Звукове ізолювання приміщень

Звукове ізолювання проводять з метою виключення перехоплення інформації по прямих акустичних каналах (через щілини, вікна, двері, вентиляцію) та по вібраційному каналу (через загороджувальні конструкції, труби водяного, гасового постачання, каналізацію тощо).

Під час проведення звукового ізолювання приміщень, слід ураховувати природні звукопоглинальні властивості різних матеріалів (табл. 10).

Таблиця 10. Звукопоглинальні властивості деяких матеріалів

Матеріал	Звукоізоляція (дБ) на частотах, Гц
Цегляна стіна	0,024	0,025	0,032	0,043	0,049	0,07
Оббивка з дерева	0,1	0,11	0,11	0,08	0,082	0,11
Скло одинарне	0,03	─	0,027	─	0,02	─
Штукатурка	0,025	0,04	0,06	0,085	0,043	0,058
Повсть (25 мм)	0,18	0,36	0,71	0,8	0,82	0,8?
Килим ворсяний	0,09	0,08	0,21	0,27	0,27	0,37
Вата скляна (9 мм)	0,32	0,4	0,51	0,6	0,65	0,6
Тканина бавовняна	0,03	0,04	0,11	0,17	0,24	0,35

 

Звукове ізолювання оцінюють ослабленням акустичних сигналів, яке для одношарових та однорідних загороджувальних конструкцій будівель на середніх частотах приблизно розраховують у децибелах за формулою

K =20lg(mf) ─ 47,5

де m ─ маса одного квадратного метра загородження, кг; f ─ частота звуку, Гц.

Рівень акустичного сигналу в приміщенні можна приблизно оцінити в децибелах за формулою

R₃=Rc +6+10lg S₃ ─ K₃,

де R_c ─ рівень акустичного сигналу в приміщенні перед загорожею, дБ; S₃ ─ площа загорожі, м²; К₃ ─ звукова ізоляція загорожі, дБ.

 

Ураховуючи, що середній рівень гучності розмови у службовому приміщенні становить близько 50...60 дБ, то залежно від категорії приміщення його звукова ізоляція має відповідати нормам (табл. 11).

Таблиця 11. Вимоги до звукоізоляції приміщень

Частота звукового сигналу, Гц	Ослаблення для трьох категорій виділеного приміщення, дБ
1 000

Найслабшими звукоізолювальними елементами приміщень є вікна й двері, оскільки вони мають меншу, порівняно зі стінами та перекриттями, поверхневу щільність і щілини, які важко герметизувати. Стандартні двері не задовольняють вимоги щодо захищеності (табл. 12).

Таблиця 12. Звукоізоляція звичайних дверей

Конструкція	Звукоізоляція (дБ) на частотах, Гц
			1 000
Щитові двері, облицьовані фанерою з обох боків	без прошарку
з гумовим прошарком
Типові двері П-327	без прошарку
з гумовим прошарком		З0

Для захисту інформації в особливо важливих приміщеннях використовують тамбури та спеціальні двері з підвищеною звуковою ізоляцією (табл. 13).

Таблиця 13. Звукоізоляція спеціальних дверей

Конструкція	Звукоізоляція (дБ) на частотах, Гц
Двері звукоізоляційні, полегшені
Двері звукоізоляційні, полегшені, подвійні з проміжком більше 200мм
Двері звукоізоляційні, важкі
Двері звукоізоляційні, важкі, подвійні з проміжком більше 300 мм
Двері звукоізоляційні, важкі, подвійні з облицюванням тамбура

 

Таблиця 14. Звукоізоляція вікон

Схема заскелення	Звукоізоляція (дБ) на частотах, Гц
			1 000
Одинарне засклення товщиною:
3 мм
4 мм
5 мм
Подвійне засклення з повітряним проміжком, мм:
57 (товщина 3 мм)
90 (товщина 3 мм)
57 (товщина 4 мм)		З1
90 (товщина 3 мм)		З3

Іноді додатково використовують акустичне екранування, ефективність якого може досягати 8... 10 дБ. Для цього у міжвіконний простір вмонтовують екрани спеціальної конструкції з площею відбиваючих елементів у два-три рази більшою за довжини хвиль звукового діапазону.

Підвищеної звукоізоляції досягають також за рахунок монтування звукопоглинальних загорож (з одним або кількома прошарками), розміщених у стінах та перекриттях.

Для проведенім конфіденційних заходів розроблено спеціальні звукоізольовані кабіни, розділені на чотири класи, У діапазоні 63...8000Гц кабіни зменшують звук: кабіни 1-го класу ─ на 25...50 дБ; 2-го ─ на 15...49 дБ; 3-го ─ на 15...39дБ;4-го ─ на15...29дБ.

 

Віброакустичне маскування

Метод віброакустичного маскування належить до активних методів захисту і слугує для захисту інформації від витоку по прямих акустичних каналах. Із його допомогою знижують відношення С/3.

Для формування акустичних завад методом віброакустичного маскування використовують спеціальні генератори, кінцевими пристроями яких є гучномовці або вібраційні випромінювачі. На практиці найчастіше використовують генератори шуму. Тому таке маскування називають ще акустичним зашумленням. Для формування шумових сигналів використовують вакуумні, газорозрядні, напівдротикові та інші елементи, а також цифрові пристрої.

На цей час створено багато різних систем віброакустичного маскування, таких як Заслон, Кабінет, Барон, Фон-В, VNG-006, ANG-2GOO, NG-101, АД-24, Г-002 та ін. Характеристики деяких із них наведено в табл. 15.

Таблиця 15. Основні характеристики деяких систем віброакустнчного маскування

Характеристика	Модель
VNG-006DM	ANG-2000	Заслон-2М
Смуга частот ефективного захисту для перекриття товщиною 0,25 м, кГц	0,25...5,0	0,25...5,0	0,1...5,0
Максимальна кількість вібродатчиків, шт
Тип; принцип дії датчика	КВП-2, КВП-6, КВП-7; п'єзоелектричний	TRN-2000; електромагнітний	‑ електромагнітний
Ефективний радіус подавлений вібродатчика, встановленого на перекритті товщиною 0,25м, м			1,5
Особливості конструкції	Підключення спікера	Підключенім спікера	Акустопуск.Адаптація до акустичного фону

Примітка. Моделі VNG-006 DM та ANG-2000 сертифіковані Держтехкомісією Росії,

 

___________________________

¹ Перша цифра діапазону відповідає низьким частотам, друга - високим (2 000...4 000 Гц).

5.3. Обґрунтування критеріїв ефективності захисту мовної інформації
від витоку по технічним каналам

Під інформацією розуміються відомості (повідомлення, дані) незалежно від форми їх представлення [11].

Інформація в залежності від категорії доступу до неї поділяється на загально доступну інформацію, а також на інформацію, допуск до якої обмежений федеральними законами (інформація обмеженого доступу). До інформації обмеженого доступу відноситься інформація, що містить відомості, які складають державну, комерційну, службову, особисту або сімейну та іншу таємницю, персональні дані громадян (фізичних осіб) тощо.

До захищуваної інформації відноситься інформація обмеженого доступу, що є предметом власності і підлягає захисту у відповідності з вимогами правових документів або вимогами, що встановлює власник інформації, тобто особою, яка самостійно створила інформацію чи отримала на основі закону або договору право дозволяти або обмежувати доступ до інформації, що визначається за будь-якою ознакою [11]. Окрім окремих громадян (фізичних осіб), власником інформації може бути юридична особа Російської Федерації, суб’єкт Російської Федерації або муніципальне об’єднання.

До основних загроз безпеки захищуваної інформації відносяться: несанкціоноване поширення відомостей (витік інформації) і несанкціонований цілеспрямований або невмисний вплив на інформацію або її носій.

Виток інформації може відбуватися в трьох формах: розголос, розвідка і несанкціонований доступ до інформації.

Під розвідкою розуміється цілеспрямована діяльність зі здобування відомостей в інтересах інформаційного забезпечення військово-політичного керівництва іноземної держави або конкуруючої організації. Розвідку, що проводиться в інтересах конкуруючої організації, часто називають промисловим шпіонажем.

Розвідка може бути агентурною і технічною. Агентурна розвідка ведеться штатними (оперативними) співробітниками (особами, що складають штаб спецслужби іноземної держави або конкуруючої організації) з залученням агентів (осіб, що конфіденційно співпрацює зі спецслужбою іноземної держави або конкуруючої організації). Технічна розвідка ведеться з використанням спеціальних технічних систем, засобів і апаратури розвідки.

Доступ до захищуваної інформації із застосуванням технічних засобів часто називають технічним каналом витоку інформації, під яким розуміють сукупність об’єкта розвідки, на якому оброблюється захищувана інформація, середовища поширення інформаційних сигналів і технічного засобу розвідки (ТЗР), за допомогою якого реєструються, змінюються і аналізуються перехвалені сигнали.

Інформація, яку захищають, може бути представлена в різних формах, основними з яких є:

- документована інформація;

- телекомунікаційна інформація;

- акустична (мовна) інформація, тощо.

До документованої інформації належить зафіксована на матеріальному носії шляхом документування інформація з реквізитами, що дозволяють визначити таку інформацію або в встановлених законодавством Російської Федерації випадках її матеріальний носій [11].

До телекомунікаційної інформації належить інформація, що обробляється технічними засобами або передається по лініям (каналам) зв’язку. При чому під узагальненим терміном “обробка інформації” розуміють сукупність операцій збору, накопичення, вводу, виводу, прийому, передачі, запису, зберігання, реєстрації, знищення, перетворення і відображення інформації.

Під акустичною інформацією зазвичай розуміють інформацію, носіями якої являються акустичні сигнали. В тому випадку, якщо джерело інформації являється людська мова, акустична інформація називається мовною.

Частоти акустичних коливань в межах 20 – 20 000 Гц називають звуковими (їх може сприймати людське вухо), нижче 20 Гц – інфразвуковими, а вище 20 000 Гц – ультразвуковими.

Первинними джерелами акустичних сигналів являються механічні коливальні системи, наприклад органи мови людини, а вторинними – перетворювачі різних типів, наприклад гучномовець.

Акустичні сигнали являються повздовжніми механічними хвилями. Вони випускаються джерелом – коливальним тілом – і поширюються в газах, рідинах і твердих тілах, у вигляді акустичних коливань (хвиль), тобто коливальному русі частинок середовища під дією різних збурень.

В залежності від форми акустичних коливань розрізняють прості (тональні) і складні сигнали. Тональним є сигнал, викликаний коливанням, здійснюваним по синусоїдальному закону. Складний сигнал включає цілий спектр гармонічних складових. Мовний сигнал є складним акустичним сигналом.

Мова може бути охарактеризована трьома групами характеристик:

- семантична або змістовна сторона мови – характеризує зміст тих понять, які передаються з її допомоги;

- фонетичні характеристики мови – дані, що характеризують мову з точки зору її звукового складу. Основою фонетичної характеристики звукової складової є частота, з якою зустрічається в мові різні звуків та їх сполучень;

- фізичні характеристики – величини і залежності, що характеризують мову як акустичний сигнал.

Окрім того що звуки мови, об’єднуючись в окремі фонетичні комбінації, утворюють деякі змістовні елементи, вони також розрізняються і чисто фізичними властивостями: потужністю, звуковим тиском, частотним спектром, тривалістю звучання.

В утворенні звуків мови приймають участь легені, гортань з голосовими зв’язки, областю носоглотки, язик, зуби і губи. В процесі вимови легені через бронхи продувають повітря в гортань і далі і через вібруючі голосові зв’язки – в порожнину рота. Голосові зв’язки, то стискаючи, то відкриваючи голосову щілини, пропускають повітря імпульсами, частота яких лежить в межах від 80 до180 Гц у чоловіків і від 160 до 300 у жінок [8]. Згідно сучасних досліджень [2], частота основного тону вимірюється в межах від 60–70 Гц (для низьких чоловічих голосів) до 450 – 500 Гц (для високих жіночих голосів). Середня частота основного тону для чоловічих голосів 130 – 150 Гц і 250 Гц – для жіночих.

Частотний спектр, утворених голосовою щілиною звуків мови має велике число гармонічних складових, амплітуди яких зменшуються з ростом частоти. Висота основного тону (першої гармоніки) цього ряду характеризується типом голосу того, хто розмовляє,: бас, баритон, тенор, альт, контральто, сопрано. Однак в більшості випадків це майже не має значення для розпізнання одне від одного звуків мови.

Далі повітряний потік зустрічає на своєму шляху систему резонаторів, які утворюються повітряними об’ємами порожнинами рота і носоглотки і видозмінюються в процесі вимови різних звуків положенням язика і зубів.

Проходячи через цю систему резонаторів, одні гармонічні складові отримують посилення, а інші, навпаки, послаблення. Ці посилені області називаються формантними областями або просто формантами [8], а послаблені – анти формантами. Оскільки форманти значно потужніші за інші складові, вони ж головним чином і впливають на вухо слухача, формуючи звучання того чи іншого звуку. Деякі впливи на цей процес виявляють і анти форманти.

Змінюючи положення язика, зубів і губ людина має можливість змінювати характер звучання і вимовляти різноманітні голосні звуки. Приголосні звуки в більшості випадків вимовляються без участі голосових зв’язок.

В російській мові розрізняють сорок один звук мови (фонем) [8]. За спектральним складом звуки мови розрізняються одне від одного числом формант і їх розташуванням в частотному спектрі. Як наслідок, розбірливість мови залежить, на сам перед, від того, яка частина форманта дійшла до вуха слухача без спотворень і яка – спотворилась.

Таким чином, мовний сигнал, як процес, що розвивається в часі і за частотою, можна розглядати як взаємне накладання одна на одну його гармонічної і формантної структур. Смисловий зміст мовного повідомлення визначається перебудовою формантної структури або згинаючою спектру. Процес мовотворення, пов’язаний з динамікою цієї згинаючої, що часто називається фонетичною функцією Пирогова, зручно досліджувати за допомогою цифрового спектрально-часового аналізу спектрограм [1–3].

Форманта може характеризуватися як частотною смугою, яку вона займає, так і середньою частотою, що відповідає максимуму амплітуди або енергії складових в формантній смузі, а також середнім рівнем цієї енергії і часовим інтервалом свого розвитку.

Максимально в окремих звуках помічено до6 посилених частотних областей. Однак далеко не всі вони являються формантами. Деякі зних ніякого значення не мають, хоч і несуть в собі достатньо значну енергію.

Різні звуки мають різну кількість формант: голосні – до 4, глухі приголосні – до 5–6 [10]. Більшість же звуків мови мають одну або дві форманти, які визначають смисловий зміст мовного повідомлення, що обумовлено участю в утворенні цих звуків основних резонаторів голосового апарату – порожнини глотки і носоглотки. Ці перші дві форманти називаються основними, решта - допоміжними. Основні форманти визначають вимовлений звук мови, а допоміжні – характеризують індивідуальну для кожної людини забарвлення, тембр мови. Виключення з передачі будь-якої з формантних областей викликає спотворення передавального звуку, тобто або перетворення його в інший звук, або взагалі втрату ним ознак звука людської мови.

Частоти формант, їх число і взаємне розташування для одних і тих же звуків, вимовлених різними дикторами, можуть сильно відрізнятися. Однак для кожного звука мови характерне певне положення формантних областей, і при наявності достатнього досвіду по спектрограмам можна читати сказаний текст [10].

Форманти звуків мови розташовані в дуже широкій області частот приблизно від 150 до 8600Гц. Останню межа перевищує лише складові формантної смуги звуку Ф, які можуть лежати в області до 12 000 Гц [8]. Однак переважна частина формант звуків мови лежить в межах від 300 до 3400 Гц, що дозволяє вважати цю смугу цілком достатньою для забезпечення гарної розбірливості мови. Форманти тут розташовані не тільки впритул одне до одного, але навіть з перекриттям.

Мова містить в собі форманти, прийом яких визначає її розбірливість і не формантні складові, до яких відноситься основні тони, області частот між формантами і складові, що залежать від індивідуальних особливостей того, хто говорить [8].

Простір, в якому відбувається поширення акустичних коливань, називається акустичним полем, напрямок поширення акустичних коливань – акустичним променем, а поверхня, що з’єднує всі суміжні точки з однаковою фазою коливань частинки середовища, - фронтом хвилі.

В акустиці в якості рівнів характеристик акустичного поля приймають величини, пропорційні логарифмам відносних значень (відносно нульового значення) цих самих характеристик.

При цьому відносний рівень інтенсивності акустичних коливань буде рівний [1]:

, дБ, (1)

де І – інтенсивність акустичних коливань, Вт/м²;

І ₀ = 10^-12 Вт/м² – умовне (нормоване) значення нульового рівня інтенсивності акустичних коливань.

Рівень акустичного тиску для повітря визначається співвідношенням акустичного тиску, що відповідає нульовому значенню рівня інтенсивності для віддаленого акустичного опору, рівного z = 400 кг/(м² × с) [1]:

, дБ, (2)

де р ₀ = 2 × 10^-5 Па – умовне значення нульового рівня акустичного тиску.

Величини І₀ і р₀ приблизно відповідають порогу слухової сприйнятливості (чутності).

Одиницею відносного рівня є децибел (дБ). Приріст рівня на 1 дБ відповідає збільшенню звукового тиску на 12 %, а інтенсивності звуку на 26 %.

Акустичне поле в відкритому просторі при наявності одиничного джерела потужності характеризується інтенсивністю акустичних коливань, що розраховується за формулою [10]:

, (3)

де c - коефіцієнт, що враховує вплив ближнього акустичного поля (для відкритого простору c» 1);

Р _W – потужність джерела звуку, Вт;

G – коефіцієнт направленості джерела випромінювання;

W - просторовий кут випромінювання (при випромінюванні в двогранний кут W = p, при випромінюванні в півпростір W = 2p, при випромінюванні в простір W = 4p), рад;

r – відстань від джерела до розрахункової точки, м.

Теоретично розрахувати рівень інтенсивності акустичних коливань від реальних джерел досить складно. Тому найбільш часто рівень інтенсивності акустичних коливань вимірюють в певному напрямку на певній відстані від джерела звуку r ₀, а потім перераховують на будь-яку іншу відстань r в тому ж напрямку за формулою:

, дБ (4)

де r ₀ – відстань, на якій здійснюються вимірювання рівня інтенсивності акустичних коливань L ₁(r ₀), м;

L ₁(r ₀) – виміряний рівень інтенсивності акустичних коливань на відстані r ₀, дБ.

При r ₀ = 1 м для відкритого простору рівень інтенсивності акустичних коливань на відстані r від джерела звуку буде дорівнювати:

, дБ. (5)

При поширенні акустичного сигналу у приміщеннях необхідно враховувати їх послаблення при проходженні крізь огороджувальні конструкції:

,дБ, (6)

де Z _ок – коефіцієнт затухання акустичного сигналу в огороджувальні конструкції (коефіцієнт звукоізоляції), дБ.

Аналогічним чином можна розрахувати також рівень акустичного тиску L _p (R).

Різним видам мови відповідають типові інтегральні рівні мовних сигналів, виміряні на відстані 1 м від джерела мовлення (людина, що говорить, звукоутворюючий пристрій):
L_s = 64 дБ – тиха мова; L _s = 70 дБ – мова середньої гучності; L _s = 76 дБ – гучна мова;
L _s = 84 дБ – дуже гучна мова, посилена технічними засобами [5].

Для обговорення інформації обмеженого доступу (нарад, обговорень, конференцій, переговорів, тощо) використовуються спеціальні приміщення (службові кабінети, актові зали, конференц-зали, тощо) які називаються виділеними (ВП) або захищуваними приміщеннями (ЗП).

Перехоплення мовної інформації з виділених приміщень можливий по прямому акустичному, акустовібраційному, акустооптичному, акустоелектричному та акустоелектромагнітному калах з використанням широкого арсеналу портативних засобів акустичної розвідки (табл. 16) [12].

Таблиця 16. Потенційні технічні канали витоку мовної інформації

Технічні канали витоку інформації	Спеціальні технічні засоби мовної розвідки, що використовуються для перехвату інформації
Прямий акустичний (через щілини, вікна, двері, технологічні отвори, вентиляційні канали, тощо)	Направлені мікрофони, що встановлені в будівлях і транспортних засобах, що знаходяться неподалік, за межами контрольованої зони. Спеціальні високочутливі мікрофони, що встановлені в повітроводах або суміжних приміщеннях, що належать іншим організаціям. Електронні пристрої перехвату мовної інформації з датчиками мікрофонного типу, що встановлені в повітроводах, при умові неконтрольованого доступу до них сторонніх осіб. Прослуховування розмов, що ведуться в виділеному приміщенні, без застосування технічних засобів сторонніми особами (відвідувачами, технічним персоналом), при їх знаходженні в коридорах і суміжних із виділеним приміщеннях (невмисне прослуховування).
Акустовібраційний (через огороджуючі конструкції, труби інженерних комунікацій, тощо)	Електронні стетоскопи, встановлені в суміжних приміщеннях, що належать іншим організаціям. Електронні пристрої перехоплення мовної інформації з датчиками контактного типу, що встановленні на інженерно-технічних комунікаціях (труби водопостачання, опалення, каналізації, повітроводи, тощо) та зовнішніх огороджуючих конструкціях (стіни, стелі, підлоги, двері, віконні рами, тощо) виділеного приміщення, за умови неконтрольованого доступу до них сторонніх осіб.
Акустооптичний (через скло вікон)	Лазерні акустичні локаційні системи, що встановлені в будівлях і транспортних засобах, що знаходяться неподалік, за межами контрольованої зони.
Акустоелектричний (через з’єднувальні лінії ДТЗС)	Спеціальні низькочастотні підсилювачі, що підключаються за межами контрольованої зони до з’єднувальних ліній ДТЗС, які мають в своєму складі елементи, що мають “мікрофонний” ефект. Апаратура “високочастотного нав’язування”, що підключається за межами контрольованої зони до з’єднувальних ліній ДТЗС, які мають в своєму складі елементи, що мають “мікрофонний” ефект.
Акустоелектро-магнітний (параметричний)	Спеціальні радіоприймальні пристрої,, що встановлені в будівлях і транспортних засобах, що знаходяться неподалік, за межами контрольованої зони, які перехоплюють ПЕМВ ДТЗС на частотах роботи високочастотних генераторів, що входять в їх склад. Апаратура “високочастотного опромінення” ДТЗС, що встановлені в будівлях, що знаходяться неподалік, за межами контрольованої зони.

Технічна акустична розвідка базується на часовому, спектральному і спектрально-часовому аналізі сигналів, що перехоплюються. Технологія розвідки при цьому зводиться до наступного:

- перехоплення (реєстрація) сигналів;

- попередня обробка (сортування та ін.) перехоплених сигналів;

- відновлення інформації, що міститься в перехоплених сигналах, записаних в умовах високого рівня шуму;

- власне аналіз перехопленої мовної інформації.

Особливістю акустичної розвідки є те, що аналіз перехопленої за допомогою технічних засобів розвідки інформації здійснює людина. Тому в якості нормативного показника оцінки ефективності захисту виділених приміщень від витоку мовної інформації по технічним каналам використовується словесна розбірливість мови W, під якою розуміється відносна кількість (у відсотках) правильно прийнятих людиною слів, перехвалених (зареєстрованих) засобами розвідки.

З точки зору авторів, найбільш доцільно для оцінки розбірливості мови використовувати інструментально-розрахунковий метод, оснований на результатах експериментальних досліджень, Н.Б.Покровським [8]. Суть цього методу заключається в наступному [5].

Спектр мови розбивається на N частотних смуг (наприклад, октавних, третиннооктавних, рівно артикуляційних, тощо), в загальному випадку довільних.

Для кожної і -ої (і = 1... N)частотної смуги на середньогеометричній частоті визначається формантним параметром, який характеризує енергетичну надлишковість дискретної складової мовного сигналу:

, дБ, (7)

де А_і – середній спектральний модальний рівень формант (під формантою розуміється область частот, характерна для певного звуку [8]) в і -тій спектральній смузі, дБ;

L_c.i – середній спектральний рівень мовного сигналу на вході слухового апарату людини, виміряний в і -тій спектральній смузі, дБ;

і - значення вагового коефіцієнту для верхньої f_в.і і нижньої f_н.і граничних частот і -ої частотної смуги спектру мовного сигналу.

Значення формантних параметрів D А_і визначається при умовах f = f_cep.i з графіку залежності між спектрами мови і формант (рис. 6.20 [8]) або співвідношення:

(8)

Для кожної і -ої частотної смуги визначається ваговий коефіцієнт k_i, що характеризує ймовірність наявності формант мови в даній смузі частот:

, (9)

де k (f_в.і) і k (f_н.і) – значення вагового коефіцієнту для верхньої f_в.і і нижньої f_н.і граничних частот і -ої частотної смуги спектру мовного сигналу.

Значення вагових коефіцієнтів k (f_в.і) і k (f_н.і) визначаються при умовах f = f_в.i і f = f_н.i з графіку функції розподілу формант, що характеризують ймовірність наявності формант в різних ділянках мовного спектру (рис. 6.12 [8]), або із співвідношення:

(10)

Для кожної і -ої частотної смуги визначається коефіцієнт сприйняття формант слуховим апаратом людини р_і, який являє собою ймовірну відносну кількість формантних складових мови, які будуть мати рівні інтенсивності вищі за порогове значення сприйняття. Даний коефіцієнт визначається з графіку залежності коефіцієнту сприйняття від ефективного рівня відчуття формант (рис. 6.26 [8]) або з аналітичного співвідношення:

(11)

де Q_i = A_i – L_ш.і = (L_c.i – DA_i) – L_ш.і = q_i – DA_i;

L_ш.і – рівень шуму (завади) в і -ій частотній смузі, дБ;

q_i = L_c.i – L_ш.і – співвідношення “рівень мовного сигналу/рівн6ь шуму” в і -ій частотній смузі, дБ.

З урахуванням (10) і (11) розраховуються спектральний індекс артикуляції (зрозумілості) мови R_i (інформаційна вага і -ої спектральної смуги частотного діапазону мови) та інтегральний індекс артикуляції мови R:

; (12)

. (13)

Складова розбірливість S визначається з графіку залежності складової розбірливості від розбірливості формант (рис. 6.11 [8]) або з аналітичного співвідношення:

(14)

Залежність розбірливості слів мови W від складової S представлена на рис. 6.4 [8]. Графік апроксимується аналітичним співвідношенням:

. (15)

З урахуванням рис. 6.11 [8] та рис. 6.4 [8] легко отримати графік залежності розбірливості слів від інтегрального індексу артикуляції мови, який можна апроксимувати аналітичним співвідношенням:

(16)

Проведені дослідження показали, що з достатньою для інженерних розрахунків точністю вимірювання рівнів мовного сигналу та шуму можна проводити в октавних смугах. Характеристики октавних смуг мовного діапазону частот та числові значення типових рівнів мовного сигналу у них L_s.i, в залежності від їх інтегрального рівня L_s, представлені в табл. 17 [5].

Спектральний склад мови у значному ступені залежить від статі, віку, індивідуальних особливостей того, хто говорить. Для різних людей відхилення рівнів сигналів, виміряних в октавних смугах, від типових рівнів може складати ± 6 дБ [8].

Розраховані за наведеними вище співвідношеннями числові значення форматного параметра спектру мовного сигналу D A_i і вагових коефіцієнтів k_i для октавних смуг наведено в табл. 18.

Таким чином, для оцінки ефективності захисту виділених приміщень від витоку мовної інформації по технічним каналам необхідно розрахувати співвідношення “рівень мовного сигналу/рівень шуму” в кожній октавній смузі (q_i), які сприймаються оператором, розмови, яка прослуховується або безпосередньо перехоплюється за допомогою технічних засобів акустичної розвідки, або її запису.

Таблиця 17. Типові рівні мовного сигналу в октавних смугах частотного діапазону мови L_s.i

Номер смуги	Частотні межі смуги, fн. – fв., Гц	Середньо-геометрична частота смуги, f­і, Гц	Типові інтегральні рівні мови Ls.i, виміряні на відстані 1м від джерела сигналу, дБ
Ls = 64	Ls = 70	Ls = 76	Ls = 84
	90-175
	175-355
	355-710
	710-1400
	1400-2800
	2800-5600
	5600-11200

Таблиця 18. Характеристики октавних смуг частотного діапазону мови

Номер смуги	Середньогеометрична частота смуги, f­і, Гц	Ваговий коефіцієнт смуги, ki	Значення формантного параметру мови у смузі
		0,01
		0,03
		0,12
		0,20
		0,30
		0,26
		0,07

Враховуючи, що у більшості випадків рівень власних шумів датчиків засобів акустичної розвідки значно нижче зовнішніх шумів, можна вважати, що засіб розвідки при реєстрації (запису) мовних сигналів не вносить до них додаткових спотворень, тобто:

, дБ, (17)

де q_i^* –співвідношення “рівень мовного сигналу/рівень шуму” у місці розміщення датчика (наприклад, мікрофона чи акселерометра) засобу акустичної розвідки в і -ій октавній смузі, дБ;

L_c.i^* – середній спектральний рівень мовного сигналу у точці розміщення датчику засобу акустичної розвідки, виміряний в і -ій спектральній смузі, дБ;

L_ш.i^* – середній спектральний рівень шуму (завади) в точці розміщення датчику засобу акустичної розвідки, виміряний в і -ій спектральній смузі, дБ.

За низької розбірливості мови супротивник може використати різні способи і засоби шумучищення засновані на сучасних методах цифрової обробки мовних сигналів, що дозволяють підвищити співвідношення “сигнал/шум”, і, як наслідок, підвищити розбірливість мови.

З врахуванням шумоочищення співвідношення “сигнал/шум” можна розрахувати за формулою:

, дБ, (18)

де х_і – коефіцієнт покращення співвідношення “сигнал/шум” при використанні методів шумоочищення в і -ій октавній смузі, дБ.

Значення коефіцієнту х_і в значній мірі залежать від характеристик шуму. За наявності регулярних складових у спектрі шуму (наприклад, шумів вентиляторів або системи кондиціонування) шляхом шумоочищення можливе підвищення співвідношення “сигнал/шум” більш ніж на 10 дБ.

Проведений аналіз більшості відомих технологій шумоочищення [3, 4, 6, 7, 9], а також досвід їх використання в експериментах показав, що найбільший виграш у співвідношенні “сигнал/шум” і, як наслідок, в підвищенні розбірливості спотвореної шумами і завадами мови досягається за рахунок відновлення формантної структури або фонетичної функції мовного сигналу, яка може бути відновлена за відомою гармонічною структурою, що, в свою чергу, визначається за рахунок пошуку або реконструкції в спектрограмі зачумленої мови “слідів” гармонік корисного мовного сигналу.

Формантні частоти мають тісни статистичний взаємозв’язок [2], тому, якщо у оператора, який п