Лекция № 9
2.5.3. Способы и средства подслушивания акустических сигналов. Акустические приемники
Непосредственное (ушами) подслушивание ограничено малым расстоянием от источника звука — в лучшем случае около десяти метров. Малая дальность непосредственного подслушиванияобусловлена не только малой мощностью акустических сигналов и большим затуханием их в среде распространения, но и тем, что уши человека имеют широкую диаграмму направленности (близкую к 180°), в силу чего на барабанную перепонку поступают практически все внешние акустические шумы.
Кроме того, шумы поднимают порог чувствительности слуховой системы человека. Но одновременно это физиологическое свойство слуховой системы человека позволяет ему адаптироваться к зашумленности среды обитания, например в жилых помещениях возле транспортных магистралей большого города.
Для непосредственного подслушивания в условиях города злоумышленнику необходимо приблизиться к источнику информации на несколько метров, что существенно ухудшает скрытность добывания информации.
Технические средства подслушивания расширяют и дополняют возможности слуховой системы человека за счет:
приема и прослушивания акустических сигналов, распространяющихся в воде и твердых телах;
повышения дальности подслушивания речевой информации по сравнению с непосредственным подслушиванием;
коррекции спектра акустического сигнала, распространяющегося в среде с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой коэффициента передачи или затухания;
выделения акустического сигнала из смеси его и шумов;
прослушивания речи, выделяемой из перехваченных радио- и электрических сигналов функциональных каналов связи и из сигналов побочных излучений и наводок;
ретрансляции добываемой речевой информации на сколь угодно большое расстояние.
Конкретный способ подслушивания реализуется с использованием соответствующих технических средств. Совокупность технических средств, обеспечивающих функции добывания семантической и признаковой акустической информации, представляет собой комплекс средств подслушивания. Структурная схема типового комплекса приведена на рис. 2.24.
Рис. 2.24. Структурная схема комплекса средств подслушивания
Основной частью комплекса является акустический приемник. Он производит селекцию по пространству и частоте акустических сигналов, распространяющихся в атмосфере, воде, твердых телах, преобразует их в электрические сигналы, усиливает и обрабатывает электрические сигналы и преобразует их в акустическую волну для обеспечения восприятия информации слуховой системой человека. Акустический приемник содержит акустоэлектрический преобразователь, селективный усилитель и электроакустический преобразователь (телефон, громкоговоритель).
Акустические приемники для приема акустической волны, распространяющейся в воздухе, воде, твердой среде (в инженерных конструкциях), в грунте, отличаются видом акустоэлектрического преобразователя. Иногда по виду акустоэлектрического преобразователя называют весь акустический приемник. Акустоэлектрический преобразователь акустической волны, распространяющейся в воздухе, называется микрофоном, преобразователь волны, распространяющейся в твердой среде, — стетоскопом и акселерометром, в земной поверхности — геофоном, а в воде — гидрофоном. Основную долю функциональных акустоэлектрических преобразователей акустических приемников составляют микрофоны.
Так как электрические сигналы на выходе акустоэлектрических преобразователей крайне малы и могут принимать значения единиц мкВ, то для их усиления до необходимых для последующего применения величин (единиц В) используется селективныйусилитель. Его селективность обеспечивается регулируемой полосой пропускания, необходимой для устранения помех на частотахвне спектра акустического сигнала. Учитывая, что затухание среды распространения акустического сигнала увеличивается с повышением его частоты, коэффициент усиления селективного усилителя соответственно повышают для более высоких спектральных составляющих принимаемого сигнала. Такая компенсация эквивалентна повышению уровня акустического сигнала в точке приемадо 6 дБ.
Электрический сигнал преобразуют в акустический сигнал, воспринимаемый человеком, громкоговорители и телефоны. По способу преобразования электрических сигналов громкоговорители разделяются на электродинамические, электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические и др., по виду излучения — на громкоговорители непосредственного излучения, диффузорныеи рупорные, по воспроизводимому диапазону частот — на широкополосные, низкочастотные, средне- и высокочастотные. Значения мощности громкоговорителей образуют стандартный ряд в диапазоне 0,1-50 Вт.
Чем уже диапазон частот динамической головки громкоговорителя, тем равномернее ее амплитудно-частотная характеристика, тем меньше головка искажает сигнал. Для высококачественной электроакустической аппаратуры к выходу усилителя подключают несколько динамических головок с разными диапазонами частот, перекрывающими весь звуковой диапазон (16-20000 Гц). Для воспроизводства речи средствами добывания требования к электродинамическим головкам более чем скромные: единицы Вт по мощности и по диапазону частот, соответствующему стандартному телефонному каналу (300-3400 Гц).
Для консервации акустической информации электрический сигнал с выхода акустического приемника подается на аудиомагнитофон. Для записи акустических сигналов применяют многоканальные стационарные ленточные магнитофоны, портативные лентопротяжные кассетные магнитофоны и специальные носимыелентопротяжные и цифровые диктофоны.
Сигнальные демаскирующие признаки определяются с помощью средств технического анализа. Если акустический сигнал на выходе приемника сильно зашумлен, то его электрический аналог подвергают для снижения уровня шума дополнительной обработке. Основу методов очистки электрического сигнала от шума составляют методы адаптивной фильтрации. Суть адаптивной фильтрации состоит в том, что на основе анализа поступающего на вход фильтра зашумленного речевого сигнала непрерывно фильтром линейного предсказания «предсказывается» помеховый сигнал, который вычитается затем из смеси речевого сигнала и шума.В результате этого отношение сигнал/шум на выходе фильтра увеличивается.
Возможности акустического приемника характеризуются набором показателей:
диапазоном частот принимаемого акустического сигнала;
чувствительностью;
динамическим диапазоном;
массагабаритными характеристиками.
Так как речь является основным видом информации при подслушивании, то большинство акустических приемников для добывания информации работают в речевом диапазоне частот. В отдельных случаях ценной является информация, переносимая акустической волной в инфразвуковом и ультразвуковом диапазонах. К такой информации относятся звуки движущихся объектов (людей, техники, подводных и надводных кораблей и др.), акустические сигналы взрывов новых боеприпасов, разрабатываемых работающих двигателей и других объектов разведки.
Дальность подслушивания (длина простого акустического канала утечки информации) зависит от ряда факторов, в том числе от чувствительности акустического приемника. Под его чувствительностью понимается минимальная энергия акустической волны или оказываемое ею минимальное давление, при котором обеспечивается определенный уровень электрического или акустического сигналов на выходе акустического приемника.
Динамический диапазон акустического приемника характеризуется диапазоном в дБ мощности акустического сигнала на еговходе (громкости звука), при котором обеспечивается требуемый или допустимый уровень сигнала на выходе акустического приемника. Учитывая, что акустический приемник при добывании информации размещается скрытно, далеко не в оптимальных условиях, его динамический диапазон является важнейшей характеристикой акустического приемника. Например, если динамический диапазон закладного подслушивающего устройства мал, то приемлемое качество добываемой речевой информации обеспечивается лишь в небольшом интервале расстояний от микрофона говорящего человека. Когда разговаривающий человек ходит по комнате, то добываемая информация может содержать участки с плохим качеством речи.
Так как акустические каналы утечки информации имеют малую протяженность и акустический приемник необходимо приблизить к источнику акустического сигнала, то большинство акустических приемников относятся к классу носимой аппаратуры с автономными источниками питания. Поэтому важное значение для практического применения акустического приемника имеют его вес и габариты, а также длительность непрерывной работы.
Для запоминания (записи) добываемой информации сигнал с выхода передается по организуемому каналу связи к запоминающему устройству или записывается в запоминающем устройстве, размещенном в месте нахождения акустического приемника. В последнем варианте к запоминающему устройству предъявляютсятакие же жесткие требования, как к акустическому приемнику.
Для записи речевой информации широко применяются специальные диктофоны, конструктивно объединяющие акустический приемник и запоминающее устройство (лентопротяжный и цифровой магнитофоны). Основными характеристиками запоминающих устройств являются объем памяти в МБайтах, время записи речевой информации в минутах или часах, время непрерывной работы в часах.
Средства технического анализа измеряют технические характеристики (сигнальные признаки) акустических сигналов, которые могут использоваться для обнаружения и распознавания ихисточников: частоту колебаний, характеристики спектра, амплитуду и мощность сигнала и др. Каждый объект с движущимися механическими частями имеет индивидуальную сигнальную признаковую структуру, по которой с достаточно высокой вероятностью можно обнаружить объект и распознать его отдельные свойства. Средства анализа акустических сигналов устанавливаются, например, на подводных лодках для обнаружения и распознавания типов (вплоть до номера) надводных и подводных кораблей.
Микрофон как основной и наиболее широко применяемый элемент акустического приемника можно представить в виде последовательного ряда функциональных звеньев. В первом акустическом звене в результате взаимодействия конструкции микрофона и звукового поля формируется механическая сила, зависящая от громкости звука, частоты звукового сигнала, размеров и формыкорпуса микрофона и его акустических входов, расстояния между ними и угла падения звуковой волны относительно оси микрофона. Первое звено определяет характеристику направленности микрофона и по существу представляет собой акустическую антенну.
Второе звено обеспечивает преобразование механической силы акустической волны в колебания подвижной части микрофона — мембраны. Его свойства определяются расположением, величиной и частотной зависимостью входящих в него акусто-механических элементов. Это звено определяет амплитудно-частотнуюхарактеристику (АЧХ) микрофона.
Третье звено представляет собой электромеханический преобразователь колебаний мембраны в электрический сигнал и определяет чувствительность микрофона. Четвертое электрическое звено выполняет функцию согласования преобразователя с последующей электрической цепью и характеризуется внутренним или выходным сопротивлением микрофона как источника сигнала.
При подключении микрофона к входным цепям усилителя (нагрузке) с комплексным сопротивлением Zн напряжение на нем равно Uн = ΕмΖн / (Ζм + Ζн), где Εм и Ζм — выходные напряжения и сопротивление микрофона (рис. 2.25).
Рис. 2.25. Эквивалентная электрическая схема микрофона
Напряжение на нагрузке максимально, т.е. Uн → Ем, при Zм<< Zн. Следовательно, для повышения напряжения на нагрузкенеобходимо выполнить условие Ζн >> Ζм.
Микрофоны классифицируются по различным признакам, указанными на рис. 2.26.
Рис. 2.26. Классификация микрофонов
Угольный (порошковый) микрофон, впервые созданный в 1879 г. русским инженерном М. Михальским, представляет собой круглую коробочку с гранулированным древесным углем, закрываемую тонкой металлической упругой крышкой — мембраной. К электроду, укрепленному на дне коробочки, и мембране подводится постоянное напряжение, под действием которого в массе угольного порошка протекает электрический ток. Принцип работы угольного микрофона основан на изменении под действием акустической волны сопротивления угольного порошка, находящегося между мембраной и неподвижным электродами. Акустическаяволна приводит мембрану микрофона в колебательное движение, вследствие чего изменяется степень сжатия угольного порошка иплощадь соприкосновения его гранул друг с другом. В результате этого сопротивление порошка и сила протекающего через неготока меняются в соответствии с громкостью звука, т. е. производится амплитудная модуляция электрического тока. Номинальноесопротивление угольного микрофона зависит от зернистости и технологии обработки порошка и других факторов. Это сопротивление может составлять у низкоомных микрофонов 35-65 Ом, среднеомных — 65-145 Ом и высокоомных — 145-300 Ом. Угольные микрофоны имеют низкую стоимость, высокую чувствительность,обеспечивают возможность без дополнительного усиления передачу электрических сигналов на большие (десятки км) расстояния. Это обстоятельство обуславливает широкое применение угольных микрофонов в проводной телефонной связи. Однако они узкополосные и для передачи более широкополосных, чем речь, акустических сигналов не применяются.
Конструкция электродинамического микрофона, изобретенного американскими учеными Э. Венте и А. Терас в 1931 г., аналогична конструкции электродинамического громкоговорителя. В нем катушка из тонкой проволоки жестко связана с мембраной из полистирольной пленки или алюминиевой фольги и постоянно находится в воздушном зазоре постоянного магнита. При колебаниях катушки в ней возникает ЭДС, значение которой пропорционально громкости звука. Динамические микрофоны относительно просты, надежны в работе в широком диапазоне температур и влажности,устойчивы к сотрясениям и широко применяются в различной звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуре.
В электромагнитном микрофоне в результате колебаний мембраны из ферромагнитного материала в обмотке неподвижной катушки с сердечником, по которой протекает постоянный ток, возникает ЭДС индукции, величина которой эквивалентна интенсивности звука.
Конденсаторный микрофон, изобретенный американским ученым Э. Венте в 1917 г., представляет собой капсюль, состоящий из двух параллельно расположенных пластин — электродов, одиниз которых массивный, другой — тонкая мембрана. Электроды образуют конденсатор, емкость которого зависит от площади пластин и расстояния между ними. К электродам подводится через резистор поляризующее постоянное напряжение. При воздействии на мембрану звуковых волн изменяются расстояния между электродами и, соответственно, емкость конденсатора. В результате этогочерез резистор протекает ток, амплитуда которого пропорциональна звуковому давлению на мембрану. При расстоянии между обкладками 20-40 мкм и поляризующем напряжении в несколько десятков вольт чувствительность микрофона достигает 10-20 мВ/Па.
Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, мембрана которого выполнена из полимерных материалов (смол), способных в сильном электрическом поле и при высокой температуре заряжаться и сохранять электрический зарядпродолжительное время. Такие материалы называют электретами. Мембрана из электрета металлизируется, между пластинами посе заряда возникает разность потенциалов 45-130 В. Электретные микрофоны не нуждаются во внешнем источнике и широко применяются в звукозаписывающей аппаратуре, в том числе для негласного подслушивания.
Действие пьезоэлектрического микрофона основано на возникновении ЭДС на поверхности пластинок из пьезоматериала, механически связанных с мембраной. Колебания мембраны под давлением акустической волны передаются пьезоэлектрической пластине, на поверхности которой возникают заряды, величина которых соответствует уровню громкости акустического сигнала.
По направленности микрофоны разделяются на ненаправленные, односторонней, двухсторонней и острой направленности. Направленность микрофона определяется по уровню сигнала на его выходе в зависимости от поворота микрофона по отношению к источнику акустической волны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Ширина диаграммы направленности микрофона оценивается в градусах на уровне 0,5 (0,7) от максимальной мощности (амплитуды) электрического сигнала на его выходе. Чем меньше ширина диаграммы направленности микрофона, тем меньше помех попадает на его мембрану из направлений, отличающихся от направления на источник акустического сигнала с информацией. Ширина диаграммы направленности микрофоновострой направленности составляет несколько десятков градусов. Пространственное ограничение помех повышает отношение сигнал/помеха на мембране микрофона.
Частотные искажения при преобразовании акустической волны в электрический сигнал определяются неравномерностью частотной характеристики микрофона. Она описывается отклонениемв процентах или дБ уровня спектральных составляющих звукового сигнала на выходе преобразователя по отношению к уровню спектральных составляющих входного сигнала.
По диапазону частот микрофоны разделяются на узкополосные и широкополосные. Узкополосные микрофоны предназначены для передачи речи. Широкополосные микрофоны имеют более широкую полосу частот и преобразуют колебания в звуковом и частично ультразвуковом диапазонах частот.
По способу применения микрофоны разделяются на воздушные, гидроакустические (гидрофоны) и контактные. Контактные микрофоны предназначены для приема структурного звука. Например, контактный стетоскопный микрофонUM012, прикрепленный к стене помещения, позволяет прослушивать разговоры в соседнем помещении при толщине стен до 50 и более см.Модификацией контактных микрофонов являются ларингофоны и остеофоны, воспринимающие и преобразующие в электрические сигналы механические колебания (вибрации) связок и хрящей гортани или кости черепа говорящего. Они встраиваются в шлемы летчиков и танкистов для обеспечения связи в условиях повышенного акустического шума среды.
По конструктивному исполнению микрофоны бывают широкого применения, специальные миниатюрные и специальные субминиатюрные, применяемые в различных закладных устройствах.
Возможности микрофонов определяются следующими характеристиками:
чувствительностью на частоте акустической волны 1000 Гц;
диаграммой направленности;
диапазоном воспроизводимых частот колебаний акустической волны;
неравномерностью частотной характеристики;
масса-габаритными характеристиками.
Чувствительность — один из основных показателей микрофона и оценивается коэффициентом преобразования давления акустической волны в уровень электрического сигнала. Так как чувствительность микрофона для разных частот акустических колебаний различная, то она определяется на частоте 1000 Гц. Измерения проводятся для акустической волны, направление распространения которой перпендикулярно поверхности мембраны, в вольтах или милливольтах на паскаль (В/Па, мВ/Па). Чувствительность микрофона зависит в основном от параметров физических процессов в акустоэлектрических преобразователях и площади мембраны микрофона.
Чувствительность микрофона повышается с увеличением площади мембраны приблизительно в квадратичной зависимости. Например, чувствительность конденсаторного микрофона с диаметром мембраны 6 мм составляет 1,5-4 мВ/Па, для диаметра 12 мм - 12,5 мВ/Па, а при диаметре 25 мм она увеличивается до 50 мВ/Па.
Электрические сигналы на выходе микрофонов, используемых для добывания информации, в селективном усилителе обрабатываются и усиливаются до величины, необходимой для их записи с помощью аудиомагнитофона или преобразования в акустический сигнал для обеспечения восприятия информации человеком.
Обобщенные характеристики акустических микрофонов приведены в табл. 2.4.
Таблица 2.4
|
№ п/п |
Тип микрофона |
Характеристики: | ||
|
диапазон частот, Гц |
Неравномер- ность АЧХ, дБ |
Чувствитель ность на f =1000Гц, Вм2/н | ||
|
1 |
Угольные порошковые |
200-4000 |
20 |
1000 |
|
2 |
Электродинамические |
30-15000 |
12 |
1 |
|
3 |
Электромагнитные |
150-5000 |
20 |
5 |
|
4 |
Конденсаторные (с дополнительным источником напряжения) |
30-15000 |
5 |
5 |
|
5 |
Электретные |
20-18000 |
2 |
1 |
|
6 |
Пьезоэлектрические |
100-5000 |
15 |
50 |
Примечание. Чувствительность микрофона приведена в вольтах при площади мембраны 1 м2 и осевом давлении в 1 Ньютон (Н). В системе СИ эта характеристика измеряется в мВ/Па.
Как следует из этой таблицы, наиболее высокой чувствительностью обладают угольные микрофоны, что обеспечивает им столь длительное использование для передачи речевой информации по телефонным каналам связи. Однако остальные их характеристики(частотный диапазон и его неравномерность) невысокие. По совокупности показателей высокие характеристики имеют электродинамические и конденсаторные микрофоны. Электродинамическиемикрофоны широко используются для звукоусиления речи и музыки. Конденсаторные микрофоны в силу минимальной неравномерности их амплитудно-частотной характеристики применяют в метрологии для измерения акустических сигналов, а малые размеры электретных микрофонов способствуют их широкому применению в электронной носимой технике.
Увеличение дальности подслушивания акустической информации без повышения мощности ее источника, например громкости речи человека, достигается за счет повышения отношения сигнал/шум на входе акустического приемника. При этом под шумами имеются в виду не только акустические шумы других источниковакустических сигналов, но и собственные тепловые шумы входных каскадов акустического приемника. Слуховая система молодого человека как акустический приемник может принимать акустическую информацию очень малой мощности, но вследствие очень широкой диаграммы направленности ушей (почти 180°) на барабанную перепонку приходят шумы со всех направлений. С возрастом чувствительность слуховой системы человека ухудшается.
Млекопитающие, для которых звуки несут важную для жизни информацию, имеют уши с более узкой диаграммой направленностью и способностью изменять ее ориентацию в пространстве.
Микрофоны для дистанционного подслушивания имеют акустическую антенну, сужающую его диаграмму направленности. Эти микрофоны называются остронаправленными микрофонами. Характер увеличения относительной дальности RM/R0 остронаправленного микрофона от его коэффициента направленного действия Gм иллюстрируется зависимостью на рис. 2.27.
Рис. 2.27. Зависимость относительной дальности микрофона от коэффициента его направленного действия
Величины Rм и R0 нa рисунке обозначают дальность подслушивания микрофоном и ушами человека соответственно. В качестве микрофона рассматривается гипотетический микрофон с чувствительностью, равной пороговой чувствительности слуховой системы человека.
Различают следующие типы остронаправленных микрофонов:
параболические;
трубчатые;
плоские;
градиентные.
Параболический остронаправленный микрофон содержит отражатель звука параболической формы из оптически прозрачного или непрозрачного материала диаметром 20-50 см, в фокусе которого размещается мембрана микрофона. Звуковые волны сосевого направления отражателя суммируются в фокусе параболического отражателя — на мембране микрофона. Акустические сигналы, распространявшиеся с иных направлений, фокусируются вне мембраны, тем дальше от нее, чем больше угол их прихода по отношению к оси отражателя. Коэффициент направленного действия параболического микрофона можно оценить по формуле:Gп= 4π3d2/λ2, гдеd— диаметр отражателя,λ— длина волны звука. Например, для d = 30 см и звука на f = 1000 Гц (λ = 34 см) Gп ≈ 24 дБ. Для сравнения, среднее значение G0 ушей человека оценивается величиной всего в 6 дБ.
Трубчатый (интерференционный, «бегущей волны») остронаправленный микрофон состоит из одной трубки длиной 0,2-1 м и толщиной 10-30 мм или набора трубок, длины которых пропорциональны длинам волн спектральных составляющих акустического сигнала. В торце трубок укрепляется мембрана микрофона. Принцип действия однотрубчатого микрофона иллюстрируется на рис. 2.28.
Рис. 2.28. Принцип действия трубчатого микрофона
Трубка-звуковод имеет щелевые отверстия, размещенные рядами по длине трубки. Когда ось трубки направлена на источник звука, то акустические волны от него, проникающие в трубку через ее открытый торец и щели, складываются на мембране микрофонав фазе, так как проходят приблизительно одинаковый путь. Фазы акустических волн с иных направлений имеют на мембране микрофона различные фазы, вплоть до противоположной. В результате этого диаграмма направленности трубчатого микрофона сужается. Коэффициент направленного действия такого микрофона длиной L при условии, что L > λ, оценивается формулой Gт ≈ 4L / λ. Для L = 1 м и f = 1000 Гц GT ≈ 12 дБ.
Плоский микрофон представляет собой фазированную акустическую решетку, в узлах которой размещаются микрофоны и сигналы которых суммируются на входе усилителя. Конструктивно он представляет плоскую поверхность с вмонтированными в нее микрофонными капсулями, образующими обычно матрицу 3x3. Когда поверхность решетки перпендикулярна направлению на источник звука, то фазы электрических сигналов совпадают и суммарный сигнал максимален. При отклонении угла прихода акустических волн от нормального к поверхности мембран микрофонов между сигналами от разных микрофонов возникает разность фаз из-за различий длин путей от источника к разным микрофонам. Уровень суммарного сигнала снижается, что приводит к уменьшению ширины диаграммы направленности микрофона. Коэффициент направленного действия такого микрофона определяется по формуле: Gпл = 4πS/λ2, где S — площадь поверхности, занимаемой микрофонами. Поверхность плоского направленного микрофона встраивается в стенку атташе-кейса или в жилет, носимый под рубашкой и пиджаком. Например, направленный микрофон с акустической решеткой, размещенный на внутренней поверхности верхней крышки кейса, имеет ширину диаграммы направленности около 35°. Принятая речевая информация может быть записана на диктофон в кейсе или ретранслироваться с помощью передатчика на достаточно большое расстояние.
В градиентных микрофонах в отличие от плоского микрофона, в котором производится сложение акустических сигналов с элементов приемной фазированной решетки, сигналы соседних элементов вычитаются. В результате этого диаграмма направленности имеет видcosQ, гдеQ— угол прихода акустической волны относительно оси микрофона. Коэффициент направленного действия и чувствительность такого микрофона невелики, но в простейшем варианте (2 микрофона) имеют малые размеры.
Рекламируемые возможности по дальности подслушивания направленных микрофонов (до 500 и более метров) завышаются. Из кривой на рис. 2.27 следует, что реальная дальность подслушивания речевой информации на улице города при коэффициентенаправленного действия микрофона 15-20 дБ составляет 10-20 м при дальности непосредственного подслушивания всего 2-4 м. Реальная дальность подслушивания зависит не только от громкости источника звука, его коэффициента направленного действия, но и уровня акустических помех. С учетом имеющихся противоречивых данных предполагается, что максимальная дальность подслушивания разговора с помощью остронаправленных микрофонов может достигать 50-100 м.
Для снятия информации с акустической волны, распространяющейся в твердой среде, применяется акселерометр. Он преобразует структурный звук в электрический сигнал, величина которого пропорциональна амплитуде смещения частиц твердого вещества,скорости или ускорения его частиц при распространении структурного звука. В широко распространенных пьезоэлектрических акселерометрах одна или две пластины из пьезоэлемента размещаются между основанием, прикрепляемым к вибрирующей поверхности, и массивной накладкой (рис. 2.29).
Рис. 2.29. Конструкция акселерометра
Колебания твердой среды через основание акселероментра передаются на контактирующую с ним нижнюю поверхность пьезоэлемента. Другая (верхняя) поверхность пьезоэлемента прилегает к массивной прокладке, которая из-за ее инерционности практически остается неподвижной. В силу этого пьезоэлемент подвергается давлению, пропорциональному разности ускорений сил, действующих на обе его поверхности. В результате этого на обкладкахпьезоэлемента возникают электрические сигналы, соответствующие структурному звуку.
Для преобразования структурного звука в воздушную акустическую волну, передаваемую по звукопроводам в уши человека, применяется технический стетоскоп. Он отличается от медицинского, применяемого для прослушивания акустических сигналов в теле человека, конструкцией мембраны, поверхность которой согласуется с поверхностью вибрирующей твердой среды. Стетоскоп представляет собой один или два гибких звукопровода в виде резиновых или из других синтетических материалов трубок, соединенных с контактной площадкой и передающих звуковое колебание от поверхности твердого тела к ушам человека. Этизвукопроводы локализуют и направляют звуковую волну к ушам человека, а также изолируют ее от акустических помех в окружающем пространстве. Для прослушивания структурных звуков микрофон стетоскопа прижимают или приклеивают к поверхности стены или трубы.
Принципы работы гидрофона и геофона близки принципам работы микрофона и акселерометра соответственно, но с иными конструктивными решениями. Например, мембрана гидрофона может иметь цилиндрическую или сферическую форму. Геофоны применяются не только для обнаружения акустических сигналов от движущихся людей или техники, но и для снятия речевой информации с сейсмической волны в грунте на удалении до 10 м от ее источника.
Наряду с традиционными техническими средствами подслушивания с небольшой дальностью все шире применяются устройства, образующие составные каналы утечки: акусторадиоэлектронные и акустооптические. Такими устройствами являются закладные и лазерные средства подслушивания.