Пассивные средства защиты

Исходный речевой акустический сигнал (ИРС) в помещении L_о следует рассматривать как сигнал прямого акустического поля, то есть неискаженный влиянием акустических свойств самого помещения. Сигнальные свойства процесса L_о не являются детерминированными, так как зависят от таких характеристик, как голосовые особенности диктора, специфика переговоров (беседа, выступление, телефонный разговор), наличия в помещении средств усиления звука, особенностей передаваемого речевого сообщения, языка, на котором происходит передача информации, количество дикторов. В связи с этим вопрос создания обоснованных тестов (эквивалента речи) по их виду и уровню громкости является самостоятельной проблемой.

В помещении, которое для акустического сигнала является линейной системой с некоторой переходной характеристикой h_п, формируется сложная картина пространственно-частотного распределения акустического сигнала, зависящая от архитектурно-акустических параметров (АСП) – размеров помещения, типов акустической облицовки поверхностей, наличие мягкой мебели и предметов интерьера в помещении, даже влажности воздуха и его температуры. Именно этот акустический сигнал, который является сложной композицией прямой и диффузной (равномерной в пространстве) составляющих поля, создает сигналы в каналах утечки информации как вибрационного, так и акустического типов, причем картина акустического поля существенно изменяется при перемещении источника звука, то есть может быть нестационарная во времени.

Акустические каналы утечки создаются при прохождении механических колебаний воздушной среды через конструкции с ослабленными значениями звукоизоляции или при полном отсутствии таковых, как, например, для воздуховодных каналов типа систем вентиляции. Вибрационные каналы утечки создаются при преобразовании акустических колебаний воздушной среды в механические колебания твердых сред, которыми являются ограждающие строительные конструкции помещений и инженерно-технические коммуникации. Оба типа каналов утечки представляют собой единый вид механических колебаний, которые обладают очевидным свойством распространяться в пространстве, создавая тем самым предпосылки для проникновения сигнала на значительном удалении от исходного помещения. Все возможные в помещении вибрационные и акустические каналы утечки (ВАКУ) обладают собственными переходными линейными характеристиками h_i, которые и определяют спектрально-энергетические параметры речевого сигнала в каналах утечки. В реальном помещении количество типов каналов утечки N практически соответствует числу однородных участков ограждающих конструкций и коммуникаций – каждый элемент ограждения (перегородка, окно, дверь, колонна, перекрытие) и каждая коммуникация (трубопровод, воздуховод, кабельные линии) представляют собой индивидуальный канал, сигналы в которых коррелированны, но существенно различны по мощности и ее распределению по частоте.

Эффективность каналов утечки зависит не только от степени линейных искажений исходного речевого сигнала, но и от различного рода помех и шумов, которые действуют в каналах утечки. Необходимо отметить, что в защищаемом помещении уже существует некоторая акустическая помеха, которая может приводить к искажению восприятия речи – шумы помещения (ШП) N_ш(t), например, сигналы вещания, переговоры других лиц, шумы вентиляции, шумы кондиционера, уличные шумы. В зависимости от акустических свойств помещения, в первую очередь его размеров, эти шумы могут существенно снизить качество восприятия речи даже при расположении датчика информации непосредственно во внутреннем объеме помещения, а тем более при приеме речи на удалении от источника сигнала. Собственные шумы помещения, как и речевой сигнал, создают акустическое поле, определяемое параметрами помещения и также как и речевой сигнал проникают в канал утечки информации. Кроме них в канале действуют и другие типы шумов и помех, независимых от шумов помещения, которые создаются различными источниками шумов (ИШ). В общем случае они коррелированны между собой, так как один источник шумов может создавать помеху как в акустическом, так и в вибрационном каналах. Каждый из источников шумов создает в канале утечки помеху с индивидуальными спектральными характеристиками N_сi(t).

Основная идея пассивных средств защиты акустической информации - это снижение соотношения сигнал/шум в возможных точках перехвата информации за счет снижения уровня информативного сигнала.
К помещениям, в которых проводятся закрытые мероприятия, предъявляются определенные требования по звукоизоляции. Для таких помещений в зависимости от их категории введены нормы по звукоизоляции, выполнение которых позволяет исключить возможность несанкционированного прослушивания информации за пределами этих помещений.

Прохождение звуковых волн через препятствия осуществляется различными путями:

через поры, щели, окна, двери, технологические проемы и т.д. (путем воздушного переноса);

через материал стен, по трубам водо-, газо- и теплоснабжения, канализации за счет продольных колебаний частиц материала (путем материального переноса);

через материал стен, перегородок и перекрытий помещения за счет их поперечных колебаний (путем мембранного переноса).

Целью звукоизоляции помещений является создание условий, обеспечивающих ослабление интенсивности звуковой волны, распространяющейся указанными ранее путями.

При падении звуковых волн с интенсивностью I_пад на препятствие больших в сравнении с длиной волны размеров интенсивность звука I_пр с другой стороны препятствия в условиях отсутствия отражения звука в пространстве за перегородкой будет определяться только звукопроводностью препятствия.

Коэффициент звукопроводности a_пр определяется соотношением:

I_пр р _пр

a = ¾ = ¾,

I_пад р _пад

где р_пад, р_пр - звуковое давление с внешней и внутренней стороны препятствия.

На практике часто используют величину W, называемую звукоизоляцией. Она характеризует потери на прохождение звуковой волны через препятствие и определяется выражением:

I_пад 1 р_пад

W = 10 Lg ¾ = 10Lg ¾ = 20 Lg ¾

I_пр a_пр р_пр

При выборе ограждающих конструкций выделенных помещений в процессе проектирования необходимо руководствоваться следующими правилами:

— в качестве перекрытий рекомендуется использовать акустически неоднородные конструкции;

— в качестве полов целесообразно использовать конструкции на упругом основании или конструкции, установленные на виброизоляторы;

— потолки целесообразно выполнять подвесными, звукопоглощающими со звукоизолирующим слоем;

— в качестве стен и перегородок предпочтительно использование многослойных акустически неоднородных конструкций с упругими прокладками (резина, пробка, ДВП, МВП и т.п.).
Выделение акустического сигнала на фоне естественных шумов происходит при определенных соотношениях сигнал/шум. Производя звукоизоляцию, добиваются его снижения до предела, затрудняющего (исключающего) возможность выделения речевых сигналов, проникающих за пределы контролируемой зоны по акустическому или виброакустическому (ограждающие конструкции, трубопроводы) каналам.

Для сплошных, однородных, строительных конструкций ослабление акустического сигнала, характеризующее качество звукоизоляции на средних частотах, рассчитывается по формуле:

где q_ог, - масса 1 м² ограждения, кг; f - частота звука, Гц.

Во временно используемых помещениях применяют складные экраны. Применение звукопоглощающих материалов, преобразующих кинетическую энергию звуковой волны в тепловую, имеет некоторые особенности, связанные с необходимостью создания оптимального соотношения прямого и отраженного от преграды акустических сигналов. Чрезмерное звукопоглощение снижает уровень сигнала, большое время реверберации приводит к ухудшению разборчивости речи.

Поглощающие материалы могут быть сплошными и пористыми. Обычно пористые материалы используют в сочетании со сплошными. Один из распространенных видов пористых материалов — облицовочные звукопоглощающие материалы. Их изготавливают в виде плоских плит или рельефных конструкций (пирамид, клиньев и т.д.), располагаемых или вплотную, или на небольшом расстоянии от сплошной строительной конструкции (стены, перегородки, ограждения и т.п.).

Отдельную группу звукопоглощающих материалов составляют резонансные поглотители. Они подразделяются на мембранные и резонаторные. Мембранные поглотители представляют собой натянутый холст (ткань), тонкий фанерный (картонный) лист, под которым располагают хорошо демпфирующий материал (материал с большой вязкостью — например, поролон, губчатую резину, строительный войлок и т.д.). В такого рода поглотителях максимум поглощения достигается на резонансных частотах.

Повышение звукоизоляции стен и перегородок помещений достигается применением слоистых или раздельных их конструкций. В многослойных перегородках и стенах целесообразно подбирать материалы слоев с резко отличающимися акустическими сопротивлениями (например, бетон—поролон).

Звукоизолирующая способность сложных стен, имеющих дверные и оконные проемы, зависит от звукоизоляции дверей и окон. Увеличение звукоизолирующей способности дверей достигается плотной пригонкой полотна дверей к коробке, устранением щелей между дверью и полом, применением уплотняющих прокладок, обивкой или облицовкой полотен дверей специальными материалами и т.д. При недостаточной звукоизоляции однослойных дверей используются двойные двери с тамбуром, облицованные звукопоглощающим материалом.

Звукопоглощающая способность окон, так же как и дверей, зависит главным образом от поверхностной плотности стекла и прижатия притворов. Обычные окна с двойными переплетами обладают более высокой (на 4—5 дБ) звукоизолирующей способностью по сравнению с окнами со спаренными переплетами. Применение упругих прокладок значительно улучшает звукоизоляционные качества окон. В случаях, когда необходимо обеспечить повышенную звукоизоляцию, применяют окна специальной конструкции (например, двойное окно с заполнением оконного проема органическим стеклом толщиной 20—40 мм и с воздушным зазором между стеклами не менее 100 мм). Повышенное звукопоглощение обеспечивается применением конструкции окон на основе стеклопакетов с герметизацией и заполнением зазора между стеклами различными газовыми смесями.