REFERENCIA CRUZADA CON LA SOLICITUD RELACIONADA

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense con número de serie 60/046.803, presentada el 2 de mayo de 1997, titulada UN MÉTODO PARA TRANSMITIR SONIDOS AUDIBLES A TRAVÉS DEL AIRE UTILIZANDO SONIDO ULTRASONICO COMO PORTADOR por Austin Lowrey, III e incorporada como referencia en el presente documento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención

La presente invención está dirigida a un aparato y método para transmitir un sonido audible, y en particular, a un aparato y método para transmitir un sonido audible utilizando un sonido ultrasónico como portador modulado por el sonido audible como señal de entrada.

2. Descripción de la técnica relacionada

En los últimos años han surgido varias situaciones en zonas militares y civiles donde las multitudes, con o sin líderes, han supuesto un grave problema para las fuerzas gubernamentales.

Por ejemplo, en Somalia, el líder, el general Aideed, casi nunca se quedaba afuera a menos que estuviera rodeado por una multitud de simpatizantes. Las tropas que intentaban apoderarse o capturar al líder tenían que enfrentarse a la multitud, probablemente matando o hiriendo a algunos, para poder acercarse lo suficiente para capturarlo. Por lo tanto, no era probable que las fuerzas intentaran capturar al líder.

Otro ejemplo es la invasión estadounidense de Haití, donde se envió un barco con tropas para realizar diversas acciones que habrían sido útiles a la población que vivía allí. Sin embargo, el desembarco de estas tropas se encontró con la oposición de una multitud en el muelle. Por lo tanto, para poder desembarcar, primero había que deshacerse de la multitud que se encontraba en el muelle. Una vez más, es probable que algunos de los miembros de la multitud resultaran heridos, lo que hizo que las tropas decidieran no actuar.

Otro ejemplo es cualquier situación en la que se reúne una multitud enfurecida. En esta situación, la multitud suele recurrir al saqueo y la destrucción de la propiedad. Para la policía, por ejemplo, es un desafío constante dispersar a esa multitud sin causar víctimas, quizás fatales.

Todos estos ejemplos tienen un tema común, es decir, una multitud o un líder al que uno desearía influenciar para que abandone o detenga sus actividades hostiles.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo no letal de control de individuos o multitudes que utiliza un sonido audible transmitido mediante un sonido ultrasónico como portador.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo que permita a las personas con problemas de audición escuchar el habla.

Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un dispositivo que emitirá sonido audible a oyentes ubicados en un área definida.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sonido de baja frecuencia, ya sea audible o subaudible, en las cabezas de los oyentes.

En una realización de la presente invención, se proporciona un aparato que incluye una unidad que modula en amplitud una señal ultrasónica con una raíz cuadrada de una señal de información para producir una señal modulada, y un proyector acoplado a la unidad y que proyecta la señal modulada a un oyente.

En un aspecto de la realización, el aparato incluye además un circuito que produce la raíz cuadrada de la señal de información, un modulador que modula en amplitud la señal ultrasónica con la raíz cuadrada de la señal de información, una primera fuente de sonido que emite la señal de información y una segunda fuente de sonido que emite la señal ultrasónica.

En otro aspecto de la realización, la señal de información es una señal de voz de, por ejemplo, un micrófono.

En otra realización de la invención, se proporciona un método para modular una señal ultrasónica con una raíz cuadrada de una señal de información para producir una señal modulada y proyectar la señal modulada a un oyente.

En un aspecto de la realización, el método incluye además producir una señal de raíz cuadrada a partir de la señal de información, modular la señal ultrasónica con la raíz cuadrada de la señal de información para producir la señal modulada, amplificar la señal modulada y transmitir la señal modulada amplificada.

En otro aspecto de la realización, la modulación es una modulación de amplitud.

En otra realización más de la presente invención, se proporciona un aparato que incluye un primer modulador que modula en frecuencia una primera señal ultrasónica con una primera señal de entrada para producir una primera señal modulada, una fuente de señal ultrasónica que proporciona una segunda señal ultrasónica, y un sistema de transmisión, acoplado al primer modulador y a la fuente de señal ultrasónica, que transmite la primera señal modulada y la segunda señal ultrasónica a un oyente.

En un aspecto de la realización, el aparato incluye además un primer proyector que proyecta la señal modulada, un segundo proyector que proyecta la segunda señal ultrasónica, una primera fuente de sonido de entrada que emite la primera señal de entrada, una segunda fuente de señal ultrasónica que proporciona la primera señal ultrasónica, un segundo modulador que modula en amplitud la segunda señal ultrasónica con una segunda señal de entrada para producir una segunda señal modulada, una segunda fuente de sonido de entrada que emite la segunda señal de entrada y un amplificador que amplifica la señal modulada en amplitud.

En otro aspecto de la realización, la primera y la segunda señales ultrasónicas producen una señal de diferencia para el oyente en un rango audible del oyente.

En otro aspecto más de la realización, la señal de entrada es una raíz cuadrada de una señal de información.

En otro aspecto más de la realización, la señal de información es una voz procedente, por ejemplo, de un micrófono.

En otra realización más de la presente invención, se proporciona un método para modular en frecuencia una primera señal ultrasónica con una primera señal de entrada para producir una primera señal modulada, proporcionar una segunda señal ultrasónica y transmitir la primera señal modulada y la segunda señal ultrasónica a un oyente.

En un aspecto de la realización, el método incluye modular en amplitud la segunda señal ultrasónica con una segunda señal de entrada para producir una segunda señal modulada, amplificar la señal modulada en amplitud y proyectar la primera y la segunda señales moduladas en el rango audible del oyente.

En otra realización más de la presente invención, se proporciona un aparato que incluye una unidad que modula una señal ultrasónica con una señal de información para producir una señal modulada en la que la señal de información es completamente inteligible para un oyente, y un proyector acoplado a la unidad y que proyecta la señal modulada al oyente.

Estos, junto con otros objetos y ventajas que serán evidentes posteriormente, residen en los detalles de construcción y funcionamiento como se describe y reivindica más completamente a continuación, haciéndose referencia a los dibujos adjuntos que forman parte del presente documento, en donde los mismos números se refieren a partes iguales en todo momento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 ilustra una realización ejemplar de un sistema de dos proyectores para transmitir un sonido audible utilizando un sonido ultrasónico como portador.

La FIG. 2 ilustra una realización ejemplar de un sistema de un proyector para transmitir un sonido audible utilizando un sonido ultrasónico como portador.

La FIG. 3 ilustra una realización ejemplar de un sistema de proyector que utiliza procesamiento de señales basado en computadora.

La FIG. 4 ilustra realizaciones ejemplares de uno y dos sistemas de proyector empleados en un entorno estacionario y móvil.

DESCRIPCIÓN DE MODOS DE REALIZACIÓN PREFERIDOS

Se describirá un aparato y un método para utilizar el sonido ultrasónico para crear sonidos audibles en las cabezas de personas o de una multitud de personas. Los sonidos pueden ser voces, música o sonidos de timbre que provoquen incomodidad, desorientación o vibraciones de baja frecuencia que se ha demostrado que inducen incomodidad.

Se describirán los principios físicos que intervienen en dichos dispositivos y la forma en que se utilizarían para perturbar o afectar las acciones de un individuo o una multitud. Además, se utilizarán ejemplos para indicar formas de manejar las situaciones descritas anteriormente.

DESCRIPCIÓN CUALITATIVA

CONSIDERACIONES PRELIMINARES

El uso de grupos o multitudes para controlar el sonido, tanto en situaciones civiles como militares, se ha considerado al menos desde la Segunda Guerra Mundial. Desde las primeras décadas de este siglo se han publicado estudios psicológicos sobre sonidos que producen un efecto aversivo o un efecto placentero. Los trabajos del siglo XIX de Helmholtz y Lord Rayleigh (que se detallan a continuación) muestran una comprensión del efecto que tienen los tonos combinados o los ritmos con frecuencias bajas (menos de unos cien hercios) sobre la calidad agradable o desagradable de un sonido.

Las multitudes pueden dividirse en dos tipos: las que tienen líderes y las que no los tienen. Una multitud con un líder puede verse afectada ya sea por la limitación de la comunicación entre el líder y la multitud o por el efecto directo sobre la multitud. Una multitud sin líder (como una turba que saquea) sólo puede verse afectada por algo que influya en todos los que la componen. Por lo tanto, es necesario desarrollar métodos físicos para perjudicar la comunicación o para producir un efecto físico o psicológico en todas las personas expuestas al sistema.

Algunos de los métodos sugeridos para afectar a una multitud entera implican un sonido de intensidad muy alta (120 dB o más por encima del nivel estándar de 2×10 ^-5 N/m ² ). Se habla con frecuencia de sirenas o vibraciones de frecuencia muy baja (menos de 100 Hertz).

Los estudios indican que existen varias clases de sonidos que pueden ser de interés para el control de multitudes. Una de ellas incluye aquellos que son aversivos en sí mismos. Algunos ejemplos son: (1) ruidos de raspado, como el de la tiza sobre una pizarra, (2) el llanto de un bebé y (3) gritos de dolor. Estos sonidos hacen que la persona desvíe casi involuntariamente su atención de lo que está haciendo, al menos momentáneamente. La exposición repetida a esta clase de sonidos, si la ocurrencia no es predecible, tiende a producir nerviosismo y, a veces, conduce a un comportamiento irracional.

En segundo lugar, hay una clase de sonidos que pueden sobresaltarnos y hacer que desviemos la atención de la tarea que estamos realizando, ya que indican un posible peligro inminente para nosotros. Algunos ejemplos son: (1) los disparos y (2) los ruidos de un accidente de automóvil.

Es probable que ambos tipos de sonido produzcan una reacción de “sobresalto” en la multitud la primera vez que se utilicen. Sin embargo, si la multitud identifica la fuente como, por ejemplo, un altavoz, es probable que se adapte al ruido e ignore el ruido. Si la multitud se queda dando vueltas durante más tiempo, los sonidos pueden causar dolores de cabeza y otros síntomas de estrés. La multitud puede dispersarse, pero esto no es del todo seguro.

Por el contrario, si se trata de detener a una persona que huye, un ruido repentino, como el chirrido de los frenos, sin duda provocará que la persona se sobresalte y trate de ver si el ruido indica un peligro inminente para ella. Es evidente que quedará desorientada durante unos segundos, aunque el tiempo medio varía de una persona a otra. El sonido de un disparo puede, por ejemplo, provocar el mismo efecto, o simplemente hacer que la persona corra más rápido o que corra de forma serpenteante.

Una tercera clase de sonido incluye vibraciones de baja frecuencia, ligeramente superiores o inferiores a 20 hercios, el límite inferior audible. Las vibraciones en este rango de frecuencia producen diversos efectos en el cuerpo de una persona.

En este rango de frecuencias se encuentran las resonancias de varios órganos internos. Se ha demostrado que la exposición a vibraciones en una resonancia orgánica causa náuseas y una sensación general de malestar. Las amplitudes vibratorias demasiado altas causarán daños físicos a los órganos, mientras que las vibraciones a una frecuencia constante o que comienzan muy bajas y aumentan a lo largo del rango parecen causar una sensación de malestar y tienden a aumentar la sugestibilidad de una multitud.

Los efectos sobre el estado de ánimo de una persona parecen ser causados ​​por alcanzar frecuencias cercanas a la frecuencia alfa de las ondas cerebrales. Un fenómeno llamado “entrenamiento” ocurre cuando el cerebro es estimulado a frecuencias cercanas a 10 Hz. Esto significa que la frecuencia natural del cerebro se acerca, y a veces se iguala, a la frecuencia estimulante. Un cerebro normal muestra un patrón “alfa” prominente (8 a 12 Hz) en un momento de alerta relajada. El estado de alerta tenso, como el causado por conducir en la autopista, conduce a un patrón “beta” con una frecuencia de 13 Hz o superior. Un estado relajado, similar al de un sueño, causa un patrón “theta” de frecuencias de 4 a 8 Hz.

Otros experimentos, como los citados por Norbert Wiener en “Problemas no lineales en teoría aleatoria”, descubrieron que se producía una “sensación decididamente desagradable” al estimular el cerebro a “unos 10 Hz”. De hecho, Helmholtz sostiene que los pulsos de frecuencia inferior a 40 Hz no se perciben como tonos, sino que crean una sensación discordante y son responsables de la sensación desagradable de las combinaciones disonantes de notas en la música. Como las notas bajas del órgano están en el rango de los 30 Hz, parecería que los tonos con una frecuencia de entre 12 y 40 Hz producirán una sensación desagradable o sugestionabilidad. Estos tonos son probablemente útiles para el control de multitudes, ya sea por sí solos o para inducir un estado de ánimo que luego podría ser desencadenado por otro sonido.

Al producir vibraciones de baja frecuencia con un altavoz convencional, surgen varios problemas. En primer lugar, a frecuencias tan bajas como ésta, los altavoces no son muy eficientes para producir sonido. El altavoz tendrá que ser bastante grande. En segundo lugar, hay muy poca directividad posible con frecuencias tan bajas. Los conjuntos de señales directivas serían enormes, lo que haría casi imposible definir un área donde se produzca el efecto o trazar una línea en la arena donde las personas comiencen a sentir el efecto cuando la crucen. Por último, la señal sería más fuerte en los altavoces, lo que requeriría equipo de protección al menos para los operadores, y probablemente para todo el personal de control de multitudes.

También se han estudiado métodos para impedir la comunicación entre un orador y una multitud. Una de las técnicas más interesantes consiste en reproducir la propia voz del orador con un ligero retraso (menos de un segundo). El orador tartamudea y se traba al hablar a menos que reduzca mucho el ritmo de su discurso.

Si el oído percibe simultáneamente dos tonos audibles moderadamente fuertes de diferente frecuencia, además de los dos tonos originales, se pueden oír tonos algo más débiles con frecuencias dadas por la suma y la diferencia de las frecuencias originales. Esto se denomina fenómeno de frecuencia de batido cuando las dos frecuencias están próximas entre sí, y fenómeno de tono combinado cuando no lo están. Los tonos combinados son causados ​​por una respuesta no lineal del oído a sonidos algo fuertes. Los detalles de la producción de estos tonos se analizan con más detalle a continuación.

Es importante, y de hecho uno de los principios físicos críticos de esta invención, que se pueda oír un tono combinado audible incluso cuando los dos tonos originales sean ultrasónicos, de modo que sus frecuencias se encuentren por encima de los 20.000 Hz, el límite superior de audibilidad. En este caso, el tono combinado corresponde a la diferencia de las dos frecuencias originales y es audible si se encuentra en el rango de audibilidad de 20-20.000 Hz.

La presente invención muestra maneras en las que, alterando la frecuencia y amplitud de uno de los tonos ultrasónicos, el tono de diferencia puede hacerse que sea un solo tono (posiblemente de muy baja frecuencia), un grito o disparo, o una voz.

Los debates más detallados se pospondrán hasta la “Descripción técnica” que aparece a continuación. Analizaremos una forma de hacer que una persona (o un grupo) en cuestión escuche cualquier patrón de sonido, ya sea habla o cualquier otra cosa, que deseemos.

En la cabeza de todas las personas expuestas a ambos tonos ultrasónicos se produce un tono combinado. Si se expone a uno solo, no se oye nada. Además, estas personas no son capaces de detectar la fuente del sonido.

A continuación se describen los sistemas ejemplares. Uno incluye dos proyectores direccionales, cada uno capaz de generar un potente tono ultrasónico y dirigir el haz a un punto o área deseados. Al menos uno de los proyectores es capaz de modular el sonido en frecuencia, amplitud o ambas. Los proyectores probablemente estarían separados por cierta distancia, pero esto depende del efecto deseado, que rige el diseño.

Otro incluye un solo proyector con la capacidad de modular la amplitud de la señal proyectada.

Más específicamente, la FIG. 1 ilustra una realización ejemplar de un sistema de dos proyectores para transmitir un sonido audible utilizando un sonido ultrasónico como portador. sistema de proyector 10 incluye, por ejemplo, primera unidad de proyección 12 y segunda unidad de proyección 14. Primera unidad de proyección 12 incluye, por ejemplo, una fuente de sonido ultrasónico 15 (tal como un generador de señal ultrasónica convencional) que genera una señal ultrasónica, una fuente de sonido de modulación 20 (tal como un micrófono) que genera una señal de información (tal como un tono), un modulador 25 (tal como un modulador de frecuencia convencional) que modula la frecuencia de la señal ultrasónica con la señal de información para producir una señal modulada, un amplificador 27 (tal como un amplificador convencional) que amplifica la señal modulada, y un proyector 30 (tal como un altavoz ultrasónico – un altavoz tipo tweeter) que emite la señal amplificada. Segunda unidad de proyección 14 incluye, por ejemplo, una fuente de sonido ultrasónico 35 (como un generador de señal ultrasónica convencional) que genera otra señal ultrasónica, una fuente de sonido de modulación 40 (como un micrófono) que genera otra señal de información (como una voz), un modulador 45 (como un modulador de amplitud convencional) que modula en amplitud la señal ultrasónica con la señal de información para producir una señal modulada, un amplificador 37 (como un amplificador convencional) que amplifica la señal modulada y un proyector 50 (como un altavoz ultrasónico, un altavoz de tipo tweeter) que emite la señal amplificada. región 55 es la región donde se encuentran las ondas sonoras de Proyectores 30 y 50 se superponen. Dos sistema de proyector 10 no se limita, sin embargo, a las realizaciones descritas anteriormente. Por ejemplo, dos sistema de proyector 10 puede incluir primera unidad de proyector 12 y segunda unidad de proyector 14, en donde unidad de proyector 12 incluye, por ejemplo, fuente de sonido ultrasónico 15, fuente de sonido de modulación 20, modulador 25, y proyector 30, y unidad de proyector 14 incluye, por ejemplo, fuente de sonido ultrasónico 35 y proyector 50. Es decir, unidad de proyector 14 no es necesario tener fuente de sonido 40. De manera similar, región de superposición de sonido 55 es la región donde se encuentran las ondas sonoras de Proyectores 30 y 50 se superponen.

La FIG. 2 ilustra una realización ejemplar de un sistema de un proyector para transmitir un sonido audible utilizando sonido ultrasónico como portador. Este sistema podría ser para control de multitudes, un audífono mejorado para personas con problemas de audición o para emitir sonido audible a oyentes ubicados en un área definida. sistema de proyector 60 incluye, por ejemplo, una fuente de sonido ultrasónico 65 (tal como un generador de señal ultrasónica convencional) que genera una señal ultrasónica, una fuente de sonido de modulación 70 (tal como un micrófono) que genera una señal de información (tal como una voz), un modulador 75 (tal como un modulador de amplitud convencional) que modula la señal ultrasónica con la señal de información para producir una señal modulada, un amplificador 80 (tal como un amplificador convencional) que amplifica la señal modulada, y un proyector 85 (tal como un altavoz ultrasónico convencional, un altavoz de tipo tweeter) que emite la señal amplificada.

La FIG. 3 ilustra una realización ejemplar de un sistema de proyector que utiliza procesamiento de señales basado en computadora. Por ejemplo, en un sistema de un proyector, como el ilustrado en la FIG. 2, computadora 87 funciona como fuente de sonido ultrasónico 65, fuente de sonido de modulación 70 y modulador 75. Computadora 87 genera una señal de sonido ultrasónica y genera o ingresa una señal de sonido audible, y luego modula las dos señales. Computadora 87 puede modular las dos señales utilizando, por ejemplo, técnicas de modulación de frecuencia o amplitud convencionales o las técnicas descritas a continuación. La señal modulada producida por computadora Luego, el 87 se transmite a digital a analógico (D/A). convertidor 89, con lo cual la señal digital se convierte en una señal analógica. La señal analógica producida por D/ Un convertidor 89 luego se amplifica por amplificador 91, y transmitido a proyector 93. Proyector 93 emite entonces la señal amplificada a un oyente. Los mismos principios se pueden aplicar al sistema de dos proyectores ilustrado en la FIG. 1.

La FIG. 4 ilustra realizaciones ejemplares de sistemas de uno y dos proyectores empleados en un entorno fijo y móvil. Por ejemplo, Número de referencia La figura 100 ilustra dos sistemas de proyectores 10 (ilustrados en la figura 1) en un entorno estacionario. En este ejemplo, Proyectores 30 y 50 están montados en la parte superior de un edificio y orientados hacia la superposición de sonido. región 55. Una persona o multitud situada en región de superposición de sonido 55, situado, por ejemplo, a 50M de Proyectores 30 y 50, detecta el(los) sonido(s) transmitido(s). Número de referencia 105, por otra parte, ilustra dos sistema de proyector 10 en un entorno móvil. En este ejemplo, Proyectores 30 y 50 se montan en la parte trasera de un vehículo. El vehículo puede entonces ser dirigido para moverse con el individuo o la multitud, a medida que el individuo o la multitud se mueve, de modo que el individuo o la multitud permanezcan en región de superposición de sonido 55.

Al emplear dos sistema de proyector 10, los parámetros del sistema pueden incluir, por ejemplo, los siguientes: (1) fuente de sonido = altavoz/cristal, (2) frecuencia = ˜30 kHz, (3) intensidad de sonido = 100 db (máx.) a 50 metros, (4) potencia total de la fuente (sonido) = 0,14 vatios y (5) tamaño mínimo del punto focal = 1,3 metros, como se ilustra mediante Número de referencia 115 en la FIG. 4.

Número de referencia La figura 110 ilustra un sistema de proyector 60 (ilustrado en la figura 2) en un entorno portátil. En este ejemplo, una persona, como un agente de policía, puede dirigir proyector 85 de uno sistema de proyector 60 hacia, por ejemplo, un individuo que huye. Un individuo que se encuentra dentro del área de transmisión de un sistema de proyector 60 detectará una señal modulada proyectada por proyector 85. La señal modulada incluirá, por ejemplo, un sonido ultrasónico, como un silbido, modulado en amplitud con una señal de información, como una voz. Los parámetros del sistema pueden incluir, por ejemplo, los siguientes: (1) fuente de sonido = oscilador fluídico (silbato), (2) frecuencia = ˜100 kHz, (3) intensidad de sonido = 100 db (máx.) a 10 metros, (4) potencia total de la fuente (sonido) = 0,2 vatios y (5) tamaño mínimo del punto focal = 53 cm.

A continuación se enumeran algunas de las características útiles que tendría un sistema que emplee tonos audibles transmitidos por frecuencias ultrasónicas.

(1) Potencia: Siempre que el tamaño de un generador de sonido sea menor que la longitud de onda, la potencia de salida es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia. Es decir, la potencia de salida de un generador de tamaño determinado es mucho mayor en frecuencias altas que en frecuencias bajas. Por lo tanto, esta propiedad hace que sea más sencillo producir una alta salida en frecuencias altas con generadores más pequeños. Esto implicaría que un generador de 30.000 Hz podría producir la misma intensidad de sonido que un generador de 30.000 Hz. Generador de Hz 10 ¹² veces su tamaño. Esta propiedad hace que sea bastante sencillo producir salidas de alta potencia con generadores relativamente pequeños.

(2) Directividad: El ángulo de difracción de un reflector o lente en un proyector es proporcional a la longitud de onda del sonido dividida por el diámetro de la lente del reflector. Dado que una onda sonora de 30.000 Hz tiene una longitud de onda de 1 cm, los reflectores parabólicos con diámetros de aproximadamente 1 m proporcionarán una excelente directividad. Además, la longitud de onda corta permitirá diseñar rápidamente “haces” que tendrán características, como regiones de sombra bastante nítidas, de modo que las personas tendrán una percepción definida del efecto deseado en la región “iluminada”, pero poco en la “sombra”. De este modo, son posibles barreras invisibles. Además, los conjuntos relativamente pequeños pueden montarse en helicópteros, aviones propulsados ​​por control remoto o globos.

(3) Sigilo: Se producen tonos combinados en las cabezas de las personas expuestas a ambos rayos. Dado que los sonidos de los proyectores individuales son inaudibles, no será fácil identificarlos como la fuente del sonido. Esto hará que sea difícil para la multitud responder atacando el sistema. Además, la aparición de sonidos en sus cabezas sin una fuente aparente creará alarma o miedo en el grupo expuesto. Este efecto por sí solo probablemente hará que una multitud se disperse, en particular si la multitud está compuesta por personas poco sofisticadas o supersticiosas.

Efectos del sistema

La principal diferencia psicológica entre este sistema y otros sistemas propuestos que utilizan el sonido para el control de multitudes es la propiedad de crear el sonido dentro de la cabeza del individuo objetivo. No se conoce el efecto que esto tiene en una persona que de repente comienza a escuchar sonidos sin una fuente aparente.

Dado que la mayoría de las culturas atribuyen las voces internas a signos de locura o a mensajes de espíritus o demonios, ambos de los cuales provocarán reacciones emocionales poderosas, se espera que el uso de una voz tenga un efecto intenso inmediato.

Otro efecto es el sonido de baja frecuencia (menos de 100 Hz). Hay varias razones para ello. En primer lugar, estos sonidos de baja frecuencia tendrán una amplitud mayor, en general, que los sonidos de frecuencia vocal. En segundo lugar, se ha demostrado que los sonidos de estas bajas frecuencias aumentan la sugestión o la aprensión de las personas expuestas.

Un sistema que utiliza una serie de barreras para que una persona se sienta cada vez más aprensiva a medida que se mueve en una dirección determinada, y menos si se da la vuelta y sale. Esto puede requerir un “disparador”, como una voz suave que sugiera que es peligroso y que hay que volver, además del sonido de baja frecuencia.

Además, se puede lograr una interferencia con el ritmo alfa del cerebro de un individuo o grupo objetivo, lo que puede causar una incapacitación temporal, sentimientos intensos de incomodidad que provocarían la dispersión inmediata de la multitud o la partida del líder objetivo.

También son posibles otros patrones de sonido, ya sea solos o en combinación. Sonidos como disparos al azar o gritos pueden ser muy efectivos cuando se combinan con sonidos de baja frecuencia que producen aprensión.

Se podría distinguir a un líder mediante el uso de rayos altamente enfocados proyectados desde uno sistema de proyector 60, que se dirigen únicamente a la región de la cabeza de una sola persona. Se podrían utilizar los patrones de sonido descritos anteriormente, o se podría utilizar la propia voz del hablante, con un retardo apropiado. El patrón seleccionado dependería de si se desea interrumpir al hablante o su capacidad de hablar.

Regresar a las situaciones descritas en la sección Antecedentes

Si se deben utilizar dos sistema de proyector 10 o uno sistema de proyector 60 Depende de la situación aplicable. Por ejemplo, en la situación de “Somalia”, el mejor efecto podría lograrse probablemente utilizando sistema de proyector 10, en el que un proyector se enfocaba en el individuo y otro dispositivo de haz ancho apuntaba a la multitud. Se dirigiría una frecuencia cercana a la frecuencia alfa hacia el individuo para desorientarlo y tal vez hacerlo colapsar.

Se podría manejar a la multitud de otra manera, por ejemplo, con sonidos que provoquen aprensión, sin incapacitarla. Lo ideal sería que la multitud se dispersara, dejando al líder en el lugar para que lo detuvieran. De hecho, es posible que en una cultura determinada se conozcan ciertos sonidos característicos que indiquen que una persona padece una enfermedad terrible, como la peste. Esto, junto con sonidos que provoquen aprensión general, podría funcionar.

La multitud que se encuentra en un muelle, como se describe en el ejemplo de Haití, se manejaría más o menos de la misma manera. Los sonidos que causan malestar general se mezclarían con otros, por ejemplo, sonidos culturalmente específicos que incitarían miedo e incomodidad. La intensidad de los sonidos podría aumentarse durante un tiempo, y luego seguiría un grito o algún ruido relacionado. Dado que la fuente de los sonidos no es fácilmente obvia, probablemente habrá pánico generalizado y huidas.

También se puede utilizar un dispositivo ultrasónico para controlar a las multitudes que saquean, en lugar de los gases lacrimógenos, que son más dañinos, en el caso de multitudes difíciles de controlar. Además, se elimina la difícil tarea de eliminar los gases lacrimógenos residuales. Se utilizaría un dispositivo ultrasónico para controlar a la multitud exponiéndola a sonidos que la desorienten y que induzcan miedo.

Descripción técnica del método

A continuación se describirá el funcionamiento de las realizaciones ilustradas en las FIGS. 1-3. El sistema depende en gran medida del funcionamiento de la respuesta del oído a sonidos “moderadamente” fuertes, donde “moderadamente” implica sonidos lo suficientemente fuertes como para llevar al oído a un modo de respuesta no lineal. La respuesta no lineal del oído a sonidos de gran amplitud es analizada, por ejemplo, por Helmholtz.

La respuesta del oído

Sea S(t) la presión total incidente sobre el tímpano y la respuesta vibracional neta del mecanismo involucrado en la audición mediante:

R(t)=F(S(t))

que simplemente establece que la respuesta es una función del estímulo.

Una expansión en serie de potencias de la función F, da como resultado:

R(t)=A*S(t)+B*(S(T)).sup.2+C*(S(t)).sup.3+ . . .

Se han descartado los poderes superiores. También se ha descartado un posible término constante, ya que está claro que no hay respuesta cuando no hay estímulo.

La expresión cuando el estímulo incluye dos tonos con frecuencia f ₁ y f ₂ , respectivamente son:

S(t)=a*cos(f.sub.1 t)+b*cos(f.sub.2 t)

La amplitud de los dos sonidos son a y b.

De las expresiones anteriores:

R(t)=A*a*cos(f.sub.1 t)+A*b*cos(f.sub.2 t)+B*{a.sup.2*cos.sup.2(f.sub.1 t)+b.sup.2*cos.sup.2(f.sub.2 t)+2*a*b*cos(f.sub.1 t)*cos(f.sub.2 t)}+(términos de la tercera potencia)

Utilizando identidades trigonométricas estándar, los términos en la segunda línea de la ecuación se convierten en:

B*{a.sup.2*(1+cos(2f.sub.1 t))/2+b.sup.2*(1+cos(2f.sub.2 t))/2+a*b*(cos[(f.sub.1 +f.sub.2)t]+cos[f.sub.1 -f.sub.2)t]}

Si todas las constantes en la expansión de F, excepto A, son cero, la respuesta sería perfectamente lineal. Es decir, cualquier cantidad de tonos produciría una respuesta que contendría todas las frecuencias de la onda de presión incidente y ninguna otra. La amplitud de cualquier tono en la respuesta sería proporcional a su amplitud en la onda incidente.

Si B no es cero, los términos entre corchetes en la última expresión estarán presentes en la respuesta. Suponiendo que a y b son “pequeños” (menores que uno) y aproximadamente del mismo tamaño, entonces a ² , b ² y ab serán más pequeños que a o b. Incluso si B fuera igual a A, los términos cuadráticos en la respuesta serían más pequeños que los términos lineales. Sin embargo, a medida que a y b se hacen más grandes, el tamaño relativo de a ² , b ² y ab con respecto a a y b crece. Matemáticamente, esto ocurre cuando a y b son mayores que uno. Por lo tanto, las amplitudes relativas de los términos cuadráticos en la respuesta:

B*a.sup.2, B*.sup.b2 y B*a*b

aumentar con respecto a A*a y A*b.

El comportamiento que se ha analizado anteriormente describe el comportamiento del oído. Cuando las amplitudes del sonido son pequeñas, el oído oye los tonos incidentes y ningún otro. Cuando las amplitudes son mayores, se oyen tonos combinados correspondientes a las frecuencias (f ₁ + f ₂ ) y (f ₁ – _{f 2} ). Estudios recientes a 350 Hz han medido que cuando los tonos primarios tienen una amplitud de unos 55 db, el segundo armónico tiene una intensidad de unos 40 a 45 db por debajo de la fundamental. A niveles de tono primario de 80 db, el tono armónico está sólo unos pocos db por debajo de la fundamental. Se espera un comportamiento similar cuando los tonos primarios son ultrasónicos, aunque los tamaños relativos de los términos lineales y cuadráticos pueden depender de la frecuencia.

Todo esto lleva a la conclusión de que B no es cero, sino que es menor que A. Los experimentos sugieren que C tampoco es cero, pero probablemente es menor que B ya que las frecuencias correspondientes al tercer armónico (aunque se ven) son más débiles que los términos de segundo orden.

Efecto de tono único

Ahora se discutirán los términos cuadráticos en la respuesta.

Los términos del coseno al cuadrado conducen a los términos:

a.sup.2 /2 (1)

y

a.sup.2/2*cos(2f.sub.1 t) (2)

con términos similares que involucran b y f ₂ .

La ecuación (1) es independiente de las frecuencias de los tonos originales y representa una presión constante si la amplitud a es constante. La presión representada por este término está presente incluso si solo hay un proyector ultrasónico y da como resultado la inducción de un sonido audible con un solo proyector si la amplitud no es constante.

La ecuación (2) es el doble de la frecuencia, que será inaudible si la frecuencia original es ultrasónica.

Si la amplitud del tono ultrasónico se modula a una frecuencia mucho menor que la del tono ultrasónico (por ejemplo, una frecuencia audible), también se modularía la presión en el oído. Una voz o cualquier otro tono complejo debería resultar audible mediante este mecanismo.

Además, el término “constante” que resulta del cuadrado del tono primario es el cuadrado de la amplitud del primario. Si se desea, se puede utilizar el procesamiento de señales para inducir voces, ya que la amplitud del tono original debe ser la raíz cuadrada de la señal de voz. También se puede aplicar un sesgo para evitar que la señal que va al circuito de raíz cuadrada sea negativa. La técnica de la raíz cuadrada se puede lograr utilizando, por ejemplo, circuitos analógicos convencionales con, por ejemplo, una salida de raíz cuadrada, o una computadora que utilice, por ejemplo, una función de raíz cuadrada digital.

A continuación se describirá la teoría del efecto de tono único. En primer lugar, supongamos que la voz que se desea transmitir es analizada por Fourier.

f(t)=a*cos(f.sub.1 t)+b*cos(f.sub.2 t)+ . . .

donde sólo se conservan dos de los componentes para ilustrar el principio. Si F es la frecuencia ultrasónica (portadora), la señal transmitida es:

C*[A+f(t).sup.1/2*cos(Ft)

donde C es lo suficientemente grande para invocar la respuesta cuadrada no lineal:

C.sup.2*[A+a*cos(f.sub.1 t)+b*cos(f.sub.2 t)]*[1+cos(2*Ft)]/2(3)

La ecuación (3) se puede descomponer en los siguientes términos:

C.sup.2*A/2+C.sup.2*(a*cos(f.sub.1 t)+b*cos(f.sub.2 t))/2+C.sup.2*(A+a*cos(f.sub.1 t)+b*cos(f.sub. t))*cos(2*Ft)/2 (4)

El segundo término de la ecuación (3) (C ² *(a*cos (f ₁ t)+b*cos(f ₂ t))/2) es directamente proporcional al término correspondiente en f(t). La ecuación (4) incluye los términos con las frecuencias (2*F+/-f ₁ ). Con F como frecuencia ultrasónica, estos tonos serán inaudibles. Lo mismo será cierto por extensión para toda la voz f(t). Por lo tanto, una señal de voz audible junto con tonos ultrasónicos inaudibles serán inducidos por este mecanismo.

Tonos combinados

Los términos cuyas frecuencias se obtienen por la suma y la diferencia de las frecuencias de los tonos originales se denominan tonos combinados. Si los dos tonos son ultrasónicos, la frecuencia de la suma también será ultrasónica y, por lo tanto, inaudible. La frecuencia de la diferencia, en cambio, será audible si se encuentra en el rango audible para el oído. Lord Raleigh informó sobre la producción de una diferencia audible a partir de dos tonos ultrasónicos inaudibles. Esto demuestra que la no linealidad, verificada experimentalmente para sonidos audibles, no es apreciablemente diferente para sonidos ultrasónicos.

En resumen, existe una no linealidad del oído que da lugar a un término cuadrático en la respuesta del oído. Este efecto se produce tanto cuando los sonidos originales son audibles como cuando son ultrasónicos.

Si se enviaran dos tonos ultrasónicos de diferentes frecuencias a una persona o a una multitud, se oiría la diferencia de frecuencia, siempre que se encuentre en el rango audible. La frecuencia se podría modificar según el patrón deseado o dejarla en una frecuencia constante, como una frecuencia baja para aumentar la aprensión.

Si se desea inducir una onda con un patrón de frecuencia complejo, como una voz, se podría utilizar la onda para modular la amplitud de una o ambas ondas ultrasónicas. La frecuencia de las dos ondas probablemente sería la misma, o de lo contrario habría una nota de fondo consistente en el tono diferente. Sin embargo, podría ser preferible inducir deliberadamente una frecuencia baja para aumentar la aprensión.

Los términos cuadráticos también implican que el término “constante” existe incluso con un solo tono. Por lo tanto, una única fuente ultrasónica de gran amplitud, modulada en amplitud con una voz (una raíz cuadrada de la voz), induciría la voz en las cabezas de las personas expuestas a la señal. Un sistema de un proyector, como sistema 60, sería el sistema de elección para, por ejemplo, dispositivos portátiles.

Tonos de ritmo

Además de los tonos combinados descritos anteriormente, que se deben a la respuesta cuadrática del oído, se produce un fenómeno denominado efecto de “frecuencia de batido” si las dos frecuencias están muy próximas entre sí. Los tonos de batido son importantes en el uso de frecuencias muy bajas, ya que son causados ​​por un término de respuesta lineal, que generalmente es de mayor amplitud que el tono combinado.

Observando dos ondas con frecuencias ligeramente diferentes f y f+δf (con δf pequeño), la respuesta lineal será:

R(t)=A*{a*cos(ft)+b*cos[f+δf)t]}

utilizando identidades trigonométricas:

cos{(f+δf)t]=cos(δft)*cos(ft)-sin(δft)*sin(ft),

y

R(t)=A*{[a+b*cos(δft)]*cos(ft)-b*sin(δft)sin(ft)}

Ambos términos incluyen ondas con frecuencia f cuya amplitud se modula a una frecuencia δf. Cuando f es una frecuencia audible, los cambios pulsantes de amplitud (batido) son claramente audibles.

A medida que aumentan los latidos, la frecuencia de los mismos se hace más difícil de distinguir y se percibe gradualmente como un tono más débil e independiente. Por lo tanto, se puede decir que el fenómeno de los latidos matiza el fenómeno de los tonos combinados.

Dos tonos ultrasónicos cuyo tono combinado es de frecuencia muy baja producen un fenómeno de pulso, en el que la frecuencia del pulso sería igual a la frecuencia del tono combinado. En este caso, el oído percibiría el pulso. La amplitud del pulso será mayor que la del tono combinado, ya que surge de la respuesta lineal, en lugar de la cuadrática, del oído.

Por lo tanto, es probable que se puedan inducir sonidos de baja frecuencia con amplitudes particularmente altas.

Cómo producir sonidos sin distorsión utilizando dos fuentes de sonido ultrasónico

El procesamiento de señales basado en computadora en tiempo real se puede utilizar para producir una señal comprensible y no distorsionada a partir de un par de proyectores ultrasónicos de la siguiente manera.

Supongamos que una señal sinusoidal de frecuencia f ₁ se alimenta a uno de Proyectores 30 y 50, y la señal para transmisión es analizada por Fourier en tiempo real por una computadora y se puede escribir:

f(t)=Σa.sub.i *cos(f.sub.it).

La computadora toma cada una de las frecuencias f _i y le suma f _{1 , y luego construye la señal:}

g(t)=Σa.sub.i *cos[(f.sub.1 +f.sub.i)t].

Si se amplifica g(t) y luego se envía al segundo proyector, la señal en las regiones donde se cruzan los dos haces (sonido región de superposición 55 es:

Acos(f.sub.1 t)+Bg(t).

El cuadrado de esta señal es:

A.sup.2 cos.sup.2 (f.sub.1 t)+B.sup.2 g.sup.2 (t)+2ABcos (f.sub.1)g(t).

Ignoraremos los dos primeros términos, ya que ambos son ultrasónicos. El tercer término es:

2AB{Σa.sub.i [cos(f.sub.1 t)cos(f.sub.1 +f.sub.it)]}

Usando identidades trigonométricas estándar, esto es:

AB{Σa.sub.i [cos[(f.sub.1 +f.sub.1 +f.sub.i)t]+cos[(f.sub.1 -f.sub.1 -f.sub.i)t]}

El primer conjunto de estas sumas será nuevamente ultrasónico, por lo tanto no audible. El segundo conjunto, sin embargo, es

ABΣa.sub.i cos(f.sub.it)

(teniendo en cuenta que: cos(-ft)=cos(ft))

Por tanto, una forma amplificada de la señal que deseamos transmitir.

De manera similar, el procesamiento de señales basado en computadora en tiempo real se puede utilizar para producir una señal comprensible y no distorsionada a partir de un solo proyector ultrasónico, donde la raíz cuadrada de una señal de entrada es producida por la computadora.

Propagación y focalización del sonido ultrasónico

Una de las grandes ventajas de utilizar un sonido ultrasónico como portador de sonidos audibles es la facilidad de enfoque debido a la corta longitud de onda involucrada. Los sonidos son un fenómeno ondulatorio, al igual que la luz, y pueden ser tratados matemáticamente mediante las mismas ecuaciones que describen la luz, con los cambios apropiados en la interpretación de las magnitudes involucradas.

Supongamos que una fuente puntual de sonido se encuentra en el foco de un espejo de sonido o cerca de él. Como el sonido se refleja por una diferencia repentina en la densidad del material de propagación, la mayoría de los materiales, como los metales o los plásticos, servirán como espejos. Como en el caso de la luz, la posición de la fuente en, delante o detrás del punto focal determinará el carácter de la onda reflejada desde el espejo. Cuando se utiliza la aproximación de “óptica geométrica”, el punto focal delante del espejo es más importante. Nos interesará más el caso en el que el sonido se llevaría a un foco puntual a cierta distancia delante del espejo, si utilizáramos la aproximación de “óptica geométrica”. La onda sonora debería entonces estar representada por una onda esférica centrada en el punto focal geométrico del espejo. Sin embargo, la onda no sería una esfera completa, ya que el espejo tiene un tamaño finito. El sonido emitido por la fuente que pasó más allá del límite del espejo no se reflejará ni se enfocará en el punto focal. El tamaño finito del espejo hace que la onda muestre difracción y no se enfoque en un punto geométrico.

La parte más pertinente del análisis reside en el hecho de que existe un círculo de difracción que rodea el punto focal. El radio del círculo es 00/.610*(1/a)*f. En esta fórmula, 1 es la longitud de onda (la velocidad del sonido (3,30-10 ⁴ cm./seg.) dividida por la frecuencia), a es el radio del espejo y f es la distancia al punto focal del espejo. Alrededor del 80% de la energía total que llega al espejo desde la fuente pasa a través del círculo de difracción descrito anteriormente. Esta es la base para el cálculo de la potencia de la fuente necesaria para producir un flujo de potencia determinado en el punto focal.

Al alejar la fuente del punto focal cercano del espejo, la energía se distribuirá por áreas más grandes en las proximidades del punto focal más lejano. Esta será la técnica que se utilizará cuando se exponga a una multitud, en lugar de a un individuo.

Otra característica importante del sonido ultrasónico es que es absorbido por el aire en una medida mucho mayor que el sonido audible. A 1 MHz, el coeficiente de atenuación para el aire es 15(1/mtr.), que varía con el cuadrado de la frecuencia. Este coeficiente es para la presión, por lo que se debe utilizar el doble del valor calculado para obtener la atenuación de la intensidad, que depende del cuadrado de la presión.

La absorción es moderada para frecuencias cercanas a los 30 kHz, pero se vuelve severa para ondas de 100 kHz. Esto dará lugar a compensaciones entre las mejores propiedades de enfoque de las ondas más cortas y la menor absorción de las ondas más largas.

Las numerosas características y ventajas de la invención se desprenden de la memoria descriptiva detallada y, por tanto, se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran todas las características y ventajas de la invención que se enmarcan en el verdadero espíritu y alcance de la misma. Además, puesto que a los expertos en la materia se les ocurrirán fácilmente numerosas modificaciones y cambios, no se desea limitar la invención a la construcción y funcionamiento exactos ilustrados y descritos y, en consecuencia, se puede recurrir a todas las modificaciones y equivalentes adecuados que se enmarcan en el alcance de la invención.