Главная | Обратная связь

Технічні канали витоку акустичної (мовної) інформації

Технічні канали витоку акустичної (мовної) інформації

 

Основные понятия акустики.

Звуком называются колебательные движения частиц упругой среды, частота колебаний которых лежит в области восприятия слухом человека.

Данная область в среднем ограничена частотным диапазоном:

инфразвук < 20 Гц 20 кГц < ультразвук

Звуковой волной называются чередующиеся сжатия и растяжения частиц среды, распространяющиеся от излучателя в пространстве.

За один полный период колебания T звуковая волна распространяется в среде на расстояние равное длине волны .

- скорость распространения звука в среде.

C_{воздуха} = 340 м/с; C_воды = 1490 м/с; C_{кирпича}= 2200 м/с; C_бетона = 3700 м/с; C_стали = 5200 м/с.

То есть зависит от скорости распространения звука в среде.

Фронт волны – совокупность звуковой волны, находящейся в одной фазе колебания.

Звуковое поле – пространство, в котором распространяется звук.

Фронт волны в зависимости от размеров и форм излучателя или от формы пространства, ограничивающего звуковое поле, может представлять: сферу, плоскость, поверхность неправильной формы.

 

 

 

Условно принято считать, что на удалении 10 см от рта человека фронт звуковой волны представляет сферу.

Звуковое давление – избыточное по сравнению с атмосферным давление в данной точке звукового поля, созданное источником звука.

Звуковое давление измеряется в Паскалях: P = 1 Па = 1 Н/м² = 1*10^-5 АТМ.

Минимальное звуковое давление, воспринимаемое ухом человека P₀= 2*10^-5 Па.

Интенсивность звука – количество энергии, проходящей через единицу площади, находящейся перпендикулярно к распространению волны в 1 секунду.

,

где - плотность среды, - скорость звука в среде.

Минимальная интенсивность звука, воспринимаемая ухом человека .

Порог слышимости – скочкообразный переход звукового давления (интенсивность звука) из неслышимого состояния в слышимое.

Поскольку орган слуха обладает логарифмической чувсвительностью, то P(I) определяют не в абсолютных значениях, а в логарифмических:

;

Единицей относительного уровня является децибел (дБ). Приращению уровня на 1 дБ соответствует увеличение мощности на 12%, тока на 26%.

Ослабление звукового давления (интенсивности) при распространении акустического сигнала в воздушной среде обусловлено геометрическим распространением фронта волны и диссипативным (вязким) затуханием звука в воздухе.

Геометрическое расширение

Для сферы – звук распространяется во все стороны равномерно:

;

Для ограниченной поверхности (цилиндрический закон) – при распространении в больших помещениях с низким потолком:

В волноводе – расширение звукового фронта не происходит (например, в трубе):

;

Диссипативное затухание обусловлено расходованием звуковой энергии на межмолекулярные столкновения.

В сравнении с геометрическим затуханием диссипативное затухание незначительно.

При столкновении звуковой волны с какой-либо преградой происходит частичное отражение и поглощение энергии. Количество акустической энергии, прошедшей из одной среды в другую, зависит от соотношения их акустических сопротивлений.

Основные понятия строительной акустики:

- коэффициент поглощения ;

- коэффициент отражения ;

- коэффициент звукопроницаемости ;

- звукоизоляция .

- количество энергии акустических колебаний, находящейся в единице объема.

Полосу частот звуковой волны принято принято измерять в октавах.

Октавой называют полосу частот, в которой верхняя граничная частота в 2 раза больше по значению нижней граничной частоты.

1 окт =∆f = f_в-f_н, при f_в=2 f_н

Центральные частоты стандартных октавных полос соответствуют следующему ряду:

2, 4, 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500 [Гц], 1, 2, 4, 8, 16 [кГц].

 

Мовний сигнал є складним частотно і амплітудно модульований шумовий процес. Він характеризується статистичними параметрами: діапазон частот; рівень сигналу; динамічний діапазон. Вважається, що частотний діапазон мови складає величини, від 70 до 7000 Гц. Енергія сигналу розподілена на цьому діапазоні нерівномірно. На Рис.2 крива 1 наведений вид середньоквадратичного спектру сигналу для російської мови.

S_сп %

L,дБ 2 0.1

 

0.05

 

f , кГц

0.07 0.35 2.5 7

Рис.2. Середньоквадратичний спектр сигналу для російської мови.

 

Близько 95% енергії мовного сигналу знаходиться в діапазоні 175-5600 Гц.

Інформаційна насиченість окремих ділянок спектру нерівномірна (Рис.2 крива 2).

Рівні мовних сигналів залежать від умов вимови.

- тихий шепіт 35….40 дБ;

- спокійна бесіда 55….60 дБ;

- виступ в аудиторії 65….70 дБ.

Динамічний діапазон рівня мовного сигналу може значно змінюватись. Різниця між рівнями для різних видів мови складає:

- дикторська мова 25…35 дБ;

- телефонні переговори 35…45 дБ;

- драматична мова 45…55 дБ.

Технічні канали витоку акустичної (мовної) інформації

Технічні канали витоку акустичної (мовної) інформації
Повітряні		Віброакустичні
портативні диктофони і дротові мікрофони скритого звукозапису		електронні стетоскопи (вібродатчик з електронним підсилювачем)
спрямовані мікрофони;		радіостетоскопи – для передавання інформації по радіоканалу
акустичні радіозакладки, для передавання інформації по радіоканалу;		електронні стетоскопи з передаванням інформації в ІЧ діапазоні хвиль
акустичні мережеві закладки для передавання по лініям силових мереж електроживлення;
Електроакустичні
акустичні ІК закладки для передавання інформаціі по оптичному каналу в інфрачервоному діапазоні;		Створюються за рахунок «мікрофонного ефекту»
акустичні телефонні закладки для передавання інформації по телефонних лініях зв’язку на підвищених частотах;		Створюються за рахунок «ВЧ нав’язування»
акустичні телефонні закладки типу “електронне вухо”
Параметрічні		Оптико-електронний
Створюються за рахунок «ВЧ опромінювання»		Створюються за рахунок опромінення лазерним променем вібруючих в акустичному полі тонких відбиваючих поверхонь
Створюються за рахунок ПЕМВ, що промодуліровани інформаційним сігналом

 

В повітряних (прямих акустичних) технічних каналах витоку інформації середовищем розповсюдження є повітря. Для перехоплення акустичних сигналів в якості датчиків засобів розвідки використовують мікрофони. Сигнали з мікрофонів або записуються в пристрої звукозапису, або транслюються передавачами на пункти прийому.

Для перехоплення акустичної (мовної) інформації використовують:

-портативні диктофони і дротові мікрофони скритого звукозапису;

-спрямовані мікрофони;

-акустичні радіозакладки, для передавання інформації по радіоканалу;

-акустичні мережеві закладки для передавання по лініям силових мереж електроживлення;

-акустичні ІК закладки для передавання інформаціі по оптичному каналу в інфрачервоному діапазоні;

-акустичні телефонні закладки для передавання інформації по телефонних лініях зв’язку на підвищених частотах;

-акустичні телефонні закладки типу “електронне вухо” для передавання інформації через телефонну лінію “телефону-наглядачу” на низькій частоті.

В вібраційних (віброакустичних) технічних каналах витоку інформації середовищем розповсюдження акустичних сигналів є конструктивні елементи споруд і будівель (стіни, перетини, підлога), труби водопостачання, каналізації та інші тверді тіла.

Для перехоплення акустичних коливань в цьому випадку використовують вібродатчики (акселерометри) та засоби розвідки з контактними мікрофонами:

-електронні стетоскопи (вібродатчик з електронним підсилювачем);

-радіостетоскопи з передаванням інформації по радіоканалу (ІЧ-діапазоні хвиль) - електронний стетоскоп з передавачем.

Електроакустичнітехнічні КВ інформації породжуються за рахунок перетворення акустичних сигналів в електричні (електроакустичні перетворення) і вміщують перехоплення акустичних коливань через допоміжні технічні засоби та системи, що мають “мікрофонний ефект”, а також шляхом ВЧ нав’язування.

Оптико-електронний (лазерний) канал витоку акустичної інформації створюється при опроміненні лазерним променем вібруючих в акустичному полі тонких відбиваючих поверхонь (скла, картин, дзеркал і т.і.). Для перехоплення мовної інформації по даному каналу використовуються складні лазерні акустичні локаційні системи (ЛАЛС). Іноді їх називають лазерними мікрофонами,котрі зазвичай працюютьв ближньому інфрачервоному диапозоні хвиль.

Для організації такого каналу перевагу має використання процесу дзеркального відбиття лазерного променя від гладкої відбиваючої поверхні. Однак при невеликих відстанях (десятки метрів) може використовуватись дифузне відбиття лазерного випромінювання.

Параметричні технічні канали витоку мовної інформації можуть утворюватись шляхом “високочастотного опромінювання” приміщення, де вмонтовані напівактивні закладні пристрої або технічні засоби, що мають елементи, параметри яких змінюються за законом зміни акустичного (мовного) сигналу.

Найбільш показовою є дія акустичного поля на ємність конденсатора. Як відомо, конденсатором є система з двох, або більше, різнойменно заряджених провідників, з рівними за величиною зарядами. Ємність конденсатора залежить від його форми та розміру. Для найпростішого плаского конденсатора ємність визначається:

 

С = εε₀ S/d = 0,88• εS/d [пФ]

 

де: ε₀ = 8,85•10^-12 [Ф/м] – абсолютна діелектрична проникність вакууму;

ε’ – абсолютна діелектрична проникність діелектрика;

ε = ε’/ ε₀ - відносна діелектрична проникність діелектрика (для повітря ε = 1,0006);

S – площа обкладинок конденсатора [cм²];

d – відстань між пластинами [мм].

Якщо кількість паралельних обкладинок дорівнює n, тоді ємність такої системи С_n дорівнює C_n =C•(n-1). Якщо з’єднати паралельно n двопластинних однакових конденсаторів C_n’, тоді загальна ємність становитиме C_n’ = С•n.

Ємність двох паралельно розташованих провідників C_п довжиною l , що мають форму циліндрів з радіусом r та розташованих на відстані а один від одного:

 

C_п = 2π εε₀ l/[ln(a/r)] [Ф].

де: величини l, a та r представлені в [м].

 

Ємність шару з радіусом r[м] дорівнює С_ш = 4 π εε₀r [Ф].

Для двох металевих сфер з радіусами r₂ та r₁ [м] при r₂>r₁ ємність С_сф [Ф] дорівнює:

 

С_сф = 4π εε₀r₁r₂/(r₂-r₁).

 

Для циліндричного конденсатора С_ц з двох циліндрів і довжиною циліндрів l при зовнішньому діаметрі внутрішнього циліндра D₁ та внутрішньому діаметрі зовнішнього циліндра D₂ ємність становить:

С_ц = 0,5 10^-3 ε l /[lg(D₂/D₁)] [пФ],

де: l , D₂, D₁ представлені в [мм].

а для спірального конденсатора з шириною спіралі b [мм] та довжиною розвернутої спіралі L [мм] та кроком намотування d [мм] ємність С_с в [пФ] дорівнює:

 

С_с = 1,76•10^-3•εbL/d.

 

Таким чином ємність завжди залежить від геометричних розмірів конструкції. При акустичному впливі на елементи конструкції в таких елементах виникає віброакустична хвиля, котра за рахунок вібраційних коливань змінює відстані між обкладинками, або елементами їх імітуючими, або змінює розмір самих обкладинок синхронно з акустичною хвилею. Оскільки струм через конденсатор визначається прикладеною напругою за законом I=C•dU/dt, то зміна ємності за рахунок зовнішнього акустичного впливу аналогічна модуляції струму I інформативним мовним сигналом при прикладеній змінній напрузі U. Це є типовою характеристикою чутливості конденсаторного мікрофона. Ємність конденсатора є змінним параметром функції зв’язку струму і напруги.