Разработка лабораторной установки по исследованию каналов утечки речевой информации (стр. 5 из 14)
- К1 в положении 2, К2 в положении 1, К3 в положении 2 – реализуется шумовой метод исследования акустического канала утечки информации;
- К1 в положении 2, К2 в положении 2, К3 в положении 2 – реализуется шумовой метод исследования вибрационного канала утечки информации;
- К1 в положении 1, К2 в положении 1, К3 в положении 1 – реализуется калибровка микрофона 1 при тональном методе исследования каналов утечки информации;
- К1 в положении 2, К2 в положении 1, К3 в положении 2 – реализуется калибровка микрофона 1 при шумовом методе исследования акустического канала утечки информации;
Функциональная схема лабораторной установки по исследованию акустоэлектрических каналов утечки информации приведена на рис. 2.2
Положение ключей:
- К1 в положении 1, К2 в положении 1 – реализуется тональный метод исследования акустоэлектрического канала утечки информации;
- К1 в положении 2, К2 в положении 1 – реализуется шумовой метод исследования акустоэлектрического канала утечки информации;
- К1 в положении 1, К2 в положении 2, подключается измерительный микрофон 2 – реализуется калибровка микрофона 1 при тональном методе исследования каналов утечки информации;
- К1 в положении 2, К2 в положении 2, подключается измерительный микрофон 2 – реализуется калибровка микрофона 1 при шумовом методе исследования каналов утечки информации;
Рис. 2.1. Функциональная схема лабораторной установки по исследованию воздушных и вибрационных каналов утечки информации
Рис. 2.2.. Функциональная схема лабораторной установки по исследованию акустоэлектрических каналов утечки информации
3. РАЗРАБОТКА НЕСТАНДАРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
3.1 Определение электрических и акустических параметров экранированной звукопоглощающей камеры
К основным параметрам экранированной звукопоглощающей относятся степень поглощения звуковых колебаний и экранирующая способность в отношении влияния на исследуемые образцы внешних электромагнитных полей.
В качестве камеры принята металлическая камера с габаритами 900´1400´1300 мм
В соответствии с техническим заданием она должна удовлетворять следующим условиям:
- подавление электрических и магнитных полей 20-40 дБ;
- подавление звукового давления 20-40 дБ;
- максимальные габариты камеры 1500´1500´1500 мм
В качестве звукопоглощающего материала принят поролон. Выбор остановим в его пользу в силу незначительной стоимости данного вида звукопоглотителя, распространенности и доступности в продаже. Конечно, можно использовать и другие звукопоглощающие материалы с более высокой степенью поглощения, но во-первых нам не требуется такая качественная звукоизоляция для выполнения санитарных норм в лаборатории, а во-вторых стоимость качественных звукопоглотителей на порядок выше стоимости поролона. При правильной установке поглотителя внутри камеры можно добиться общего уровня звукоизоляции, удовлетворяющего техническому заданию.
Для расчета эффективности экранирования камерой электрических и магнитных полей воспользуемся ориентировочными формулами (3.1) и (3.2) [6]:
, (3.1) 
, (3.2)где ЭЭ и Эм – эффективность экранирования для электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля;
ЭПЛ – эффективность экранирования полупространства от падающей плоской волны бесконечным экраном;
l - длина волны;
R – эквивалентный радиус экрана;
, (3.3)где a, b, c – линейные размеры экрана.
Таким образом, получаем:
. (3.4) 
. (3.5)В качестве экранирующего материала возьмем сталь толщиной 0,5 мм для которого ЭПЛ = 150 дБ на частоте 10 кГц.
Рассчитаем эффективность экранирования:
. (3.6)
. (3.7)Как видим, камера с такими линейными размерами, выполненная из данного материала пригодна для экранирования внешних электромагнитных полей.
Реальное затухание звукового давления и электромагнитных волн оценим практическим способом.
Конструкция и размеры камеры приведены в приложении 1
3.2 Разработка структурной и функциональной схемы акустического излучателя
При разработке структурной схемы датчика акустического поля требуется выполнить следующие условия технического задания:
· развиваемое звуковое давление на расстоянии 1 м от излучателя не менее 120 дБ (20 Па).
· тип генерируемых колебаний:
- шум с распределением мгновенных значений по нормальному закону с независимой регулировкой уровня в октавных полосах на средне - геометрических частотах 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц; диапазон регулировки ±20 дБ.
- гармонические колебания с частотами fср.г. ±15%, где fср.г.=250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. С независимой регулировкой уровней по частотам в диапазоне ±20 дБ.
Как следует из задания, в качестве первичного источника акустических сигналов необходимо разработать генератор шума с нормальным распределением мгновенных значений, возможно в качестве генератора шума использовать внешние источники: кассетный магнитофон с записью шума, стандартные источники шума. В случае с гармоническими колебаниями воспользуемся обычным генератором низкой частоты (Г3-102, Г3-112, и др.).
Для независимой регулировки уровня в октавных полосах на средне - геометрических частотах 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц встает вопрос о разработке октавного эквалайзера.
Наконец, для того чтобы развить требуемое звуковое давление, нужно первичный сигнал усилить с помощью усилителя мощности звуковой частоты.
На выходе акустического излучателя стоит акустическая система, которая создает требуемое звуковое давление.
Таким образом, можно выделить структуру акустического излучателя, состоящую из четырех основных блоков:
- источник первичного сигнала;
- октавный эквалайзер;
- усилитель мощности звуковой частоты;
- акустическая система.
Структурная схема акустического излучателя изображена на рис. 3.1
Рис. 3.1. Структурная схема акустического излучателя.
Разработку функциональной схемы датчика акустического поля начнем с выбора акустической системы. Она должна удовлетворять следующим условиям:
- диапазон воспроизводимых частот 100 Гц-10000 Гц;
- развиваемое звуковое давление 20 Па;
- экранированный точечный излучатель;
Из ряда диффузорных электродинамических громкоговорителей выбираем громкоговоритель 10ГД-36, со следующими основными параметрами:
- диапазон воспроизводимых частот 63 Гц-20000 Гц;
- паспортная мощность 15 Вт;
- номинальное электрическое сопротивление 4 Ом;
- развиваемое стандартное звуковое давление 0,2 Па;
- габариты 200´200 мм.
Под точечным понимается излучатель, линейные размеры которого не превышают 10% размеров исследуемой преграды. Данный громкоговоритель удовлетворяет этому условию. Для экранирования электрических и магнитных полей создаваемых магнитной системой громкоговорителя закроем диффузор заземленной мелкоячеистой металлической сеткой.
Звуковое давление PЗВ (Па), развиваемое громкоговорителем, жестко связано с подаваемой на него электрической мощностью W (Вт) (мощность, рассеиваемая на сопротивлении, равном по величине номинальному электрическому сопротивлению громкоговорителя, при напряжении, равном напряжению на зажимах громкоговорителя) и средним стандартным звуковым давлением PСТ (Па) (среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в номинальном диапазоне частот на рабочей оси на расстоянии 1 м от рабочего центра при подведении к нему напряжения, соответствующего электрической мощности равной 0,1 Вт) соотношением (3.8).
. (3.8)Таким образом, чтобы получить звуковое давление 20 Па необходимо к громкоговорителю подвести электрическую мощность:
. (3.9)Естественно, что приведенные числа являются ориентировочными, так как обусловлены определенными уровнями шума, его спектральными характеристиками, а также заданным стандартным звуковым давлением громкоговорителя. Однако они позволяют выдвинуть максимальные требования к характеристикам усилителя мощности.
Отсюда следует, что необходимо разработать усилитель с выходной мощностью не менее 10 Вт и коэффициентом усиления не менее 50 дБ. Значительный запас мощности, которым обладает усилитель, позволяет получить большой динамический диапазон громкости, что улучшает стабильность работы при номинальной мощности и обеспечивает незначительные нелинейные искажения. Максимальная выходная мощность, которая может быть передана в нагрузку, определяется максимальными значениями напряжения, действующего на выходе усилителя, и тока, протекающего через усилитель при заданной нагрузке.
Для регулировки уровня входного напряжения подаваемого на вход усилителя нужно использовать регулятор громкости.
Для независимой регулировки уровня в октавных полосах на средне - геометрических частотах 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц встает вопрос о разработке октавного эквалайзера, представляющего собой набор полосовых фильтров с регулировкой уровня на выходе, с последующим суммированием всех полос.