Основные определения акустики

Прежде чем переходить к рассмотрению собственно акустических каналов утечки информации, сформулируем основные определения акустики, на которых базируются сведения, приведенные в данной главе.

Звуком называются механические колебание частиц упругой среды (воздуха, воды, металла и т.д.), субъективно воспринимаемые органом слуха. Звуковые ощущения вызываются колебаниями среды, происходящими в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц.

Звуковое давление — это переменное давление в среде, обусловленное распространением в ней звуковых волн. Величина звукового давления Р оценивается силой действия звуковой волны на единицу площади и выражается в ньютонах на квадратный метр (1 Н/м²= 10 бар).

Уровень звукового давления отношение величины звукового давления Р к нулевому уровню, за который принято звуковое давление Р= 2 × 10^–5 Н/м²

N = 20 lg

Сила (интенсивность) звука — количество звуковой энергии, проходящей за единицу времени через единицу площади; измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м²). Следует отметить, что звуковое давление и сила звука связаны между собой квадратичной зависимостью, т.е. увеличение звукового давления в 2 раза приводит к увеличению силы звука в 4 раза.

Уровень силы звука — отношение силы данного звука I к нулевому (стандартному) уровню, за который принята сила звука I= 10^–12 Вт/м², выраженное в децибелах (дБ)

N = 10 lg

Уровни звукового давления и силы звука, выраженные в децибелах, совпадают по величине.

Порог слышимости — наиболее тихий звук, который еще способен слышать человек на частоте 1000 Гц, что соответствует звуковому давлению 2 × 10^-5 Н/м².

Громкость звука — интенсивность звукового ощущения, вызванная данным звуком у человека с нормальным слухом. Громкость зависит от силы звука и его частоты, измеряется пропорционально логарифму силы звука и выражается количеством децибел, на которое данный звук превышает по интенсивности звук, принятый за порог слышимости. Единица измерения громкости — фон.

Динамический диапазон — диапазон громкостей звука или разность уровней звукового давления самого громкого и самого тихого звуков, выраженная в децибелах.

Диапазон основных звуковых частот речи лежит в пределах от 70 до 1500 Гц. Однако с учетом обертонов речевой диапазон звучания расширяется до 5000–8000 Гц (рис. 6.1). У русской речи максимум динамического диапазона находится в области частот 300–400 Гц (рис. 6.2).

Рис. 6.1. Диапазон звучания обычной речи	Рис. 6.2. Максимум динамического диапазона русской речи
Спектральный уровень речи (табл. 6.1). B = 10 lg = LDF – 10 lg DF; B = 65 – 10 lg 1000 = 35 дБ Восприятие звука человеком субъективно. Так, люди обладают способностью воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах частоты и интенсивности. Однако, степень точности, c которой каждый человек может опре-	Таблица 6.1. Зависимость уровня звучания речи от динамического диапазона F, Гц B, дБ DF, Гц   45,5     41,5     33,5     25,5     18,5

делить высоту звука (частоту звуковых колебаний) на слух, зависит от остроты, музыкальности и тренированности слуха. Помимо этого, чувствительность человеческого уха к различным по частоте звуковым колебаниям неодинакова. Большинство людей лучше всего различают звуки в диапазоне частот от 1000 до 3000 Гц.

Восприятие звука человеком субъективно. Так, люди обладают способностью воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах частоты и интенсивности. Однако, степень точности, с которой каждый человек может определить высоту звука (частоту звуковых колебаний) на слух, зависит от остроты, музыкальности и тренированности слуха. Помимо этого, чувствительность человеческого уха к различным по частоте звуковым колебаниям неодинакова. Большинство людей лучше всего различают звуки в диапазоне частот от 1000 до 3000 Гц.

Такая характеристика воспринимаемого человеком звука, как громкость, является субъективной оценкой силы звука. Однако громкость зависит не только от интенсивности звука (звукового давления), но еще и от частоты. Субъективность восприятия громкости в зависимости от силы звука подчиняется основному психофизиологическому закону, который устанавливает, что громкость звука растет не пропорционально интенсивности звука, а пропорционально логарифму интенсивности звука.

Источником образования акустического канала утечки информации являются вибрирующие, колеблющиеся тела и механизмы, такие как голосовые связки человека, движущиеся элементы машин, телефонные аппараты, звукоусилительные системы и т.д. Классификация акустических каналов утечки информации представлена на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Классификация акустических каналов