13.6 Проводные микрофонные системы и электронные стетоскопы

13.6.1 Проводные микрофонные системы

Средства акустической разведки активно используются для перехвата речевой информации из различных помещений. Особенно широко используются средства акустической разведки, скрытно устанавливаемые непосредственно в помещениях. Причем такие средства устанавливаются не только в служебных помещениях, но даже в жилых квартирах.

На стадии строительства или капитального ремонта в помещениях могут быть скрытно установлены миниатюрные микрофоны, соединительные линии которых выводятся в помещения или даже в другие здания, находящиеся за пределами контролируемой зоны, где устанавливается регистрирующая или передающая аппаратура. Такие системы перехвата акустической информации часто называют проводными микрофонными системами.

В проводных системах используются в основном электретные микрофоны с чувствительностью 20 - 60 мВ/Па, обеспечивающие регистрацию речи средней громкости на удалении до 7-10 м от его источника. При этом частотный диапазон составляет от 20 – 100 Гц до 6 – 20 кГц.

Как правило, микрофоны комплексируются с предварительными усилителями. Для передачи информационного сигнала и электропитания усилителей используются двух- или трехпроводные линии. Для питания микрофонов обычно используется постоянное напряжение DC 9 – 15 В.

Внешний вид микрофонов с предусилителями в обычном исполнении представлен на рис.13.1

Некоторые микрофонные блоки помимо предварительного усилителя имеют электронную систему включения/выключения микрофона (рис. 13.3). В случае если в помещении разговор прекращается, микрофон отключается. При появлении акустического сигнала микрофон практически мгновенно (время реакции менее 1 с) включается.

Рис. 13.1. Микрофоны с предварительным усилителем: (диапазон частот 20 – 16000 Гц, отношение сигнал/шум 58 дБ, размеры 18x8x6 мм)

Рис. 13.2. Миниатюрный микрофон с предусилителем MC-400 (частотный диапазон 20 – 1000 Гц, отношение сигнал/шум 63 дБ, размеры 6x18x4 мм)

Рис. 13. 3. Микрофон с предусилителем и электронной системой включения/выключения

Время отключения системы, изображенной на рис. 13. 3. при отсутствии акустического сигнала регулируемое – от 15 с до 10 мин.; дальность перехвата речи – 5 м; диаграмма направленности микрофона – 100°; напряжение питания 3 – 15 В.

Развитие новых технологий, в частности технологии MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), привело к созданию принципиально новых цифровых MEMS-микрофонов (иногда их называют кремниевыми микрофонами). Как и обычный электретный микрофон, MEMS-микрофон состоит из гибкой диафрагмы, жесткой подложки и демпфирующего отверстия с электрическим зарядом на подложке. Диафрагма находится в непосредственной близости от подложки, образуя конденсатор. Под воздействием звукового давления диафрагма движется, при этом изменяется емкость между ней и подложкой. Эти изменения измеряются и выводятся в виде электрического сигнала. MEMS-микрофон после изготовления не имеет заряда. Необходимая величина заряда на пластинах поддерживается источником питания.

MEMS-микрофон выпускаются как без усилителя, так и со встроенным усилителем.

Микрофон заключается в металлический корпус для защиты от электромагнитных помех. На подложке смонтированы фильтрующие конденсаторы для защиты от наводок. В этом же корпусе устанавливаются усилитель сигнала, различного вида фильтры, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Рис.13.4 MEMS микрофон с интегральным усилителем

MEMS-микрофон обеспечивает равномерную частотную характеристику в звуковом диапазоне от 100 Гц до 10 кГц и имеет очень высокую чувствительность, порядка от 42 до 26 дБ относительно (В/Па), то есть от 8 до 50 мВ/Па. Таким образом, при использовании в проводных системах MEMS-микрофонов в сборке (CMOS + MEMS) в линию передается цифровой импульсный сигнал.

Чтобы микрофоны не были обнаружены, они скрытно устанавливаются в ограждающие конструкции или камуфлируются под предметы интерьера помещений. Современные технологии позволяют изготавливать миниатюрные микрофоны, которые легко установить в оконной раме или в раме картины. При правильной установке в ограждающей конструкции (например, в стене здания) миниатюрный микрофон практически невозможно обнаружить даже нелинейным локатором.

Длина соединительного кабеля может составлять от 50 – 200 м до 5 – 10 км и более, как например, в системе PK-1055 SS. На сравнительно небольшой по размерам катушке помещается 50 – 100 м кабеля.

Для передачи информации, перехватываемой с использованием микрофонов, наряду со специально проложенными кабелями могут использоваться телевизионные кабели, трубы парового отопления, неиспользуемые старые кабели сети 220 В или соединительные линии систем охранной и пожарной сигнализации и т.п. Трубы могут иметь специальное многослойное покрытие из металлических и диэлектрических слоев, позволяющее передавать по ним сигнал и питание для электронных схем микрофона.

На приемном пункте сигнал, передаваемый микрофоном, поступает на специальный низкочастотный усилитель, а затем записывается или передается по каналу связи на другой приемный пункт.

Внешний вид специальных низкочастотных усилителей приведен на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Специальный усилитель низкой частоты (частотный диапазон 150 – 6000 Гц, размеры 113x37x75 мм; масса 0,3 кг)

Для прослушивания помещений могут использоваться как одноканальные, так и многоканальные системы.

Рис. 13.6 Проводная одноканальная микрофонная система PKI 2950:

а-специальный усилитель; б - катушка с кабелем

В проводной микрофонной системе PKI 2950 используются электретные микрофоны с полосой частот от 100 Гц до 7 кГц (отношение сигнал/шум 60 дБ/1 кГц). Катушка с кабелем длиной 100 м имеет размеры 180x60 мм и массу 600 г.

К типовой многоканальной системе относится, например, проводная микрофонная система SIM Rotel-30 Рис. 13.7 Система предназначена для прослушивания помещений по специально проложенной двухпроводной линии. К линии может быть подключено до 30 микрофонов. Максимальная длина кабеля – 200 м. Приемный блок имеет размеры 225х200х70 мм. Питание блока осуществляется от сети переменного тока 220 В.

Рис. 13.7. Проводная микрофонная система: а – SIM Rotel 1 (одноканальная); б – SIM Rotel -30 (30-канальная)

В системе SIM Rotel используются электретные микрофоны со встроенными предусилителями и схемами управления. Включение каждого микрофона осуществляется подачей в линию индивидуального кодового сигнала. Размеры микрофонов 9х25 мм. Их питание осуществляется от приемного блока напряжением 12 В. Питание микрофона – DC 12 В. Микрофоны с предусилителями имеют в своем составе полупроводниковые элементы и могут быть обнаружены с использованием нелинейных локаторов.

В целях обеспечения скрытности для прослушивания помещений могут использоваться оптические (оптоволоконные) микрофоны, не имеющие в своем составе полупроводниковых элементов и не обнаруживаемые нелинейными локаторами.

К таким системам относится, например, система PKI 2960 (Рис. 13.8). Оптический (оптоволоконный) микрофон системы PKI 2960 предназначен для передачи акустической информации по оптоволоконному кабелю. Микрофон выполнен в виде пластикового цилиндрического корпуса с торцевым или боковым микрофонным входом, имеет двойной оптоволоконный кабель в тефлоновой оболочке с оптическими разъемами для подключения устройства обработки сигнала. Частотный диапазон микрофона от 250 до 4500 Гц. Микрофон имеет очень высокую чувствительность от 0,3 до 1,8 В/Па (табл. 1) .

Рис. 13.8 Оптический (оптоволоконный) микрофон

Устройство обработки сигнала выполнено в небольшом пластиковом корпусе с разъемами для подключения внешнего источника питания, записывающего устройства и оптоволоконного кабеля Оно имеет излучающий светодиод и приемный фотодиод. Излучаемый световой сигнал по одному из оптоволоконных кабелей попадает на звуковую мембрану, находящуюся в корпусе микрофона. Отраженный сигнал, модулированный акустическим сигналом через другой оптоволоконный кабель, попадает на приемный фотодиод. Далее устройство обработки выделяет акустическую составляющую сигнала. Стандартно выпускаются 2 модификации системы, отличающиеся длиной оптоволоконного кабеля - 10 и 20 м.

Таблица 1.

Технические характеристики оптического (оптоволоконного) микрофона PKI 2960

Характеристика	Значение
Диаграмма направленности	круговая
Диапазон частот, Гц	250 – 4500
Чувствительность, В/Па	0,3 – 1,8
Соотношение сигнал/шум (на частоте 1 кГц), дБ, не менее	65
Нелинейные искажения (при уровне сигнала 84 дБ)	менее 1%
Максимальное статическое давление на мембрану, дБ, не менее	130
Напряжение питания (DC), В	9 –12
Потребляемый ток, мА, не более	80
Масса микрофонной головки, г	1
Размеры микрофонной головки, мм
- диаметр	4,5
- длина	21,5

Регистрирующая или передающая аппаратура устанавливается в местах, доступ в которые затруднен - в стропилах на чердаке и в основании фундамента здания. В качестве регистрирующей аппаратуры в основном используются цифровые магнитофоны и диктофоны с длительным временем непрерывной записи (от 60 до 300 ч и более).

Наряду с эквалайзерами для повышения разборчивости речи используются специальные программно-аппаратные комплексы шумоочистки речи, позволяющие устранять шумы и искажения. При этом устраняются следующие типы искажений: шумы транспортных средств, сетевые наводки, типовые помехи телефонной сети и радиоканалов, плавная музыка, шумы бытовой техники (шум вентилятора, пылесоса, холодильника и т.п.), широкополосные и медленно меняющиеся шумы, компенсация неравномерности АЧХ диктофона и т.п.