Торокин А.А. Инженерно-техническая защита информации, 2005

Примечание. Разброс значений скорости обусловлен отличиями свойств среды распространения.

Среда распространения носителя информации от источника к приемнику может быть однородной (воздух, вода, твердые тела) и неоднородной, образованной последовательными участками раз­ личных физических сред: воздуха, древесины дверей, стекол окон, бетона или кирпича стен, различными породами земной поверх­ ности и т. д. Но и в однородной среде ее параметры не постоянные, а могут существенно различаться в разных точках пространства.

При распространении звуковых колебаний движение частиц среды вызывает давление во фронте волны. Фронтом звуковой волны называется поверхность, соединяющая точки поля с оди­ наковой фазой колебания. По мере распространения в любой среде звуковые волны затухают.

Затухание акустической волны в воздухе вызвано:

•расхождением акустической волны в пространстве;

•рассеянием акустической волны на неоднородностях воздуш­ ной среды (каплях дождя, снежинках, пыли, ветках деревьев и

др-);

•турбулентностью воздушных потоков, вызванной неравномер-

vным распределением в пространстве температуры, давления,

| силы и скорости ветра, которые искривляют акустическую вол­ ну и вызывают частичное ее отражение от границы раздела сло­ ев воздуха с различными плотностями.

Интенсивность сферической акустической волны (в виде сфе­ ры) в результате расхождения убывает обратно пропорционально

201

расстоянию от источника, а амплитуда звукового давления — об­ ратно пропорционально расстоянию. Если среда ограничена отра­ жающей поверхностью, то степень затухания уменьшается. В ме­ таллических звуководах и в трубах большая часть энергии звуко­ вой волны многократно переотражается от стен и в пространстве рассеивается в существенно меньшей степени. Поэтому дальность распространения акустической волны в них значительно больше.

Дальность подслушивания повышается утром и вечером, в пасмурную погоду и после дождя, над водной поверхностью, зи­ мой при отсутствии снегопада, в горах за счет переотражений от них, а также если ветер дует со стороны источника звука. Дождь, снег, встречный (по направлению к источнику звука) ветер могут увеличить затухание акустической волны на 8-10 дБ для расстоя­ ния 100 м. При звуке, направленном против ветра, лучи акусти­ ческой волны изгибаются вверх и могут пройти выше стоящего на земле человека, а при звуке по ветру они изгибаются вниз, увели­ чивая дальность слышимости с подветренной стороны. Затухание звуковых волн в морской воде больше, чем в дистиллированной, и меньше (почти в 1000 раз), чем в воздухе.

Так как акустическая волна распространяется в результате пе­ редачи энергии колебаний от одной микрочастицы среды к другой, то чем выше частота колебаний, тем большая энергия нужна для раскачивания соседней микрочастицы. Поэтому затухание звука в среде распространения пропорционально квадрату частоты коле­ баний.

При распространении акустической волны в среде ее траек­ тория изменяется в результате отражений и дифракции. На гра­ нице сред с разной плотностью акустическая волна частично пе­ реходит из одной среды в другую, частично отражается от грани­ цы между двумя средами. При падении звука из воздуха на воду, бетон, дерево в эти среды проникает не более сотых долей мощ­ ности звука.

Отражение звука происходит также от поверхностей разде­ лов слоев воздуха (воды) с разными значениями акустического сопротивления вследствие неодинаковой температуры и плотнос­ ти. Этим объясняются значительные колебания (в 10 и более раз) дальности распространения звука в атмосфере.

202

При определенных условиях неоднородности создают условия для образования акустических (звуковых) каналов, по которым акустическая волна может распространяться на значительно боль­ шие расстояния, как свет по оптическим световодам. Акустические каналы чаще всего образуются в воде морей и океанов на опреде­ ленной глубине, на которой в результате влияния двух противопо­ ложных природных факторов (плотности воды и ее температуры) создается акустический канал с меньшей скоростью распростране­ ния, чем в выше- и нижерасположенных слоях воды. Такое явле­ ние возникает потому, что скорость распространения акустичес­ кой волны в воде увеличивается с глубиной из-за повышения плот­ ности воды и уменьшается при понижении ее температуры в более глубоких слоях, особенно в летнее время. В слоях ниже акустичес­ кого канала преобладает влияние первого фактора, способствую­ щего увеличению скорости акустической волны, выше— второ­ го фактора. Акустическая волна, попадающая в эту область, рас­ пространяется внутри ее с соответствующим для параметров воды затуханием. При отклонении траектории распространения волна, преломляясь в неоднородностях области, возвращается в канал. В результате этого длина акустического канала существенно уве­ личивается. Звуковая волна от подводных взрывов может распро­ страняться на расстояние в сотни км.

В помещении акустическая волна многократно отражается от ограждений, в результате чего в нем возникает сложное акусти­ ческое поле в виде совокупности волн, приходящихся непосредс­ твенно от источника и отраженных. Акустические сигналы при прохождении через вентиляционные воздухопроводы ослабевают из-за поглощения в стенах короба и в изгибах. Однако за счет мно­ гократных переотражений акустической волны от стенок возду­ ховода ее энергия не рассеивается в пространстве. Вследствие это­ го дальность распространения волны в воздуховоде может быть существенно больше, чем в свободном пространстве. Затухание в прямых металлических воздуховодах составляет 0,15 дБ/м, в не­ металлических — 0,2-0,3 дБ/м. При изгибах затухание дости­ гает 3-7 дБ (на один изгиб), при изменениях сечения — 1-3 дБ. Ослабление сигнала на выходе из воздуховода помещения состав­ ляет 10-16 дБ [14].

203

За счет многократных переотражений акустической волны в замкнутом пространстве возникает явление послезвучания — ре­ верберация. Величина реверберации оценивается временем ре­ верберации Т , равного времени уменьшения интенсивности звука после выключения его источника на 60 дБ. Вследствие многократ­ ных переотражений в помещении на барабанную перепонку чело­ века или мембрану микрофона оказывают давление акустические волны, распространяющиеся разными путями от источника звука. При очень малом значении времени реверберации на барабанную перепонку или микрофон воздействует, в основном, быстро зату­ хающая прямая волна. В этом случае слышимость речи при удале­ нии от источника резко уменьшается, а тембр звуков речи за счет большего затухания в воздухе высоких частот обедняется, что ухудшает слышимость речи в крупных помещениях. Чем больше размеры помещения и меньше коэффициент поглощения огражда­ ющих поверхностей, тем больше время реверберации. При боль­ шем времени реверберации слышимость в удаленных от источ­ ника звука точках пространства улучшается за счет энергии от­ раженных от стен акустических волн. Но при большом времени реверберации на звуки, создаваемые в текущий момент времени, накладываются предшествующие звуки, что ухудшает разборчи­ вость речи и делает помещение гулким. Поэтому для каждого по­ мещения существует оптимальное время реверберации, при кото­ ром обеспечиваются хорошие слышимость и разборчивость речи или музыки. Время реверберации менее 0,85 с незаметно для слу­ ха. Для большинства типовых помещений организаций время ре­ верберации мало (0,2-0,6 с) и его можно не учитывать при оцен­ ке разборчивости.

Для концертных залов, имеющих существенно большие раз­ меры, время реверберации определяет их акустику. Установлено, что в помещениях объемом до 350 м2 оптимальной является ревер­ берация со временем до 1,06 с. При увеличении объема помещения Vn время реверберации пропорционально повышается и принима­ ет для Vn = 27000 м3 значение около 2 с.

Время реверберации в помещении объемом Vn может быть вы­ числено по приближенной формуле Сэбина:

204

Как следует из данных таблицы, понятность речи за предела­ ми помещения может быть достаточной для образования каналов утечки информации.

Понятность речи зависит также от уровня и характера помех в среде распространения. Акустические помехи (шумы) вызыва­ ются многочисленными источниками— автомобильным транс­ портом, ветром, техническими средствами в помещениях, разго­ ворами в помещениях и т. п. Уровни шумов изменяются в тече­ ние суток, дней недели, зависят от погодных условий. Ночью и в выходные дни шумы меньше. Усредненные значения акустичес­ ких шумов в помещении и вне его на частоте 1000 Гц приведены в табл. 6.6 [16].

206

Санитарные нормы уровня шумов на частоте 1000 Гц, допус­ тимые для сна и отдыха, составляют 35 дБ, для умственной рабо­ ты — 45 дБ, для обеспечения речевой и телефонной связи — 50 дБ, для труда в офисе — 55 дБ.

Акустические приемники обеспечивают селективность акус­ тических сигналов в пространстве и по частоте, преобразование их в электрические сигналы, усиление электрических сигналов, кон­ сервацию и преобразование их в форму, доступную для восприя­ тия информации человеком. В зависимости от среды распростра­ нения акустической волны различают акустоэлектрические пре­ образователи акустических приемников: в атмосфере — микрофо­ ны, в твердой среде — стетоскоп и акселерометр, в воде — гид­ рофон и земной поверхности— геофон. Ухо имеет наибольшую чувствительность в средней области звукового диапазона (1500— 2000 Гц) и меньшую чувствительность на низких и высоких час­ тотах. Средний порог слышимости человека соответствует мощ­ ности звука 10 12 Вт или звуковому давлению на барабанную пере­ понку уха человека 2 • 10 5 Па. В диапазоне 250-500 Гц происходит ухудшение слышимости и, следовательно, громкости примерно на ё дБ. Акустические шумы при восприятии речи человеком повы­ шают порог его слышимости.

207

Дальность акустического канала утечки информации, в осо бенности от такого источника как человек, мала и, как правило, Hi обеспечивает возможность ее съема за пределами территории орга низации. Речь человека при обычной громкости может быть непос редственно подслушана злоумышленником на удалении единиц i в редких случаях — десятков метров.

Поиски путей повышения дальности добывания речевой ин формации привели к появлению составных каналов утечки инфор мации. Применяются два вида составного канала утечки информа ции: акусто-радиоэлектронной и акусто-оптический.

Акусто-радиоэлектронный канал утечки информации со стоит из двух последовательно сопряженных каналов: акустическо го и радиоэлектронного каналов утечки информации. Приемникол акустического канала является функциональный или случайно об разованный акустоэлектрический преобразователь. Электрически! сигнал с его выхода поступает на вход радиоэлектронного канал; утечки информации — источника электрических или радиосигна лов.

Структура акусто-радиоэлектронного канала утечки информа­ ции приведена на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Структура акусто-радиоэлектронного канала

утечки информации

Акустоэлектрический преобразователь образует источни* опасных сигналов и реализуется в закладном устройстве, разме­ щаемом злоумышленником в помещении. Закладные устройстве создаются специально для подслушивания речевой информации и обеспечивают повышение дальности составного акустического ка­ нала до единиц км и возможность съема информации злоумыш-

208

■щ

I Ценником за пределами контролируемой зоны. Закладное устройс­ т в о как ретранслятор является более надежным элементом кана­ ла утечки, чем побочное излучение сигнала, так как процесс обра­ зования канала утечки информации на основе закладки управляем злоумышленником.

Другой способ повышения дальности акустического канала утечки информации обеспечивается составным акусто-оптичес- ким каналом утечки информации. Схема его указана на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Структура акусто-оптического канала утечки

информации

Составной акусто-оптический канал утечки информации обра­ зуется путем съема информации с плоской поверхности, колеблю­ щейся под действием акустической волны с информацией, лазер­ ным лучом в ИК-диапазоне. В качестве такой поверхности исполь­ зуются стекла закрытого окна в помещении, в котором циркулиру­ ет секретная (конфиденциальная) информация. Теоретически рас­ сматривается возможность съема информации с внешней стороны стены помещения, но данных о реализации подобной идеи нет.

С целью образования оптического канала стекло облучается лазерным лучом с внешней стороны, например, из окна противопо­ ложного дома. Луч лазера в ИК-диапазоне для посторонних лиц и находящихся в помещении невидим. В месте соприкосновения ла­ зерного луча со стеклом происходит акустооптическое преобразо­ вание, т. е. модуляция лазерного луча акустическими сигналами от разговаривающих в помещении людей.

Модулированный лазерный луч принимается оптическим при­ емником аппаратуры лазерного подслушивания, преобразуется в электрический сигнал, который усиливается, фильтруется, демодулируется и подается в головные телефоны для прослушивания опе­ ратором или в аудиомагнитофон для консервации.

6.6. Оптические каналы утечки информации

Структура оптического канала утечки информации имеет вид, показанный на рис. 6.8.

Внешний

источник

света

/ 1 4

Помеха

Рис. 6.8. Структура оптического канала утечки информации

В общем случае источником оптического сигнала является объект наблюдения, который излучает сигнал или переотражает свет другого, внешнего источника. Отражательная способность объектов наблюдения зависит от длины волны падающего света

испектральных характеристик поверхности объекта наблюдения. Отражательная способность ряда природных фонов (травы, листы

идр.) и биологических объектов возрастает в несколько раз при смещении длины волны падающего света в область более длинных волн, а для неживых объектов она меняется мало в широком диа­ пазоне длин волн.

Мощность источника светового сигнала характеризуется вели­ чиной светового потока в люменах (лм). Световой поток излуча­ ющего объекта наблюдения определяется как произведение силы излучаемого света на телесный угол в стерадианах (ср), в преде­ лах которого распространяется свет в направлении на оптический приемник. Яркость излучения измеряется в канделлах на м2 или

210