Технические средства подслушивания

Акустические приемники. Непосредственное (ушами) подслушивание ограничено малым расстоянием от источника звука – в лучшем случае около десяти метров. Малая дальность непосредственного подслушивания обусловлена не только малой мощностью акустических сигналов и большим затуханием их в среде распространения, но и тем, что уши человека имеют широкую диаграмму направленности (близкую к 180°), в силу чего на барабанную перепонку поступают практически все внешние акустические шумы.

Кроме того, шумы поднимают порог чувствительности слуховой системы человека. Но одновременно это физиологическое свойство слуховой системы человека позволяет ему адаптироваться к зашумленности среды обитания, например в жилых помещениях возле транспортных магистралей большого города.

Для непосредственного подслушивания в условиях города злоумышленнику необходимо приблизиться к источнику информации на несколько метров, что существенно ухудшает скрытность добывания информации.

Технические средства подслушивания расширяют и дополняют возможности слуховой системы человека за счет:

· приема и прослушивания акустических сигналов, распространяющихся в воде и твердых телах;

· повышения дальности подслушивания речевой информации по сравнению с непосредственным подслушиванием;

· коррекции спектра акустического сигнала, распространяющегося в среде с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой коэффициента передачи или затухания;

· выделения акустического сигнала из смеси его и шумов;

· прослушивания речи, выделяемой из перехваченных радио сигналов и электрических сигналов функциональных каналов связи и из сигналов побочных излучений и наводок;

· ретрансляции добываемой речевой информации на сколь угодно большое расстояние.

Конкретный способ подслушивания реализуется с использованием соответствующих технических средств. Совокупность технических средств, обеспечивающих функции добывания семантической и признаковой акустической информации, представляет собой комплекс средств подслушивания.

Структурная схема типового комплекса средств подслушивания приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Структурная схема типового комплекса средств подслушивания

Основной частью комплекса является акустический приемник. Он производит селекцию по пространству и частоте акустических сигналов, распространяющихся в атмосфере, воде, твердых телах, преобразует их в электрические сигналы, усиливает и обрабатывает электрические сигналы и преобразует их в акустическую волну для обеспечения восприятия информации слуховой системой человека. Акустический приемник содержит акустоэлектрический преобразователь, селективный усилитель и электроакустический преобразователь (телефон, громкоговоритель).

Акустические приемники для приема акустической волны, распространяющейся в воздухе, воде, твердой среде (в инженерных конструкциях), в грунте, отличаются видом акустоэлектрического преобразователя. Иногда по виду акустоэлектрического преобразователя называют весь акустический приемник. Акустоэлектрический преобразователь акустической волны, распространяющейся в воздухе, называется микрофоном, преобразователь волны, распространяющейся в твердой среде, – стетоскопом и акселерометром, в земной поверхности – геофоном, а в воде – гидрофоном. Основную долю функциональных акустоэлектрических преобразователей акустических приемников составляют микрофоны.

Так как электрические сигналы на выходе акустоэлектрических преобразователей крайне малы и могут принимать значения единиц мкВ, то для их усиления до необходимых для последующего применения величин (единиц В) используется селективный усилитель. Его селективность обеспечивается регулируемой полосой пропускания, необходимой для устранения помех на частотах вне спектра акустического сигнала. Учитывая, что затухание среды распространения акустического сигнала увеличивается с повышением его частоты, коэффициент усиления селективного усилителя соответственно повышают для более высоких спектральных составляющих принимаемого сигнала. Такая компенсация эквивалентна повышению уровня акустического сигнала в точке приема до 6 дБ.

Электрический сигнал преобразуют в акустический сигнал, воспринимаемый человеком, громкоговорители и телефоны. По способу преобразования электрических сигналов громкоговорители разделяются на электродинамические, электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические и др., по виду излучения – на громкоговорители непосредственного излучения, диффузорные и рупорные, по воспроизводимому диапазону частот – на широкополосные, низкочастотные, средне- и высокочастотные. Значения мощности громкоговорителей образуют стандартный ряд в диапазоне 0,1-50 Вт.

Чем уже диапазон частот динамической головки громкоговорителя, тем равномернее ее амплитудно-частотная характеристика, тем меньше головка искажает сигнал. Для высококачественной электроакустической аппаратуры к выходу усилителя подключают несколько динамических головок с разными диапазонами частот, перекрывающими весь звуковой диапазон (16-20000 Гц). Для воспроизводства речи средствами добывания требования к электродинамическим головкам более чем скромные: единицы Вт по мощности и по диапазону частот, соответствующему стандартному телефонному каналу (300…3400 Гц).

Для консервации акустической информации электрический сигнал с выхода акустического приемника подается на аудиомагнитофон. Для записи акустических сигналов применяют многоканальные стационарные ленточные магнитофоны, портативные лентопротяжные кассетные магнитофоны и специальные носимые лентопротяжные и цифровые диктофоны.

Сигнальные демаскирующие признаки определяются с помощью средств технического анализа. Если акустический сигнал на выходе приемника сильно зашумлен, то его электрический аналог подвергают для снижения уровня шума дополнительной обработке. Основу методов очистки электрического сигнала от шума составляют методы адаптивной фильтрации. Суть адаптивной фильтрации состоит в том, что на основе анализа поступающего на вход фильтра зашумленного речевого сигнала непрерывно фильтром линейного предсказания «предсказывается» помеховый сигнал, который вычитается затем из смеси речевого сигнала и шума. В результате этого отношение сигнал/шум на выходе фильтра увеличивается.

Возможности акустического приемника характеризуются набором показателей:

· диапазоном частот принимаемого акустического сигнала;

· чувствительностью;

· динамическим диапазоном;

· массогабаритными характеристиками.

Так как речь является основным видом информации при подслушивании, то большинство акустических приемников для добывания информации работают в речевом диапазоне частот. В отдельных случаях ценной является информация, переносимая акустической волной в инфразвуковом и ультразвуковом диапазонах. К такой информации относятся звуки движущихся объектов (людей, техники, подводных и надводных кораблей и др.), акустические сигналы взрывов новых боеприпасов, разрабатываемых работающих двигателей и других объектов разведки.

Дальность подслушивания (длина простого акустического канала утечки информации) зависит от ряда факторов, в том числе от чувствительности акустического приемника. Под его чувствительностью понимается минимальная энергия акустической волны или оказываемое ею минимальное давление, при котором обеспечивается определенный уровень электрического или акустического сигналов на выходе акустического приемника.

Динамический диапазон акустического приемника характеризуется диапазоном в дБ мощности акустического сигнала на его входе (громкости звука), при котором обеспечивается требуемый или допустимый уровень сигнала на выходе акустического приемника. Учитывая, что акустический приемник при добывании информации размещается скрытно, далеко не в оптимальных условиях, его динамический диапазон является важнейшей характеристикой акустического приемника. Например, если динамический диапазон закладного подслушивающего устройства мал, то приемлемое качество добываемой речевой информации обеспечивается лишь в небольшом интервале расстояний от микрофона говорящего человека. Когда разговаривающий человек ходит по комнате, то добываемая информация может содержать участки с плохим качеством речи.

Так как акустические каналы утечки информации имеют малую протяженность и акустический приемник необходимо приблизить к источнику акустического сигнала, то большинство акустических приемников относятся к классу носимой аппаратуры с автономными источниками питания. Поэтому важное значение для практического применения акустического приемника имеют его вес и габариты, а также длительность непрерывной работы.

Для запоминания (записи) добываемой информации сигнал с выхода передается по организуемому каналу связи к запоминающему устройству или записывается в запоминающем устройстве, размещенном в месте нахождения акустического приемника. В последнем варианте к запоминающему устройству предъявляются такие же жесткие требования, как к акустическому приемнику.

Для записи речевой информации широко применяются специальные диктофоны, конструктивно объединяющие акустический приемник и запоминающее устройство (лентопротяжный и цифровой магнитофоны). Основными характеристиками запоминающих устройств являются объем памяти в МБайтах, время записи речевой информации в минутах или часах, время непрерывной работы в часах.

Средства технического анализа измеряют технические характеристики (сигнальные признаки) акустических сигналов, которые могут использоваться для обнаружения и распознавания их источников: частоту колебаний, характеристики спектра, амплитуду и мощность сигнала и др. Каждый объект с движущимися механическими частями имеет индивидуальную сигнальную признаковую структуру, по которой с достаточно высокой вероятностью можно обнаружить объект и распознать его отдельные свойства. Средства анализа акустических сигналов устанавливаются, например, на подводных лодках для обнаружения и распознавания типов (вплоть до номера) надводных и подводных кораблей.

Микрофон как основной и наиболее широко применяемый элемент акустического приемника можно представить в виде последовательного ряда функциональных звеньев. В первом акустическом звене в результате взаимодействия конструкции микрофона и звукового поля формируется механическая сила, зависящая от громкости звука, частоты звукового сигнала, размеров и формы корпуса микрофона и его акустических входов, расстояния между ними и угла падения звуковой волны относительно оси микрофона. Первое звено определяет характеристику направленности микрофона и по существу представляет собой акустическую антенну.

Второе звено обеспечивает преобразование механической силы акустической волны в колебания подвижной части микрофона – мембраны. Его свойства определяются расположением, величиной и частотной зависимостью входящих в него акустомеханических элементов. Это звено определяет амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) микрофона.

Третье звено представляет собой электромеханический преобразователь колебаний мембраны в электрический сигнал и определяет чувствительность микрофона. Четвертое электрическое звено выполняет функцию согласования преобразователя с последующей электрической цепью и характеризуется внутренним или выходным сопротивлением микрофона как источника сигнала.

Виды микрофонов:

· угольные

· электродинамические

· электромагнитные

· конденсаторные

· пьезоэлектрические.

Угольный (порошковый) микрофон, впервые созданный в 1879 г. русским инженером М. Михальским, представляет собой круглую коробочку с гранулированным древесным углем, закрываемую тонкой металлической упругой крышкой – мембраной. К электроду, укрепленному на дне коробочки, и мембране подводится постоянное напряжение, под действием которого в массе угольного порошка протекает электрический ток. Принцип работы угольного микрофона основан на изменении под действием акустической волны сопротивления угольного порошка, находящегося между мембраной и неподвижным электродами. Акустическая волна приводит мембрану микрофона в колебательное движение, вследствие чего изменяется степень сжатия угольного порошка и площадь соприкосновения его гранул друг с другом. В результате этого сопротивление порошка и сила протекающего через него тока меняются в соответствии с громкостью звука, т. е. производится амплитудная модуляция электрического тока. Номинальное сопротивление угольного микрофона зависит от зернистости и технологии обработки порошка и других факторов. Это сопротивление может составлять у низкоомных микрофонов 35…65 Ом, среднеомных – 65…145 Ом и высокоомных – 145…300 Ом. Угольные микрофоны имеют низкую стоимость, высокую чувствительность, обеспечивают возможность без дополнительного усиления передачу электрических сигналов на большие (десятки км) расстояния. Это обстоятельство обуславливает широкое применение угольных микрофонов в проводной телефонной связи. Однако они узкополосные и для передачи более широкополосных, чем речь, акустических сигналов не применяются.

Конструкция электродинамического микрофона, изобретенного американскими учеными Э. Венте и А. Терас в 1931 г., аналогична конструкции электродинамического громкоговорителя. В нем катушка из тонкой проволоки жестко связана с мембраной из полистирольной пленки или алюминиевой фольги и постоянно находится в воздушном зазоре постоянного магнита. При колебаниях катушки в ней возникает ЭДС, значение которой пропорционально громкости звука. Динамические микрофоны относительно просты, надежны в работе в широком диапазоне температур и влажности, устойчивы к сотрясениям и широко применяются в различной звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуре.

В электромагнитном микрофоне в результате колебаний мембраны из ферромагнитного материала в обмотке неподвижной катушки с сердечником, по которой протекает постоянный ток, возникает ЭДС индукции, величина которой эквивалентна интенсивности звука.

Конденсаторный микрофон, изобретенный американским ученым Э. Венте в 1917 г., представляет собой капсюль, состоящий из двух параллельно расположенных пластин электродов, один из которых массивный, другой — тонкая мембрана. Электроды образуют конденсатор, емкость которого зависит от площади пластин и расстояния между ними. К электродам подводится через резистор поляризующее постоянное напряжение. При воздействии на мембрану звуковых волн изменяются расстояния между электродами и, соответственно, емкость конденсатора. В результате этого через резистор протекает ток, амплитуда которого пропорциональна звуковому давлению на мембрану. При расстоянии между обкладками 20…40 мкм и поляризующем напряжении в несколько десятков вольт чувствительность микрофона достигает 10…20 мВ/Па.

Действие пьезоэлектрического микрофона основано на возникновении ЭДС на поверхности пластинок из пьезоматериала, механически связанных с мембраной. Колебания мембраны под давлением акустической волны передаются пьезоэлектрической пластине, на поверхности которой возникают заряды, величина которых соответствует уровню громкости акустического сигнала.

По направленности микрофоны разделяются на ненаправленные, односторонней, двухсторонней и острой направленности. Направленность микрофона определяется по уровню сигнала на его выходе в зависимости от поворота микрофона по отношению к источнику акустической волны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Ширина диаграммы направленности микрофона оценивается в градусах на уровне 0,5 (0,7) от максимальной мощности (амплитуды) электрического сигнала на его выходе. Чем меньше ширина диаграммы направленности микрофона, тем меньше помех попадает на его мембрану из направлений, отличающихся от направления на источник акустического сигнала с информацией. Ширина диаграммы направленности микрофонов острой направленности составляет несколько десятков градусов. Пространственное ограничение, помех повышает отношение сигнал/помеха на мембране микрофона.

Частотные искажения при преобразовании акустической волны в электрический сигнал определяются неравномерностью частотной характеристики микрофона. Она описывается отклонением в процентах или дБ уровня спектральных составляющих звукового сигнала на выходе преобразователя по отношению к уровню спектральных составляющих входного сигнала.

По диапазону частотмикрофоны разделяются на узкополосные и широкополосные. Узкополосные микрофоны предназначены для передачи речи. Широкополосные микрофоны имеют более широкую полосу частот и преобразуют колебания в звуковом и частично ультразвуковом диапазонах частот.

По способу применения микрофоны разделяются на воздушные, гидроакустические (гидрофоны) и контактные. Контактные микрофоны предназначены для приема структурного звука. Например, контактный стетоскопный микрофон UM 012, прикрепленный к стене помещения, позволяет прослушивать разговоры в соседнем помещении при толщине стен до 50 и более см. Модификацией контактных микрофонов являются ларингофоны и остеофоны, воспринимающие и преобразующие в электрические сигналы механические колебания (вибрации) связок и хрящей гортани или кости черепа говорящего. Они встраиваются в шлемы летчиков и танкистов для обеспечения связи в условиях повышен­ного акустического шума среды.

По конструктивному исполнению микрофоны бывают широкого применения, специальные миниатюрные и специальные субминиатюрные, применяемые в различных закладных устройствах. Возможности микрофонов определяются следующими характеристиками:

· чувствительностью на частоте акустической волны 1000 Гц;

· диаграммой направленности;

· диапазоном воспроизводимых частот колебаний акустической волны;

· неравномерностью частотной характеристики;

· массогабаритными характеристиками.

Чувствительность – один из основных показателей микрофона и оценивается коэффициентом преобразования давления акустической волны в уровень электрического сигнала. Так как чувствительность микрофона для разных частот акустических колебаний различная, то она определяется на частоте 1000 Гц. Измерения проводятся для акустической волны, направление распространения которой перпендикулярно поверхности мембраны, в вольтах или милливольтах на паскаль (В/Па, мВ/Па). Чувствительность микрофона зависит в основном от параметров физических процессов в акустоэлектрических преобразователях и площади мембраны микрофона.

Чувствительность микрофона повышается с увеличением площади мембраны приблизительно в квадратичной зависимости. Например, чувствительность конденсаторного микрофона с диаметром мембраны 6 мм составляет 1,5-4 мВ/Па, для диаметра 12 мм - 12,5 мВ/Па, а при диаметре 25 мм она увеличивается до 50 мВ/Па.

Электрические сигналы на выходе микрофонов, используемых для добывания информации, в селективном усилителе обрабатываются и усиливаются до величины, необходимой для их записи с помощью аудиомагнитофона или преобразования в акустический сигнал для обеспечения восприятия информации человеком.

Диктофоны. Для скрытого подслушивания речевой информации и ее регистрации широко применяются диктофоны с встроенными и вынесенными микрофонами. Скрытая запись информации производится с целью:

· «документирования» беседы или телефонного разговора для экономии времени при составлении отчета или для последующего анализа разговора;

· регистрации трудно запоминаемой во время разговора информации;

· использования записи для оказания влияния на собеседника или предоставления ее в качестве доказательства каких-либо его обещаний и высказываний, сбора материалов о конкурентах, злоумышленниках и др.;

· получения голосового образца собеседника для последующей идентификации при подслушивании;

· регистрации собственных предложений для их последующего анализа;

· записи разговора в помещении во время отсутствия владельца диктофона.

Диктофоны по принципам работы делятся на кинематические (с лентопротяжным механизмом для обеспечения записи на магнитную ленту или металлическую проволоку) и цифровые.

Кинематические диктофоны для скрытного подслушивания отличаются от бытовых или профессиональных (используемых журналистами) демаскирующими признаками с пониженной информативностью и возможностью скрытного управления режимами работы. Это достигается:

· уменьшением в результате прецизионного изготовления механических узлов акустических шумов лентопротяжного механизма;

· минимизацией побочных электромагнитных излучений за счет исключения из электрической схемы генераторов подмагничивания и стирания;

· экранированием электромагнитного излучения коллекторного двигателя;

· возможностью подключения выносного микрофона;

· возможностью размещения диктофона и его компонентов в одежде человека и скрытного управления режимами работы диктофона;

· высокой автоматизацией работы диктофона – установкой акустоавтомата, счетчика ленты, автореверса, индикатора работы и другими элементами.

Запись речи в диктофонах производится на микрокассете со скоростью 2,4 или 1,2 см/с, длительность записи в зависимости от скорости и типа кассеты составляет от 15 мин до 3 часов.

Металлические корпуса диктофона и дополнительного кожуха-экрана существенно ослабляют электромагнитное излучение коллекторного двигателя, но не исключают его обнаружение на небольшом удалении в десятки см.

В цифровых диктофонах лентопротяжный механизм отсутствует, а запись речевой информации производится в цифровой форме на полупроводниковых запоминающих устройствах [17]. Отсутствие в цифровых диктофонах лентопротяжного механизма исключает акустические шумы, но в качестве его демаскирующего признака проявляются высокочастотные излучения, создаваемые импульсами тактовой частоты аналого-цифрового преобразователя и полупроводниковой памяти.