Problemas de protección activa de canales vibroacústicos .
Kargashin Viktor Leonidovich, Candidato de Ciencias Técnicas
PROBLEMAS DE PROTECCIÓN ACTIVA DE CANALES VIBROACÚSTICOS
Fuente: revista «Special Equipment»
En los últimos años, el desarrollo de dispositivos para crear vibraciones y acústica interferencia diseñada para proteger la información del habla de su fuga desde las instalaciones de las estructuras de los edificios y las comunicaciones de ingeniería. Como razones que obligan a los desarrolladores de equipos especiales a mejorar los equipos de esta clase, cabe señalar:
— la aparición de numerosas publicaciones sobre métodos y medios de control encubierto de la información del habla mediante sensores instalados fuera de locales protegidos, que indican el peligro de este método de control encubierto;
— la necesidad de garantizar la propia seguridad cuando las instalaciones están ubicadas en el mismo edificio que organizaciones externas, cuando hay estructuras de cerramiento y líneas de servicios públicos a las que no hay acceso controlado fuera de la instalación protegida;
— la necesidad de que las agencias gubernamentales cumplan obligatoriamente con los requisitos y recomendaciones para la protección de locales sensibles, que están regulados por la Comisión Técnica Estatal de Rusia;
— la relativa baratura de las medidas de protección activas en comparación con las pasivas, especialmente cuando es necesario equipar rápidamente y temporalmente una sala en la que debe garantizarse la seguridad de las negociaciones confidenciales;
— la capacidad de gestionar el estado de protección y proporcionar control sobre los parámetros establecidos.
Si existe una demanda bastante estable de equipos de protección, los fabricantes buscan soluciones técnicas adicionales para resolver de manera más efectiva el problema de neutralizar los canales de fuga. En la mayoría de los casos, esta tarea se reduce a problemas de naturaleza puramente técnica, principalmente a la mejora de los medios para excitar señales de ruido vibratorio en estructuras de edificios masivas. Sin negar la importancia de tal problema técnico (aumentar el coeficiente de conversión electroacústica de los emisores y, como consecuencia, aumentar la eficiencia del equipo en su conjunto), observamos que desde el punto de vista del consumidor, el aspecto práctico de la protección es También es significativo, lo que está asociado con garantizar un nivel suficiente de seguridad del objeto en condiciones específicas de su dislocación.
El nivel de seguridad alcanzado al utilizar equipos de seguridad puede expresarse en última instancia mediante un conjunto de requisitos técnicos, cuya implementación permite asignar el equipo especial a una clase determinada. La falta de requisitos estándar regulados para los equipos de protección en relación con situaciones típicas no permite al consumidor determinar claramente la idoneidad del equipo adquirido para un conjunto de condiciones específicas propias. Se supone que el consumidor debe resolver todos estos problemas de forma independiente o involucrando a especialistas adecuados que puedan integrar equipos de seguridad en situaciones específicas. Esta situación se explica por el hecho de que una realización específica como medio de protección de equipos adquiere la creación de interferencias vibroacústicas sólo en combinación con las características a priori desconocidas de los canales de fuga protegidos, que son específicos para cada objeto protegido.
Para analizar la influencia significativa del objeto de protección en el grado de cumplimiento del equipo con ciertos indicadores tácticos, técnicos, de diseño, ergonómicos y económicos, consideraremos la situación generalizada del uso de sistemas activos de ruido vibroacústico, que se muestra en Higo. 1 en forma de diagrama de bloques.
El diagrama muestra los posibles componentes y componentes que determinan la eficacia de la protección activa, teniendo en cuenta todos los factores que influyen. La señal acústica del habla original (SAS) en la sala Lo debe considerarse como una señal de un campo acústico directo, es decir, no distorsionada por la influencia de las propiedades acústicas de la propia sala. Las propiedades de señalización del proceso Lo no son deterministas, ya que dependen de características tales como las características de la voz del hablante, las características específicas de las negociaciones (conversación, habla, conversación telefónica), la presencia de dispositivos de amplificación de sonido en la habitación, la características del mensaje de voz transmitido, el idioma en el que se transmite la información, número de hablantes. En este sentido, la cuestión de crear pruebas válidas (equivalentes de voz) en función de su tipo y nivel de sonoridad es un problema independiente.
Arroz. 1. Esquema generalizado del uso de sistemas de protección activa
En una habitación que, para una señal acústica, es un sistema lineal con una determinada característica transitoria hп, se forma una imagen compleja de la distribución espacial y de frecuencia de la señal acústica, dependiendo de los parámetros arquitectónicos y acústicos (ASP): el tamaño de la habitación, tipos de revestimiento acústico de superficies, la presencia de muebles tapizados y elementos interiores en la habitación, incluso la humedad y temperatura del aire. Es esta señal acústica, que es una composición compleja de componentes directos y difusos (uniformes en el espacio) del campo, la que crea señales en los canales de fuga de información tanto de tipo vibratorio como acústico, y la imagen del campo acústico cambia significativamente cuando la La fuente de sonido se mueve, es decir, puede no ser estacionaria en el tiempo.
Los canales de fuga acústica se crean cuando las vibraciones mecánicas del aire pasan a través de estructuras con valores de aislamiento acústico debilitados o en ausencia total de los mismos, como por ejemplo en conductos de aire como sistemas de ventilación. Los canales de fuga de vibraciones se crean convirtiendo las vibraciones acústicas del aire en vibraciones mecánicas de medios sólidos, que son las estructuras de construcción de locales y comunicaciones de ingeniería. Ambos tipos de canales de fuga representan un único tipo de vibraciones mecánicas, que tienen la propiedad obvia de propagarse en el espacio, creando así las condiciones previas para la penetración de la señal a una distancia considerable de la habitación original. Todos los posibles canales de vibración y fuga acústica (VACL) en una habitación tienen sus propias características lineales transitorias hi, que determinan los parámetros espectrales y energéticos de la señal de voz en los canales de fuga. En una habitación real, el número de tipos de canales de fuga N prácticamente corresponde al número de secciones homogéneas de estructuras de cerramiento y comunicaciones: cada elemento de la cerca (partición, ventana, puerta, columna, techo) y cada comunicación (tubería, aire conductos, líneas de cable) representan un canal individual, cuyas señales están correlacionadas, pero difieren significativamente en potencia y distribución de frecuencia.
La eficacia de los canales de fuga depende no sólo del grado de distorsión lineal de la señal de voz original, sino también de los distintos tipos de interferencias y ruidos que actúan en los canales de fuga. Cabe señalar que en la habitación protegida ya existen algunas interferencias acústicas que pueden provocar una distorsión de la percepción del habla: ruido ambiental (NR) Nsh(t), por ejemplo, señales de transmisión, conversaciones de otras personas, ruido de ventilación, aire. Ruido acondicionado, Ruido de la calle. Dependiendo de las propiedades acústicas de la habitación, principalmente de su tamaño, estos ruidos pueden reducir significativamente la calidad de la percepción del habla incluso cuando el sensor de información está ubicado directamente en el volumen interno de la habitación, y más aún cuando se recibe la voz a una distancia de la fuente de la señal. El propio ruido de la sala, al igual que la señal de voz, crea un campo acústico determinado por los parámetros de la sala y, al igual que la señal de voz, penetra en el canal de fuga de información. Además de ellos, existen otros tipos de ruido e interferencias en el canal, independientes del ruido ambiental, que son creados por diversas fuentes de ruido (NS). En general, están correlacionados entre sí, ya que una fuente de ruido puede crear interferencias tanto en el canal acústico como en el de vibración. Cada fuente de ruido crea interferencias en el canal de fuga con características espectrales individuales Nсi(t).
Por lo tanto, en la posible ubicación de los sensores para recibir señales de voz Di, hay una mezcla aditiva de la señal de voz Lсi(t) y el ruido determinado por la combinación de ruido ambiental y canales de fuga. En consecuencia, cada uno de los sensores de control de información encubierta proporciona su propio valor para la calidad de la información recibida, que puede caracterizarse por algún indicador objetivo, por ejemplo, inteligibilidad del habla, relación señal-interferencia. Teniendo en cuenta el carácter aleatorio y no estacionario de las señales y las interferencias, el indicador de la calidad de la recepción de la voz en un contexto de ruido es función del tiempo y debe tender a ser estacionario sólo durante un período promedio significativo, lo que impone requisitos estrictos. sobre la evaluación de las eficiencias iniciales de los canales de fuga en áreas con una estructura relativamente homogénea
La protección activa se utiliza en situaciones en las que la eficiencia inicial de los canales de fuga excede un cierto valor estándar requerido y consiste en crear interferencias adicionales Ni, estadísticamente independientes del ruido existente. Es obvio que la protección activa debe usarse solo en los casos en que la autointerferencia tiene un nivel de potencia insuficiente o una distribución espectral fallida, es decir, el equipo debe generar interferencia en lugares donde se puedan ubicar sensores de control encubiertos en casos de interferencia natural débil. o la presencia de una potente señal de voz en el canal. La ventaja de utilizar protección activa en comparación con centrarse en proteger las instalaciones de la propia interferencia del canal es la capacidad de crear interferencias con la distribución espectral requerida y un alto grado de estacionariedad (constancia) en el tiempo.
Sin embargo, estos aspectos no se limitan a los problemas de la aplicación práctica de métodos y equipos de protección activa. La aparición de vibraciones adicionales e interferencias acústicas en los canales de fuga cambia significativamente la situación del ruido en las habitaciones protegidas y adyacentes. Las interferencias regresan a través de los canales de fuga vibroacústica (VACL) a la habitación original, provocando la aparición de ruidos acústicos molestos adicionales No. El mismo ruido penetra a través de canales vibroacústicos parásitos (PVAC) en las habitaciones adyacentes, incluidas las extrañas, creando en ellas ruido Nпi.
El ruido acústico que penetra en el local protegido perturba el confort laboral de la persona protegida (grupo de personas), especialmente si el nivel de ruido No supera el nivel de ruido propio del local Nsh. Además, la situación se agrava al comparar el equipo de protección acústica inicial y el resultante después de instalar el equipo, lo que no favorece a este último. Para evaluar objetivamente el grado de exposición de una persona a ruidos acústicos molestos, puede centrarse en las normas sanitarias vigentes en el país, en los niveles permisibles de ruido acústico en locales de diversos tipos y el tiempo de exposición de una persona. Sin embargo, hay que recordar que la valoración subjetiva negativa que hace una persona de la influencia perturbadora del ruido se produce a niveles inferiores a los regulados por las normas, especialmente en caso de exposición prolongada. De manera similar, el ruido que penetra en las habitaciones adyacentes reduce la comodidad de trabajar en ellas y, dado que estas habitaciones pueden no pertenecer a la organización que brinda protección, la situación puede llevar a medidas coercitivas más serias por parte de terceros o agencias gubernamentales de supervisión. Un problema práctico es la imposibilidad de medir el nivel de ruido adicional en las instalaciones de una organización externa sin su consentimiento.
En consecuencia, las posibilidades de protección activa son en principio limitadas y están completamente determinadas por las propiedades de los canales de vibración y fuga acústica y de los canales parásitos de propagación de señales y ruidos. El problema de la protección integral de los canales considerados se puede formular de la siguiente manera: es necesario proporcionar algún valor mínimo requerido del funcional que caracteriza el indicador de protección
j [Lci(t, f), Nш(t, f), Ni(t, f), Nci(t, f)] < j 0
siempre que el ruido residual secundario en las instalaciones protegidas y adyacentes no exceda los estándares sanitarios
No(t, f) < Nsan(t, f), Nп(t, f) < Nsan(t, f),
donde f es la frecuencia;
j 0 — el parámetro estándar limitante para el indicador de protección;
Nsan(t, f) — normas sanitarias.
Como indicador de protección se pueden considerar diversas funcionalidades desde simples — tipo de relación señal/ruido, hasta complejos — tipo de inteligibilidad del habla calculada, más adecuada al problema que se está resolviendo.
Teniendo en cuenta que cada uno de los procesos de señal y ruido depende de las propiedades acústicas de la habitación protegida, de los canales de fuga y de los canales parásitos, la tarea de implementar medidas de protección parece bastante compleja. Además, el grado global de cumplimiento de los requisitos anteriores depende de los valores que determinan la atenuación de las señales y de las interferencias, en mayor medida que de la cantidad de interferencias protectoras adicionales.
Esto se puede ver con un ejemplo sencillo. Sea la cantidad de atenuación de la señal de voz en el canal de fuga igual a A, entonces el nivel de interferencia que debe crearse en el canal es igual al valor N = Lc*A/q, donde Lc es el nivel de la señal de voz en la sala protegida; q— relación señal-interferencia necesaria para la protección. El nivel de interferencia que vuelve a penetrar en la habitación, en una primera aproximación, se puede determinar considerando que el canal de fuga es simétrico, utilizando la fórmula Nп = N*A. Entonces, el nivel permisible de interferencia que se puede crear en el canal de fuga debe satisfacer la condición Nd = LcA2/q < Nsan. De ello se deduce que las capacidades de hardware de los generadores de vibraciones e interferencias acústicas están limitadas por dos tipos de estándares (q, Nsan), el nivel de la señal de voz original (Lc) y las características de amplitud-frecuencia de los canales de fuga (A) al segundo. grado. En consecuencia, un aumento de la protección pasiva de 2 veces (3 dB) conduce a un debilitamiento de los requisitos de 4 veces (6 dB), y un cambio en la potencia de interferencia solo conduce a un cambio proporcional correspondiente en el indicador de protección.
De la consideración del diagrama generalizado de canales de fuga se pueden extraer las siguientes conclusiones importantes que son necesarias para mejorar los equipos para generar vibraciones e interferencias acústicas:
- el conjunto de equipos debe incluir emisores tanto de tipo vibratorio como acústico, diseñados para su instalación en condiciones estándar;
- el número total de emisores de ambos tipos debe ser suficiente para resolver de forma óptima un determinado problema típico de protección, teniendo en cuenta los elementos estructurales de la habitación (tuberías, ventanas, puertas, techos, etc.);
- interferencias las señales en los canales de radiación deben ser independientes para excluir la posibilidad de reducir las propiedades protectoras cuando se utiliza la correlación de interferencias en sistemas de control de información encubierta;
- los canales de radiación deben permitir regular los niveles de potencia de radiación y los espectros de señales de interferencia por separado a lo largo de diferentes canales de radiación, lo que permite minimizar los costos de energía;
- el equipo debe permitir la instalación y el control de acuerdo con el parámetro de protección principal;
- el equipo debe permitir establecer el nivel de protección teniendo en cuenta los requisitos para el nivel permisible de ruido acústico residual;
- el promotor deberá ofrecer un conjunto de medidas de protección pasiva, que sea aplicable a diversas situaciones teniendo en cuenta las características del equipo desarrollado.
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