а
б
в
г
Рис. 7.2. Графики фильтров и спектра сигнала: а – октавных фильтров, б – третьоктавных фильтров, в – полосных фильтров, г – спектра сигнала
График спектра сигнала (г) отображает спектральную характеристику сигнала в диапазоне от 25 Гц до 12500 Гц. Значение спектральных составляющих отображаются в дБ/В и В (с перестраиваемым множителем).
Последним на рынке появился комплекс «Гриф». Так как данный комплекс не имеет расчетной программы для вычисления интегрального индекса артикуляции речи R и зависимости словесной разборчивости речи W от интегрального индекса артикуляции речи, то все вычисления производятся по методике, изложенной в [41].
Согласно методике спектр разбивается на N в общем случае произвольных частотных полос, но чаще всего октавных или третьоктавных. Для каждой i-й частотной полосы на каждой среднегеометрической частоте fсрi = 
fвi fнi определяется формантный параметр Ai , характеризующий
энергетическую избыточность дискретной составляющей речевого сигнала:
где Lci – средний спектральный уровень речевого сигнала в контрольной
точке для i-й спектральной полосы; |
Ai – средний спектральный модальный |
уровень формант в той же полосе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значение формантных параметров определяются |
по графику рис. 7.3 |
при условии f |
= fcp i или по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,43 |
−0,37, |
если f ≤1000 Гц; |
|
|
|
|
|
А( f |
|
|
200/ f |
|
|
|
|
(7.2) |
|
|
|
|
cpi |
) = |
+1000/f 0,69 , |
|
если f >1000 Гц; |
|
|
|
|
|
|
1,37 |
|
|
где А( fcpi ) = |
Ai . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A, дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f , Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
200 |
300 |
500 |
|
|
|
|
|
|
1000 |
2000 |
3000 |
|
|
10000 |
|
Рис. 7.3. Разница между спектральным уровнем речи и формант
Для каждой i-й частотной полосы определяется весовой коэффициент ki =k( fвi ) −k( fнi ) как разность весовых коэффициентов для верхней и
нижней граничных частот частотной полосы спектра речевого сигнала.
Весовой коэффициент ki |
характеризует вероятность наличия формант речи |
в частотной полосе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Весовые коэффициенты k( fвi ) и |
|
k( fнi ) находятся по кривой рис. 7.4 |
или рассчитываются по формулам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−8 |
f |
2,4 |
, если 100 |
< f <400 Гц; |
|
|
|
|
2,57 10 |
|
|
|
|
|
|
(7.3) |
k( f ) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1−1,074exp(−10−4 f 1,18 ), |
если 400 < f |
<10000 Гц; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если f = fвi и |
f = fнi . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f , Гц |
200 |
300 |
|
|
500 |
|
1000 |
|
|
|
2000 |
3000 |
5000 |
10000 |
|
|
|
Рис. 7.4. Формантное распределение |
|
|
|
На среднегеометрической частоте |
|
|
fсрi для каждой частотной полосы |
по кривой рис. 7.5 или по формулам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,78+5,46exp[−4,3 10−3(27,3− |
|
Qi |
|
)2 ] |
, |
если Qi ≤0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
Qi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pi |
|
|
|
|
|
|
1+10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7.4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
0,78+5,46exp[−4,3 10−3(27,3− |
|
Qi |
|
)2 |
] |
|
|
|
|
|
|
если Qi >0 |
|
1− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+10 |
0,1 |
|
Qi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определяется коэффициент восприятия формант человеком pi , характери-
зующий вероятное относительное количество формантных составляющих речи с уровнями интенсивности выше порогового значения.
В (7.4) приняты обозначения: |
|
Qi = Ai −Lшi =qi − Ai – относительный уровень |
интенсивности фор- |
мант; Lшi – уровень шума в i-й спектральной полосе; |
qi =Lci −Lшi – отно- |
шение «уровень речевого сигнала/уровень шума» в i-й спектральной полосе.
р
1,0
0,8 |
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
− 20 |
−10 |
|
|
|
Q,дБ |
−30 |
0 |
10 |
20 |
30 |
Рис. 7.5. Зависимость коэффициента восприятия формант р от относительного уровня интенсивности формант Q
С учетом ранее определенных значений рассчитываются спектральный индекс артикуляции речи в i-й спектральной полосе частотного диапазона
и интегральный индекс артикуляции речи
R =∑Ri .
i
Словесная разборчивость речи определяется как
1,54R0,25[1−exp(−11R)], если R <0,15;
W =
1−exp(− 11R ), если R ≥0,15.1+0,7R
Рассмотрим некоторые особенности акустических и виброакустических исследований ВП.
На рис. 7.6 схематично показано выделенное помещение с некоторыми важными потенциальными каналами утечки акустической и виброакустической информации, к которым относятся оконные и дверные проемы, стены и перегородки, перекрытия потолка и пола, система вентиляции, система отопления.
Согласно схеме помещения акустические исследования необходимо проводить для ограждающих конструкций (дверные проемы, стены и перегородки, перекрытия потолка и пола), а виброакустические – для инженерных конструкций (системы отопления и вентиляции), окон и железобетонных элементов ограждающих конструкций.
363
Рис. 7.6. Схема выделенного помещения
При акустических измерениях измерительные приборы располагаются согласно стандартной схемы – излучатель тестового сигнала (экранированная акустическая колонка) располагается на расстоянии 1,0 м от конструкции на высоте 1,5 м от пола; первый микрофон, измеряющий уровень падающей на конструкцию звуковой волны, располагается на расстоянии 0,5 м перед конструкцией; второй микрофон, измеряющий уровень прошедшей через конструкцию звуковой волны, устанавливается на расстоянии 0,5 м за конструкцией (рис. 7.7).
Если стена однородна, то достаточно одного или двух замеров вдоль стены. Если же стена неоднородна или имеет трещины и отверстия, то число контрольных точек необходимо увеличить, располагая их через 1,5…2 м друг от друга [38]. Для неоднородной стены измерению подлежит каждый ее элемент в отдельности и выводы делаются по наиболее «слабому» элементу.
Аналогично выполняются измерения и по виброакустическому каналу как при первоначальных исследованиях, так и при проверке эффективности средств активной звуковой защиты.
Измеритель вибрационных ускорений (акселерометр) крепится плотно к стене с противоположной стороны с помощью специального клея или приспособлений. Крепление акселерометра к рыхлой штукатурке, обоям и прочим мягким покрытиям недопустимо, так как в этом случае результаты измерений будут ошибочны из-за гашения виброколебаний этими материалами.
364
1 м |
|
Измеряемая конструкция |
Акустический |
|
|
|
излучатель |
0,5 м |
0,5 м |
Микрофон В |
|
1,5 м |
Мик- |
Акселерометр |
|
рофон А |
|
|
|
Рис. 7.7. Схема измерения акустических и виброакустических характеристик стены (перегородки)
На рис. 7.8 показана типовая схема измерения перекрытия пола. Расположение акустического излучателя согласно регламентирующим документам может быть иным, чем показано на схеме – допускается его установка на месте источника звука (рабочий стол руководителя, трибуна для выступлений и т.д.). При этом размещение датчиков не меняется.
Акустический
излучатель
Микрофон А
1,5 м
0,5 м
Акселерометр
Измеряемая конструкция |
0,5 м |
Микрофон В
Рис. 7.8. Схема измерения акустических и виброакустических характеристик перекрытия пола
365
Схема измерения перекрытия потолка несколько отличается от схемы измерения перекрытий пола. Излучатель в обоих случаях размещается над полом, а микрофоны А и В по обе стороны ограждающей конструкции. При измерениях перекрытия потолка микрофон А размещается под потолком на расстоянии 0,5 м и развернут вертикально вниз (к источнику тестсигнала). Микрофон В располагается над полом вышерасположенного помещения (т.е. над перекрытием потолка) на высоте 0,5 м и направлен вертикально вниз. Расположение микрофона В не зависит от наличия фальшпотолка.
Вибрационный канал утечки надо рассматривать (кроме окон) на границе контролируемой зоны, так как внутри зоны перехват информации обязаны исключить службы защиты информации заказчика.
На рис. 7.9 показана схема измерения акустических характеристик двойного дверного проема.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Измеряемая конструкция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(двойной дверной проем) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Акустический |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Излучатель |
|
|
0,5 м |
|
|
|
0,5 м |
Микрофон В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7.9. Схема измерения акустических характеристик двойного дверного проема
При акустических измерениях необходимо следить, чтобы полотна дверей были плотно прикрыты и имели звукопоглощающие уплотнения.
На рис. 7.10 показана схема измерений на окне. Следует заметить, что окна в общем случае могут служить оптическим, акустическим, виброакустическим и оптико-электронным каналами утечки речевой информации. Если окна расположены на нижних этажах, то проведение акустических измерений на звукоизоляцию оконных проемов не представляет особого труда. Они проводятся по рассмотренной схеме.
|
|
|
|
|
0,5 м |
|
|
Микро- |
|
|
|
|
|
|
|
фон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Акселерометр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Акустический |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
излучатель |
|
|
|
0,5 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Микро- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 м |
|
|
|
фонМиАк |
|
|
|
Микро- |
|
|
|
|
Мик |
|
|
|
фон В |
|
|
|
|
|
|
рофон- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7.10. Схема измерений на окне
Измерения защищенности по вибрационному каналу на остеклении окон с помощью оптико-электронной аппаратуры дистанционного прослушивания речи надо проводить с учетом некоторых особенностей, связанных с вертикальными размерами окон. Верхняя часть окон в большинстве случаев расположена значительно выше осевой линии акустического излучателя (выше 1,5 м от пола).
При проведении измерений в нижней и верхней частях окна на одинаковых предписанных расстояниях микрофона А (0,5 м) от плоскости стекол значение уровня падающей звуковой волны в верхней части окна будет на 3…8 дБ ниже, чем в нижней части [38].
При расчетных соотношениях сигнал/шум вблизи нормативных значений это может привести к ошибочным выводам. Поэтому для исключения подобной ситуации необходимо повторить измерения, поместив микрофон напротив центров верхних фрамуг.
Измерение в каналах вентиляционной системы производится по схеме, представленной на рис. 7.11. Излучатель располагается вблизи входа канала вентиляции на высоте 1,5 м от пола (расстояние от стены в 1 м не регламентируется). Микрофон А устанавливается на расстоянии в 0,5 м по нормали к плоскости вентиляционной решетки с ориентацией на нее.
367
Микрофон В устанавливается в плоскости ближайшего по ходу вентиляционного канала окна также с ориентацией на решетку окна. Это связано с тем, что при непреднамеренном прослушиванием, например, во время ре- монтно-профилактических работ, ухо постороннего может оказаться в этой же плоскости.
0,5 |
м |
Измеряемая конструкция |
|
|
|
Микро- |
Микрофон В |
|
|
|
|
|
фон А |
|
|
Акустический |
|
|
|
излучатель |
|
|
1,5 |
м |
|
Рис. 7.11. Схема измерения в канале системы вентиляции
В коробе распространяется сферическая звуковая волна со снижением звукового давления пропорционально третьей степени расстояния от источника звука. Поэтому расчеты защищенности в плоскости решетки и на расстоянии 0,5 м будут отличаться в несколько раз [38]. Уровень тестирующего сигнала зависит от характера решаемой задачи, общей рекомендацией является установка его не менее 10 дБ выше уровня шумов [38].
При измерениях на окнах при одиночных стеклах вполне достаточно давления 60…65 дБ, для стеклопакетов – 70…80 дБ. При измерениях на дверных проемах общего типа, в том числе и двойных, необходим уровень тестирующего сигнала 70…75 дБ, а для дверей с усиленной звукоизоляцией – до 90 дБ. Для стен и капитальных перегородок уровень тест-сигнала необходимо поднимать до допустимого максимума.
Измерения на системе отопления (рис. 7.12), представляющей собой виброакустический канал утечки речевой информации, на трубах отопления рекомендуется проводить в следующем порядке [38].
Акселерометр
1 м
0,5 м
Акустический |
излучатель |
1,5 м |
Мик- |
рофон |
Измеряемая конструкция
Акселерометр Рис. 7.12. Схема измерений на системе отопления
Акустический излучатель располагается относительно плоскости батареи, являющейся наиболее эффективным приемником звуковой волны. Микрофон А направляется на излучатель и располагается на расстоянии 0,5 м от плоскости батареи по ее центру.
Если границей контролируемой зоны являются ограждающие конструкции выделенного помещения, то акселерометр закрепляется поочередно на трубах на расстоянии 10…15 см от места выхода трубы из выделенного помещения.
Если же границей контролируемой зоны являются стены здания, в котором находится контролируемое помещение, то в связи со значительным затуханием вибрационного тест-сигнала до точки установки акселерометра прямой замер защищенности становится невозможным. В подобном случае надо размещать акселерометр на таком расстоянии от выделенного помещения, на котором тест-сигнал надежно измеряется, а результаты измерения защищенности от утечки удовлетворяют требованиям. На этом основании делается вывод, что на границе контролируемой зоны вследствие дальнейшего затухания тест-сигнала результаты будут еще лучше.
Другой метод заключается в измерении реального затухания в канале утечки. Суть его заключается в генерации в канал с большим затуханием достаточно мощного вибрационного тест-сигнала не от акустической колонки, а непосредственно от вибропреобразователя (ВП), позволяющего
369
