ID: 38009

Название работы: Методы защиты речевой конфиденциальной информации от утечки по воздушному акустическому каналу

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Информатика, кибернетика и программирование

Описание: Получить практические навыки по: работе с измерительными приборами: генератором среднегеометрических частот октавных полос речевого сигнала шумомером акустическими излучателями прибором для определения уровня звукового давления акустического сигнала на базе ПЭВМ; расчету параметров несущих конструкций определяющих возможность образования канала утечки речевой информации их анализу и разработке предложений по повышению уровня защищённости защищаемого помещения пассивными методами защиты; работе с нормативными документами...

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-09-25

Размер файла: 747.5 KB

Работу скачали: 70 чел.

1. Лабораторная работа №1

Тема: Методы защиты речевой конфиденциальной информации от утечки по воздушному акустическому каналу

 

Занятие: Использование пассивных методов защиты от утечки   речевой  информации  из защищаемого помещения (ЗП).

1.1. Цели и учебные вопросы

Целями данной лабораторной работы являются:

1. Ознакомиться с технологией проведения инструментальных измерений и провести расчеты для оценки защищенности помещения от утечки конфиденциальной речевой информации по воздушному акустическому каналу.

2. Получить практические навыки по:

- работе с измерительными приборами: генератором среднегеометрических частот октавных полос речевого сигнала, шумомером, акустическими излучателями, прибором для определения уровня звукового давления акустического сигнала на базе ПЭВМ;  

- расчету  параметров несущих конструкций, определяющих возможность образования канала утечки речевой информации, их анализу и разработке предложений по повышению уровня защищённости защищаемого помещения пассивными методами защиты;

- работе с нормативными документами, справочными материалами и проведению анализа полученных в работе результатов.

Учебные вопросы, рассматриваемые в ходе лабораторной работы:

1. Исследование условий образования акустических каналов утечки речевой информации за пределы защищаемого помещения.

2. Критерии защищенности ЗП от утечки речевой информации по воздушному акустическому каналу.

3. Методы и способы защиты речевой информации от утечки по акустическому каналу.

Учебная группа: студенты 3 курса  - 0,5 учебной группы (12-15 человек).

Время: 2 учебных часа.

Место: Лаборатория «Технические средства обеспечения безопасности»

Учебное и материальное обеспечение:

А) Используемые технические средства:

•  генератор низкочастотного сигнала или ПК со звуковой картой и программным обеспечением генерации сигналов;
•  активный акустический излучатель;
•  шумомер;
•  магнитофон или персональный компьютер со звуковой картой и программным обеспечением воспроизведения звуковых файлов;
•  персональный компьютер и LCD - проектор.

Литература:

1.  Халяпин Д.Б. «Защита информации. Вас подслушивают? Защищайтесь», М., Изд-во Школа охраны «Баярд», 2004.
   1.  Акустика. Справочник. Под общей редакцией А.М. Сапожкова , М., Радио и связь 1989.
   2.  Бузов Г.А., Калинин С.В., Кондратьев А.В. «Защита от утечки информации по техническим каналам», М., Горячая линия. Телеком 2005.
   3.  Материалы лекции.

1.2. Краткие теоретические сведения

Общая характеристика речевого сигнала

Звук - это распространяющиеся в упругих средах (газах, жидкостях и твердых телах) механические колебания, воспринимаемые органами слуха и техническими средствами приема акустических сигналов.

Звуки составляют основу речи, которая служит главным средством общения между людьми.

Источники акустических колебаний разделяют на:

•  первичные – механические колебательные системы, например, органы речи человека, музыкальные инструменты, работающие технические устройства;
•  вторичные – электроакустические преобразователи, преобразующие акустические колебания в электрические и обратно (пьезоэлементы, микрофоны, телефоны, громкоговорители и др.).

Органы слуха человека способны воспринимать колебания частотой от 16-20 Гц до 16-20 кГц. Колебания с указанными частотами называют звуковыми. Неслышимый звук с частотой ниже 16 Гц называют инфразвуком, выше 20 кГц в пределах 1,5*104 – 109 Гц - ультразвуком,  109 – 1013. Гц – гиперзвуком.

Звуковые колебания характеризуются звуковым давлением, интенсивностью звука, громкостью, мощностью звука.

Энергетической характеристикой звуковых колебаний является интенсивность звука, которая зависит от амплитуды звукового давления, а также от свойств среды распространения и формы волны .

Среднее по времени значение мощности звука, отнесенное к единице площади, называют интенсивностью звука (силой звука).

Интенсивность звука оценивается уровнем интенсивности по шкале децибел:

N = 10 lg (J/J0),                                                                                                 (1)

где J - интенсивность данного звука.

J0 = 10-12 Вт/м2.                                                                    (2)

Одной из характеристик любой произвольной точки звукового поля является звуковое давление, вызываемое переменной составляющей звуковой волны.

Звуковое давление – это   переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Измеряется в паскалях [Па].

Звуковое давление в воздухе изменяется от 10-5 Па вблизи порога слышимости до ~103Па – болевого порога при самых громких звуках, например шуме  реактивного самолета. При средней громкости разговора переменная составляющая звукового давления порядка 0,1 Па.

Иногда для характеристики звука применяется уровень звукового давления, выраженного в децибелах (дБ) -  отношение величины данного звукового давления Р к  пороговому значению звукового давления равному Р0 = 2·10-5 Па:

N = 20 lg (P/P0)                                                                    (3)

Плоскость между порогом слышимости и болевым порогом называют плоскостью слышимости. Эта плоскость характеризуется следующими данными (рис.1.1):

•  по частоте колебаний 20Гц - 20 кГц;
•  по звуковому давлению 0 -140 дБ.

Область разговорной речи (рис.1.1) обозначена горизонтальной штриховкой (по частоте колебаний 0,2-4,0 кГц, по звуковому давлению 35-85 дБ), негромкой музыки - вертикальной штриховкой .

Рис.1.1.  Плоскость слышимости уха

С интенсивностью звука связана громкость звука - величина, характеризующая слуховое ощущение от данного звука. Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (интенсивности звука). При неизменной частоте и форме колебаний громкость звука растет с увеличением интенсивности звука (звукового давления). При одинаковом звуковом давлении громкость звука гармонических колебаний различной частоты различна, т.е. на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности.

Громкость звука данной частоты оценивают, сравнивая ее с громкостью чистого тона частотой 1000 Гц. Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 Гц, столь же громкого, как и измеряемый звук, называют уровнем громкости данного звука  в фонах.

Весь диапазон интенсивностей, при которых волна вызывает в человеческом ухе звуковое ощущение (от 10-12 до 10 Вт/м2), соответствует значениям уровня громкости от 0 до 130 дБ. В табл. 1.1 приведены ориентировочные значения уровня громкости для некоторых звуков.

Таблица 1.

Ориентировочные значения уровня громкости для некоторых звуков

Оценка громкости звука на слух	Уровень звука, дБ	Источник звука
Очень тихий	0 10	Усредненный порог чувствительности уха Тихий шепот (1,5м)
Тихий	20 30 40	Тиканье настенных механических часов Шаги по мягкому ковру (3-4м) Тихий разговор
Умеренный	50 60	Легковой автомобиль (10-15м) Улица средней шумности
Громкий	70 80	Спокойный разговор (1м) Крик
Очень громкий	90 100	Шумная улица Симфонический оркестр
Оглушительный	110 120 130	Пневмомолот Гром над головой Звук воспринимается как боль

Особенности образования речевого сигнала. Разборчивость речи

Основное назначение речи - передача информации от человека к человеку как при непосредственном общении, так и с помощью средств связи.

Речевой тракт человека представляет собой сложный акустический фильтр с рядом резонансных полостей, создаваемых артикуляционными органами речи, поэтому выходной сигнал, т.е. произносимая речь имеет спектр с огибающей сложной волнообразной формы (рис.1.2).

Максимумы концентрации энергии в спектре звука речи называются формантами, а провалы - антиформантами. В речевом тракте для каждого звука речи есть свои резонансы и антирезонансы (рис.1.2 - для буквы «з»).

Рис.1.2. Спектр-огибающая фонемы «з»: 1 - 4 - форманты; 5, 6 - антиформанты

Для большинства гласных звуков речи характерно свое расположение формант и соотношение их уровней; для согласных важен также ход изменения формант во времени (формантные переходы).

Звонкие звуки, особенно гласные, имеют высокий уровень интенсивности, глухие - самый низкий. Поэтому громкость человеческой речи непрерывно изменяется и особенно резко при произнесении взрывных звуков. Диапазон уровней речи находится в пределах 35 - 45 дБ.

Так как важнейшая функция нашего органа слуха состоит в обеспечении общения с помощью речи, слуховые способности уха оцениваются разборчивостью речи, т.е. «способностью в тихой окружающей среде слышать предложения и правильно их повторять оценивается как признак нормальной способности слышать связной разговор». Удовлетворительная разборчивость речи по ISO/TR 3352  - это разборчивость фраз обычной беседы. Доказано, что восприятие человеком формант обладает свойством аддитивности, т.е. каждый участок речевого диапазона вносит свой вклад в общую разборчивость речи. Формантная разборчивость равна:

  ,                                                                  (4)

где: qi - вклад i-ой полосы частот в разборчивость;

pi - коэффициент восприятия форманта, который зависит от отношения сигнал/помеха в i-ой полосе (S/N);

k - число полос речевого диапазона.

На практике в акустических измерениях используют октавные и третьоктавные частотные полосы. Для октавного анализа в таблице 1.2 приведены вклады частот русской речи

Таблица 1.2

Вклады частот русской речи для октавного анализа

Частотная полоса, Гц	250	500	1000	2000	4000	8000
Разборчивость формант, %	6,7	12,5	21,2	29,4	25,0	5,2

В этих октавных полосах (на среднегеометрических частотах соответствующих октав) определяются условия распространения и степени защищенности конфиденциальных речевых сигналов.

Пассивные способы защиты

Одним из основных способов технической защиты от утечки акустической информации через строительные конструкции помещения является звуко- и виброизоляция.

Звуко- и виброизолирующие конструкции устанавливаются на пути распространения опасного звукового воздушного или структурного сигнала и служат для того, чтобы уменьшить уровень акустического давления опасного информационного воздушного или структурного акустического сигнала до величины, не позволяющей осуществить перехват сигнала техническими средствами (лазерными системами, микрофонами, направленными микрофонами, стетоскопами, пъезоэлектрическими акселерометрами и др.). Основной вклад в звуко- и виброизоляцию вносит отражение волн. Звукоизолирующую способность конструкции характеризуют величиной звукоизоляции, определяемой соотношением:

Q  =10lg (  ),  [ дБ ] ,                                                         (5)                            

где: I1 и I2 - интенсивность волны, падающей на преграду и прошедшей через нее, соответственно.

Простейшей звукоизолирующей преградой является плоская граница между двумя средами. Коэффициент прохождения плоской звуковой волны ( по давлению) равен:

Кp = ,                                                                                                    (6)                          

где: Кp - коэффициент прохождения по давлению;

- волновое сопротивление (импеданс) среды, из которой падает волна;

- волновое сопротивление (импеданс) среды, в которую проходит звуковая волна;

ρ1, ρ2 и 1, 2 – соответственно плотности первой и второй сред и скорости распространения в них звуковых волн.

Для звукоизоляции границы раздела двух сред получаем:

.                                                                                    (7)

Для случая, когда изолирующий слой толщины l и волновым сопротивлением Z2   расположен между средами с волновым сопротивлением  Z1 и  Z3.

Особый интерес  представляет случай сильного рассогласования импедансов Z1 >> Z2   или   Z1 << Z2.

Для  Z1 <<  Z2  и  k ∙ l << 1, когда, например, на пути распространения звука находится тонкая стенка из плотного материала. Учитывая, что    получаем:

,                                                                                                (8)

где: m = ρ2 ∙ l  - поверхностная плотность слоя, являющаяся в данном случае его единственным параметром,  влияющим на эффективность звукоизоляции;

 - частота звукового сигнала, Гц.

Соотношение 8 называют «законом массы» в звукоизоляции. В соответствии с этой зависимостью толщина звукоизоляция растет с увеличением произведения частоты акустического сигнала и поверхностной массы.

Для другого предельного случая, Z1 >> Z2 – когда, например, резиновая прокладка находится между металлическими деталями

,                                                                    (9)

где:   - поверхностная упругость слоя;

l - толщина слоя.

В этом случае единственным параметром слоя, влияющим на величину звукоизоляции, является поверхностная упругость. Соотношение 9 для расчета поверхностной упругости получило название «закона упругости». В соответствии с этим выражением толщина звукоизоляции увеличивается по мере роста частоты звука и уменьшения упругости слоя, т.е. по мере увеличения рассогласования импедансов среды и слоя. Закон упругости представляет интерес, главным образом, для решения задач виброизоляции опасного с точки зрения возможной утечки речевой информации структурного сигнала.

Наряду со звуко- и виброизоляционными конструкциями, действие которых основано на явлении отражения волн, в конструкциях защиты акустического канала утечки информации нашли широкое применение диссипативные конструкции, уменьшающие интенсивность звуковых волн или амплитуд вибраций за счет преобразования звуковой энергии в тепловую.

В качестве звукоизоляционных поглощающих систем чаще всего применяются пористые и волокнистые материалы, а также резонансные поглотители звука.

Способы звуко- и виброизоляции и поглощения используются на практике как отдельно, так и в совокупности.

Измерение звукового давления в пределах определенных полос частот  производят с помощью измерительных устройств,  в состав которых входят электрические  фильтры. Наиболее распространенными являются октавные фильтры с прямоугольной характеристикой, верхняя и нижняя граничные частоты  которых различаются вдвое (2fгн=fгв). С помощью фильтров измеряются уровни звукового давления в различных участках спектра, обычно в привязке к октавным среднегеометрическим частотам, определяемым по формуле:

,                                                    (10)

где: fi – среднегеометрические частоты звука i-й октавы, Гц;

fni –  нижняя частота звука i-й октавы, Гц;

fbi – верхняя частота звука i-й октавы, Гц.

В речевом диапазоне удовлетворительная разборчивость слов (без учета индивидуальной тембровой  окраски  голоса)  имеет место в диапазоне частот звуковых сигналов от F1 = 180 Гц, до F2 = 5600 Гц, который делится на пять октавных полос.

Опасные речевые сигналы в виде бегущих звуковых волн могут распространяться в связи со следующими факторами:

•  наличием пор, щелей и т.п., обуславливающих воздушный перенос через ограждающие конструкции помещений;
•  низкими звукоизолирующими свойствами материалов пола, стен, потолка и других элементов строительных конструкций;
•  наличием трубопроводных коммуникаций по которым информация передается в виде продольных (материальный перенос) или поперечных колебаний (мембранный перенос).

В большинстве конкретных ситуаций обычно имеет место одновременный перенос опасных сигналов всеми тремя способами.

Естественно, что при организации защиты от  утечки речевой информации из защищаемого помещения должно обеспечиваться максимальное подавление информативного сигнала и уменьшение его уровня в месте расположения злоумышленника до величины, гарантирующей невозможность его перехвата.

В настоящей лабораторной работе в качестве  критерия акустической защищенности будем использовать величину звукоизоляции несущих конструкций в октавной полосе.  

Величина звукоизоляции ограждающих конструкций в каждой октавной полосе определяется как разность между измеренными уровнями тестового сигнала перед ограждающей конструкцией Lc1 и за её пределами Lc2 в выбранных контрольных точках (КТ).

                                                                                         (11)

  при   ,                                                    (12)

где: L2(c+ш) – величина сигнала с учетом шума в точке измерения;

 - величина, определяемая из таблицы 1.3.

Таблица 1.3

Таблица значений величины  

	 10	6 10	4  6	3	2	1	0,5
	0	1	2	3	4	7	10

Ослабления акустического сигнала сплошных однородных строительных конструкций могут быть рассчитаны по формуле:

Kor = 20lg(qor * f) – 47,5 (дБ),

где: qor - масса 1 м2 ограждения, кг;

f - частота звука, Гц.

Исходя из условий того, что средний уровень громкости разговора (беседы) в защищаемом помещении составляет 50 - 60Дб, звукоизоляция несущих конструкций помещения может быть определена из таблицы 1.4.

Таблица 1.4

Требования к звукоизоляции несущих конструкций защищаемого помещения

Частоты (Гц)	Требуемая звукоизоляция, дБ
		Категория помещения
		1	2	3
500	53	48	43
1000	56	51	46
2000	56	51	46
4000	55	50	45

Наиболее объективные результаты акустической защищенности ЗП могут дать технические методы контроля звукоизоляции несущих конструкций.

Для исследования звукоизоляции несущих конструкций помещения измерения проводятся при различных режимах работы аппаратуры - линейном, октавном или третьоктавном.

При линейном анализе исследования характеристик акустической защищенности проводятся с полосой пропускания одинаковой ширины во всем диапазоне частот.

При использовании октавного или третьоктавного анализа относительная ширина полосы пропускания f/f0 должна быть постоянной во всем диапазоне частот ( f - полоса пропускания; f0  - средняя частота полосы пропускания).

Международными рекомендациями и ГОСТ-17168-71 установлены номиналы средних частот для октавного  и третьоктавного анализа.

Средние частоты fср для октавного анализа определяются по формуле:

fср = 103n/10 , Гц,

где: -1 < n < 14, т.е. всего определено 16 полос, для речевого сигнала – 5 7 полос.

Нижние и верхние частоты в октавной полосе определяются по формулам:

fнижн = fср /,

fверх = fср ..

Для октавных полос эти значения приведены в таблице 1.5.

Аппаратурные методы проверки

Рассмотрим порядок проведения измерений звукоизолирующей способности ограждающих конструкций выделенных помещений.

Под ограждающей конструкцией понимаются стены, перегородки, монтажные перекрытия (пол, потолок), включающие в себя окна, двери, ниши, проемы систем вентиляции и кондиционирования и другие.

Таблица 1.5

Характеристики октавных полос частотного диапазона речи

Номер полосы	Частотные границы полосы fн…..fв, Гц	Среднегеометрическая частота полосы fi, Гц	Весовой коэффициент полосы, ki
1	90…175	125	0,01
2	175…355	250	0.03
3	355…710	500	0.12
4	710…1400	1000	0.20
5	1400…2800	2000	0.30
6	2800…5600	4000	0.26
7	5600…11200	8000	0.07

Целью проверки является определение звукоизолирующей способности ограждающих конструкций при проведении аттестации выделенных помещений на соответствие нормативным требованиям.

Условия проведения проверки:

- измерение звукоизолирующей способности (звукоизоляции) ограждающих конструкций осуществляется путем измерения уровней звукового давления тест-сигнала, создаваемых в выделенном помещении и в соседних помещениях, отделенных ограждающей конструкцией;

- при проведении измерений окна, фрамуги и форточки двери помещений должны быть закрыты;

- измерения звукоизоляции строительных конструкций помещений, выходящих наружу, выше первого этажа не проводятся (в зависимости от требований);

- определение звукоизоляции ограждающих конструкций проводится в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 125, 250, 500, 100, 2000, и 4000Гц;

- в качестве тест-сигналов используются стандартные сигналы на частотах 125, 250, 500, 100, 2000, и 4000Гц, «белый» или «розовый» шум.

Аппаратура и ее размещение

Измерение звукоизоляции проводится с помощью аппаратуры посредством создания и измерения тест-сигналов. Блок-схемы аппаратуры измерений приведены на рис.1.3а и 1.3б.

                                                     а)

                                                    б)

Рис.1.3. Схемы соединения аппаратуры для измерения тест-сигнала

Условные обозначения:

1 - генератор тест-сигнала

2 - октавные фильтры

3 - усилитель мощности

4 - акустические системы (излучатели)

5 - измерительный микрофон

6 - шумомер

Порядок размещения и схема соединения аппаратуры при проведении измерений представлен на рис.1.4.

В целях обеспечения конфиденциальности речевой информации (например, в защищаемых помещениях), необходимо  применение  конструктивных решений, позволяющих уменьшить уровень принятого злоумышленником информативного речевого сигнала до уровня обеспечивающего невозможность его перехвата.

          б)             а)

Рис.1.4. Порядок размещения и схема соединения аппаратуры при проведении измерений: а) в помещении; б) вне помещения

Для этого в настоящей лабораторной работе предполагается:

- измерение величины звукоизоляции в октавной полосе у несущих конструкций помещения и определение степени соответствия нормативным требованиям;

- разработка предложений по улучшению параметра акустической защищенности Q строительных конструкций и инженерных коммуникаций (дверей, окон, вентиляционных коробов) до требуемых нормированных значений Qнорм, указанных в таблице 1.2.

При  измерениях в качестве эталонного сигнала используют гармонические сигналы с частотами соответствующими среднегеометрическим частотам октавных полос: 250; 500; 1000; 2000; 4000 Гц и уровнями звукового давления, не менее типовых уровней (L) речевого сигнала в октавных полосах частотного диапазона речи, которые приведены в  таблице 1.6.

Таблица 1.6

Типовые уровни речевого сигнала в октавных полосах частотного диапазона речи

Октавные полосы	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L ( dB) для речи средней громкости ( интегральный уровень 70 ( dB)	66	66	61	56	53

Для уменьшения погрешностей измерения,  вызываемых дифракционными волновыми акустическими процессами, дополнительно проводятся по три измерения на каждой из приведенных выше частот. Результирующее значение вычисляется как среднее арифметическое трех измерений.

1.3. Возможные мероприятия по повышению звукоизоляции несущих конструкций выделенного помещения пассивным способом защиты

Для выполнения требований по звукоизоляции выделенного помещения поверхностная масса основных ограждающих конструкций должна быть от 250-300 кг/см2 и более.

Если в реальных условиях несущие конструкции имеют недостаточную звукоизоляцию, для её повышения можно использовать следующие способы защиты:

1.  Использование звукоизолирующих материалов.
2.  Применение гибкой плиты на относе.
3.  Использование акустических экранов.
4.  Использование кабин и кожухов.
5.  Звукоизоляция дверных проёмов при использовании тяжёлых дверей, двойных дверей с тамбуром, уплотнение стыков и зазоров между коробкой и ограждающим полотном.
6.  Звукоизоляция оконных проёмов с выполнением их в раздельных переплётах с воздушным промежутком между ними более 200 мм.

1.4. Описание лабораторного комплекса

1. В состав лабораторного комплекса входят:

- генератор низкочастотного сигнала SFG-2010 или персональный компьютер со звуковой картой и программным обеспечением для генерации сигналов;

- акустический излучатель (с усилителем мощности);

- шумомер Center 320;

- магнитофон или персональный компьютер со звуковой картой и программным обеспечением для воспроизведения звуковых файлов.

2. При проведении лабораторной работы лабораторный комплекс и контрольные точки, в которых производятся измерения, располагаются (выбираются) в соответствии со схемой, приведенной на рис.1.5 и 1.6.

1.5. Методика выполнения лабораторной работы

1.5.1. Подготовительные работы

Перед выполнением лабораторной работы каждый студент ОБЯЗАН ознакомиться с правилами поведения в лаборатории и мерами безопасности при выполнении заданий лабораторного практикума под роспись в журнале ознакомления с мерами безопасности. При невыполнении этого требования, студент к выполнению лабораторной работы не допускается, о чем преподавателем делается отметка в журнале посещаемости.

Примечание:

До начала измерений необходимо выполнить следующее:

а) провести внешний осмотр и анализ защищаемого помещения на примере смежных комнат И-610а и И-610, обращая внимание на конструктивные особенности ограждающих конструкций и дверных проемов, наличие вентиляционных отверстий  и других конструктивных элементов, влияющих на звукоизоляцию помещений;

б) составить план  защищаемого помещения (рис.1.5) с указанием возможных мест утечки речевой информации по акустическому каналу и вычертить его в отчете по лабораторной работе;

в) определить, совместно с преподавателем, местоположение контрольных точек для  последующих измерений;

Рис.1.5. Схема проведения инструментальных испытаний (вариант)

г) используя материалы приложений 2 и 3 к данной лабораторной работе, изучить техническое описание и инструкцию по работе с генератором низкочастотных сигналов, акустическим излучателем и шумомером.

Примечание: При использовании в качестве генератора низкочастотного сигнала ПЭВМ изучить описание и порядок работы с программным обеспечением.

д) ответить на контрольные вопросы по знанию инструкции по работе с приборами и, после разрешения преподавателя, продолжить выполнение лабораторной работы.  

1.5.2. Порядок проведения инструментальных измерений

Инструментальные измерения проводятся в следующей последовательности:

а) собрать лабораторную установку под руководством преподавателя;

б) включить электропитание;

в) установить на шумомере режим измерения «Длительно» (1сек) и в точке, указанной преподавателем, замерить значение внешнего шумового  сигнала (Lшум);

г) полученное значение Lшум занести в таблицы 2-7 отчета по лабораторной работе;

д) включить электропитание генератора низкочастотного сигнала, а также активных акустических излучателей, установленных в комнате И-610а.

Выбор местоположения контрольных точек при акустических измерениях.

В зависимости от особенностей ограждающих конструкций и их состояния контрольные точки должны располагаться следующим образом.

За сплошной однородной конструкцией (например, за стеной, окном, дверью) контрольные точки располагаются в соответствии с рис.1.6. Измерение в каждой точке выполняется в соответствии с рис.1.7:

•  за сплошной неоднородной конструкцией, например, за стеной, отдельные участки  которой имеют различную толщину или выполнены из различных материалов, контрольные точки располагаются в соответствии с рис.1.6 для каждого характерного участка;
•  в случае наличия явных нарушений целостности ограждающих конструкций (отверстий, щелей) дополнительная контрольная точка располагается напротив места каждого нарушения на расстоянии 1-1.5 м.
•  в случае наличия вентиляционного канала, подводимого к проверяемому помещению, контрольная точка располагается в центральной области сечения воздушного канала;

е) первое измерение (Lc1) на частотах 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц произвести в комнате И-610а на расстоянии 0,5-1м от акустического излучателя. Перед измерением в контрольной точке 1 регулятором выходного уровня сигнала генератора установить величину акустического давления по данным таблицы 1.5 (нормальный разговор), контролируя его значение по шкале шумомера. Результаты измерения занести в таблицу 1 отчета;

Рис.1.6. Схема расположения контрольных точек за однородным ограждением

ж) измерения (L2(сигн.+шум)) произвести в помещении И-610 при открытой и закрытой двери в соответствии со схемой приведённой, на рис.1.6. Результаты измерения занести в таблицу 1 отчета.

з) закрыть двери в помещения И-610 и И-610а и произвести аналогичные трехкратные измерения давления акустического поля (L2сигн.+шум) для каждой из контрольных точек (К.т.2 – К.т.6), указанных на рис 1.6, на каждой среднегеометрической частоте октавных полос (250; 500; 1000; 2000 и 4000Гц). Каждое измерение проводится после стабилизации показателя на шкале шумомера (3-5 сек);

Рис.1.7. Схема расположения приборов для измерения в контрольных точках

за однородным ограждением

и) результаты измерений занести в таблицы 2-7 отчета по лабораторной работе.

к) закончив измерения, сообщить об этом преподавателю и отключить генератор и шумомер.

1.5.3. Порядок выполнения  расчетов

Сущность проводимых расчетов заключается  в определении величины звукоизоляции несущих конструкций выделенного помещения.

а) для измеренных величин Lс2+шум уточняется значение акустического давления измеренного звукового сигнала Lсигн. , исходя из следующих условий:  

если L2(сигн.+шум) - Lшум   10дБ, то Lсигн.2 = L2(сигн.+шум),                          (13)

если L2(сигн.+шум) - Lшум  < 10дБ, то Lсигн. = L2(сигн.+шум) -  ,                  

где  величина   определяется из таблицы 1.7;

Таблица 1.7

Таблица значений величины  

L2(сигн.+шум)- (Lшум)	 10	6 10	4  6	3	2	1	0,5
	0	1	2	3	4	7	10

б) полученное в результате уточнения значение Lсигн2 записать в таблицы 2-7 отчета по лабораторной работе;

в) рассчитать параметр акустической защищенности помещения для каждой октавной полосы (250, 500, 1000, 2000, 4000Гц), используя  соотношение:

Qрасчi = Lсигн.i -  Lсигн.2,                                                                                 (14)

где: Lсигн.i – акустическое давление внутри защищаемого помещения (И-610а);

Lсигн.2 - акустическое давление вне помещения.

Полученные в результате расчетов значения величины Qизмi. записать в таблицы 2-7 отчета по лабораторной работе;

г) определить разность между рассчитанным (Qрасчi) и нормативным (Qнормi) значениями акустической защищенности помещения. Результаты записать в таблицы 2-7 отчета по лабораторной работе;

Примечание: Величину Qнормi выбрать из таблицы 1.4 для условий проведения лабораторной работы.

д) по величине акустической защищенности помещения сделать выводы о степени соответствия данного параметра требованиям, определяемым следующими выражениями:

если Qрасчi - Qнормi  0,- соответствует;                                                          (15)

если Qрасчi - Qнормi < 0, - не соответствует.

В случае несоответствия параметра установленным требованиям необходимо разработать меры по улучшению акустической защищенности помещения;

е) выводы письменно отобразить в графе «Соответствие» таблиц 2-7 отчета;

ж) провести расчет средней арифметической величины давления акустического поля для всех контрольных точек на каждой из октавных полос в соответствии со следующим выражением:

Lср = Fi / n , при i = {1..n} .                                                   (16)

Полученные результаты занести в таблицы 2-7 отчета.

1.5.4. Разработка предложений по улучшению акустической защищенности помещения

а) разработку предложений по улучшению акустической защищенности помещения провести с использованием следующих способов:

первый – улучшение звукоизоляционных свойств несущих конструкций (таблица 1.8 и 1.10) с использованием  «плиты на относе» и звукопоглощающих материалов; 

второй - улучшение звукоизоляционных свойств дверей (таблица 1.9);

Таблица 1.8

Звукоизоляция ограждения, дБ

Материал конструкции	Толщина, мм	Поверхностная плотность	Среднегеометрическая частота октавной полосы
						63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Кирпичная кладка, штукатуренная с двух сторон	½ кирпича 1 кирпич 1,5 кирпича 2 кирпича 2,5 кирпича	220 420 620 820 1000	32 36 41 45 45	39 41 44 45 47	40 44 48 52 55	42 51 55 59 60	48 58 61 65 67	54 64 65 70 70	60 65 65 70 70	60 65 65 70 70
Железобетонные плиты	40 50 100 160 200 300 400 800	100 125 250 400 500 750 1000 2000	- 28 34 - 40 44 45 47,5	32 34 40 43 42 44,5 47,5 55	36 35 40 47 44 50 55 61	35 35 44 51 51 58 61 67,5	38 41 50 60 59 65 67,5 70	47 48 55 63 65 69 70 70	53 55 60 - 65 69 70 70	- 55 60 - 65 69 70 70
Гипсобетонные плиты	95	135	-	32	37	37	42	48	53	-
Шлакоблоки, штукатуренные с двух сторон	220	360	-	42	42	48	54	60	63	-
Древесностружечная плита	20	12	23	26	26	26	26	26	26	33
Две железобетонные плиты на общем фундаменте	40-40-40	180	-	36	43	42	46	55	57	-
Две гипсобетонные плиты на общем основании	95-100-95	270	-	41	43	42	48	56	62	-

                                

б) сделать вывод о достаточности звукоизоляции несущих конструкций и  двери для обеспечения требуемой акустической защищенности. Вывод оформить в отчете по лабораторной работе.

в) при недостаточности акустической защищенности помещения разработать предложения по ее повышению.

Таблица 1.9

Звукоизоляции дверей различных конструкций

№ пп	Конструкция	Примечание	Значение Qf (дБ) для частоты f (Гц)
						250	500	1000	2000	4000
1		Стандартное дверное полотно толщиной 40мм (обыкновенная дверь)	Без уплотняющих прокладок	14	16	22	22	20
2			С уплотняющими прокладками из пористой резины	25	25	26	26	23
3	Стандартное дверное полотно толщиной 40мм с обивкой дермантином по минеральному войлоку	Уплотняющий валик на дверной коробке	26	29	32	35	36
4	Глухая щитовая дверь толщиной 40мм, облицованная с двух сторон фанерой толщиной 4 мм	Без уплотняющих прокладок	23	24	24	24	23
5			С уплотняющими прокладками	27	32	35	34	35
6		Щитовая дверь из древесноволокнистых плит толщиной 4-6 мм с воздушным зазором 50 мм, заполненным стекловатой	Без уплотняющих прокладок	26	30	31	28	29
7			С уплотняющими прокладками	30	33	36	32	30
8	Дверное полотно толщиной 84 мм из двух наружных листов фанеры и одного асбоцементного листа по 6 мм каждый с двумя промежуточными слоями стекловолокна толщиной 16 и 50 мм	Два ряда прокладок из пористой резины	25	31	37	39	35
9	Двойная дверь предыдущей конструкции с тамбуром шириной 300 мм	Два ряда прокладок из пористой резины	29	36	46	49	42
10	Дверь звукоизолирующая облегченная	Прокладки из пористой резины	30	39	42	45	42
11	Двойная дверь звукоизолирующая облегченная с тамбуром шириной 200 мм	Прокладки из пористой резины	42	55	58	60	60
12	Дверь звукоизолирующая тяжелая двойная с тамбуром шириной 300 мм	Прокладки из пористой резины	46	60	65	65	65
13	Дверь звукоизолирующая тяжелая. Прокладки из пористой резины	Одинарная	36	45	51	50	49
14			Двойная с тамбуром шириной 300 мм	46	60	65	65	65
15			Двойная с облицованным тамбуром шириной 300 мм	58	65	70	70	70

При использовании звукопоглощающих материалов значение ослабления звука ограждениями, выполненными из различных материалов, может быть определено из соотношения:

Rог= Rс + 6 + 10 lg Sог - Ког (Дб),                                                            (17)

где:  Rог - уровень речевого сигнала за преградой, Дб;

Rс - уровень речевого сигнала в помещении, Дб;

Sог - площадь ограждения, м2;

Ког - коэффициент поглощения материала ограждения, Дб (таблица 1.10).

Таблица 1.10

Коэффициент поглощения материала ограждения  

Тип ограждения	Коэффициент поглощения () на частотах (Гц)
		125	250	500	1000	2000	4000
Деревянная обивка	0,1	0,11	0,11	0,08	0,082	0,11
Войлок (25мм)	0,18	0,36	0,71	0,8	0,82	0,85
Ковёр с ворсом	0,09	0,08	0,21	0,27	0,27	0,37
Стеклянная вата (9мм)	0,32	0,4	0,51	0,6	0,65	0,8

1.6. Оформление отчета

Отчет по лабораторной работе выполняется в отдельной тетради или в лабораторном журнале (на отдельных листах) в рукописном или печатном вариантах и включает следующие разделы:

•  наименование лабораторной работы и учебные вопросы;
•  описание и схема лабораторной установки;
•  таблицы с измеряемыми параметрами;
•  расчеты;
•  разработанные предложения;
•  выводы по работе.

 1.7. Защита полученных результатов

Оформленный отчет по лабораторной работе представляется преподавателю.

Студент должен быть готовым к ответу на вопросы преподавателя по этапам выполненной работы.

1.8. Контрольные вопросы

1.  Характеристика акустического воздушного канала утечки информации
2.  Критерии защищённости ЗП от утечки конфиденциальной речевой информации.
3.  Пассивные методы защиты ЗП от утечки конфиденциальной речевой информации.
4.  Использование звукоизолирующих материалов. Особенности защиты.
5.  Применение гибкой плиты на «относе». Общая характеристика метода.
6.  Октавные полосы речевого сигнала и их характеристика.
7.  Программный генератор низкочастотных сигналов на базе ПЭВМ. Порядок использования.

Приложения к лабораторной работе

Приложение1

Техническое описание и инструкция по работе с шумомером Center-320

Внимание. Измеритель шума (шумомер) является чувствительным и дорогим прибором. Соблюдать осторожность при работе. Запрещается издавать громкие звуки (кричать) и стучать пальцами по микрофону.

Шумомер предназначен для измерения звукового давления с индикацией измеренных значений на цифровом дисплее.

Основные технические характеристики:

•  наличие сервисных возможностей:

- цифровой шкалы;

- ручного выбора предела измерения;

- регистрации минимального и максимального значений измеряемого сигнала;

- сигнального выхода;

- выхода преобразователя;

- универсального питания;

•  диапазон измерения звукового давления 30  130 дБ;
•  погрешность измерения звукового давления  1,5 дБ;
•  наличие фильтров А и С;
•  динамический диапазон 50 дБ;
•  полоса частот звукового сигнала 31,5 Гц  8 кГц;
•  разрешение 0,1 дБ;
•  режимы быстрого и медленного измерения;
•  вес прибора 280 г.

Рис.П1.1. Внешний вид шумомера Center-320

Назначение органов управления и элементов индикации шумомера.

Кнопки на верхней панели прибора (функциональное исполнение при одноразовом нажатии  с последующим отображением на экране дисплея):

•       -  включение/выключение прибора;
•  индикаторы:

- OVER - измеряемый уровень выше заданного диапазона;

- UNDER - измеряемый уровень ниже заданного диапазона;

- SLOW - включен режим «медленно»;

- LQ - измеряемый уровень ниже 20 dB;

- dBC - включен режим с фильтром С;

- FAST/SLOW - выбор временных режимов измерения (FAST - быстро - до 0,5 сек. и SLOW – медленно, до 1 сек.);

-  LEVEL -  выбор пределов измерения (30-80 dB, 50-100 dB, 80-130 dB);

- А/С – выбор фильтров, А или С (А – кривая чувствительности человеческого уха, С – кривая близкая к линейной);

•  гнездо на боковой стороне:

- АС - выход переменного напряжения, являющейся функцией изменения акустического поля.

Приложение 2

Техническое описание и инструкция по работе с генератором сигналов SFG-2010

Генератор сигналов предназначен для выдачи высокоточного по частоте сигнала с высоким разрешением.

Основные технические характеристики:

•  частотный диапазон сигнала 0,1Гц 10МГц;
•  формы сигнала:

- синусоидальный;

- треугольный;

- пилообразный;

- прямоугольный;

•  возможность регулировки асимметрии формы сигнала;
•  добавление постоянного смещения;
•  2-ступенчатый аттенюатор (-20дБ x 2) с плавной регулировкой;
•  функция внешнего управления частотой;
•  регулируемый ТТЛ/КМОП - выход;
•  цифровой дисплей, встроенный 6-разрядный частотомер для измерения внутренней и внешней частот;
•  линейное или логарифмическое свипирование;
•  внутренняя/внешняя АМ/ЧМ - модуляция.

Рис.П2.1. Внешний вид генератора сигналов SFG-2010

Подготовка прибора к работе:

- проверить напряжение питания и подсоединить генератор к сети с помощью шнура питания;

- нажать на кнопку включения прибора, на дисплее высветится индикация всех режимов;

- одновременно нажать кнопки «Shift» и «1» («Shift+1») для установки заводских настроек.

Установка частоты:

- убедиться в том, что дисплей находится в режиме Duty Off;

- набрать требуемое значение частоты, используя клавиши ,  и поворотный переключатель для настройки частоты;

- выбрать требуемую единицу измерения для окончания ввода.

Настройка амплитуды и ослабления:

- вращать ручку (15) для получения необходимой амплитуды;

- если необходимо дополнительное ослабление выходного сигнала, поднимите ручку (15) для ввода ослабления 20дБ или нажмите «Shift+8» для ввода дополнительного ослабления 20дБ. При этом загорится индикатор (9).

Настройка сохранения профилей:

Для сохранения настроек прибора (частота и скважность) в памяти под номерами 0…9 используется функция сохранения:

- нажать «Shift+6»;

- набрать номер ячейки памяти, в которой сохраняется профиль.

Настройка вызова профиля:

Для вызова настроек (частота и скважность), сохраненных в памяти прибора используется функция вызова профиля:

- нажать «Shift+3»;

- набрать номер ячейки памяти, из которой воспроизводится профиль.

Вспомогательные функции:

- «Shift+0» - включает вход на задней панели прибора для модуляции внешним сигналом;

- «Shift+1» - включает режим измерения внешней частоты;

- «Shift+2» - вызывает заводские настройки прибора;

- «Shift+3» - вызывает настройки из памяти;

- «Shift+4» - включает режим ЧМ;

- «Shift+5» - включает режим ГКЧ;

- «Shift+6» - сохраняет настройки в память;

- «Shift+7» - включает режим установки скважности;

- «Shift+8» - включает аттеньюатор 20дБ;

- «Shift+9» - включает ТТЛ/КМОП сигнал на выходе(14);

- «Shift+. »- включает режим АМ;

- «Shift+МГц» - для коррекции предыдущего неправильно введенного значения.

Приложение 3

Программный генератор НЧ сигналов с использованием звуковой карты персонального компьютера

Компьютерная программа «Генератор НЧ сигналов» запускается с помощью одноименного ярлыка, расположенного на «рабочем столе» ПК.

Программа позволяет:

•  формировать на выходе звуковой карты ПК сигналы синусоидальной, прямоугольной (меандр) и треугольной формы с заданной частотой;
•  устанавливать частоту сигнала в диапазоне 30-30000 Гц с шагом 1 Гц;
•  устанавливать уровень выходного сигнала в диапазоне 0-100% от максимального с шагом 1%.

Работа с программой

При запуске программы на экране появляется ее рабочее окно (рис.1):

Рис.П3.1. Рабочее окно программы «Генератор НЧ сигналов»

Установка требуемой частоты сигнала осуществляется с помощью кнопок в области «Частота» рабочего окна программы.

Установка требуемого уровня сигнала осуществляется с помощью кнопок в области «Амплитуда» рабочего окна программы.

Выбор необходимой формы сигнала осуществляется с помощью соответствующих кнопок в области «Форма» рабочего окна программы.

Нажатие кнопки «ОК» приводит к завершению работы с программой и закрытию рабочего окна.

Приложение 4

Отчет по лабораторной работе №1

Студента  ______________________________ Группы

Тема:

Занятие №

1. Перечень технических средств:

1.  ________________________________________________________________
2.  ________________________________________________________________
3.  ________________________________________________________________
4.  ________________________________________________________________
5.  ________________________________________________________________
6.  ________________________________________________________________

2. Схема проведения инструментальных измерений

Рис.1. Схема проведения инструментальных измерений

3. Таблица измерений давления акустического поля

Таблица 1

Таблица измерений для смежного помещения

Параметры	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L1(dB)
Lшум (dB)
Lсигн.+шум (dB)
L2 сигн(dB)
Qизм. (dB)
Qнорм. (dB)
Qизм - Qнорм. (dB)
Соответствие

4. Таблицы расчета октавных коэффициентов звукоизоляции в контрольных точках

 

Таблица 2

Расчет параметров для контрольной точки __1__

Параметры	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L1 (dB)
Lшум (dB)
L2сигн.+шум (dB)
L2 сигн(dB)
Qизм. (dB)
Qнорм. (dB)
Qизм - Qнорм. (dB)
Соответствие

Таблица 3

Расчет параметров для контрольной точки __2__

Параметры	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L1 (dB)
Lшум (dB)
L2сигн.+шум (dB)
L2 сигн(dB)
Qизм. (dB)
Qнорм. (dB)
Qизм - Qнорм. (dB)
Соответствие

Таблица 4

Расчет параметров для контрольной точки __3__

Параметры	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L1 (dB)
Lшум (dB)
L2сигн.+шум (dB)
L2 сигн(dB)
Qизм. (dB)
Qнорм. (dB)
Qизм - Qнорм. (dB)
Соответствие

Таблица 5

Расчет параметров для контрольной точки __4__

Параметры	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L1 (dB)
Lшум (dB)
L2сигн.+шум (dB)
L2 сигн(dB)
Qизм. (dB)
Qнорм. (dB)
Qизм - Qнорм. (dB)
Соответствие

Таблица 6

Расчет параметров для контрольной точки __5__

Параметры	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L1 (dB)
Lшум (dB)
L2сигн.+шум (dB)
L2 сигн(dB)
Qизм. (dB)
Qнорм. (dB)
Qизм - Qнорм. (dB)
Соответствие

Таблица 7

Расчет параметров для контрольной точки __6__

Параметры	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
L1 (dB)
Lшум (dB)
L2сигн.+шум (dB)
L2 сигн(dB)
Qизм. (dB)
Qнорм. (dB)
Qизм - Qнорм. (dB)
Соответствие

5. Разработка предложений по улучшению акустической защищенности помещения

5.1. Предложения по улучшению акустической защищенности несущих конструкций ЗП (установка акустических экранов, «плиты на относе», покрытие звукоизолирующим материалом и т.п.)

__________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5.2. Предложения по улучшению акустической защищенности ЗП методом улучшения звукоизоляционных свойств дверей

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5.3. Предложений по улучшению акустической защищенности помещения комбинированным способом

6. Общие выводы по лабораторной работе:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Работу выполнил:

                             (дата) (подпись)

100         200                   500                     1000                     2000                                 5000            f, Гц

Р, дБ           40

30         

20

10 

0

1

2

3

4

Форманты

Антиформанты

5

6

1                                       3                                    4

2                                                                    4

 шумомер

 шумомер

                                      6                                  2

  шумомер

  шумомер

А. И-610

Шумомер

Микрофон

генератор низкочастотного сигнала

ПЭВМ

А. И-610а