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 учебно-лабораторного стенда для изучения волоконно-оптического канала утечки акустической информации
Ранее считалось, что каналы оптической связи в силу особенностей распространения электромагнитной энергии в оптическом волокне (ОВ), а также ввиду применения узконаправленных передающих антенн в атмосферных каналах оптической связи обладают повышенной скрытностью. Известно, ...

Разработка термометра на АЦП К572ПВ5 с выводом на жидкокристаллический индикатор
Измерители температуры (термометры) всегда широко использовались в деятельности человека: как в научных, так и в бытовых целях. Первоначально использовались физические свойства тел и жидкостей (спирт, ртуть). Но в настоящее время широко применяются и электронные термометры, которые п ...