Sistemas de enmascaramiento vibroacústico..
Khorev Anatoly Anatolyevich, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor
SISTEMAS DE ENMASCARAMIENTO VIBROACÚSTICO
El artículo analiza los principios de construcción, las principales características y recomendaciones metodológicas para la instalación de sistemas de enmascaramiento vibroacústico.
La protección de la información acústica (del habla) es una de las tareas más importantes en el conjunto general de medidas para garantizar la seguridad de la información de un objeto o institución y se lleva a cabo utilizando métodos pasivos y activos.
Los métodos pasivos de protección de la información, por regla general, se implementan durante la construcción o reconstrucción de edificios en la etapa de desarrollo de soluciones de diseño, lo que permite tener en cuenta de antemano los tipos de estructuras de construcción, los métodos de tendido de comunicaciones y la óptima ubicaciones para locales dedicados (protegidos).
Si es técnicamente imposible utilizar medios pasivos de protección del local, o si no garantizan el cumplimiento de las normas de aislamiento acústico exigidas, se utilizan medidas de protección activa, que consisten en enmascarar las interferencias acústicas y vibratorias de los medios acústicos de reconocimiento del habla.
El enmascaramiento acústico se utiliza eficazmente para proteger la información del habla de fugas a través de un canal acústico directo suprimiendo el ruido acústico de los micrófonos de los equipos de reconocimiento instalados en elementos estructurales de locales protegidos como: puerta del vestíbulo, conducto de ventilación, detrás de un falso techo, etc.
El enmascaramiento vibroacústico se utiliza para proteger la información del habla contra fugas a través de canales vibroacústicos y acústico-ópticos (optoelectrónicos) y consiste en crear ruido de vibración en elementos de estructuras de edificios y en servicios públicos. El camuflaje vibroacústico se utiliza eficazmente para suprimir dispositivos de interceptación de información, como estetoscopios electrónicos y de radio, así como sistemas de reconocimiento acústico láser.
El proceso de percepción del habla en ruido va acompañado de pérdidas de los elementos constituyentes del mensaje del habla. Como indicador para evaluar la efectividad de los sistemas de camuflaje vibroacústico, se utiliza la inteligibilidad del habla verbal, caracterizada por el número de palabras entendidas correctamente y reflejando el área cualitativa de comprensibilidad, que se expresa en términos de los detalles del certificado compilado sobre el conversación interceptada utilizando medios técnicos de inteligencia. Los criterios para la eficacia de la protección de la información del habla dependen en gran medida de los objetivos que se persiguen al organizar la protección, por ejemplo: ocultar el contenido semántico de una conversación en curso, ocultar el tema de una conversación en curso, etc.
La experiencia práctica muestra que elaborar un informe detallado sobre el contenido de una conversación interceptada es imposible cuando la inteligibilidad verbal es inferior al 60-70%, y un breve resumen es imposible cuando la inteligibilidad verbal es inferior al 40-50%. Cuando la inteligibilidad verbal es inferior al 20-30%, es muy difícil establecer incluso el tema de una conversación en curso, y cuando la inteligibilidad verbal es inferior al 10%, esto es prácticamente imposible incluso cuando se utilizan métodos modernos de reducción de ruido.
Un sistema típico de enmascaramiento vibroacústico incluye: un generador de ruido, un conjunto de emisores de vibración, un conjunto de emisores acústicos (altavoces de sonido), así como el equipo necesario para ajustar y configurar el sistema.
Las principales características de los generadores de ruido que afectan la efectividad de la protección de la información del habla incluyen: el tipo y rango de frecuencia de la interferencia generada, su característica de amplitud-frecuencia y el factor de calidad del ruido, el número de salidas lineales, el número máximo y tipos de emisores viro. conectados a ellos, así como la capacidad de ajustar la potencia y la envolvente del espectro de interferencia en cada canal.
El papel de los dispositivos terminales en los sistemas de enmascaramiento vibroacústico que convierten las vibraciones del ruido eléctrico en vibraciones acústicas en el rango de frecuencia del habla generalmente lo desempeñan altavoces de banda ancha de pequeño tamaño, y aquellos que convierten las vibraciones del ruido eléctrico en vibraciones — emisores de vibraciones, generalmente de tipo electromagnético o piezoeléctrico.
En la práctica, se utilizan ampliamente generadores de ruido analógicos, digitales y combinados.
Un gran grupo de generadores de ruido analógicos está formado por dispositivos cuyo principio de funcionamiento se basa en amplificar las oscilaciones de fuentes primarias de ruido, estas últimas mediante vacío eléctrico, descarga de gas, semiconductores y otros dispositivos y elementos electrónicos.
El proceso aleatorio temporal, que tiene propiedades cercanas a las oscilaciones de ruido, también se puede obtener utilizando generadores de ruido digitales que forman secuencias caóticas (pseudoaleatorias) de símbolos binarios y las convierten en secuencias de pulsos caóticos.
En los sistemas de enmascaramiento acústico y vibroacústico, por regla general, se utilizan los siguientes tipos de interferencia de ruido:
1 – ruido “blanco” (ruido con una densidad espectral constante en el rango de frecuencia del habla );
2 – ruido “rosa” (ruido con una tendencia a que la densidad espectral disminuya en 3 dB por octava hacia las frecuencias altas);
3 – ruido con tendencia a que la densidad espectral disminuya 6 dB por octava hacia frecuencias altas;
4 – ruido “interferencia similar al habla (ruido con un espectro de amplitud envolvente similar a una señal de voz).
De acuerdo con los requisitos de la Comisión Técnica Estatal del Presidente de la Federación de Rusia, el bloqueador debe generar vibraciones de ruido en el rango de frecuencia de 175 a 5600 Hz. Enfig. La Figura 1 presenta las dependencias calculadas de la inteligibilidad verbal W de la relación integral señal-ruido q, medida en la banda de frecuencia de 175 a 5600 Hz con varios tipos de interferencias de ruido [2] .
Como puede verse en el gráfico, las más efectivas son las interferencias «similares al habla» y las interferencias como el ruido «rosa» (ruido cuya densidad espectral tiende a disminuir en 3 dB por octava hacia las frecuencias altas). Sin embargo, hay que recordar que este tipo de envolvente espectral no debe crearse a la salida del generador de ruido, sino a la salida del emisor de vibraciones, que tiene sus propias características amplitud-frecuencia.
Fig. 1. Dependencia de la inteligibilidad verbal W de la relación integral señal-ruido q en la banda de frecuencia de 175 a 5600 Hz:
1 – ruido “blanco”;
2 – ruido “rosa”;
3 – ruido con una disminución de la densidad espectral de 6 dB por octava hacia las frecuencias altas;
4 – ruido interferencia “similar al habla”
Como ejemplo, en Tabla. 1y en fig. La Figura 2muestra los niveles promedio de señal de ruido de vibración en bandas de frecuencia de octava creadas por los emisores de vibración VN-GL, VN y VNT-2 cuando se aplica un voltaje de ruido como el ruido blanco a su entrada [2].
Cómo se puede ver entabla. 1Los niveles de aceleración promedio medidos en bandas de frecuencia de octava para diferentes emisores de vibración pueden diferir entre 20 y 30 dB o más. Por lo tanto, la capacidad de ajustar el espectro de la señal de ruido es una característica importante del generador de ruido.
Tabla 1. Niveles promedio de señal de ruido de vibración en bandas de frecuencia de octava creadas por emisores de vibración VN- GL, VN y VNT-2
|
Tipo de emisor de vibraciones |
Frecuencias medias geométricas de bandas de octava, Hz | ||||
| 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |
| «VN-GL» | 132 ± 3 | 132 ± 3 | 132 ± 3 | 122 ± 3 | 117 ± 3 |
| «VN» | 112 ± 3 | 142 ± 3 | 142 ± 3 | 122 ± 3 | 117 ± 3 |
| «VNT-2» | 102 ± 3 | 122 ± 3 | 117 ± 3 | 117 ± 3 | 112 ± 3 |
señal de ruido en bandas de frecuencia de octava creadas por los emisores de vibración VN-GL, VN y VNT-2
Una característica importante de un ruido generador es el factor de calidad del ruido Ksh, que muestra el grado de similitud de la señal de interferencia generada con el ruido «blanco». Cuanto mayor sea el valor del factor de calidad del ruido, menos componentes regulares habrá en su espectro y, por tanto, más difícil será aislar la señal de voz oculta cuando se utilizan varios métodos de reducción de ruido.
De acuerdo con el requisitos de los documentos normativos y metodológicos para contrarrestar el reconocimiento acústico del habla. El factor de calidad del ruido de los sistemas de enmascaramiento vibroacústico debe ser al menos 0,8.
El cálculo del factor de calidad del ruido normalizado se realiza de acuerdo con el documento reglamentario “Medios para la protección activa de instalaciones de equipos electrónicos contra fugas de información debido a interferencias y radiaciones electromagnéticas espurias. Requisitos técnicos básicos (Ministerio de Industria de la Radio, 1987°) basados en los valores de los coeficientes de asimetría y curtosis de la densidad de probabilidad de la distribución del ruido generado, obtenidos mediante un dispositivo para estudiar las características de correlación de X6-4.
En la Fig. 3 muestra la densidad típica de distribución de voltaje de ruido en la salida del generador del sistema de enmascaramiento vibroacústico.
Arroz. 3. Densidad de distribución de voltaje de ruido a la salida del generador de ruido
Actualmente, se ha creado una gran cantidad de diferentes sistemas de enmascaramiento vibroacústico activo que se utilizan con éxito para suprimir los medios de interceptación de información del habla. Estos incluyen: Baron, Zaslon-2M, Kedr, Cabinet, Plain-2K, Skit-AR, Skit-MVA, Sonata-AV, Shelest-4K, “Shorokh-1 (2)”, “VV 301”, LGSh-401 ”, ANG-2000, “SI-3001”, “SI-3002”, “SI-3030”, “VNG-006”, VNG-012GL ”, etc. Las principales características de algunos de ellos se dan en Mesa. 2 y 3 [1, 4, 5].
Consideremos los principios de construcción de generadores de ruido usando el ejemplo del generador de ruido de el sistema de enmascaramiento vibroacústico VNG-012GL ( Fig. 4) [1].
Fig. 4. Diagrama de bloques del generador de ruido del sistema VNG-012GL
En el bloque de generadores de ruido analógico se generan señales eléctricas con parámetros aleatorios (ruido), que ingresan al bloque procesador de señales digitales, donde se convierten a analógico a digital, se ajusta el nivel y las características de amplitud-frecuencia del El ruido se forma a lo largo de cuatro canales. Es posible ajustar el espectro de la señal de ruido para cada una de las cuatro salidas por separado en bandas de frecuencia de octava o 1/3 de octava. Esto le permite formar de manera óptima la característica de amplitud-frecuencia de la interferencia.
Desde el bloque del procesador de señal digital, las señales de ruido generadas se envían a cuatro señales digitales. -a convertidores analógicos (DAC1 — DAC4 ), y luego a amplificadores de alto voltaje, a cuyas salidas están conectados emisores de vibraciones piezoeléctricas. En paralelo al amplificador de alto voltaje del primer canal se conecta un amplificador de baja frecuencia ULF 1, a cuya salida se pueden conectar sistemas acústicos o emisores de vibraciones electromagnéticas.
El amplificador de baja frecuencia ULF 2 está conectado al bloque de generadores de ruido analógico a través de un controlador de nivel electrónico. La característica de amplitud-frecuencia del ruido en este canal se forma mediante filtros analógicos y no es ajustable.
Para las salidas 1 a 4, un programa especial le permite configurar el ancho de las bandas de frecuencia de ajuste del espectro: 1/3 o 1/1 de octava (común para todos los canales), así como ajustar el nivel de la señal integral y los niveles de su Componentes espectrales según bandas especificadas en cada canal individualmente. Para la salida 5, el programa le permite configurar solo el nivel integral.
Así, el generador de ruido tiene cinco salidas de señal de ruido independientes, permitiendo en cada una de ellas ajustar no solo la amplitud de la señal, sino también su respuesta de amplitud y frecuencia.
Los parámetros de interferencia se ajustan después de la instalación del sistema en la etapa de puesta en servicio utilizando una computadora personal (Fig. 5), conectada al generador a través de la interfaz RS-232 a través de una unidad de interfaz de computadora. La característica de interferencia establecida, dependiendo de los requisitos de protección, es recordada y almacenada en la memoria no volátil del generador, lo que permite que el generador funcione de forma autónoma (sin computadora).
Junto con la interferencia de ruido, los sistemas de enmascaramiento vibroacústico utilizan interferencias similares al habla, por ejemplo, un coro de voz (conversación simultánea de varias personas).
Fig. 5. Interfaz de usuario del programa en el modo de ajuste de las características de amplitud-frecuencia de la interferencia:
1 — botón para cambiar los ajustes del modo de funcionamiento del generador de bandas de frecuencia de un tercio de octava a una octava y viceversa;
2 — “Establecimiento del nivel máximo”;
3 — número de canal;
4— indicación del estado de todos los ajustes del generador;
5 — regulador de nivel de señal de salida;
6 — control de nivel de señal de salida en la banda
En la figura. La Figura 6 muestra un diagrama de bloques del generador de ruido del sistema de camuflaje vibroacústico Baron-2, en el que, además del generador de ruido analógico convencional, se incluyen tres receptores de radio (RM1 — RM 3) para generar interferencias, sintonizados independientemente a varios Estaciones de transmisión de FM (VHF-2) [4]. En el generador de ruido del sistema de enmascaramiento vibroacústico Baron-U, en lugar de receptores de radio, se utilizan «clonadores de fonemas» especiales, que sintetizan interferencias similares al habla clonando los principales componentes fonémicos del habla de individuos específicos.
Fig. 6. Diagrama de bloques del generador de ruido del sistema de camuflaje vibroacústico Baron
La formación de señales perturbadoras pasa por dos etapas. En la primera etapa, utilizando una computadora y un software especial, se sintetiza el pseudohabla, que es una determinada secuencia de señales, a partir de una grabación de voz de una o varias personas mediante la clonación de los principales componentes fonémicos de su habla. En la segunda etapa, el sintetizador de interferencias, cuya memoria contiene pseudovoz, toma según una ley aleatoria fragmentos aleatorios de esta secuencia de señales, que llegan a la entrada del canal de interferencias [4].
El generador también permite ajustar el espectro de señales de interferencia en cuatro canales independientes en los rangos de frecuencia: 60 – 350 Hz; 350 – 700 Hz; 700 – 1400 Hz; 400 – 2800 Hz; 2800 – 16000 Hz.
La eficacia del sistema de enmascaramiento vibroacústico está determinada en gran medida por la elección correcta de los lugares de instalación y los métodos de fijación de los emisores de vibraciones.
El número necesario de emisores de vibraciones se determina en función de su ubicación, el diseño y los materiales de las superficies de cerramiento, las aberturas de ventanas y los servicios públicos, así como del radio efectivo de supresión de los emisores de vibraciones en las superficies correspondientes.
Normalmente, se entiende por radio efectivo de supresión de un emisor de vibraciones la distancia máxima a lo largo de la superficie desde el lugar de su instalación hasta el lugar de instalación del sensor (micrófono de contacto) del dispositivo de reconocimiento (por ejemplo, un estetoscopio), en el cual, al nivel máximo de la señal de ruido suministrada al sensor y la ubicación de la fuente de la señal de voz oculta (generador de prueba) a la distancia mínima posible del lugar de instalación del sensor del medio de reconocimiento, la eficiencia de supresión requerida de los medios de reconocimiento están asegurados (es decir, en los que el valor de la relación señal-ruido en al menos una de las bandas de octava se vuelve igual al valor máximo permitido indicado en los documentos reglamentarios y metodológicos sobre la contrarrestación del reconocimiento acústico del habla (NMD ARR) de la Comisión Técnica Estatal de Rusia).
El radio de supresión efectivo depende no sólo de las características del propio emisor de vibraciones, sino también en gran medida de las características de las superficies ruidosas y, por tanto, se determina experimentalmente. Al alejarse 1 m del lugar de instalación del emisor de vibraciones, el nivel de ruido que genera disminuye aproximadamente entre 3 y 6 dB.
Normalmente, al instalar emisores de vibraciones, se siguen las siguientes recomendaciones usado.
Para hacer ruido paredes Los emisores de vibraciones se instalan en la línea media entre el suelo y el techo. La distancia entre ellos no debe ser superior a 2 x ri, donde ri es el radio efectivo de supresión del emisor de vibraciones en el tipo de superficie correspondiente (hormigón, ladrillo, etc.). Es recomendable instalar emisores de vibraciones lo más cerca posible de los posibles lugares de instalación de sensores de equipos de reconocimiento. Si solo se requiere un emisor de vibraciones durante la instalación, generalmente se instala en el centro de la pared.
Cuando el techo o
, donde S es el área de el suelo, techo), m2.
La distancia entre los emisores de vibraciones tampoco debe exceder de 2 x ri,.
Instalación de los emisores de vibraciones en la superficie La reparación de estructuras de construcción se realiza, por regla general, mediante una espiga especial fijada en el techo con masilla epoxi (Fig. 7[1]). El emisor de vibraciones se atornilla a la púa después de que la masilla se haya polimerizado, normalmente 2 o 3 horas después de su aplicación.
Cuando las ventanas se vuelven ruidosas, se montan emisores de vibraciones en el centro del marco de la ventana o uno en cada acristalamiento de la ventana. elemento, o en el marco de la ventana. Para fijar emisores de vibraciones a la superficie del vidrio, utilice un pegamento especial para pegar metal al vidrio (Fig. 8 [1]).
Fig. 7. Ejemplo de instalación de un emisor de vibraciones en una pared
Fig. 8. Ejemplos de montaje de emisores de vibraciones en vidrio
Cuando las líneas de servicios públicos son ruidosasSe instalan emisores de vibraciones en cada tubería de entrada/salida. La instalación de emisores de vibraciones en líneas de servicios públicos (tuberías) se realiza mediante una abrazadera (Fig. 9 [1]).
Fig. 9. Ejemplos de instalación de emisores de vibraciones en comunicaciones por tuberías
El número requerido de emisores acústicos se determina sobre la base de un emisor para cada conducto de ventilación o vestíbulo de puerta o 25 a 30 m2 de techo suspendido (en este caso, los altavoces acústicos se instalan detrás del techo suspendido cerca de posibles ubicaciones para instalar micrófonos de reconocimiento equipo).
Un sistema de enmascaramiento vibroacústico instalado en una sala dedicada (protegida) no debería crear canales técnicos adicionales para la fuga de información, por ejemplo, debido a transformaciones electroacústicas de señales acústicas o generación parásita. Por lo tanto, después de instalar el sistema, es necesario verificar que cumpla con los “Estándares para la protección de la información de voz procesada por medios técnicos contra fugas debido a interferencias y radiaciones electromagnéticas espurias (PEMIN)” (Comisión Técnica Estatal de Rusia, 1998 ).
La configuración y evaluación de la efectividad del sistema de enmascaramiento vibroacústico se realiza en el proceso de su certificación utilizando equipos de medición certificados para el monitoreo de uso general [3].
La elección de los lugares (puntos de control) para colocar los elementos del equipo de monitoreo depende del tipo de equipo de reconocimiento del habla respecto del cual está protegida la información del habla.
Si se conoce la ubicación de la fuente de la señal de voz (escritorio, lugar de conversación, etc.), el punto de instalación de la fuente de señales acústicas de prueba se ubica en la ubicación de la fuente de la señal de voz. Si es imposible determinar la ubicación específica de la fuente de la señal de voz, la fuente de las señales acústicas de prueba se ubica a una distancia de 1 m de la estructura envolvente más cercana en la dirección de exploración y a la misma distancia de otras estructuras envolventes y objetos.
Los puntos de control para la instalación de un sensor acústico (micrófono de medición) son lugares donde se pueden colocar equipos de reconocimiento del habla (aparcamientos, paradas de autobús, bancos de descanso, ventanas de edificios cercanos, etc.). Si es imposible instalar un micrófono de medición en lugares reales donde se pueden ubicar equipos de reconocimiento de voz, los puntos de control se colocan en el límite de la zona controlada (protegida).
Al monitorear la seguridad de la información del habla desde equipos de reconocimiento vibroacústico del habla, los puntos de control para instalar un micrófono de contacto de medición (sensor vibroacústico) son las superficies de varias estructuras envolventes, líneas de servicios públicos y otros objetos que se encuentran en las direcciones de reconocimiento, fuera de la fuente. de la señal de voz, así como posibles ubicaciones en las comunicaciones de ingeniería (estructuras de edificios, etc.) accesibles a personas no autorizadas.
Para controlar el cumplimiento de los estándares para la seguridad de la información del habla procedente de equipos ópticos y electrónicos de reconocimiento del habla, también se utiliza un sensor vibroacústico de contacto, que se fija con una pasta o pegamento especial a las superficies exteriores de las ventanas de vidrio u otras placas reflectantes que vibran. bajo la influencia de señales acústicas del habla, y la normal a su superficie coincide con la dirección de reconocimiento.
Después de tomar las mediciones, se calcula la inteligibilidad del habla verbal W para cada punto de control. Si como resultado de los cálculos resulta que W > Wп (donde Wпvalor estándar (umbral)) se ajusta el canal correspondiente del sistema (o se aumenta el nivel de señal en el canal correspondiente, o en la banda de octava correspondiente). Cuando W Ј Wп los niveles de señal establecidos en los canales y bandas espectrales correspondientes se fijan y el sistema se puede poner en funcionamiento.
Literatura
1. Equipos de protección vibroacústica para locales “VNG-012GL: Manual de usuario. M.: IKMTs-1, 2003. 25 p.
2. Equipos de protección vibroacústica de locales VNG-012GL: Condiciones técnicas. M.: IKMTs-1, 2003. 50 p.
3. Zheleznyak, V.K., Makarov Yu.K., Khorev A.A. Algunos enfoques metodológicos para evaluar la eficacia de la protección de la información del habla //Equipos especiales. 2000, núm. 4, pág. 39 – 45.
4. Sistemas de protección vibroacústica serie Baron: Materiales informativos. M:NPC Nelk”, 2003. 18 p.
5. Tecnologías de seguridad modernas: Catálogo. M.: TsBI “Mascom”, 2003. 52 p.
Tabla 2. Características técnicas de los generadores de ruido de los sistemas de enmascaramiento vibroacústico
Tabla 3. Características técnicas de los emisores de vibraciones