Способы и средства энергетического скрытия акустических сигналов

Энергетическое скрытие акустических сигналов в соответствии с рассмотренными методами защиты информации обеспечивается путем применения способов и средств, уменьшающих энергию носителя или увеличивающих энергию помех.

Простейшим способом первого метода являетсяуменьшение громкости речи во время разговора на конфиденциальные темы. Однако это возможно, если количество собеседников мало. В иных случаях применяют звукоизоляцию, звукопоглощение и глушение звука. Второй метод предусматривает применение активных средств — генераторов акустических помех.

Звукоизоляция направлена на локализацию источников акустических сигналов в замкнутом пространстве внутри контролируемых зон. Основное требование к ней – за пределами этой зоны соотношение сигнал/помеха не должны превышать максимально-допустимые значения, исключающие добывание информации злоумышленниками. Учитывая, что средняя громкость звука говорящего в помещении составляет около 50 – 60 дБ, то в зависимости от категории помещения его звукоизоляция должна быть не менее норм, приведенных в таблице 1.

Таблица 1.

 

Частота, Гц	Категория выделенного помещения, дБ
I	II	III

 

При этих значениях звукоизоляции уровни звука вне помещений на фоне акустических шумов не обеспечивают подслушивание разговоров.

Звукоизоляция обеспечивается с помощью архитектурных и инженерных конструкций: ограждений, экранов, кабин, кожухов (рис. 1).

Рис.1. Основные средства звукоизоляции

 

Звукоизоляция оценивается величиной ослабления R в дБ акустической волны, равного R=10 lg P_пад/Р_пр, где P_пад – мощность падающей на средство звукоизоляции акустической волны, Р_пр – мощность акустической волны, прошедшей через это средство. При падении акустической волны на границу поверхностей с различными удельными плотностями большая часть падающей волны отражается. Меньшая часть волны проникает в материал звукоизолирующей конструкции и распространяется в нем, теряя свою энергию в зависимости от длины пути и его акустических свойств материала. Под действием акустической волны звукоизолирующая поверхность совершает сложные колебания, также поглощающие энергию падающей волны.

Характер этих поглощений определяется соотношением частот падающей акустической волны и спектральных характеристик (распределения частот) поверхности средства звукоизоляции. В области резонансных частот (до 25-45 Гц) средств звукоизоляции ослабление зависит в основном от внутреннего трения в звукоизолирующем материале, на более высоких частотах от его поверхностной плотности, измеряемой в кг на 1 м² поверхности. С учетом действующих норм на звукоизоляцию в помещении поверхностная масса основных ограждающих конструкций должна составлять не менее 250 – 300 кг.

Звукоизолирующие ограждения — это стены, перекрытия, перегородки, окна, двери, имеющие по периметру контакты с другими ограждениями. Величина звукоизоляции однослойного ограждения характеризуется сложной нелинейной зависимостью как от частоты f_зв колебания акустической волны, так и от большой группы характеристик ограждения. В общем случае эту зависимость можно представить в виде следующей функции:

R=F(f_зв, m, h/f_ог, r, v), (1)

где m – поверхностная масса ограждения; h – коэффициент потерь энергии в материале; f_ог собственная частота колебаний ограждения; r – удельная плотность материала ограждения; v — скорость звука в материале ограждения

Одним из наиболее слабых звукоизолирующих элементов ограждающих конструкций выделенных помещений являются двери и окна. Двери имеют существенно меньшие по сравнению с основными ограждающими конструкциями поверхностные плотности, а также зазоры и щели. Стандартные двери не удовлетворяют требованиям по защите информации в помещениях от подслушивания. В табл. 2 приведены примеры повышения звукоизоляции дверей путем применения дополнительных уплотняющих прокладок по периметру притвора дверей.

Таблица 2.

Конструкция дверей	Условия применения	Звукоизоляция в дБ на частотах в Гц
Щитовая дверь, облицованная фанерой с двух сторон	без прокладки   с прокладкой из пористой резины
Типовая дверь П-327	без прокладки с прокладкой из пористой резины

 

Как видно из таблицы 2, применение уплотняющих прокладок повышает звукоизоляцию дверей на 5-10 дБ, однако необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации в результате обжатия, износа, затвердевания резиновых прокладок звукоизоляция снижается. В таблице 3 приведены значения звукоизоляции специально проектируемых дверей с повышенной звукоизоляцией.

Таблица 3.

Конструкция двери	Звукоизоляция в дБ на частотах в Гц
Дверь звукоизолирующая, облегченная
То же, двойная с зазором более 200 мм
Дверь звукоизолирующая тяжелая
То же, двойная с зазором более 300 мм
Двери тяжелые, двойные с облицовкой тамбура

 

Следовательно, для защиты информации необходимо применять либо специально разработанные звукоизолирующие двери, либо двойные двери с тамбуром. При этом целесообразно применять утяжеленные полотна дверей, обивать их материалами со слоями ваты или войлока, использовать дополнительные уплотнительные прокладки, герметизирующие наплавы, валики и т.п. При организации тамбуров дверей звукоизоляцию повышает уплотнение щелей над полом при отсутствии порогов, а также целесообразна облицовка внутренних поверхностей тамбура звукопоглощающими покрытиями.

Окна, занимающие по условиям обеспечения освещенности достаточно большие площади ограждающих конструкций помещений, также как и двери, являются элементом среды распространения потенциальных каналов утечки информации. В табл. 4. указаны некоторые данные по звукоизоляции наиболее распространенных вариантов остекления помещений.

Таблица 4.

Схема остекления	Звукоизоляция в дБ на частотах в Гц
Одинарное остекление: - толщина 3мм - толщина 4мм - толщина 6мм
Двойное остекление с воздушным промежутком: - 3 мм – 57 – 3 мм - 3 мм – 90 – 3 мм - 4 мм – 57 – 4 мм - 4 мм – 90 – 4 мм

 

Из приведенных данных следует вывод о том, что звукоизоляция одинарного остекления соизмерима со звукоизоляцией одинарных дверей и недостаточна для надежной защиты информации в помещении. Существенно большую звукоизоляцию имеют окна с остеклением в раздельных переплетах с шириной воздушного промежутка более 200 мм или с тройным комбинированным остеклением.

Необходимо отметить, что увеличение числа стекол не всегда приводит к увеличению звукоизоляции в диапазоне частот речевого сигнала вследствие резонансных явлений в воздушных промежутках и эффекта волнового совпадения. Разработаны конструкции окон с повышенным звукопоглощением на основе стеклопакетов с герметизацией воздушного промежутка, с заполнением при пониженном давлении промежутка между стеклами различными газовыми смесями или созданием между ними вакуума. Звукоизоляция до 5 дБ повышается при облицовке межстекольного пространства по периметру звукопоглощающим покрытием.

Следует иметь ввиду, что в общем случае, звукоизоляция ограждающей конструкции, содержащей несколько элементов, должна оцениваться звукоизоляцией наиболее слабого элемента. Такими элементами чаще бывают однослойные плоские ограждения. Для повышения величины ослабления на плоское ограждение наносят слой звукопоглощающего материала, которое увеличивает звукоизоляцию R за счет дополнительного ослабления звука в звукопоглощающем материале и повышения общей массы составного ограждения.

Для повышения звукоизоляции применяют также многослойные ограждения, чаще двойные. Они состоят из двух однослойных поверхностей, разделенных в простейшем случае воздушным слоем. Между поверхностями, соединенных ребрами жесткости, помешают различные звукопоглощающие материалы. Значения ослабления звука ограждениями, выполненных из некоторых часто применяемых строительных конструкций, указаны в таблице 5.

Таблица 5

Материал	Толщина, см	Звукоизоляция в дБ на частотах в Гц
Кирпичная кладка	1/2 кирпича
Отштукатуренная с двух сторон	1 кирпич 1,5 кирпича 2 кирпича 2,5 кирпича
Железобетонные блоки	l00
Шлакоблоки
Древесностружечная плита

 

Уровень акустического сигнала R_ВН, в дБ за ограждением можно приближенно оценить по формуле:

R_BH» R_PC + 6 + 10 lg Sог – Rог, (2)

где R_PC – уровень речевого сигнала в контролируемом помещении, дБ; Rог – звукоизолирующая способность ограждения дБ; Sог - площадь ограждения м².

Для снижения опасного акустического сигнала в помещениях применяют также акустические экраны, размещаемые на пути распространения звука. Акустические экраны устанавливают между наиболее слабыми местами по звукопоглощающей способности ограждающей конструкции и расчетными точками помещения, в которых речевой сигнал должен быть неразборчив. Действие акустических экранов основано на отражении звуковых волн и образовании за экраном звуковых теней. В результате дифракции эффективность экрана повышается с увеличением соотношения размеров экрана и длины акустической волны. Размеры эффективных экранов превышают более чем в 2 – 3 раза длину волны. Реально достигаемая эффективность акустических экранов, покрытых звукопоглощающими материалами, составляет 8 – 10 дБ.

Наиболее удобны передвижные, складные и легко монтируемые акустические экраны. Акустические экраны могут использоваться для дополнительной защиты дверей, окон, технологических проемов, панелей кондиционеров, отверстий воздушной вентиляции и других элементов ограждающих конструкций, имеющих не удовлетворяющую действующим нормам локальную звукоизоляцию. Применение акустических экранов целесообразно также для защиты акустической информации в помещениях временного использования, когда их акустическая обработка нецелесообразна.

Для звукоизоляции по всем направлениям в ограниченном пространстве применяют кабины (для людей) и кожуха (для излучающих звуки механизмов и машин). Основное отличие звукоизолирующего кожуха от кабины заключается в необходимости обеспечения в кабине условий для пребывания в ней человека — вентиляции воздуха, освещения, средств связи.

В конструктивном отношении звукоизолирующие кабины делятся на каркасные и бескаркасные. В первом случае на металлическом каркасе крепятся звукопоглощающие панели. Примером таких кабин являются кабины междугородней телефонной связи. Кабина с двухслойными звукопоглощающими плитами обеспечивает ослабление звука до 35 – 40 дБ. Более высокой акустической эффективностью обладают кабины бескаркасного типа. Они собираются из готовых многослойных щитов, соединенных между собой через звукоизолирующие упругие прокладки. Такие кабины дорогие в изготовлении, но снижение уровня звука в них может достигать 50 – 55 дБ. Для повышения звукоизоляции минимизируют возможное число стыковочных соединений отдельных панелей между собой и с каркасом кабины, стыки тщательно герметизируют и уплотняют, применяют звукопоглощающие облицовки стен и потолка, глушат звуки средств вентиляции и кондиционирования воздуха.

Перспективными кабинами являются прозрачные переговорные кабины. Двухслойные ограждающие поверхности и стыковочные узлы этих кабин, а также мебель (столик и стулья) изготавливают из органического стекла. Прозрачность ограждений и мебели позволяет быстро обнаруживать закладные устройства и контролировать во время переговоров пространство вокруг кабины. Например, кабина Л-44 и различные модификации кабины Л-45 предназначены для 2-8 человек, имеют площадь внутри кабины 4-8 м, обеспечивают звукоизоляцию в диапазоне 300-5000 Гц не менее 25 дБ. В дальнейшем предполагается нанесение на поверхность кабины прозрачных композитивных пленок на лавсановой основе, что обеспечит одностороннюю (из кабины) проводимость света, почти в 20 раз увеличит механическую прочность прозрачных ограждающих конструкций, вдвое повысит устойчивость поверхности огню, исключит возможность лазерного подслушивания.

Звукоизолирующие кабины в зависимости от требований к изоляции звука подразделяются на 4 класса. Кабины 1-го класса должны обеспечивать ослабление звука в диапазоне 63 – 8000 Гц на 25 – 50 дБ, 2-ro класса на 15 – 49 дБ в том же диапазоне, 3-го и 4-го классов — до 39 и 29 дБ соответственно. Наименьшие значения соответствуют низким частотам, наибольшее ослабление происходит на частотах 2000 – 4000 Гц.

Звукоизолирующие кожуха проще по конструкции и изготовляются из листовых материалов (стали, дюралюминия и др.). Поверхность стенок кожухов облицовываются звукопоглощающими материалами толщиной 30-50 мм в виде матов из минеральной ваты, супертонкого стекла или базальтового волокна.

Кожух для блокирования передачи структурного звука устанавливается на виброизолирующих прокладках. Внутри кожуха помещаются источники звука. Кожуха бывают съемными, раздвижными и капотного типа, сплошной герметичной или неоднородной конструкции — со смотровыми окнами, открывающими дверцами, проемами для ввода коммуникаций, циркуляции воздуха. Кожуха снижают уровень звука на 20 – 40 дБ.

Глушение звука достигается путем интенсивного поглощения энергии акустической волны при распространении ее в специальной конструкции, называемой глушителем. Например, в момент выхода газов из цилиндра двигателя автомобиля в выходном коллекторе создается акустическая волна большой интенсивности. Она направляется по трубе в глушитель, в котором проходя через многочисленные преграды, теряет энергию и выходит из выхлопной трубы с энергией, сравнимой с энергией акустического фона. При прогорании глушителя или его съеме, что делают иногда на спортивных автомобилях для повышения их мощности, работа двигателя сопровождается интенсивным шумом. В зависимости от способа глушения звука глушители подразделяются на абсорбционные, реактивные и комбинированные.

В абсорбционных глушителях происходит звукопоглощение в материалах и конструкции, в реактивных – в результате отражения звука обратно к источнику. Комбинированные глушители объединяют оба эти способа.

Звукопоглощение обеспечивается путем преобразования в звукопоглощающем материале кинетической энергии акустической волны в тепловую энергию. Звукопоглощающие свойства материалов оцениваются коэффициентом звукопоглощения, определяемым отношением энергии, поглощенной в материале звуковых волн к звуковой энергии, падающей на поверхность материала. Коэффициенты поглощения некоторых широко применяемых материалов на частотах речевого диапазона приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Материал	Коэффициент поглощения на частотах, Гн
l25
Кирпичная стена	0.024	0.025			0.049	0.07
Деревянная обивка	0.1	0.11	0.11	0.08	0.082	0.11
Стекло одинарное		–	0.027	–	0.02	–
Штукатурка известковая	0.025	0.04	0.06	0.085	0.043	0.058
Войлок (толщина 25 мм)	0.18	0.36	0.71	0.8	0.82	0.85
Ковер с ворсом	0.09	0.08	0.21	0.27	0.27	0.37
Стеклянная вата (толщиной 9 мм)	0.32	0.4	0.51	0.6	0.65	0.6
Хлопчатобумажная ткань	0.03	0.04	0.11	0.17	0.24	0.35

 

Применение звукопоглощающих материалов при защите акустической информации имеет некоторые особенности по сравнению со звукоизоляцией. Одной из особенностей является необходимость создания непосредственно в помещении акустических условий для обеспечения разборчивости речи в различных его зонах. Таким условием является, прежде всего, обеспечение оптимального соотношения прямого и отраженного от ограждений акустических сигналов. Чрезмерное звукопоглощение приводит к ухудшению уровня сигнала в различных точках помещения, малое – к большому времени и ухудшению разборчивости речи в результате наложения различных звуков.

Обеспечение рациональных значений рассмотренных условий определяется как общим количеством звукопоглощающих материалов в помещении, так и распределением звукопоглощающих материалов по ограждающим конструкциям с учетом конфигурации и геометрических размеров помещения.

По конструктивным свойствам различают рыхлые акустические материалы, плитные материалы, акустическая штукатурка и резонансные поглотители в виде панелей и щитов из дерева и других материалов. Средства поглощения звука в помещениях, используемые для акустической обработки помещений, подразделяют на:

- звукопоглощающие облицовки в виде акустических плит мелкой зернистой или ячеечной структуры (плиты минераловатные «Акмигран», «Акмант», «Силакпор», «Винипор», ПА/С, ПА/О, ПП-80, ППМ, ПММ);

- звукопоглощающие облицовки из слоя пористо-волокнистого материала (стеклянного или базальтового волокна, минеральной ваты) в защитной оболочке из ткани или пленки с перфорированным покрытием (металлическим, гипсовым и др.). В качестве защитных покрытий применяются: ткани марок Э3-100, А-1, ТСД, пленки типа ПЭТА, алюминиевые перфорированные панели типа ПА, ЛАП. ЛAK, листы стальные перфорированные, асбоцементные перфорированные листы, листы гипсовые типа АГП, АГШБ и др.

Плоский слой звукопоглощающего материала облицовок устанавливается на жестком основании, который крепится непосредственно или с воздушным промежутком на поверхности ограждения, к потолку или стенам.

Для дополнительного звукопоглощения и уменьшения числа переотражений от ограждений с целью снижения времени реверберации используются штучные звукопоглотители. Они представляют собой одно или многослойные объемные звукопоглощающие конструкции (в виде куба, параллелепипеда, конуса), подвешиваемые к потолку помещения. Размеры граней штучных звукопоглотителей составляют 40-400 см.

Каналы вентиляции и систем кондиционирования могут способствовать утечке информации из помещения. Передача звука через вентиляционный канал происходит по воздуху, находящемуся в полости канала, и по элементам конструкции канала. Наиболее эффективной мерой предотвращения утечки информации через воздухопроводы является установка в них абсорбционных глушителей.

Громкость звука, воспринимаемого человеком, зависит не только от его собственной интенсивности, но и от других звуков, действующих одновременно на барабанную перепонку уха. В силу психофизиологических особенностей восприятия звука человеком интенсивность маскирующих звуков обладает асимметричностью. Она проявляется в том, что маскирующий звук оказывает относительно небольшое влияние на тоны маскируемого звука ниже его собственной частоты, но сильно затрудняет восприятие более высоких звуков. Поэтому для маскировки акустических сигналов эффективны низкочастотные акустические шумовые сигналы.

Характеристики шумовых акустических генераторов приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Тип генератора	Вид зашумления	Шумовая полоса, Гц	Габариты, мм	Примечание
«Заслон»	вибрационное	100-6000	256х206х90, излучатель - 68х46х42	Защищает до 10 условных поверхностей
«Кабинет»	вибрационное	100-6000	100x200x350	До 30 излучателей
ANG-2000	акустическое вибрационное	250-5000	43х152х254	Количество излучателей – до 18
АД-23	акустическое	20-20000	220х160х100	Площадь зашумления до 25 м2
WNG 022	акустическое	199-12000	98x71x30	Площадь зашумления до 50 м2

Следует отметить, что акустическое зашумление помещения обеспечивает эффективную защиту информации в нем, если акустический генератор расположен к акустическому приемнику злоумышленника ближе, чем источник информации. Например, когда подслушивание возможно через дверь или открытое окно, то акустический генератор целесообразно разместить возле двери или на подоконнике окна. Если местонахождение акустического приемника злоумышленника неизвестно, например, закладного устройства, то размещение акустического генератора между говорящими людьми, как рекомендуют некоторые фирмы, не гарантирует надежную защиту информации. Кроме того, повышение уровня шума вынуждает собеседников к более громкой речи, что создает дискомфорт и снижает эффект от зашумления.

Более эффективным и активным универсальным способом защиты информации, передаваемым структурным звуком, является вибрационное зашумление. Шум в звуковом диапазоне в твердых телах создают пьезокерамические вибраторы акустического генератора, прикрепляемые (приклеиваемые) к поверхности зашумляемого ограждения (окна, стены, потолка и др.) или твердотельного звукопровода (батареи отопления, трубы и др.). Так как уровень структурного шума, создаваемого генератором, выше уровня речевого сигнала в твердых телах, но ниже уровня слышимости, то вибрационное зашумление целесообразно применять во всех случаях, когда существует возможность утечки с помощью структурного звука. Один виброизлучатель (вибратор) обеспечивает эффективное зашумление в радиусе 1,5 – 5 м.

Пассивное энергетическое скрытие акустической информации от подслушивания лазерным микрофоном заключается в ослаблении энергии акустической волны, воздействующей на оконное стекло. Оно достигается использованием штор и жалюзей, а также двойных оконных рам. Активные способы энергетического скрытия акустической информации предусматривают применение генераторов шумов в акустическом диапазоне, датчики которых приклеиваются к стеклу и вызывают его колебание по случайному закону с амплитудой, превышающей амплитуду колебаний стекла от акустической волны. Некоторые типы генераторов вибрационного акустического зашумления приведены в таблице 7.