CB(或ERB，因为这两者在该情况下是同义的)内一起被听到的情况下，它们的频率之间的差异影响了总声音对于听者来说多么令人愉快——和谐；或者多么讨厌——不和谐。图7是Plomp和Levelt在1965年进行的实验的结果的表示，其中，恒定振幅的两个纯音调正弦波被一起播放，并且它们的频率分隔根据临界带宽而变化。在频率相同的情况下，它们被判断为完全和谐。在频率分隔大于或等于一个临界带宽的情况下，它们也被判断为和谐。针对在临界带宽的5至50％之间的频率差，间隔被认为主要是不和谐的。最大不和谐被认为发生在临界带宽的四分之一的频率差处。 [0084] 通过利用这种不和谐的主体，可以增大声波波形的感知刺耳度，从而在不需要增大SPL的情况下增大其强度。图8示出该方法的经验性测试，其中，等同振幅的正弦波叠加在3500Hz的正弦波上，其具有作为使用Glasberg-Moore等式计算的临界带宽的函数的各种频率分隔。针对最大不和谐的频率分隔恰好对应于Plomp-Levelt的发现——位于主要正弦波的临界带宽的1/4处。 [0085] 这在调频被增加至两个正弦波时有效地转换，并且所产生的声波信号被发现比仅主要正弦波明显地更令人讨厌，并且因此强烈。装置的方向性随频率增加，因而最佳实施例是另外的叠加的正弦波在主要正弦波之上的临界带宽的四分之一，并且分隔在调制过程中保持恒定。 [0086] 因此，波形的优选实施例是正弦波，其在将频率从3500Hz增大至4000Hz的单一方向上、以0.2s(5Hz的调制速率)的时间周期从频率3500至4000Hz重复地调制，并且具有振幅相同的相应的叠加正弦波，该叠加正弦波除了调制从3600.6Hz至4114.1Hz的频率以外具有相同的调制特征。 [0087] 这在图6中以图形示出，点线是每0.2s从3500到4000Hz调制的核心正弦波，虚线是从3600.6Hz到4114.1Hz调制的相应的叠加正弦波。 [0088] 经验性测试示出针对声波波形的进一步的最终实施例是优选的。这是在相反方向上调制的相等振幅的两个正弦波，即，第一正弦波在0.2s中从3500到4000Hz调制，而第二正弦波在0.2s中从4000到3500Hz调制，该周期重复期望的持续时间。认为其具有较大的强度，因为耳道的第一共振在每个周期中被激发两次。另外，在该周期的显著的比例中，交叉调制的正弦波的频率(它们的CB的不和谐部分)分离；因而该波形仍然是高度不和谐的。 [0089] 这在图9中以频率与时间的图以图形示出，其中，点线是每0.2s从3500到4000Hz调制的第一正弦波，以及灰色虚线是在以相反方向从4000Hz到3500Hz调制的第二正弦波。 [0090] 具有处于最大不和谐的三个或更多个波形的实验被发现是无效的，这是因为强度减小。还发现以下方法是无效的：添加频率远高于临界带宽的一个或多个调制或恒定正弦波以增加基底膜横跨其整个长度的刺激由此增加响度的感知。实际上，主要信号的清晰度通过这些泛音的添加而减小，总强度降低。 [0091] 可替换方法是在主要CB之上将粉红噪声添加至ERB，以增大基底膜的刺激，从而在不影响SPL的情况下增加响度的印象，然而结果是强度的感知仍是模糊不清的。 [0092] 在实施例中，在图6和9中示出的优化的波形还可以用在超出A-WaSPTM的使用的应用中。作为针对它们的可替换应用，如果通过具有低方向性或全方向性输出的传统的或现有的声音产生仪器来广播，那么通过创建最大声强度的区域将击退来自给定地带的攻击者或入侵者。这可以用于保护机动车辆、轮船、建筑物和临时搭建物。 [0093] 在建立最佳波形的情况下，装置的机械设计之后针对该波形被优化以最大化声波输出的方向性从而能够实现目标处的可控声暴露并最小化对旁观者和使用者的暴露。专有有限元分析软件与在消声室中的实验性测试结合使用，实验性测试使用CLIO声学软件测试套件、旋转台和被校准至国家物理实验室标准的麦克风。这导致了装置的机械设计的经验上合格的优化。 [0094] 使用商业可得的换能器，在该情况下为具有1.4”喉口直径的Radian 745 NEO PB压缩驱动器。该单元表示在相关频率范围的质量和性能之间的最佳平衡。换能器被附接至发散喇叭，其是已知用于从声源至周围环境的能量耦合的最有效的方法。其通过渐进式声阻抗匹配的方式工作。装载喇叭的压缩驱动器被广泛地认为是用于将电能转换成人类听觉范围内的声能的最有效的系统。该现象在Harry F.Olsen的Acoustical Engineering(1957)的学术工作中描述。由此，其代表了创建可随身携带并且电池供电的、高效率、高输出的声学装置的最好方法。 [0095] 喇叭的结构控制声波输出的方向性，因此其设计对于所提出的装置的性能是关键的。图10示出针对三个不同喇叭轮廓的输出的360度极坐标分布图，其全部处于4kHz的输出频率，并且在0至-24dB的范围内被标准化至0dB以允许直接比较。灰色实线1001是指数形喇叭的输出，虚线1002是抛物线形喇叭的输出，以及黑色实线1003是圆锥形喇叭的输出。全部都是类似的尺寸，并且被识别为装置的核心喇叭形状的可能候选。可以看到，指数形喇叭1001产生具有宽方向性的不对称输出，因此是不适合的。抛物线形喇叭轮廓1002产生具有窄得多的核心束的对称输出，然而被发现最佳的是圆锥形喇叭轮廓1003，其产生最窄的核心束以及因此最定向的输出。 [0096] 图11示出被发现最佳的用于所提出的装置的圆锥形喇叭的横截面轮廓。其可以由任何合适的材料(金属、陶瓷、石材塑料、碳纤维或硬化泡沫)制造；然而，优选的实施例被发现是诸如丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚丙烯(PP)的注塑塑料、或者诸如聚氨酯(PU)的反应注射成型泡沫。这些材料提供了低密度和高强度之间的最佳平衡以实现低质量但坚固的装置。喇叭的嘴部1101具有100至1000mm之间、或更优选地311mm的有效孔径直径。喇叭的喉部1102具有10至100mm之间、或更优选地37mm的有效孔径直径。喇叭的长度1103为200mm至1500mm之间，或更优选地676mm。 [0097] 对于任意装载喇叭的压缩驱动器的另一常见的附加物是相位锥。其是位于喇叭自身的边界内的组件。其用作波导以在来自换能器的传播声波穿过阻抗匹配喇叭时更好地控制该声波。该波导具有两个主要功能：第一个是防止装置附近的局部破坏性的干扰，其来自于可能异相重新组合的空间偏移的声波组分。第二个是更好地控制声波输出的方向性。该技术广泛地已知用于被设计为用于再现音乐和演讲的宽带输出的音频系统，然而，最大化发射特定窄带波形的装置的方向性的相位锥的尺寸是新颖的。 [0098] 图12示出具有和没有优化的相位锥的装置的输出的360度极坐标分布图，其全部处于4kHz的输出频率，并且在0至-24dB的范围内标准化至0dB以允许直接比较。有纹理的灰色线1201示出没有相位锥的优化的喇叭的输出。黑色线1202示出添加另外的优化的相位锥的情况下的输出。可以看出，通过实际上消除另外出现于大约-15dB并实质上使主要输出加宽许多度的对称“肩部”，相位锥的添加增强了装置的方向性。 [0099] 图13示出所发现的最佳地用于所提出装置的相位锥的横截面轮廓，其在上下文的圆锥形喇叭内，并且单独地示出其主要尺寸。其可以由任何合适的材料(金属、陶瓷、石材塑料、碳纤维或硬化泡沫)制造；然而，优选的实施例被发现是诸如丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚丙烯(PP)的注塑塑料、或者诸如聚氨酯(PU)的反应注射成型泡沫。这些材料提供了低密度和高强度之间的最佳平衡以实现低质量但坚固的装置。相位锥1301被示出为其最佳地与喇叭同轴放置。其具有双锥形轮廓。左手侧弧形角1306与喇叭的喉部偏离0-500mm、或更优选地4.5mm的距离。相位锥的长度1302在100至1000m之间、或更优选地670mm。相位锥的最大中心直径在50至500mm之间、或更优选地141mm。嘴端1304处的轮廓具有1-100mm、或更优选地1.5mm的半径。顶端1305处的轮廓具有1-200mm、或更优选地8.5mm的半径。喉端1306处的轮廓具有1-100mm、或更优选地6mm的半径。 [0100] 控制装置的离轴发射与为了其功能而缩窄核心束输出同样重要。这对于确保在肩带上佩戴装置的使用者以及附近的同事和旁观者将经受与目标相比最小的声级别来说是重要的。这如同缩窄主要输出束一样是优化方向性的一部分。 [0101] 发现围绕装置的孔来添加声学吸收泡沫层可以显著地衰减离轴发射。这可以有效地应用至任何形状的出口孔。在该情况下，喇叭是圆锥形的，因此，最佳方法是具有围绕喇叭的孔或嘴部的泡沫环。可以应用具有在5kg/m3和500kg/m3之间的密度范围的任何声学吸收泡沫，但是更优选的是具有11kg/m3的密度的Basotec UF开孔式三聚氰胺泡沫。 [0102] 图14示出没有围绕孔的泡沫环、具有未优化的环和具有优化的环的装置的输出的360度极坐标分布图，其全部处于4kHz的输出频率，并且在0至-48dB的范围内标准化至0dB以允许直接比较。48dB标度示出来自装置的离轴发射，其与核心束离轴、垂直以及在其后面。灰色线1401示出没有泡沫环的装置的输出。虚线1402示出具有未被优化的泡沫环的装置的输出。黑色线1403示出具有优化的泡沫环的装置的输出。可以看出，泡沫环对在+/-15度的范围内的正向输出具有最小的效果。然而，从一点上，其可以显著的减少发射。未优化的泡沫环1202与喇叭孔齐平，同时特别地在装置的后部存在小的改进，效果未被标记。通过比较，优化的泡沫环1203从喇叭孔凸出，并且离轴发射的减少是非常明显的。相对于没有泡沫的情况下的声音级别，实现在主波束的每一侧上离轴15-60度的区域中的几dB的降低；但主要地对于装置的侧部和后部从60度至负60度的高达6dB或以上的降低。这对于降低在肩带上携带装置的使用者以及其后面或与其平行的同事和旁观者所经受的声级别是特别重要的。6dB的降低是在压力方面对声级别的减半。 [0103] 图15示出安装在上下文的具有相位锥的圆锥形喇叭上的、被发现最佳地用于所提出装置的泡沫环的横截面轮廓，并单独地在右边示出其主要尺寸。泡沫环1501的轮廓和位置被示出围绕喇叭的孔。任意形状的泡沫环是可应用的，然而发现对于泡沫环来说最佳的是符合喇叭的外部轮廓的截头锥的形式。这提供了在最小化装置的体积以允许其由使用者舒适地佩戴与实现离轴声波发射的期望降低之间的最好折衷。虚线表示喇叭孔的相对位置。泡沫环的厚度1502在5至250mm之间，或更优选地50mm。泡沫环的长度1503在10至500mm之间，或更优选地200mm。在喇叭孔后面的泡沫环的部分1504在0mm至500mm之间，或更优选地150mm。从喇叭孔凸出的泡沫环的部分1505在0mm至500mm之间，或更优选地50mm。 [0104] 在实施例中，围绕声源的孔的声学泡沫环或包装物可以用在超出A-WaSPTM的应用中。例如，如果应用在公共地址(PA)系统中的元件，其可以降低对后部的离轴发射，由此降低PA系统后面或附近的声级别。这在设置音乐会、集会或其他聚会的舞台时是有益的，其中降低舞台上的SPL将有助于使得表演者更清楚、减少监视的需要以及减少反馈的倾向。该方法可以应用于在传统的PA系统中使用的任何元件，例如所有扬声器、装载喇叭的压缩驱动器和高频扬声器。其还可以用在定向的音频广告中，其中，期望使得音频信息尽可能地局部化。 [0105] 实现好的方向性的关键问题被认为是抑制离轴瓣。图16示出针对未优化的输出的在4kHz的从0至-24dB的180度极坐标分布图。箭头指示两个对称离轴瓣的存在，其具有距离主束的大约-21dB的SPL，并在距离主束45度处具有最大值。-21dB的降低意味着这些瓣处于主束中压力级别的小于10％处。然而，人类听觉响应是非线性的，并且在实验性测试中发现诸如这些的离轴瓣可以被感知，尽管不通常地作为相对于背景较高强度的离散区域，但作为核心束的增宽。由此，瓣的存在可以显著地降低实际中对装置的方向性的印象。在以上示例中，束宽度的印象增加45度以上。 [0106] 这种瓣变得不可感知的阈值是大约-24dB(或最大压力级别的6％)。此时，测试对象可能不会感知瓣，并且因此不会感知该装置输出的增宽。因此，为了最大化方向性，与实现窄的核心束同样重要的是将瓣降低至该阈值以下。 [0107] 在经验上发现的一种抑制瓣以及降低离轴发射的非常反直觉的方法是围绕相位锥的喇叭嘴端将泡沫环安装在喇叭内。这不是显而易见的，因为将吸收泡沫环放置在喇叭阵列内可能合理地被推测为大幅度地降低输出并降低方向性而非增强方向性。然而，如果泡沫的位置、其特性和尺寸被仔细地选择，效果被发现为非常有益于整体方向性，并且输出具有最小损失。 [0108] 图17示出具有和没有内部泡沫环的装置的输出的360度极坐标分布图，其处于4kHz的输出频率，并且在0至-48dB的范围内标准化至0dB以允许直接比较。灰色线1701示出没有内部泡沫环的装置的优化输出，以及黑色线1702示出具有位于相位锥的远侧的优化的内部泡沫环的装置的输出。可以看出，该内部泡沫环的益处是非常突出的。在大约-18dB处的“肩部”被消除，显著地降低了有效主束宽度。侧瓣被减少至-24dB以下几分贝的级别，使得它们不可感知。从60至90度(在两侧上)，发射被减少差不多6dB至大约-40dB或以下的级别(轴上压力级别的1％)。关于装置的侧部和后面(+90至-90度)，声级别降低至正好在- 42dB之下(小于轴上压力级别的0.8％)。在-6dB至-18dB处的核心束被增宽了几度，但其仅是通过肩部的消除的偏移，肩部的消除使得所感知的波束窄得多。 [0109] 认为使得该内部泡沫环增强方向性的机制是通过吸收由相位锥的顶端衍射的传播声波前的部分中的一些。该衍射的波前将以锐角部分地撞击在相位锥的孔端，并且被反射为离轴肩部/瓣。此外，该反射的离轴发射将之后被喇叭的有效孔径进一步部分衍射，增加了对装置的侧面和后部的发射的水平。内部泡沫环的添加通过吸收撞击在相位锥上的入射的衍射波前中的一些来显著地降低该效果。然而，关键的是，确保内部泡沫环的尺寸和定位是准确的。体积太大，输出损失变得不可接受。太小的话，方向性增强可被忽略。 [0110] 图18示出安装在相位锥上的被发现最佳地用于所提出装置的内部泡沫环的横截面轮廓，喇叭和外部泡沫环被示出用于上下文，并且在右边单独地示出内部泡沫环的主要尺寸。泡沫环1801的轮廓和位置被示出围绕相位锥的嘴端。任何轮廓形状可以是相关的，这取决于相位锥的结构(特别是截头锥)，但是在该情况下，围绕相位锥缠绕的矩形横截面的带被发现工作得最好。距离1802是从双锥形相位锥的顶端至内部泡沫环的最佳位置的距离。距离1802在0至500mm之间，或更优选地95mm。泡沫环的长度1803在10至500mm之间，或更优选地50mm。内部泡沫环的厚度1804在10至200mm之间，或更优选地18mm。具有5kg/m3和500kg/m3之间的密度范围的任何声学吸收泡沫是可以应用的，但是更优选的是具有11kg/m3的密度的Basotec UF开孔式三聚氰胺泡沫。 [0111] 在实施例中，围绕相位锥定位的声学泡沫环可以用于超出A-WaSPTM的应用中。例如，如果应用在公共地址(PA)系统中的元件，其可以降低对后部的离轴发射，由此降低PA系统后面或附近的声级别。这在设置音乐会、集会或其他聚会的舞台时是有益的，其中降低舞台上的SPL将有助于使得表演者更清楚、减少监视的需要以及减少反馈的倾向。其还可以用在定向的音频广告或信息点中，其中，期望使得音频信息尽可能地局部化，并且因此高的方向性是期望的。 [0112] 通过以织物缠绕外部泡沫环，可以实现对装置的侧部和后部的发射的进一步降低。该织物可以是任何柔性材料，但是更优选地耐磨尼龙。关键地，织物必须在泡沫上是宽松的。如果它是紧的，则侧面发射可能由于来自织物表面的反射而增加。如果它的宽松的，则效果是中性的或吸收性的。另外，织物的边缘必须不延伸超出喇叭的孔(见图15中的虚线)。如果超出，则创建了次级孔，并且通过衍射降低方向性。因此，泡沫环必须从其超过孔伸出的点(图15上的尺寸1505)保持未被包装物所覆盖。 [0113] 图19示出具有和没有外部泡沫环的包装的装置的输出的360度极坐标分布图，其处于4kHz的输出频率，并且在0至-48dB的范围内标准化至0dB以允许直接比较。灰色线1901示出没有包装的装置的优化输出，以及黑色线1902示出具有外部泡沫环的优化的包装的装置的输出。在发射的前半球中的效果是微不足道的。在后半球中的效果将该区域中的发射减少至轴上SPL的大约-45dB或者更低(小于轴上压力水平的0.6％)。在使用时，包装物具有向外部泡沫环提供物理保护的额外的好处。 [0114] 图20示出在360度(以0度为中心的+/-180度)上但是在从500至10000Hz的频率的宽范围中的优化的声学装置的方向性的图。这在从0至-25dB的假色标上示出。感兴趣的频率范围3500至4000Hz由两条点划线和箭头指示。可以看出，在该频率范围中，不存在可感知的侧瓣，并且一旦离轴移动，则SPL下降率非常快。可以看出，随着增大的频率，输出束变窄。这可以归因于随着波长缩短而减弱的衍射效应。图20用于示出装置的输出在感兴趣的频率范围上、而不仅在极坐标分布图中示出的4kHz处是高度定向的。 [0115] 应该注意，根据任何传统PA系统的标准，来自喇叭、相位锥以及内部和外部泡沫环的该配置的输出是极其定向性的。尽管不适用于音乐的再现，但是如果这些信号被数字处TM理以补充装置的输出特性，其可能具有针对定向口头消息的投射的应用。这将是与A-WaSP的标准完全不同的用途，并且可以应用于定向的音频广告、远程的口头通信或信息点，其中，期望使得音频信息尽可能地局部化并且因此高度方向性是期望的。 [0116] 图21示出在0至-24dB的范围内处于4kHz的输出频率的全部优化的装置的输出的360度极坐标分布图，其强调了主要输出的非常高的方向性。可以看出，不存在高于-24dB的侧瓣或肩部的证据。核心束非常窄，具有仅为+/-7.5度的至-3dB的发散度。这基本上是有益的，因为那些没有被直接定向的目标将仅经受由目标所经受的SPL的小部分。 [0117] 用于方向性的感知的另一关键元素被发现是在主声束的边缘处以度为单位的SPL的下降速率。图21示出下降的平均速率是从-3dB至-24dB大约每度-1.4dB；并且从-6dB至-24dB大约每度-1.8dB，其相当于每度大约23％的压力的降低。 [0118] 这在目标移向波束时具有非常突然和惊人的声波强度的攻击的听觉效果，并且当目标脱离它时正相反。这意味着，如果目标本能地移动远离束，则目标立即意识到他们脱离它了。如果某些人向波束移动，相反机制将应用，促进他们快速向后移动来摆脱它。同样地，如果使用者对一群人扫描装置，则在核心束经过时被其对准的感觉是不会弄错的。 [0119] 图22示出在0至-48dB的范围内处于4kHz的输出频率的完全优化的装置的输出的360度极坐标分布图，其强调了非常低级别的瓣和侧面发射。在+/-45度处的侧瓣具有核心束的大约-26dB的最大SPL，或作为压力的函数的5％——不明显的低级别并且因而不使方向性的感知减弱。在进一步离轴移动时，相对声级别进一步降低，自+/-50度在-36dB以下并在离轴60度至90度时下降至大约-40dB，或者核心束的压力级别的1％。这示出核心束外部的任何旁观者经受比目标低得多的SPL，并且该级别随着进一步离轴移动而继续快速减小。 对于装置的侧面和后面，相对SPL仍然进一步降低，到达大约-44dB的级别、或者核心束的压力级别的0.6％。这对于装置的使用者是特别有益的，使用者将经受比目标在1m距离处所经受的压力级别小150倍的压力级别。相同的低级别施加至邻近装置的同事或旁观者。这种低SPL离轴意味着不必要为使用者和他们的同事进行听力保护，甚至用于扩展使用，并且甚至当装置以最大输出操作时，也可以进行正常的交谈。 [0120] 图23利用组件和位置示出了装置的横截面。换能器2301，型号Radian 745 NEO PB的压缩驱动器被附接至喇叭的喉部。声学装置的主喇叭和与其同轴安装的相位锥2306都具有水平的底纹。外部泡沫环2305和围绕相位锥的内部泡沫环2304都具有斜的底纹。装置的主体2302以白色轮廓示出。其可以由任何合适的材料(金属、陶瓷、石材塑料、碳纤维或硬化泡沫)制造；然而，优选的实施例被发现是诸如丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚丙烯(PP)的注塑塑料、或者诸如聚氨酯(PU)的反应注射成型泡沫。显示摄像机内容的平板显示器容纳在2303中，合适的单元将是5.7”高亮度显示器，诸如来自Densitron PLC的DET057VGHLNT0-1A。电池将位于位置2309处，并且合适的样板单元将是来自PAG Ltd的L96e锂离子可充电电池。控制装置的手柄和触发器位于位置2308处。控制电子器件位于定位在位置2307处的装置中的腔内。其将包括控制PCB，控制PCB包括声音再现电子器件和驱动换能器的放大器。波形以96kHz采样速率和16比特分辨率被记录为WAV文件。其被存储在集成闪速存储器中的CPU芯片上。合适的音频编解码器是由Wolfson Microelectronics制造的WM8523GEDT。合适的前置放大器是由Texas Instruments制造的OPA1632DG4。合适的功率放大器是由Texas Instruments制造的TAS5630B。摄像机和激光测距仪未被示出，因为它们凹进外部泡沫环2305内；合适的型号将是来自RF Concepts Ltd的VB21EH-W子弹形摄像机和来自MDL Ltd的ILM150 Class 1测距仪。 [0121] 优选的设计是多片模制部件，其闩在一起以创建自包含单元。在该单元内创建通道以用于接线器将电子组件连接在一起。图24示出真实样机装置的CAD渲染，其已经被测试并成功地向第三方展示。其佩戴在使用者的胸部，或位于腰部高度。其被保持在肩带(未示出)上，并且每次可以舒适地佩戴多于半小时。 [0122] 该装置的关键特征是其能够在已有的健康和安全法规的框架内工作。声波输出波形被设计为最大化在目标处的声音强度的印象。这意味着实际的SPL可以被尽可能地最小化，以确保由目标经受的剂量落入法定极限内；但仍被感知为穿透任何环境噪声的强制性警告。装置在投射声波形时的非常高的方向性意味着剂量被选择性地施加至目标并且可以被精确地控制。同样重要的是，旁观者和使用者相比之下经受非常低的声音级别，因而甚至持久的使用也不会经受超过法定极限的剂量。遵循已有的健康和安全法规被认为对于当前在用于管理冲突的武力提升谱上的任何技术来说是独特的。 [0123] 相关法规用于控制工作时的噪声。在该区域中的欧洲法规是2003年2月6日的DIRECTIVE 2003/10/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL，其关于工人对从物理介质(噪声)产生的风险的暴露的最低健康和安全需求(法令89/391/EEC的条款16(1)的效力内的第十七次单独法令)。这由ISO标准指导；Acoustics--Determination of occupational noise exposure and estimation of noise-induced hearing impairment(声学——职业噪声暴露的确定和噪声引起的听力损伤的估计),ISO 1999:1990。美国法规也从该ISO标准得出并且存在两个国家主体：职业安全与保健管理总署(OSHA)和国家职业安全与健康研究所(NIOSH)，它们针对美国的职业噪声暴露提出稍微不同的标准。 [0124] 声学装置在1m处具有被限制为137dB(A)的最大输出，其是在所有以上标准中规定的140dB(C)的瞬时限制的功率水平的一半。这确保了甚至在近距离范围以全功率的意外暴露也将不违反以上标准(假定其立即停止使用)。 [0125] 可允许的噪声暴露基于8小时工作时间并且是累积的。由此，在欧盟法律下，个人在8小时周期内可以被暴露的最大平均声级别为87dB LAeq；但其可能遇到较高声级别的较短突发，只要没有超过平均值。图25示出作为以dB(A)为单位的SPL的函数的在对数标度上以秒为单位的可允许日常最大暴露极限。点线示出欧盟(英国)法规的阈值，而虚线对应于美国(职业安全与卫生条例，OSHA)，以及点划线对应于美国(国家职业安全与卫生研究院，NIOSH)。全部遵守相同的主体，但最大极限不同。如果目标、使用者和旁观者在8小时周期内不超过相关累积剂量，则他们不能被说成置身于任何受伤的风险中，由此使得装置的使用高度可防御。 [0126] 符合健康和安全法规的关键元素是激光测距仪的添加。合适的型号是来自MDL Ltd的ILM150 Class 1激光测距仪。使用者瞄准该装置并按下触发器按钮，此时，内置的激光测距仪立即测量至目标的距离。预设的最大声级别被编程至该装置中。在声波发射开始之前，该装置输出通过参考控制软件中的查找表被自动调节，以使得声级别将不在测量范围处超过该最大级别。这非常迅速并且对于用户来说几乎不可感知。图26中示出该限制函数，其在1至120m的距离范围内绘制以dB(A)为单位的SPL。在声锥随着距离和大气吸收而发散时，SPL自然减小。灰色虚线示出在1m处具有137dB(A)的峰值SPL的无限制输出。灰色实线示出其限于预定级别(在该情况下为由英国警察服务所规定的115dB LAeq)。这对应于离装置13m的距离。由此，针对13m之内的任何目标，SPL不能超过115dB LAeq。该最大级别可以被调整以适合特定用户需求。 [0127] 为了进一步控制暴露，装置被限于在声波输出可以被再次触发之前在其自动切断1s之前输出声波发射的3s脉冲。这强制使用者以脉冲利用装置并防止“不停地冲击”目标——鼓励受控的渐进式剂量的方法。此外，发现脉冲在传送警察注意的警告时比恒定暴露更有效；声脉冲更容易抓住注意力。 [0128] 在欧盟法规下，115dB LAeq的声级别对于每天45s是可允许的。这等价于15个3s的脉冲，其远超过劝服目标停止所需的数量。如果在甚至5个脉冲后目标仍在继续，则使用者应该考虑升级武力提升谱。而且，在开放环境中，在最大输出时，使用者和邻近的旁观者通常经受95dB LAeq的最大值——其等价于1小时16分钟的每日剂量极限或多于1500个3秒的脉冲——大量的余量。 [0129] 使用任何声学装置的一个问题是精确地瞄准它。为此，摄像机安装在装置中，对准至声学输出。优选实施例是该摄像机很好地在亮光和暗光条件下操作。合适的型号是来自RF Concepts Ltd的VB21EH-W子弹形摄像机。视频内容之后被发送至高亮度平板显示器，其安装在装置中以使得使用者可以容易地看到它。高亮度是期望的，以使得其甚至可以在直射日光下被看到。合适的型号是5.7”高亮度显示器，诸如来自Densitron PLC的DET057VGHLNT0-1A。 [0130] 图27示出使用者将在平板显示器屏幕上看到的图像的图形表示。十字准线2701覆盖在实时视频内容上以帮助使用者准确并容易地瞄准装置。另外的信息覆盖在屏幕上以帮助使用者。所测量的至目标的距离和在相应的声压力级别处的安全暴露的最大长度被示出以帮助使用者评估和控制针对任何给定目标的剂量2702。电池电荷指示器2703以及时间和日期信息2704也被示出。 [0131] 记录装置被如何使用在证明其符合本地健康和安全法律并且在证明其在管理冲突时被相称地使用中是关键的。为此，全球定位系统(GPS)单元包括在装置内。合适的型号是由Wi2Wi制造的W2SG0008i。该GPS单元可以提供实时位置坐标以及准确的日期和时间。将来自照相机的视频内容以及从激光测距仪确定的距离加上相应的声级别和剂量创建感兴趣的信息主体，其随着装置触发器的每次按下而被自动记录。 [0132] 图28示出装置如何工作的流程图。距离、目标处的声暴露级别、暴露时间、时间、日期和装置的GPS坐标(位置)随着每次触发器按下而全部被记录。该数据被存储为逗号分隔的值文件。并行地，视频片段从内部摄像机记录，此外，使用视频缓冲器功能以使得当按下触发器时，摄像机片段的前20s被无缝地包括在视频文件中以提供使用的上下文。一旦触发器被释放，视频继续保存另外的60s以给出另外的上下文。其被存储为单个MPEG4视频文件。两个文件都被存储在内部可移除闪速存储器驱动器上。 [0133] 这些文件提供使用的综合记录并向用户提供非常强有力的证据来反驳装置的滥用的任何指控——防止来自公众人士的高代价的法律挑战。此外，它们还防止单元的滥用，因为操作者知道所有使用将被全面记录并且如果发现这些记录丢失，将会受到怀疑。 [0134] 应该理解，对这里所描述的优选实施例以及通用的原理和特征的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。由此，本系统不意于限于所示出的实施例，并且这样的修改和变化也落入所附权利要求的精神和范围内。 |
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