Раздел 4. Вопрос 43 Средства акустической разведки (подробно). Микрофоны

Направленные микрофоны

Направленные микрофоны предназначены прежде всего для акустического контроля источников звуков на открытом воздухе. В таких ситуациях решающим фактором оказывается удаленность источника звука от направленного микрофона, что приводит к значительному ослаблению уровня контролируемого звукового поля (кроме того, при большой дистанции становится заметным ослабление звука из-за разрушения пространственной когерентности поля вследствие наличия естественных рассеивателей энергии, например средне- и крупномасштабных турбулентностей атмосферы, создающих помехи при ветре).

Так, на дистанции 100 м давление звука ослабляется на величину не менее 40 дБ (по сравнению с дистанцией 1 м), и тогда степень громкости обычного разговора в 60 дБ окажется в точке приема не более 20 дБ. Такое давление существенно меньше не только уровня реальных внешних акустических помех, но и пороговой акустической чувствительности обычных микрофонов.

Виды направленных микрофонов. Существует четыре вида направленных микрофонов:

• параболические;

• плоские акустические фазированные решетки;

• трубчатые, или микрофоны "бегущей" волны;

• градиентные.

Параболический микрофон состоит из отражателя звука параболической формы, в фокусе которого расположен обычный (ненаправленный) микрофон. Отражатель изготавливается как из оптически непрозрачного, так и прозрачного материала.

Величина внешнего диаметра параболического зеркала может находиться в пределах от 200 до 500 мм. Принцип работы этого микрофона поясняется на рис.   

Звуковые волны с осевого направления отражаются от параболического зеркала и суммируются в фазе в фокальной точке А. За счет этого эффекта возникает усиление звукового поля. Чем больше диаметр зеркала, тем большим усилением характеризуется микрофон. Если направление волны звука не осевое, то сложение отраженных от различных частей параболического зеркала звуковых волн в точке А произойдет со сдвигом по фазе и усиление микрофона будет меньшим. Ослабление тем сильнее, чем больше угол прихода звука по отношению к оси. Параболический микрофон является примером высокочувствительного, но слабонаправленного микрофона.

Плоские фазированные решетки обеспечивают одновременный прием звукового поля в дискретных точках некоторой плоскости, перпендикулярной к направлению на источник звука.

В этих точках (А1, А2, А3….) размещаются либо микрофоны с суммированием сигналов электрическим способом, либо открытые торцы звуководов, нарпимер трубок достаточно малого диаметра, которые обеспечивают синфазное сложение звуковых пален от источника в некотором акустическом сумматоре. В микрофоне со звуководами к выходу сумматора подсоединен микрофон. В случае прохода звуковой волны с осевого направления все сигналы, распространяющиеся по звуководам, будут иметь одинаковые фазы, и сложение звуковых волн в акустическом сумматоре будет иметь максимальное значение. Если направление на источник звука не осевое, то сигналы от разных точек приемной плоскости будут иметь различные фазы и результат их сложения будет меньшим. Чем больше угол прихода звука, тем сильнее его ослабление. Обычно число приемных точек Ai в таких решетках составляет несколько десятков.

ПРИМЕР: Плоские фазированные решетки обычно встраиваются в переднюю стенку атташе-кейса с последующим камуфляжем, или в майку-жилет, которая надевается под пиджак или рубашку. Электронные блоки (усилитель, элементы питания, магнитофон) располагаются соответственно либо в кейсе, либо под одеждой. Плоские фазированные решетки с камуфляжем визуально более скрытны по сравнению с параболическими микрофонами.

Трубчатый микрофон представляет собой звуковод в форме жесткой полой трубки диаметром 10–30 мм со специальными щелевыми отверстиями, размещенными рядами вдоль оси звуковода, с круговой геометрией расположения для каждого из рядов. При приеме звуковой волны с осевого направления будет происходить сложение в фазе сигналов, проникающих в звуковод через все щелевые отверстия, в силу равенства скоростей осевого распространения звука вне трубки и внутри нее. Когда же звук приходит под некоторым углом к оси микрофона, то это ведет к неравенству длин путей распространения звуковых волн и фазовому рассогласованию, в результате чего снижается чувствительность приема. Обычно длина трубчатого микрофона находится в пределах от 15–230 мм до 1 м. Чем больше его длина, тем сильнее подавляются помехи с боковых и тыльного направлений.

Градиентные микрофоны первого порядка в отличие от фазированных приемных акустических решеток, использующих операцию сложения акустических сигналов, обеспечивают операцию вычитания по направлению прихода сигнала. В силу этого они имеют низкую пороговую чувствительность, поскольку вычитание ослабляет сигнал, но статически суммирует внутренние помехи. В то же время сама по себе операция вычитания позволяет конструировать направленные системы малых размеров. Простейшим градиентным  направленным микрофоном является микрофон, реализующий градиент первого порядка. Он представляет собой два достаточно миниатюрных и близкорасположенных высокочувствительных микрофона М1 и М2, выходные сигналы которых электрически (или акустически) вычитаются друг из друга, реализуя в конечных разностях первую производную звукового поля по оси микрофона и формируя диаграмму вида cosQ, где Q – угол прихода звука. Тем самым обеспечивается относительное ослабление акустических полей с боковых направлений (0-90°).

Примеры технической реализации направленных микрофонов:

Монокуляр с направленным микрофоном «CУПЕР УХО-100» обеспечивает 8 кратное увеличение. Параболический отражатель способствует созданию узкой диаграммы направленности микрофона. Имеется возможность аудиозаписи на встроенный диктофон в течение 12 сек. Дальность действия микрофона до 100 м. Питание 9 В от батареи типа «Крона». Наушники входят в комплект поставки.

Направленный микрофон «Yukon» – это высококачественный профессиональный прибор для прослушивания и записи звуковых сигналов от удаленных объектов. Микрофон имеет штативное гнездо 1/4 дм, которое позволяет установить его на стандартный штатив.

Данный микрофон имеет узкую диаграмму направленности – суперкардиоиду. Изготовленный по новейшей технологии направленный микрофон «Yukon» является высокочувствительным конденсаторным микрофоном, позволяющим услышать звуки на расстоянии до 100 м. Микрофон имеет автономное питание, обеспечивающее непрерывную работу в течение 300 ч. Эффективная ветрозащита позволяет значительно снизить фон от воздушных потоков.

Проводные системы

Если имеется возможность постоянного проникновения в контролируемые помещения, в нем заранее могут быть установлены миниатюрные микрофоны, линии передачи сигналов которых выводятся в специальное помещение, где находится злоумышленник и установлена регистрирующая аппаратура. Длина линии передачи сигнала может достигать 5000м. Такие системы называются проводными системами.

Для обеспечения скрытности микрофонов последние выпускаются в сверхминиатюрном исполнении (диаметр менее 2,5мм) и камуфлируются под различные предметы.

Для улучшения качества перехваченных разговоров микрофоны устанавливаются как можно ближе к местам проводимых разговоров, а для улучшения чувствительности некоторые микрофоны подключаются к предусилителям.

В качестве регистрирующей аппаратуры используются магнитофоны и диктофоны с длительным временем записи. Для улучшения качества записи и скрытности все чаще используются цифровые магнитофоны.

Стетоскопы

Если не удается проникнуть в контролируемое помещение, но имеется возможность проникновения в соседнее помещение, то для сбора речевой информации используются электронные стетоскопы, преобразующие акустические колебания в твердых телах (стенах, потолках, полах, трубах) в  электрические сигналы. Чувствительным элементом электронных стетоскопов является контактный микрофон (чаще всего на основе пьезоэлемента), соединенный с усилителем. Стетоскоп представляет собой вибродатчик, усилитель и головные телефоны. С помощью подобных устройств можно осуществлять прослушивание разговоров через стены толщиной до 1м. Стетоскоп может оснащаться проводным, радио или другим каналом передачи информации. Достоинством стетоскопа является трудность его обнаружения при установки в соседних помещениях.

ПРИМЕР: имеются стетоскопы, у которых чувствительный элемент, усилитель и радиопередатчик имеют общий корпус. Стетоскоп АД-50 – этот компактный стетоскоп позволяет не только прослушивать разговоры через стены, оконные рамы, двери, но и передавать информацию по радиоканалу. Он имеет высокую чувствительность и обеспечивает хорошую разборчивость речевого сигнала.

Радиомикрофоны

Принцип действия радиозакладок микрофонного типа основан на преобразовании акустических сигналов с помощью микрофона в электрические сигналы и передачи их по радиоканалу на приемное устройство. Такие подслушивающие устройства получили наибольшее распространение благодаря простоте исполнения и дешевизне. В качестве источника питания могут служить автономные источники питания, электрическая и телефонная сети.

• микрофон, воспринимающий акустические колебания разговаривающих лиц и превращающий их в электрические сигналы;

• радиопередатчик, воспринимающий электрические сигналы от микрофона и передающий их по радиолинии на приемник, позволяющий злоумышленнику воспринимать содержание переговоров;

• источник питания радиопередатчика, определяющий продолжительность непрерывной работы радиозакладок.

Микрофон определяет зону акустической чувствительности (до 20–30м), радиопередатчик – дальность действия радиолинии. Важными параметрами с точки зрения дальности действия для передатчика являются мощность, стабильность несущей частоты, диапазон частот, вид модуляции.

По конструктивному исполнению радиозакладки могут быть простыми, работающими как обычные передатчики с амплитудной или частотной модуляцией. В то же время радиозакладки могут быть и весьма сложными: иметь в своем составе устройства дистанционного управления, автоматического включения при определенных условиях, системы накопления информации и передачи ее короткими сериями на повышенных скоростях и т.д.

Наличие такого большого количества моделей радиомикрофонов объясняется тем, что в различных ситуациях требуется определенная модель.

Радиозакладки, устанавливаемые в телефонную линию, используют её и в качестве источника питания и в качестве антенны. Некоторые позволяют прослушивать только телефонные разговоры, а некоторые ещё и разговоры в помещении, где установлен телефонный аппарат. При разговоре акустические волны воздействуют на телефонный капсюль и он передает сигналы по сети, даже если трубка положена. При поднятии трубки закладка переходит в режим прослушивания телефонного разговора. Такие закладки удобны тем, что можно слушать, например, и телефон и квартиру, даже не проникая в неё, достаточно подключить такую закладку к телефонной линии в подъезде. Подключаются телефонные закладки к линии по параллельной схеме.

Так как питается такая закладка от телефонной линии, то время её работы практически не ограничено.

Гидроакустические датчики

Звуковые волны распространяются в воде с очень небольшим затуханием. Этот принцип можно применять для их регистрации, используя жидкость, находящуюся в системах водоснабжения и канализации. Такую информацию можно получить в пределах здания, но радиус прослушивания будет очень сильно зависеть от уровня шумов, особенно в водопроводе. Ещё более эффективным будет использование гидроакустического передатчика, установленного в батарее прослушиваемого помещения.

СВЧ- и ИК-передатчики

Для повышения скрытности передачи речевой информации используется инфракрасный канал. В качестве передатчика звука от микрофона используется полупроводниковый лазер. В качестве примера приведем устройство TRM-1830. Дальность действия днем составляет 150 м, ночью – 400 м, время непрерывной работы – 20 ч. Габариты не превышают 26×22×20 мм. К недостаткам подобной системы можно отнести необходимость прямой видимости между передатчиком и приемником и влияние помех на качество передачи сигналов.Повысить скрытность получения информации можно также с помощью использования канала СВЧ в диапазоне более 10 ГГц. Передатчик, выполненный на диоде Ганна, может иметь очень небольшие габариты.

К преимуществам такой системы можно отнести отсутствие помех, простоту и отсутствие в настоящее время эффективных средств контроля. К недостаткам следует отнести необходимость прямой видимости, хотя и в меньшей степени, так как СВЧ-сигнал может все-таки огибать небольшие препятствия и проходит хотя и с ослаблением сквозь тонкие диэлектрики, например, шторы на окнах.

Лазерные микрофоны

В состав системы лазерного прослушивания входят:

·         Лазерный передатчик. Передатчик излучает в инфракрасном диапазоне, поэтому невооруженным глазом луч нельзя заметить ни внутри помещения, которое пытаются прослушать, ни снаружи.

·         Оптический приемник. Принимает отраженный сигнал передатчика.

·         Средство записи перехваченной информации.

Лазерный луч передатчика попадает на поверхность стекла (или другой отражающей поверхности) и, отразившись, попадает в приемник. Когда люди в помещении разговаривают, колебания воздуха передается и на стекло, заставляя его вибрировать в соответствии с амплитудой звуковой волны, что в свою очередь приводит к изменению вектора отраженного луча, в результате можно разобрать, о чем ведется разговор в помещении.

ВТСС, ОТСС (определения).

Основные технические средства и системы (ОТСС) — технические средства и системы, а также их коммуникации, используемые для обработки, хранения и передачи конфиденциальной (секретной) информации.

Вспомогательные технические средства и системы (ВТСС) — технические средства и системы, не предназначенные для передачи, обработки и хранения конфиденциальной информации, устанавливаемые совместно с ОТСС или в выделенных помещениях.