Защита информации. Халяпин д. Б. Защита информации. Вас подслушивают Защищайтесь!Москва
 Скачать 5.29 Mb.
|
ГЛАВА II. же от свойств среды распространения и формы волны (Л. 3,94,107). Одной из характеристик любой произвольной точки звукового поля является звуковое давление, вызываемое переменной составляющей звуко вой волны. Звуковое давление - это переменная часть давления, возникающего при прохождении звуковой волны в среде распространения. Измеряется эта сила, действующая на единицу площади в паскалях (Па). Звуковое давление в воздухе изменяется от 10 -5 Па вблизи порога слы шимости до 10 3 Па - болевой порог при самых громких звуках (шум реак тивного самолета). При средней громкости разговора переменная состав ляющая звукового давления порядка 0,1 Па. Минимальное звуковое давление, на которое реагирует человеческое ухо, составляет 2*10 -5 Па, максимально же воспринимаемое без ощущения боли звуковое давление 10 2 Па (рис. 2.1 и 2.2). Следовательно, диапазон звуковых давлений, воспринимаемых человеческим ухом, составляет 10 7 Иногда для характеристики звука применяется уровень звукового дав ления, выраженного в децибелах (дБ) - отношение величины данного зву кового давления Р к пороговому значению звукового давления равному Р 0 = 2*10 -5 Па: N = 20lg (Р/Р 0 ) дБ Плоскость между порогом слышимости и болевым порогом называ ют плоскостью слышимости. Эта плоскость характеризуется следующими данными: - по частоте колебаний - 20Гц - 20 кГц; - по звуковому давлению - 0-140 дБ. Область разговорной речи (рис.2.1) обозначена горизонтальной штри ховкой (по частоте колебаний 0,2-4,0 кГц, по звуковому давлению 35-85 дБ), негромкой музыки- вертикальной штриховкой (Л.11, 41). Среднее по времени значение мощности звука, отнесенное к единице площади, называют интенсивностью звука (силой звука). Интенсивность звука оценивается уровнем интенсивности по шкале децибел (Л.94): N = 10 lg (J/J 0 ), где J - интенсивность данного звука, J 0 = 10 -12 Вт/м 2 С интенсивностью звука связана громкость звука - величина, характе ризующая слуховое ощущение от данного звука (рис.2.2). Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (интенсивности звука). При неизменной частоте и форме колебаний громкость звука растет с уве личением интенсивности звука (звукового давления). При одинаковом зву ковом давлении громкость звука гармонических колебаний различной час тоты различна, т.е. на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности. 77 чать его по силе, высоте тона и окраски, а также узнавать направление на источник звука. Чувствительность нашего органа слуха превосходит во многих отно шениях свойства лучшей акустоэлектрической техники. Например, порог слышимости лежит настолько низко и рационально, что его дальнейшее снижение может привести к восприятию шумов в системе кровообращения и пищеварения, что, естественно, было бы ненормально. Анатомически наше ухо состоит из трех составных частей - наружное ухо, среднее ухо, внутреннее ухо (рис.2.3). Звук, воспринимаемый слуховым каналом уха, вызывает колебания барабанной перепонки, передающиеся затем на слуховые косточки. Слухо вые косточки образуют рычаг, один конец которого в форме улитки обра зует звуковые колебания. К улитке подходят нервные волокна, связанные со слуховым нервом. Кортиев орган, в котором сосредоточены нервные волокна, находится в спиральном лабиринте улитки. Следует отметить, что человеческая барабанная перепонка работает как приемник давления (у некоторых обитателей животного мира как при емник градиента давления (кузнечик, саранча) или как приемник колеба тельной скорости (некоторые членистоногие). Одно из основных свойств слуха - возможность определения направ ления звука в горизонтальной и вертикальной плоскостях и оценки рассто яния до источника звука. Наиболее точно человек определяет направление в горизонтальной плоскости. Достигается это благодаря бинауральному эффекту - звуки от одного и того же источника к правому и левому уху приходят неодинаковыми. Они могут отличаться по интенсивности, фазе колебания и времени прихода. Эти различия приводят к возникновению в центральной нервной системе психофизиологического суждения (представ ления) о направлении звука. Главную роль в локализации направления на источник звука создают частоты от 1000 до 3200 Гц. Для звука более низкой частоты (200 - 300 Гц) определить направление прихода звука трудно, так как длина звуковых волн на этих частотах велика и они, свободно огибая голову, создают примерно одинаковые звуковые давления у левого и правого уха. Механические колебания, которые в слуховом канале превращаются в электрические, приводят к слуховому восприятию, если их частота лежит в диапазоне 16 - 20000 Гц и эффективное звуковое давление на частоте 1000 Гц находится между 2 - 10 -5 Па и 20 Па (рис.2.1 и 2.2). Величина звукового давления, при которой начинается слуховое воспри ятие, зависит от частоты. Она минимальна в области между 1000 и 6000 Гц. В соответствии с законом ощущения звука, сформулированным Вебе ром и Фехнером, одинаковые относительные изменения раздражающей силы вызывают одинаковые приращения слухового ощущения. Т.о. слуховое ощу 81 щения - Е равен: Е= 10lgI/Iпс; Где Iпс-раздражающая сила на пороге слышимости. E=N1-Nпс; Где N1=10lgl+120-уровень интенсивности звукаI,Вт/м2. Т.о. уровень ощущения представляет собой уровень над порогом слы шимости. Т.к. уровень ощущения неточно характеризует субъективное ощуще ние, в акустике применяется понятие уровня громкости звука. Речевая информация. Особенности образования речевого сигнала. Основное назначение речи - передача информации от человека к чело веку как при непосредственном общении, так и с помощью средств связи. Речь в акустике, последовательность звуков речи, произносимых, как правило, слитно, с паузами только после отдельных слов или групп звуков. Слитность произношения звуков речи, вследствие непрерывности движе ния артикуляционных органов речи вызывает взаимное влияние смежных звуков друг на друга. Артикуляционные органы имеют неодинаковые раз меры у разных людей, и каждому человеку свойственна своя манера произ несения звуков речи, поэтому звуки речи каждого человека индивидуаль ны. Речь может быть охарактеризована тремя группами характеристик: - семантическая или смысловая сторона речи - характеризует смысл тех понятий, которые передаются при ее помощи; - фонетическая характеристика речи - данные, характеризующие речь с точки зрения ее звукового состава. Основной фонетической ха рактеристикой звукового состава является частота встречаемости в речи различных звуков и их сочетаний; - физическая характеристика - величины и зависимости, характери зующие речь как звуковое явление. Звуки речи, объединяясь в определенные физические комбинации, образуют некоторые смысловые элементы, которые также различаются и чисто физическими параметрами - мощностью, звуковым давлением, час тотным спектром, длительностью звучания. Человеческая речь представляет собой сочетание определенных пос ледовательностей звуков, характерных для данного языка. Звуки произно сятся, как правило, слитно, имея паузы только после групп звуков или от 82 (произнесенные человеком) небольшого числа фонем. Фонема - это некая наименьшая типизированная единица звучания данного языка, с помощью которой различаются и отождествляются слова и их словосочетания. В рус ской речи их насчитывается 41: 6 гласных («а», «о», «у», «э», «и», «ы»), 3 твердых согласных («ш», «ж», «ц»), 2 мягких («ч», «й») и 15 в твердом и мягком видах; звуки речи «я», «ю», «е» и «ё» относятся к составным («йа», «йу», «йэ», «йо») и т.д. Как видно, фонем несколько больше, чем букв, так как многие из со гласных букв соответствуют двум звукам - твердому и мягкому, в то же время почти половина гласных букв представляет из себя двойной звук («й»+гласный). Известно, что звуки речи неодинаково информативны. Так, гласные звуки содержат малую информацию о смысле речи, а согласные более информативны (наиболее информативны глухие согласные). Напри мер, в слове «посылка»: последовательность «о.ы.а» ничего не говорит, а - «п.с.л.к» дает почти однозначный ответ о смысле слова. Существует непосредственная связь между разборчивостью речи, ус ловиями приема и характеристиками трактов передачи (утечки информа ции). Указанную связь удалось установить при помощи формантной тео рии, разработанной Флетчером и Коллардом. Речевой тракт человека представляет собой сложный акустический фильтр с рядом резонансных полостей, создаваемых артикуляционными органами речи, поэтому выходной сигнал, т.е. произносимая речь имеет спектр с огибающей сложной волнообразной формы (рис.2.4). Области максимальной концентрации энергии в спектре звука речи называются формантами, а провалы - антиформантами. В речевом тракте для каждого звука речи есть свои резонансы и антирезонансы (рис.2.4, для буквы “з”). Их расположение зависит как от положения звука в слове или фразе , так и от индивидуальных особенностей (Л.94) артикулярного аппа рата человека. Каждый звук имеет несколько формант. Форманты звуков речи заполняют частотный диапазон от 150 до 7000 Гц. Этот диапазон в акустике делят на 20 полос равной разборчивости, при этом вероятность появления формант в каждой полосе равной разборчивости равна 0,05. При появлении шумов разборчивость уменьшается, что характеризу ется коэффициентом восприятия или коэффициентом разборчивости-wi. T.o. в каждой полосе равной разборчивости вероятность приема формант рав на 0,05 wi. Коэффициент разборчивости определяется уровнем ощущения формант Еф=Вр-Вш; Где - Вр-средний спектральный уровень речи; Вш-спектральный уро вень шумов. 83 |