Торокин А. А. Основы инженерно-технической защиты информации. Факультет защиты информации кафедра инжернернотехнической защиты информации
 Скачать 1.98 Mb.
|
 Рис. 3.12. Структурная схема акустического приемника. а). Микрофоны Микрофон выполняет функцию акустоэлектрического преобразования и в, основном, определяет чувствительность и диапазон частот принимаемых акустических сигналов. Конструкция микрофона определяет его диаграмму направленности. В настоящее время созданы микрофоны, в которых используются для акустоэлектрических преобразований различные физические процессы. Классификация микрофонов приведена на рис. 3.13.  Рис. 3.13. Классификация микрофонов. Угольные микрофоны являются наиболее древними акустоэлектрическими функциональными преобразователями. Они представляют собой круглую коробочку с гранулированным древесным углем, закрываемую тонкой металлической упругой крышкой - мембраной. К электроду, укрепленному на дне коробочки, и мембране подается напряжение около 60 В, под действием которого в массе угольного порошка протекает электрический ток. Принцип работы угольного микрофона основан на изменении сопротивления угольного порошка, находящегося между мембраной и неподвижным электродами. Акустические волны приводят мембрану микрофона в колебательное движение, под действием которой изменяется степень сжатия угольного порошка и площадь соприкосновения его гранул друг с другом. В результате этого сопротивление порошка и сила протекающего через него тока меняется в соответствии с громкостью звука, т. е. производится запись информации путем амплитудной модуляции электрического тока. Сопротивление угольного микрофона зависит от его положения в пространстве относительно источника акустического сигнала, зернистости и технологии обработки порошка, тока питания и других факторов. Это сопротивление может составлять у низкоомных микрофонов 35-65 Ом, среднеомных - 65-145 Ом и высокоомных-145-300 Ом [17]. Угольные микрофоны имеют низкую стоимость, создают без дополнительного усилителя уровни сигналов, достаточные для передачи их на большие (десятки км) расстояния. Однако они узкополосные, имеют низкую чувствительность и нуждаются в мощном источнике тока. Используются в телефонной проводной связи. Конструкция электродинамических микрофонов аналогична конструкции электродинамического громкоговорителя. Чувствительность их составляет 1.6-2 мВ/Па. Динамические микрофоны относительно просты, надежны в работе, могут работать в широком диапазоне температур и влажности, устойчивы к сотрясениям и широко применяются в различной звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуре. В электромагнитном микрофоне в результате колебаний мембраны из ферромагнитного материала возникает эдс индукции в обмотке неподвижной катушки с сердечником, по которой протекает постоянный ток. Конденсаторный микрофон представляет собой капсюль, состоящий из двух параллельно расположенных пластин-электродов, один из которых массивный, другой - тонкая мембрана. Электроды образуют конденсатор, емкость которого зависит от площади пластин и расстояния между ними. К электродам подводится через резистор поляризующее постоянное напряжение. При воздействии на мембрану звуковых волн изменяются расстояния между электродами и емкость конденсатора. В результате через сопротивление протекает ток и возникает напряжение, амплитуда которых пропорциональна звуковому давлению на мембрану. При расстоянии между обкладками 20-40 мкм и поляризующем напряжении в несколько десятков вольт чувствительность микрофона достигает 10 мВ/Па. Конденсаторные микрофоны имеют высокая чувствительность, равномерную частотную характеристику в звуковом диапазоне, но стоимость их также высока. Используются в основном как измерительные микрофоны. Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, мембрана которого выполнена из полимерных материалов (смол), способных в сильном электрическом поле и при высокой температуре заряжаться и сохранять электрический заряд продолжительное время. Такие материалы называют электретами. Мембрана из электрета металлизируется, между пластинами возникает разность потенциалов 45-130 В. Электретные микрофоны дешевле конденсаторных, не нуждаются во внешнем источнике и широко применяются для звукозаписывающей аппаратуры, в том числе для негласного подслушивания. Действие пьезоэлектрического микрофона основано на возникновении эдс на поверхности пластинок из пьезоматериала, механически связанных с мембраной. Колебания мембраны под давлением акустической волны передаются пьезоэлектрической пластине, на поверхности которой возникают заряды, величина которых соответствует уровню громкости акустического сигнала. По направленности микрофоны разделяются на ненаправленные, двухсторонней, односторонней направленности. Направленность микрофона определяется по уровню сигнала на его выходе в зависимости от поворота микрофона по отношению к источнику акустической волны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Ширина диаграммы направленности микрофона оценивается в градусах на уровне 0.5 (0.7) от максимальной мощности (амплитуды) электрического сигнала на его выходе. Чем уже ширина диаграммы направленности микрофона, тем меньше доля помех попадает на его мембрану из направлений, отличающихся от направления на источник акустического сигнала с информацией. Пространственное ограничение помех повышает отношение сигнал/помеха на мембране микрофона. Частотные искажения при преобразовании акустической волны в электрический сигнал определяются неравномерностью частотной характеристики микрофона. Она определяет отклонения уровня спектральных составляющих звукового сигнала на выходе преобразователя по отношению к входному сигналу. Для добывания информации особый интерес представляют остронаправленные микрофоны, которые позволяют существенно увеличить дальность подслушивания. Острая направленность микрофонов обеспечивается за счет соответствующей конструкции микрофона, которую можно представить в виде акустической антенны с соответствующей диаграммой направленности. Такая диаграмма направленности формируется различными акустическими антеннами, содержащими плоскую, трубчатую и параболическую поверхности. Акустическая антенна параболического микрофона представляет собой параболическое зеркало диаметром примерно 300 мм, в фокусе которого размещается мембрана микрофона. Коэффициент усиления такого микрофона достигает 80 дБ Трубчатый остронаправленный микрофон состоит из одной трубки диаметров около 80 мм или набора трубок, длины которых согласованы с длинами волн акустического сигнала. В торце трубок укрепляется мембраны микрофонов. Наибольшая длина трубки или их набора не превышает 650 мм. Коэффициент усиления такого микрофона достигает 90 дБ. На основе параболической и трубчатой акустических антенн создан, например,градиентный направленный микрофон UM 124.2, который состоит из трубки диаметром 20 мм в поролоновом ветрозащитном чехле, параболического отражателя диаметром 175 мм из акриловой пластмассы и капсюля микрофона. Длина микрофона составляет в зависимости от модификации 150 или 200 мм. Ширина диаграммы направленности такого микрофона уменьшена до 30, 20 и 10 градусов (для разных модификаций). Поверхность плоского направленного микрофона встраивается в стенку атташе-кейса или в жилет, носимый под рубашкой и пиджаком, и передает колебания мембранам микрофонов, укрепленных на плоской поверхности. За счет увеличенной площади поверхности, воспринимающей колебания акустической волны, ширина диаграммы направленности составляет 20-25 градусов. Такой микрофон обеспечивает съем речевой информации на удалении до 50 метров от источника. Рекламируемые возможности по дальности подслушивания направленных микрофонов (100 и более метров) завышаются. По оценке [56] реальная дальность подслушивания речевой информации на улице города составляет при коэффициенте направленного действия микрофона 15 дБ всего 6-12 м. По диапазону частот микрофоны разделяются на узкополосные и широкополосные. Узкополосные микрофоны предназначены для передачи речи. Широкополосные микрофоны имеют более широкую полосу частот и преобразуют колебания в звуковом и частично ультразвуковом диапазонах частот. По способу применения микрофоны разделяются на воздушные, гидроакустические (гидрофоны) и контактные. Последние предназначены для приема структурного звука . Например, контактный стетоскопный микрофон UM 012, прикрепленный к стене помещения, позволяет прослушивать разговоры в соседнем помещении при толщине стен до 50 см. Модификацией контактных микрофонов являются ларингофоны и остеофоны, воспринимающие и преобразующие в электрические сигналы механические колебания (вибрации) связок и хрящей гортани или кости черепа говорящего. Эти приборы мало чувствительны к внешним шумам и позволяют передавать речевую информацию из помещений с высоким уровнем акустических шумов. Возможности микрофонов определяются следующими характеристиками: - осевой чувствительностью на частоте 1000 Гц; - диаграммой направленности; - диапазоном воспроизводимых частот колебаний акустической волны; - неравномерностью частотной характеристики; - масса-габаритными характеристиками. Чувствительность - один из основных показателей микрофона и оценивается коэффициентом преобразования давления акустической волны в уровень электрического сигнала. Так как чувствительность микрофона для разных частот акустических колебаний различная, то она определяется на частоте наибольшей чувствительности слуховой системы человека, - 1000 Гц. Измерения проводятся для акустической волны, направление распространения которой перпендикулярно поверхности мембраны, в вольтах или милливольтах мВ на Паскаль (В/Па, мВ/Па). Чувствительность микрофона зависит в основном от параметров физических процессов в акустоэлектрических преобразователях и площади мембраны микрофона. К наиболее чувствительным микрофонам относятся электродинамические, электретные и пъезоэлектрические. Чувствительность микрофона повышается с увеличением площади мембраны приблизительно в квадратической зависимости. Например, чувствительность конденсаторного микрофона с диаметром мембраны 6 мм, составляет 1.5-4 мВ/Па, для диаметра 12 мм‑12.5 мВ/Па, а при диаметре 25 мм она увеличивается до 50 мВ/Па. По конструктивному исполнению микрофоны бывают широкого применения, специальные миниатюрные и специальные субминиатюрные, применяемые в различных закладных устройствах. Электрические сигналы на выходе микрофонов, используемых для добывания информации, усиливаются в устройстве усиления и регистрации до величины, необходимой для их записи с помощью аудиомагнитофона или преобразования в акустический сигнал для обеспечения восприятия информации человеком. б). Аудиомагнитофоны Для регистрации информации широко применяются магнитофоны с вынесенными и встроенными микрофонами, в которых в единой конструкции объединяются функции микрофона и магнитофона. Последние называют диктофонами. Диктофоны для скрытного подслушивания имеют пониженные акустические шумы лентопротяжного механизма, металлический корпус для экранирования высокочастотного электромагнитного поля коллекторного двигателя, в них могут отсутствовать генераторы стирания и подмагничивания. Характеристики некоторых типов миниатюрных магнитофонов, используемых для подслушивания, указаны в табл. 3.7. Таблица 3.7.
Запись производится на микрокассете со скоростью 2.4 или 1.2 см/с, длительность записи в зависимости от скорости и типа кассеты составляет от 15 мин. до 3-х часов. Различные модели диктофоны могут иметь следующие сервисные функции: активация записи голосом, возможность подключения внешнего микрофона, автостоп и автореверс, жидкокристаллический дисплей с индикацией режимов работы и расхода ленты. в). Приемники опасных сигналов Для приема опасных сигналов, несущих речевую конфиденциальную информацию, используют как бытовые, так и специальные приемники радио и электрических сигналов. Однако возможности бытовой радиоприемной аппаратуры ограничены узким диапазоном частот, выделенной для радиовещания. В диапазоне длинных волн и средних волн радиовещание осуществляется в интервале 148-1607 кГц, а в ультракоротком диапазоне в РФ - 64-74 МГц, в странах Западной Европы - 88-108 МГц. Все более широкое распространение для подслушивания применяют сканирующие приемники, рассмотренные выше. Для выделения, приема, усиления опасных электрических сигналов, распространяющихся по телефонным, радиотрансляционным и другим линиям, применяются селективные и специальные усилители низкой частоты. Специальные усилители содержат селективные элементы со специфическими характеристиками для выделения, например, опасных сигналов из сигналов электропитания, содержат датчики для дистанционного съема сигналов, а также имеют конструкцию, удобную для переноса и автономной работы в различных условиях скрытного подслушивания. г). Закладные устройства С целью обеспечения реальной возможностью скрытного подслушивания и существенного повышения его дальности широко применяются закладные устройства (закладки, радиомикрофоны, “жучки”, “клопы”). Эти устройства перед подслушиванием скрытно размещаются в помещении злоумышленниками или привлеченными к этому сотрудниками организации, проникающими в помещение под различными предлогами. Такими предлогами могут быть посещения руководства или специалистов посторонними лицами с различными предложениями, участие в совещаниях, уборка и ремонт помещения, ремонт помещения и технических средств и т. д. Закладные устройства в силу их большого разнообразия конструкций и оперативного применения создают серьезные угрозы безопасности речевой информации во время разговоров между людьми практически в любых помещениях, в том числе в салоне автомобиля. Разнообразие закладных устройств порождает многообразие их вариантов их классификаций. Вариант классификации указан на рис. 3.14.  Рис. 3.14. Классификации закладных устройств. По виду носителя информации от закладных устройств к злоумышленнику их можно разделить на проводные и радиозакладки. Носителем информации от проводных закладок является электрический ток, который распространяется по направляющим - электрическим проводам. Проводные закладки, содержащие микрофон для преобразования акустических речевых сигналов в электрические, относятся к акустическим закладным устройствам, а ретранслирующие электрические сигналы с речевой информации, передаваемые по телефонной линии, образуют группу проводных телефонных закладок. Первые представляют собой: - субминиатюрные микрофоны, скрытно установленные в бытовых радио- и электроприборах, в предметах мебели и интерьера и соединенные тонким проводом с микрофонным усилителем или аудиомагнитофоном, размещаемыми в других помещениях; - миниатюрные устройства, содержащие микрофон, усилитель и формирователь сигнала, передаваемого, как правило, по телефонным линиям и цепям электропитания. Проводные акустические закладки в виде микрофона имеют высокую чувствительность и помехоустойчивость, но наличие провода демаскирует закладки и усложняет их установку, в особенности в условиях дефицита времени. Поэтому такие закладки могут устанавливаться во время ремонта или в помещениях с возможностью достаточно простого и длительного доступа в них людей, например, в номера гостиниц. Закладки, использующие цепи электропитания, устанавливаются в основном в местах подключения проводов электропитания к выключателям, сетевым. Радиозакладки лишены недостатков проводных, но у них проявляется другой демаскирующий признак - радиоизлучения. В зависимости от вида первичного сигнала радиозакладки можно разделить на аппаратные и акустические. Аппаратные закладки устанавливаются в телефонных аппаратах, ПЭВМ и других радиоэлектронных средствах. Входными сигналами для них являются электрические сигналы, несущие речевую информацию (в телефонных аппаратах), или информационные последовательности, циркулирующие в ПЭВМ при обработке конфиденциальной информации. В таких закладках отсутствует необходимость в переписывании информации с акустического носителя на носитель среды распространения, что упрощает их конструкцию, и имеется возможность использования для электропитания энергию средства. Модуляция несущего колебания в них производится сигналами, циркулирующими в аппарате (в телефоне - электрическими аналоговыми сигналами, в ПЭВМ - дискретными бинарными сигналами), а для питания используется или энергия электрических сигналов или питающие напряжения аппарата, в котором установлена закладка. Наиболее широко применяются акустические радиозакладки, позволяющие наиболее просто и скрытно устанавливать в различных местах помещения. Простейшая акустическая закладка содержит (см. рис. 3.15) следующие основные устройства: микрофон, микрофонный усилитель, генератор несущей частоты, модулятор, усилитель мощности, антенну. |