Специальные радиоизмерения

31,5÷18000 Гц, второй группы 50÷15000 Гц, третьей группы 63÷12500 Гц.

Модуль полного электрического сопротивления (называемого также  выходным или внутренним) нормируется на частоте 1 кГц. Сопротивление может быть комплексным или активным. Если оно комплексное и, следовательно, зависимое от частоты, то приводят или модуль на частоте 1 кГц, или среднее значение по диапазону частот. Для микрофонов нулевой и первой групп сложности нормируется значение модуля полного электрического сопротивления 50 Ом и менее, 100 и 200 Ом, а для микрофонов второй и третьей групп сложности также еще и 2 кОм.

Чувствительность микрофона - это отношение напряжения U на выходе микрофона к воздействующему  на него звуковому давлению р, выраженное в милливольтах на паскаль (мВ/Па): E = U/p.

Уровень чувствительности - чувствительность, выраженная в децибелах  относительно величины Е_нач = 1 В/Па.          

 

Индикаторы и  регистрирующие приборы 

 

 

          Всякий акустический измерительный  тракт включает в себя индикатор, фиксирующий значения измеряемой величины, или регистратор, оставляющий документальные подтверждения проведенного измерения. В качестве индикаторов используются электронные вольтметры со стрелочным или цифровым отсчетом и осциллографы, для регистрации – самописцы уровней и измерительные магнитофоны.          

Остановимся более подробно на описании самописцев уровней. Частотный диапазон их работы 0÷200 кГц, а динамический диапазон может достигать 75 дБ. Запись производится на движущейся бумажной ленте пером с чернилами или иглой по покрытой воском поверхности ленты. Применение иглы, не требующей регулировки при включении и выключении, позволяет использовать самописцы в автономных автоматических системах. Типовой самописец уровней представляет собой электронный мост, самобалансирующийся благодаря электромеханической обратной связи. Измеряемое напряжение  сигнала поступает на специальный сменный потенциометр, подвижный контакт которого механически связан с движущимся элементом  серводвигателя. После детектирования (причем может выделяться среднее, среднеквадратичное и    пиковое значения огибающей сигнала) сигнал поступает на балансный каскад, на который от внутреннего источника подается постоянное напряжение, противоположное по знаку напряжению продетектированного сигнала. Разность этих напряжений после усиления прилагается к обмотке серводвигателя и перемещает его подвижную часть. Подвижная система сервоусилителя сбалансирована на определенную величину сигнала на входе усилителя переменного тока.

 

При наличии сигнала на вход балансного усилителя поступает  напряжение противоположного знака; оно действует на серводвигатель, приводя его в движение по направлению уменьшения сигнала на выходе потенциометра до значения, соответствующего балансу схемы. При достижении баланса система останавливается, а перо, механически связанное с ней, показывает отклонение на ленте, определяемое характером распределения по секциям сопротивлений, составляющих входной потенциометр. Применяют линейные потенциометры, а также логарифмические, обеспечивающие отклонение пера, пропорциональное логарифму измеряемой величины.

Лента может передвигаться  с различной скоростью, соответствующей  различным масштабам времени  по горизонтальной оси. Приборы снабжают рядом регулировок, позволяющих  выбрать условия оптимальной  записи сигналов: скорости движения пера, его инерционности, фильтрации низких частот, а также обеспечивают дополнительными валами отбора мощности для привода системы изменения частоты генераторов, настройки анализаторов, для поворота преобразователей при снятии характеристик направленности. В некоторых моделях предусмотрена возможность передвижения бумаги со скоростью, пропорциональной величине второго сигнала, что превращает этот самописец в двухкоординатный. Выпускаются двухкоординатные  самописцы, производящие запись на неподвижную бумагу. В некоторых моделях предусмотрено батарейное питание.          

Набор самописцев, нашедших широкое применение в акустических исследованиях, выпускается фирмами «Брюль и Къер» (Дания) и RFT (Германия).

Магнитная система регистрации  акустических сигналов также имеет  ряд достоинств. Записанные данные можно многократно воспроизводить, что позволяет осуществлять любой  анализ, не повторяя эксперимента. Особенно удобна магнитная запись нестационарных, кратковременных и однократных  процессов и при работе в морских судовых условиях. Однако бытовые магнитофоны совершенно непригодны для метрологических целей, так как не обеспечивают количественных соотношений (по частоте, амплитуде и фазе) при воспроизведении сигналов.        

Измерительные магнитофоны  выпускаются в ограниченном ассортименте. Они представляют собой, как правило, портативные двух - четырехканальные устройства, работающие по принципу частотной модуляции. Предусмотрена возможность транспонирования частот путем изменения скорости протяжки магнитной ленты. Это позволяет осуществлять перенос низкочастотных составляющих того или иного процесса в рабочий частотный диапазон анализирующих приборов. Диапазон частот – от самых низких до 10÷15 кГц. Имеются системы речевой синхронной записи условий и отметок в процессе проведения эксперимента, указатели уровня, перегрузки и другие регулировки, обеспечивающие неискаженную запись и воспроизведение звуковых колебаний от любого вида приемников – микрофонов, гидрофонов и акселерометров.      

 

Специальная измерительная  аппаратура 

 

 

          Кроме аппаратуры общего применения  (тональные генераторы, электронные вольтметры, измерители нелинейных искажений, анализаторы гармоник и т. п.) при акустических измерениях используют специальную измерительную аппаратуру. К ней относятся: тональные генераторы с воющим тоном, шумовые генераторы, измерители звукового давления, акустический зонд, искусственный рот, измерительный телефон, искусственное ухо, измерительные трубы и др.          

Измерители звукового  давления состоят из измерительного микрофона и соединенного с ним  электронного вольтметра, градуированного  в паскалях  или децибелах относительно 10 Вт/м. Измерители звукового давления имеют    несколько постоянных времени: для импульсных звуков, для измерения средних значений уровня звуков речи, для измерений среднего длительного значения и другие.  Шумомеры отличаются от измерителей звукового давления только наличием шкал А, В и С для измерения уровня громкости. Каждой шкале соответствует своя частотная характеристика измерителя. Шкала А соответствует уровню громкости 40 фон, шала В – 70 фон, шкала  С – 85 фон и выше. Кроме того у шумомера может быть и четвертая частотная характеристика  -  равномерная в широком диапазоне частот.          

Акустический  зонд   отличается от измерителя звукового давления только приспособлением для измерений звукового давления в тех случаях, когда требуется измерить его или в небольшом замкнутом объеме, например в ушной раковине при работе телефона, или около самой поверхности какого-нибудь тела, когда размеры обычного измерительного микрофона недостаточно малы.

 Акустический зонд:

1 – трубка; 2 – конденсаторный  микрофон; 3 – продолжение трубки; 4 – резиновая трубка, наполненная поглотителем (шерстяная нить); 5 – выход микрофона;

6 – подставка. 

 

 

         Зонд имеет тонкую трубку длиной от 10 до 50 см, на конце трубки помещен лабиринт с поглощающим материалом, чтобы не было отражений          звуковых волн от конца трубки. Сбоку у конца трубки расположен измерительный микрофон.         

Искусственный рот представляет собой громкоговоритель, имеющий выходное отверстие, соответствующее среднему отверстию рта человека при разговоре. При этом объем камеры между диафрагмой громкоговорителя и выходным отверстием равен среднему объему рта человека. В качестве громкоговорителя используют головку рупорного узкогорлого громкоговорителя. Искусственный рот предназначен для измерений микрофонов ближнего действия (например, ДЭМШ, микрофон для телефонной связи и т. п.)

Разрез искусственного рта:

1 – корпус рта;  2 – объем рта;  3 – диафрагма громкоговорителя;

4 – корпус головки;  5 – клеммы для подключения  громкоговорителя.  

 

Искусственное ухо  -  устройство, состоящее из небольшой камеры, на дне которой находится измерительный конденсаторный микрофон, мембрана которого находится на уровне дна камеры .Объем камеры  6 или 2 см³ в зависимости от того, какой тип телефона должен испытываться: обычный или втулочный (вставляемый в ушную раковину). К входному отверстию камеры прижимают испытуемый телефон.

Разрез искусственного уха.

1 – объем уха;  2 – гибкие прокладки;  3 – место для крепления микрофона  

 

 

         Измерительные телефоны обычно используют или для измерений порога слышимости, или для градуировки микрофонов по давлению в трубе. Для абсолютной градуировки микрофонов по давлению часто пользуются методом взаимности.

Наиболее легко реализовать  этот метод с помощью труб и  обратимых преобразователей. Поэтому  лаборатории  часто оборудуют такими устройствами резонансного или антирезонансного типа. Длина труб определяется максимальной длиной волны, необходимой для градуировки микрофона, диаметр труб – минимальной длиной волны. Кроме того, акустические лаборатории оборудуют трубами для измерения коэффициентов звукопоглощения материалов. Эти трубы обычно имеют большие размеры в длину (до нескольких метров) и диаметр  около 10 см (если предельная частота измерений равна         3500 Гц). Трубы оборудуют измерительным микрофоном с милливольтметром. Микрофон можно свободно помещать по длине трубы .Поглощающим материалом закрывают одно отверстие трубы, а в другом – помещают громкоговоритель.                                                                                   

 

Труба для измерения коэффициентов  поглощения:

1 – громкоговоритель; 2 –  труба; 3 – блок для передвижения  микрофона;

4 – микрофон; 5 – измеритель  звукового давления; 6 – распорки  микрофона;

7 – жесткая стенка; 8 –  поглощающий материал. 

 

Для анализа речи, музыки и  шумов  часто используют спектральные анализаторы с параллельным или последовательным анализом. В этих случаях в анализатор входит комплект полосовых фильтров (чаще всего третьоктавных) с переключением их автоматически или вручную. В спектральный акустический анализатор входит измеритель звукового давления с фильтрами, включенными между микрофонным усилителем и собственно измерителем .         

В универсальный комплект измерительной акустической  аппаратуры входят почти все перечисленные выше приборы с некоторыми вспомогательными приспособлениями. Этот комплект аппаратуры позволяет снимать все виды характеристик электроакустической аппаратуры, проводить анализ акустических сигналов и шумов и записывать временные процессы в помещениях.

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

1. Автоматизированная система  оценки защищенности технических средств от утечки информации по каналу АЭП «Талис-НЧ». - М: ЦБИ «Маском», 2008. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mascom.ru/node/447. 
2. Бузов Г. А., Калинин С. В., Кондратьев А. В. Защита от утечки информации по техническим каналам: Учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 416 с.

4. Вольтметры селективные. - М.: НТЦ «Спектр», 2008. [Электронный  ресурс]. - Режим доступа: http://www.ntc-spektr.ru/catalog_36.html.

5. Генераторы низкочастотные: каталог. - М.: НТЦ «Спектр», 2008. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ntc-spektr.ru/catalog_42_price_1.html. 
6. Железняк В. К., Макаров Ю. К., Хореев А. А. Некоторые методические подходы к оценке эффективности защиты речевой информации // Специальная техника. - М.: 2000. - № 4, с. 39-45.

7. Хорев А. А. Техническая  защита информации: учеб. пособие для студентов вузов. В 3 т. Т. 1. Технические каналы утечки информации. - М.: НПЦ «Аналитика», 2008. - 436 с.