Защита информации. Халяпин д. Б. Защита информации. Вас подслушивают Защищайтесь!Москва
 Скачать 5.29 Mb.
|
|
N ш = 20 lg (U ш /U 1 ), где: U m - эффективное значение напряжения, обусловленного флюктуа циями давления в окружающей среде и тепловыми шумами схемы микрофона; U1- напряжение при воздействии на микрофон полезного сигнала с эффективным действием 0,1 н/м 2 Характеристика направленности микрофона может быть представле на уравнением улитки Паскаля: R(θ) = (l+C*cos θ)(1+С), где: R(θ) - отношение чувствительности микрофона Е(0) (под углом 0 к его оси) к осевой чувствительности Е 0 ; С - отношение чувствительности приемника к градиенту давления, определяющее форму характеристики направленности. В зависимости от действующей на диафрагму микрофона результиру ющей силы звукового давления F величина выходного напряжения микро фона определяется величиной: а) для угольного микрофона U = (KFU 0 Rn)/(wZ M (R i n 2 +R H ), где: m - коэффициент модуляции; U 0 приложенное к микрофону постоянное напряжение; R h - сопротивление нагрузки микрофона; К - отношение коэффициента модуляции к величине смещения диаф рагмы микрофона; 213 F - действующая на диафрагму микрофона результирующая сила зву кового давления; n - коэффициент трансформации; R 1 - внутреннее сопротивление микрофона; Z m - механическое сопротивление акустической системы микрофона. б) для электромагнитного микрофона: U = ω *Ф 0 *F* R н / d Z м ( R n + Z i ) , где: ω - число витков обмотки; Ф 0 - магнитный ток, исходящий из полюса магнитной системы; d - зазор между полюсом и якорем; Z i - внутреннее электрическое сопротивление микрофона. в) для электродинамического катушечного микрофона: U = B*L*F*R н / Z м (R i + R n ) = B*L* υ*R н / (R i + R n ), где: В - индукция в зазоре магнитной системы; L - длина проводника обмотки подвижной катушки; υ - колебательная частота диафрагмы (якоря). Результирующая сила звукового давления микрофона (т.е. сила, дей ствующая на одну сторону диафрагмы) определяется соотношением: F = k*p 0 *S, где: р 0 - звуковое давление, имевшее место в акустическом поле до внесе ния в него микрофона; к - коэффициент дифракции, определяемый как отношение звукового давления р на поверхность диафрагмы к давлению р 0 ; S - поверхность диафрагмы, на которую воздействует звуковое давле ние. Существует значительное количество различных схем и конструкций микрофонов. Однако для специальных целей несанкционированного полу чения информации используются малогабаритные микрофоны (как для прямого использования, так и в схемах закладных и подслушивающих уст ройств). Характеристики электродинамического миниатюрного микрофона ММ-5 и конденсаторных электретных микроминиатюрных микрофонов типа МКЭ-3 и МКЭ-5 приведены в таблицах 6.1, 6.2 и 6.3 и на рис. 6.4. Габаритные размеры современных конструкций микрофонов позво ляют использовать их без камуфляжа, размещая в интересующих помеще ниях через отверстия в стенах, дверях, через замочные скважины (рис.6.5). Широко используется применение для несанкционированной записи мик рофонов, закамуфлированных под часы, авторучки, броши, пуговицы и т.п. (рис.6.5в). Конденсаторный электретный микрофон МКЭ-3 в микроминиатюр ном исполнении предназначен для использования в аппаратуре магнитной записи. Микрофон МКЭ-3 применяется в качестве встраиваемых устройств в РЭА. 214 215 Микрофон МКЭ-3 выполнен в пластмассовом корпусе, имеющем фла нец для крепления к лицевой панели РЭА с внутренней стороны. Схемати чески устройство микрофона приведено на рис.6.1 в. Микрофон МКЭ-3 относится к ненаправленным, имеет диаграмму в виде круга (рис.6.За). Таблица 6.1 Основные параметры микрофона МКЭ-3: Номинальный диапазон рабочих частот, Гц Чувствительность по свободному полю на 10 ООО Гц, мВ/Па, Неравномерность частотной характеристики чувствительности в диапазоне 50 - 16000 Гц. дБ. Модуль полного электрического сопротивления на 1000 Гц, Ом. Уровень эквивалентного звукового давления, обусловленного собственными шумами микрофона, дБ, 50 - 16 000 не более 3. не более 10. не более 250. не более 25. Условия эксплуатации: температура, С° относительная влажность воздуха при 20° С. %, атмосферное давление воздуха, Па Масса, г, Габаритные размеры, мм 5 - 30; не более 85; 1,2 • 10 4 (90 мм рт. ст.). не более 80. диаметр 14x22. МКЭ-5 Конденсаторный электретный микроминиатюрный микрофон направ ленного действия МКЭ-5 предназначен для использования в качестве пет личного нагрудного микрофона для приема и записи речевых переговоров. Микрофон МКЭ-5 изготавливается с приспособлением типа “кроко дил" для прикрепления к одежде (как правило, темного цвета). В комплект поставки микрофона МКЭ-5 входят: микрофонный капсюль; блок питания; микрофонный кабель и экран ветрозащитный. Схематическое устройство микрофонного капсюля рассмотрено на рис.6.1в. При работе микрофона блок питания с гальваническим элементом находится в руке или кармане. С помощью выходного кабеля от блока питания микрофон подключается к входу звукоусилительного тракта записывающего устройства. Микрофон имеет круговую диаграмму направленности (рис.6.3а). Схе ма приема акустических волн микрофоном-приемником градиента звуко вого давления приведена на рис.6.2. Таблица 6.2 Основные параметры микрофона МКЭ-5 Номинальный диапазон рабочих частот, Гц Чувствительность по свободному полю на 1000 Гц, мВ/Па, Неравномерность частотной характеристики чувствительности микрофона в 50 - 16000 Гц, дБ. Модуль полного электрического сопротивления на 1000 Гц, Ом, Уровень эквивалентного звукового давления, обусловленного собственными шумами микрофона, дБ, 50 -16 000. не менее 3. не более 12... 13. не более 250. не более 32. Условия эксплуатации; температура, С° относительная влажность воздуха при 25° С. %, многократные удары и вибрационные нагрузки Масса микрофона с блоком питания, г Масса капсюля, г. не более Длина кабеля, мм 15 - 35; не более 80; - не допускаются. 120 15 2500 Габаритные размеры: микрофона без блока питания блока питания 15,6x38x29 мм 25x49x60 мм 216 ММ-5 Электродинамический миниатюрный микрофон ММ-5 предназначен для приема речи в диапазоне частот 500 - 5000 Гц. Микроминиатюрное ис полнение микрофона и его высокие эргономические параметры позволяют использовать микрофон в качестве встроенных элементов малогабаритной радиоэлектронной аппаратуры. Микрофон ММ-5 изготавливается промышленностью в двух испол нениях - высокоомном и низкоомном и 38 типоразмеров, которые опреде ляются вариантом сочетаний сопротивления обмотки постоянному току, расположением акустического входа и его видом (рис.6.4.). Основные параметры микрофона приведены в таблице 6.3. Варианты исполнения микрофонов приведены на рис. 6.4. Таблица 6.3 Основные параметры микрофона ММ-5 Номинальный диапазон рабочих частот, Гц 500 - 5000. Чувствительность на 1000 Гц на сопротивлении нагрузки, мкВ/Па, не менее: 600 Ом (низкоомный) 3000 Ом (высокоомный) 300 600 Средняя чувствительность в диапазоне частот 500 - 5000 Гц на сопротивлении нагрузки, мкВ/Па, не менее: 600 Ом (низкоомный) 3000 Ом (высокоомный) Неравномерность частотной характеристики чувствительности в номинальном диапазоне частот, дБ, 600 1200 не более 24 Сопротивление изоляции между выводами и корпусом микрофона, МОм, не менее: в нормальных климатических условиях при воздействии относительной влажности воздуха 95 - 98 % при 30˚ С в течение двух суток 100 1 Сопротивление обмотки постоянному току. Ом: низкоомного высокоомного Масса, г, Средняя наработка на отказ, ч, Срок службы, лет, 135± 15 900±100 не более 1,5 не менее 6000 не менее 5 217 Комбинированные микрофоны Комбинированными называют микрофоны, составленные из двух или большего числа базовых микрофонов, имеющих общий выход. Например, комбинация двух микрофонов (Л. 62) один из которых яв ляется приемником давления, а другой - приемником градиента давления. Если микрофон, являющийся приемником давления, имеет чувстви тельность Е, не зависящую от угла падения 0 звуковой волны, а микрофон - приемник градиента давления, обладает чувствительностью Е 2 • cos θ, то при последовательном соединении этих микрофонов получим приемник с чувствительностью: Е ос = Е 1 + Е 2 • cos θ Осевая чувствительность такого приемника: Е ос = Е 1 + Е 2 Введем параметр q = E 2 /E 1 характеризующий долю приемника гради ента давления в значении осевой чувствительности Е ос Тогда: Е θ = Е ос (1-q+q*cosθ) И характеристика направленности такого приемника: R(ϴ) = Е иг /Е ос = 1- q + q*cosϴ Меняя параметр q можно получить разнообразные характеристики направленности. Так при q = 0 остается лишь не обладающий направленностью прием ник давления. При q = 0,5, что соответствует равенству осевых чувствительностей приемников Е 1 =Е 2 диаграмма направленности изображается кардиои дой, а при q = 1 (отсутствует приемник давления) характеристика на правленности устройства R(ϴ) = cosϴ и соответствует диаграмме в виде восьмерки. Простейшей для реализации формой объединения микрофонов явля ется электрическое комбинирование, которое заключается в сложении (син фазном или противофазном) выходящих напряжений микрофонов и осу ществляется либо непосредственно, либо с применением электрических фа зосдвигающих цепей и регуляторов. Такое комбинирование (электрическое) позволяет реализовать возмож ность дистанционного изменения характеристики направленности. В тех случаях, когда микрофоны пространственно не совмещены, ре зультирующая характеристика направленности равна произведению харак теристик направленности отдельных микрофонов, что позволяет форми ровать микрофонную систему с более узкой диаграммой направленности. Получение комбинированных характеристик возможно также при ис пользовании специальных конструкций микрофона. На рис. 6.6б показана схема катушечного акустически комбинирован ного микрофона. В отличие от микрофона - приемника давления его постоянный маг нит выполнен в форме не полого цилиндра, а отдельных стержней (кер- 218 нов). В этом случае внешнее звуковое поле действует не только на пере днюю сторону диафрагмы, но и на ее заднюю сторону, т.к. звуковая волна огибая микрофон, попадает внутрь магнита, (рис. 6.6б). Давления, действующие на переднюю и заднюю стороны диафрагмы, отличаются фазой Ф = φ 1 +φ 2 где: - φ 1 - фазовый сдвиг, приобретенный звуковой волной при прохож дении кратчайшего пути от передней стороны до входных отвер стий каналов в керне, зависящих от конструктивных особенностей микрофона и равный 2πd cosϴ/λ; - φ 2 - дополнительный фазовый сдвиг, который создается определен ным реактивным сопротивлением акустической колебательной си стемы, образуемой массой воздуха и гибкостью воздуха под мемб- Конструктивные параметры микрофона подбирают таким образом, что при фронтальном воздействии звуковой волны (ϴ = 0) разность фаз φ была равна (близка) к 180°. При этом составляющие силы складываются. Характеристика направленности таких микрофонов близка к кардио иде. Т.к. разность фаз и φ 2 зависит от частоты, то условие φ 1 = φ 2 выпол нить трудно, поэтому чувствительность при падении волны с тыла обычно не равна нулю. Однако перепад чувствительности «фронт-тыл» для микро фонов подобного типа достигает 1 2 - 1 5 dБ. Разработано значительное количество конструкций и схем подобных микрофонов, позволяющих формировать и регулировать диаграммой на правленности комбинированных микрофонов (рис. 6.6а). раной. а) Электрически комбинированный микрофон и варианты характеристик его направленности. 219 б) Устройство и принцип действия катушечного в) Схематичное изображение акустически комбинированного микрофона однонаправленного приемника Рис. 6.6. Комбинированные микрофоны. Акустические комбинированные микрофоны Комбинированный акустический приемник можно получить не только электрическим способом, но и путем создания такой акустической систе мы, при которой действующая на приемник сила может быть разложена на две компоненты, одна из которых не зависит от угла падения звуковой волны, а другая - пропорциональна cos0. Упрощенный вид такого микрофона представлен на рис. 6.6в (диаф рагма, помещенная в отрезке трубы длины 6). Колебания диафрагмы совершаются под воздействием силы F = F 1 - F 2 Эти силы, действующие по обе стороны диафрагмы, отличаются фа зой. Звуковой волне, достигающей тыловой стороны диафрагмы, помимо разности хода 5 cos0, полученной для приемника градиента давления, сле дует пройти расстояние, равное длине трубки 5. Поэтому сдвиг фаз между сигналами F 1 и F 2 можно выразить как сумму двух составляющих, одна из которых зависит от длины трубки и постоянна при всех углах приема, а другая - пропорциональна cos0. Амплитуда разностной силы выражается формулой: Fm = р зв S*δ(l- cosϴ) w/c 3B Характеристики направленности определяются выражением кардио иды - (1+ cosϴ). Изменяя площадь открытой части трубки S и ее длину 5 можно полу чить микрофон с требуемой диаграммой направленности. Такие микрофоны называют акустически комбинированными. Конструкции микрофонных систем Малые габариты микрофонов позволяют использовать их в самых различных условиях для несанкционированного получения информации. Возможны варианты только для прослушивания акустики (упрощенный вариант) или для прослушивания и одновременной записи информации. Подобные системы используются достаточно широко. Длина кабеля 220 от микрофона до наушников (диктофона) ограничена (5 - 7 метров). При большей длине кабеля используют усилитель (предварительный усилитель), который позволяет увеличить дальность передачи информации до десят ков метров. Этот усилитель может быть выполнен в виде конструктивного элемента, расположенного на кабеле с пазами для включения элемента пи тания. Включение такого предусилителя производится, как правило, под ключением элемента питания. Расположение предусилителя непосредствен но за микрофоном дает существенный выигрыш в коэффициенте шума об щей системы. Получаемые преимущества легко определить из простых соотношений, связанных с коэффициентом шума линии с длинным входным кабелем или непосредственной установки усилителя за микрофоном (рис.6.7а и б). Рис. 6.7. Учет коэффициента шумов каждой составной части микрофонной системы при вычислении суммарного соотношения сигнал/шум. 221 Рис. 6.8. Схема микрофона с усилите лем, на малошумящих транзисторах (а) и специализированной микросхеме (б). В случае, когда между усилителем и преобразователем (микрофоном) находится линия, вносящая ослабление сигнала P G1 - 0,25 и за усилителем такая же линия, то при коэффициенте шума усилителя равном 4 и усилении равном 100 общий коэффициент шума будет равен(Л.1З): 222 где F n - коэффициент шума соответствующей части системы, P G - коэффициент усиления (ослабления) элемента В нашем случае: F = 4 + (4 - 1)/0,25 + (4 - 1)/100 + (2 - 1)/25 = 16,07 (≈ 12 дБ). Если же мы усилитель приблизим вплотную к микрофону, то: F = 4 + 3/100 + 2/25 = 4,11 (≈ 6 дБ), т.е. при таком положении усилителя мы выигрываем в системе 6 дБ. При необходимости дальней передачи перехваченного информатив ного сигнала на большие расстояния усилитель, как правило, выполняется в виде двух схем - одной, расположенной сразу за микрофоном, и второй - на входе устройства, к которому подключается линия передачи. Примеры подобных схем приведены на рисунке 6.9. В схемах, приведенных на рис. 6.9, используются электретные микро фоны. Малогабаритный выносной микрофон по схеме 6.9а работает с низ ким питающим напряжением и обеспечивает длину соединительного кабе ля порядка 15-30 метров. Улучшенный вариант этой схемы, приведенный на рис. 6.9б, обеспечивает передачу сигнала до 100 метров. Рис. 6.9. Схемы усилителей с электретным микрофоном, обеспечивающие дальнюю передачу перехваченной информации. Для соединения микрофонного блока с основным целесообразно ис пользовать экранированный провод, так как использование обычного про вода (или провода типа “лапша”) приводит к ухудшению качества воспро изводимого сигнала из-за больших наводок на проводах. Микрофонные системы, предназначенные для акустического контроля большого числа помещений В ряде случаев требуется осуществление акустического контроля зна чительного количества помещений (от 4 до 100). Для подобных случаев разработаны специальные системы. Трудности в их практической реализа ции связаны с осуществлением связи с большим числом разнесенных в про странстве микрофонов, обеспечением возможности регулировки парамет ров канала связи, обеспечением как автоматического, так и ручного режи ма управления и т.п. Частично эти задачи решаются путем использования в качестве кана лов связи телефонных линий объекта, в том числе и занятых. В подобных системах в настоящее время просматриваются два основ ных направления развития: - традиционное с использованием определенного количества магни тофонов; - использование записи контролируемых микрофонов на жесткий диск ПЭВМ. К системам первого направления можно отнести комплексы типа “НВ- КП-П” (рис.6.10а), обеспечивающие: - отображение информации в режиме работы комплекса на экране встроенного жидкокристаллического индикатора; - запись информации до четырех микрофонных (телефонных) кана лов одновременно; - работу в системе VOX с регулировкой уровня срабатывания при записи с микрофонного канала; - включение магнитофона при поднятии телефонной трубки; - возможность перехода на ручное управление процессом записи ин формации на магнитофон. |