Акустическое (речевое) воздействие

Перед изучением волоконно-оптического канала утечки речевой информации следует детально рассмотреть физические принципы формирования и восприятия человеческой речи, известные каналы утечки речевой информации и методики их оценки.

Общие положения

Речь человека - определенная последовательность звуков, характерных для данного языка, произносимых, обычно, слитно с паузами после отдельных слов или групп звуков.

Речь создается артикуляционными органами человека и в силу неодинаковости их размера у разных людей речь любого человека индивидуальна.

Речь представляется тремя группами характеристик:

физические;

семантические;

фонетические.

Физические характеристики речи - характеристики речи с точки зрения волновых явлений. В этом смысле звук - колебательные движения частиц упругой среды, распространяющиеся в виде волн.

Звуковые волны в газообразных и жидких средах являются продольными (т.е. такими, в которых направления смещения частиц среды совпадают с направлением распространения волны); в твердых средах кроме продольных могут иметь место поперечные волны и их комбинации (изгибные, крутильные и т.п.).

Важнейшими характеристиками звуковых волн являются следующие:

• Диапазон частот, воспринимаемых человеческим ухом (Гц) - 16 Гц ÷20 кГц (< 16 Гц - инфразвук, > 20кГц - ультразвук).

• Скорость распространения звуковых волн в среде (скорость звука)-V(м\с); при неизменных условиях распространения (температура, атмосферное давление и т.п.), V -const. Так V в воздухе равна 331 м\с (при t0 -00С, Р=1 атм); в воде -1490 м\с (20оС); в бетоне 4200÷5300 м\с.

• Длина волны λ:

λ = V\f,

где f - частота звука в Гц; для звуковых волн λ= 1,65см ÷ 20,7м.

• Звуковое давление (Р) давление звуковой волны, которое она оказывает на среду при распространении в ней. Строго говоря, это переменная часть давления, т.е. разность между мгновенными значениями давления в точке среды при прохождении волны и статическим давлением в этой же точке (Р- линейная характеристика).

Р - сила, действующая на единицу поверхности: Р = F/S. Единицей измерения Р в системе СИ является Паскаль, Па (Ньютон/ метр2). для справки: 1Па в 105 раз меньше 1 атм.

Звуковое давление в воздухе изменяется от 2·10-5 Па (порог слышимости, Ро) до 105 Па (болевой порог).

Часто Р выражается в дБ:

Р

Р (дБ) = 20 lg ---------;

Ро

Динамический диапазон Р, воспринимаемый человеческим ухом, равен ~140дБ

• Интенсивность звука или сила звука I (энергетическая характеристика) - количество энергии, проходящей в секунду через единицу площади перпендикулярно к направлению распространения волны. Единицей интенсивности звука (в системе СИ) является Вт/м2

I

I (дб) = 10 lg (-----------), где I0 = 10 -12 Вт/м2

I0

Важнейшими характеристиками звуковых волн являются также фронт волны (плоская, сферическая, цилиндрическая волна), явления отражения, преломления, дифракции и затухания волн.

Понятие структурных акустических волн (структурный звук)

Под структурным звуком понимают механические колебания в твердом теле с частотой f = 16 Гц÷20 кГц. Механические колебания стен, перекрытий, трубопроводов и т.п. передаются на значительные расстояния, почти не затухая, и хорошо перехватываются приемными устройствами типа стетоскоп. Структурные (акусто-вибрационные) волны возникают из-за механического воздействия акустических волн на инженерные конструкции. В результате этого воздействия в конструкциях возникают напряжения и деформации, образующие структурные колебания. При этом возникают не только волны сжатия (продольные), но и поперечные их комбинации - изгибные, крутильные, волны Рэлея (поверхностные). Не вдаваясь в физику сложных волновых процессов, стоит отметить, что распространение структурных волн в инженерных конструкциях здания характеризуется:

затуханием волн вследствие их расхождения и поглощения (перехода энергии в тепло);

отражением на границах раздела сред (например, составные стены из разного материала, места разветвления, углы) и т.п.;

преобразованием типов волн (например, изгибных в продольные);

излучением в воздушную среду (в основном, при переходе изгибных волн в продольные).

При этом скорость распространения структурных волн зависит от частоты распространения f.

Опасность виброакустического канала утечки речевой информации состоит в большой и непредсказуемой дальности распространения звуковых волн, преобразованных в структурные колебания элементов инженерных коммуникаций с последующим их преобразованием в звуковые воздушные колебания. Экспериментальные исследования показали возможность перехвата речевой информации с высоким качеством в зданиях из железобетона через один-два этажа, по трубопроводам - через два-три этажа.

• Семантические характеристики речи - характеристики смысла передаваемых понятий.

• Фонетические характеристики - характеристики речи с точки зрения ее звукового состава, т.е. количества и частоты встречаемости, так называемых, фонем - наименьших звуковых единиц, образующих конкретные звуки данного языка. Например, в русской речи 41 фонема: 6 гласных, 3 твердых согласных, 2 мягких, 15 в твердом и мягком виде, 4 составных (я, ю, е, ё). Фонем больше, чем звуков.

Другие стьтьи в тему

Разработка микропроцессорной системы управления РТК на базе вертикально–фрезерного станка 6Р13Ф3-37
Автоматизация технологических процессов является одним из эффективных путей повышения производительности труда на предприятии. Автоматизация осуществляется посредством автоматизированных роботизированных технологических комплексов (РТК). Роботизированный технологический компле ...

Разработка шлирен–проектора для контроля объективов
Оптический контроль основан на анализе взаимодействия оптического излучения с объектами контроля. В качестве объектов контроля могут служить материалы и изделия, технологические процессы и параметры окружающей среды. Для получения измерительной информации об объекте контроля использ ...