Некоторые особенности реализации пассивных мер защиты в виброакустических каналах утечки речевой информации
Каргашин Виктор Леонидович
Кандидат технических наук
Специальная техника, №№ 4, 5, 2002
Часть 1
Необходимость и важность проведения мероприятий по защите помещений от утечки речевой информации по виброакустическим каналам чрезвычайно актуальна не только при выполнении регламентированных требований по защите выделенных помещений, в которых обрабатывается информация, содержащая государственную тайну, но и для любых организаций и учреждений, в которых ведутся конфиденциальные переговоры [1, 2]. В зависимости от режима обеспечения границы контролируемой зоны защита акустических и виброакустических каналов утечки имеет специфические особенности и ограничения, усложняющие реализацию эффективной защиты. В большинстве ситуаций применение активных мер защиты каналов утечки приводит к появлению мешающих акустических шумов, существенно снижающих комфортность работы в защищаемом и смежных помещениях. В большинстве случаев применение только пассивных мер защиты не может полностью решить задачу при условии расчета показателя защищенности, ориентированного на предельные акустические помехи. Очевидно, что только комплексное применение активных и пассивных методов и средств может обеспечить защиту оптимальным образом, выполняя требования по защите информации и одновременно обеспечивая минимальный уровень мешающих акустических шумов в помещениях.
Прежде чем анализировать потенциальные возможности комплексной защиты виброакустических каналов в типовых условиях, рассмотрим особенности активной защиты в ее предельном случае.
Активная защита
Активная защита направлена на защиту речевой информации только методом аддитивного зашумления. В каналах утечки, образованных элементами строительных конструкций, спектр и уровень помехи должны соответствовать параметрам искаженного речевого сигнала и действующим нормативам по защите. Предельным случаем активной защиты является создание акустических помех в пространстве защищаемого помещения, когда защита обеспечивается по исходному акустическому речевому сигналу. Если этот исходный речевой сигнал будет уже зашумлен в соответствии с нормативами по защите, то при дальнейшем распространении сигнала по каналам утечки реализованный нормативный показатель разборчивости речи не может увеличиться.
В рамках теории диффузного звукового поля в помещении при расположении источника речевого сигнала и источника акустической помехи в одной точке пространства во всем объеме помещения и соответственно за его пределами будет выполняться отношение сигнал/помеха, установленное по мощности исходных источников звука. С точки зрения реализации гарантированной защиты такое решение наиболее просто и эффективно, если не принимать во внимание два фактора – возможность демаскировки факта закрытия речи за пределами помещения наличием повышенного акустического шума и усложнения коммуникации для участников переговоров.
В настоящее время на рынке предлагаются к продаже переговорные устройства, которые используют этот метод защиты речевой информации. В силу специфики реализуемого метода переговорные устройства рекомендуются для защиты переговоров в ситуациях, когда проведение других мероприятий невозможно по причине лимита времени на проведение измерений показателей защищенности и оборудование помещений стационарными средствами защиты. Такие ситуации возникают при проведении переговоров в гостиницах, в жилых квартирах, на дачах, в автомобилях. В то же время, если временем ведения закрытых конфиденциальных переговоров можно управлять и периодичность и длительность их невелики, то такие переговорные устройства могут использоваться и для защиты переговоров в стационарных условиях, например, в рабочих кабинетах.
Акустическое поле от источника звука в помещении складывается из двух составляющих: диффузной, которая равномерно распределена по объему помещения, и составляющей поля прямой волны. Диффузная составляющая звукового поля в помещении по звуковому давлению определяется выражением [3]:
,
где 
- звуковое давление на оси источника на расстоянии 1 метр от него, Па, 
- средний коэффициент поглощения звука в помещении, 
, 
- общая площадь ограничивающих поверхностей помещения, м2, 
- коэффициент осевой концентрации источника звука.
Звуковое давление поля прямого звука зависит от расстояния и равно:
,
где 
- расстояние от центра источника звука, м, 
- коэффициент направленности под углом 
к оси источника звука, то есть в направлении на рассматриваемую точку.
Звуковое давление суммарного поля в помещении выражается как сумма независимых шумовых компонент:
.
Тогда квадрат суммарного звукового давления в помещении будет определяться выражением:
.
Поскольку пространственное положение переговаривающихся лиц неопределенно, то для оценочных расчетов можно принять, что 
и 
, тогда:
.
Таким образом, суммарное звуковое поле в помещении складывается из диффузной составляющей, которая не зависит от расстояния, а только от акустических свойств помещения, и от составляющей прямой волны, которая зависит только от расстояния до точки измерения звукового давления. Для некоторого большого расстояния прибавка прямого поля будет незначительна, и уровень звука будет определяться только диффузной составляющей.
На рисунке 1 приведены зависимости изменения диффузной составляющей звукового поля, поля прямой волны и звукового давления суммарного поля от расстояния для речевого сигнала с уровнем звукового давления на расстоянии 1 метр, равным 76 дБ.
Рисунок 1. Зависимость уровня звукового давления
акустического поля в помещении
Из зависимостей, приведенных на рисунке 1 видно, что при расстояниях от источника порядка 1…2 метра уровень звукового давления поля прямой волны становится соизмеримым с уровнем диффузного поля, а на расстояниях более 2.5…3 метров от источника суммарное звуковое поле в помещении определяется практически только диффузной составляющей. В ближней зоне от источника на расстояниях менее 0.5 метра уровень звукового давления поля прямой волны существенно превышает уровень от диффузной составляющей, поэтому уровень звукового давления суммарного поля не зависит от акустических свойств помещений.
Следовательно, если переговорное устройство рассчитано на защиту от средств негласного контроля, расположенных в помещении на значительном удалении от участников переговоров, то уровень звукового давления источника акустической помехи должен выбирать из условия превышения над диффузной составляющей речевого сигнала.
В качестве первого приближения для практических приложений целесообразно в качестве этого расстояния применять расстояние, на котором уровни звукового давления диффузной составляющей и прямой волны равны, так называемый радиус "гулкости":
.
Зависимости радиуса гулкости от параметров помещения приведены на рисунке 2.
Рисунок 2. Зависимость радиуса гулкости от параметров помещения
Для наиболее типичных вариаций параметров помещений, в которых возможно ведение переговоров, радиус гулкости составляет от 2 до 4 метров, что должно учитываться при использовании переговорных устройств. В помещениях с большой величиной радиуса гулкости пространственная зона, где прямая волна звука по уровню превышает уровень диффузной составляющей, достаточно велика. Это означает, что уровень звукового давления от акустической помехи должен превышать не только диффузную компоненту речи, но и частично ее прямую составляющую.
Требования к величине маскирующей помехи определяются взаимным расположением источников речи и акустической помехи. Ситуация симметричного расположения источников звука относительно источника помехи, которая наиболее часто реализуется на практике, приведена на рисунке 3.
Уровень звука от источника помехи выбирается таким, чтобы по всему объему помещения обеспечить нормативное соотношение между ним и уровнем сигнала. Если при расположении источников сигнала и помехи выбирать уровень звукового давления помех, чтобы обеспечивалась норма по защите, включая зоны прямой волны от источников сигналов, то, очевидно, что ее уровень будет чрезмерным и неприемлемым. Если уровень звукового давления помехи выбирать из условия обеспечения защищенности речи в диффузном поле, то появляются две зоны утечки, расположенные в непосредственной близости от участников переговоров. Размер зоны утечки 
зависит от соотношения уровней громкости помехи и сигналов, от акустических свойств помещения и от расположения между собой источников сигнала и помехи, то есть расстояния 
.
Рисунок 3. Расположение участников переговоров
Пусть уровни звукового давления акустических помех и сигналов определяются выражениями:
где 
- некоторое превышение уровня помехи над уровнем сигнала.
Поскольку при установке уровня помехи расположение участников переговоров неизвестно, то он выставляется относительно или диффузного уровня в помещении или относительно уровня громкости, что одно и то же в предположении, что выполняется условие 
.
Из рисунка 2 следует, что для большинства реальных помещений радиус гулкости составляет 2…4 метра, а при расположении участников переговоров они располагаются на расстояниях 1…2 метра, то есть практически в зоне прямой волны, если источник помех расположен между ними, как показано на рисунке 3. Тогда выражения для уровней звукового давления помехи и сигнала в зоне переговоров примут следующий вид:
Для выполнения требований по защите переговоров между уровнем звукового давления помехи и сигнала должно выполняться определенное соотношение:
.
Решая совместно оба уравнения можно получить следующее выражение для определения предельного расстояния, на котором выполняется нормативное отношение по защите:
.
Решая это уравнение, получим размер зоны утечки:
Интерес представляет относительная величина 
, которая определяет размер зоны утечки как функцию от расстояния между участниками переговоров.
Из полученного выражения следует, что величина 
должна быть больше 1, то есть превышение помехи над сигналом должно с запасом компенсировать требуемое нормируемое отношение по защите речевой информации. На рисунке 4 приведена зависимость относительной величины зоны утечки от общего превышения уровня помехи над уровнем сигнала.
Рисунок 4. Относительная величина зоны утечки
Для получения малых значений относительной величины зоны утечки, порядка 10…20%, требуется дополнительное превышение уровня помехи над уровнем сигнала на величину 10…12 дБ. В зависимости от требований на оперативные условия проведения переговоров могут быть определены и требования на отношение уровня помех к уровню сигнала, которые можно рассматривать как нормативные показатели любого переговорного устройства. Из уравнения для 
получим:
где 
- превышение уровня акустического сигнала помехи над уровнем акустического речевого сигнала, которое обеспечивается переговорным устройством, дБ, 
- нормативное отношение помеха/речевой сигнал, которое обеспечивает требования по защите, дБ, 
- заданные требования на величину относительной зоны утечки информации.
На рисунке 5 приведена зависимость требуемого превышения помехи над сигналом от относительной величины зоны утечки.
Рисунок 5. Превышение помехи над сигналом
в зависимости от размера зоны утечки
Таким образом, для обеспечения малой величины зоны утечки речевой информации порядка 0.5…0.6 требуется отношение уровня громкости помехи к уровню громкости сигнала равное 22…24 дБ, что превышает нормативное отношение помеха/сигнала на 10…12 дБ. По остальному пространству помещения будет обеспечено отношение помеха/сигнал, равное величине , то есть заведомо существенно превышающее нормативный показатель. С другой стороны относительный размер зоны утечки порядка 0.5…0.6 соответствует незначительному объему пространства помещения в непосредственной близости от участника переговоров. Если разумно предположить, что скрытные средства негласного контроля отсутствуют в одежде или личных вещах участников переговоров, то такой размер зоны утечки является вполне допустимым.
Так, переговорное устройство "TF-012" производства фирмы "ИКМЦ-1" [4] имеет уровень громкости системы зашумления 90 дБ, что при среднем уровне громкости речи в 70 дБ соответствует превышению помехи над сигналом на 20 дБ, то есть диаметр зоны утечки примерно равен расстоянию до источника акустической помехи. Поскольку проведение переговоров по проводному тракту позволяет ввести искусственное усиление сигнала, то вполне допустима громкость переговоров на уровне минимальной, то есть порядка 64 дБ. При этом диаметр зоны утечки снизится до 0.4, что при расстоянии до источника помехи 1 метр составляет всего 40 см. Такой малый размер зоны утечки фактически решает задачу защиты переговоров не только от средств негласного контроля, установленных в помещении, но и в непосредственной близости от участников переговоров.
Дальнейшее снижение размеров зоны утечки связано с повышением уровня громкости акустической помехи, которое имеет свои очевидные пределы по причинам создания побочных акустических шумов в смежных помещениях. Можно утверждать, что только применение совместно с активной защитой пассивных мер ослабления сигналов позволяет решить эту и другие схожие задачи наиболее оптимально.
Требования к пассивной защите
Наиболее просто определить требования на пассивную защиту (ослабление речевого сигнала) при введении специальных акустических помех для самого простого случая утечки речевой информации в смежное помещение. На рисунке 6 приведена схема такого канала утечки.
Рисунок 6. Схема акустического канала утечки
Уровень звукового давления диффузной составляющей речевого сигнала в защищаемом помещении равен:
,
где 
- уровень громкости речевого сигнала, определяемый уровнем звукового давления на расстоянии 1 метр от источника, 
- средний коэффициент поглощения звука в защищаемом помещении, 
- площадь внутренних поверхностей защищаемого помещения.
В соответствии со статистической теорией распространения звука в помещении уровень звукового давления в смежном помещении будет определяться выражением:
,
где - звукоизолирующая способность перегородки между помещениями, 
- средний коэффициент поглощения звука в зашумляемом помещении, 
- площадь внутренних поверхностей зашумляемого помещения.
Необходимо представлять себе, что реальная звукоизоляция между двумя помещениями зависит не только от звукоизолирующей способности материала перегородки, но и от акустических свойств обеих помещений. Таким образом, уровень речевого сигнала, проникающего в смежное помещение, зависит от нормируемого уровня речи в защищаемом помещении, звукоизоляции перегородки и акустических свойств обеих помещений. Для защиты в зашумлеямом помещении необходимо создать акустическую помеху, которая будет превышать речевой сигнал на величину, достаточную для обеспечения нормативного значения показателя разборчивости речи. Причем, можно оптимизировать спектр помехи таким образом, чтобы заданное значение разборчивости выполнялось при минимальной интегральной мощности помехи [5]. Учитывая сложность таких расчетов, рассмотрим более простой случай защиты, когда требуется превысить спектр речи на некоторую величину 
и уровень диффузной составляющей в зашумляемом помещении будет равен:
.
Для нормальной работы персонала в зашумленном помещении уровень акустического шума не должен превышать допустимых медицинских нормативов 
. Таким образом, должно выполняться условие 
. С учетом этого ограничения можно получить требования на звукоизолирующую способность перегородки между помещениями в следующем виде:
.
Первые три члена суммы этого неравенства определяются только нормативными показателями двух категорий – защитными и медицинскими. В этом смысле требование на звукоизоляцию также является частично нормативным, а последнее слагаемое зависит от параметров смежных помещений.
Рассмотрим сначала порядок величины допустимых санитарных нормативов. В России допустимый уровень акустических помех нормируется в соответствии с санитарными нормами и правилами [6] и выбирается в зависимости от условий работы. В таблице 1 приведены октавные спектры допустимых акустических шумов для различных категорий работающих.
Таблица 1
№ | Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц | L, дБА | |||||||
| 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
|
1 | 51 | 39 | 31 | 24 | 20 | 17 | 14 | 13 | 25 |
2 | 55 | 44 | 35 | 29 | 25 | 22 | 20 | 18 | 30 |
3 | 59 | 48 | 40 | 34 | 30 | 27 | 25 | 23 | 35 |
4 | 63 | 52 | 45 | 39 | 35 | 32 | 30 | 28 | 40 |
5 | 67 | 57 | 49 | 44 | 40 | 37 | 35 | 33 | 45 |
6 | 71 | 61 | 54 | 49 | 45 | 42 | 40 | 38 | 50 |
7 | 75 | 66 | 59 | 54 | 50 | 47 | 45 | 43 | 55 |
8 | 79 | 70 | 63 | 58 | 55 | 52 | 50 | 49 | 60 |
В таблице 1 приведены значения акустических шумов для следующих категорий:
1 - палаты больниц и санаториев, операционные больниц;
2 - жилые комнаты квартир, спальные помещения в детсадах и интернатах, жилые помещения домов отдыха и пансионатов;
3 - кабинеты врачей больниц, санаториев и поликлиник, зрительные и концертные залы, номера гостиниц, жилые комнаты в общежитиях, территории больниц, санаториев, прилегающие к зданиям;
4 - классы и аудитории, конференц-залы, читальные залы, залы театров, клубов и кинотеатров;
5 - территории жилой застройки, непосредственно прилегающие к жилым домам (2 м от ограждающих конструкций), площадки отдыха микрорайонов и жилых кварталов, площадки детсадов;
6 - рабочие помещения управлений и помещения конструкторских бюро в административных зданиях;
7 - залы кафе и ресторанов, столовые, фойе театров и кинотеатров;
8 - торговые залы магазинов, спортзалы, залы ожиданий аэропортов и вокзалов, помещения бытового обслуживания.
Для большинства рабочих и служебных помещений подходит категория 6, для которой интегральный уровень допустимых помех составляет 50 дБ, а сама санитарная норма называется ПС-45 по величине допустимого шума на частоте 1000 Гц.
Если принять защитные требования за величину отношения помеха/сигнал примерно 14 дБ, то для уровня громкости речи 76 дБ получим: 
.
Рассмотрим слагаемое, которое зависит только от параметров обеих помещений:
.
В реальной практике величины могут иметь значения в следующих пределах: 
, 
, 
, тогда величина 
будет иметь максимальное значение, равное примерно 7 дБ, минимальное – 27 дБ, среднее значение примерно – 10 дБ. Следовательно, среднее требование на звукоизолирующую способность перегородки составляет 
, однако оно может быть и ослабленным порядка 13 дБ и повышенным, равным 47 дБ. Среднее и высокие требования на звукоизолирующую способность перегородки реализуются только массивными строительными конструкциями, выполненными из кирпича или бетона. Традиционные перегородки из гипсокартона, сухой штукатурки и подобных материалов не могут обеспечить требования по защите одновременно с требованиями на допустимый уровень акустического шума в зашумляемом помещении. Кроме того, уровень шума ПС-45 пригоден для рабочих помещений, насыщенных персоналом. Если в помещении работают 1-2 человека, то такой уровень шумов будет для них дискомфортным, что потребует дополнительного повышения звукоизоляции на 5…10 дБ. Следовательно, простое решение задачи защиты без проведения работ по усилению звукоизоляции практически для рассмотренной простой ситуации проблематично, кроме случаев, когда смежное помещение является нерабочим или вспомогательным. Тогда можно ориентироваться на соблюдение санитарных норм на допустимый уровень акустического шума непосредственно а защищаемом помещении. С учетом шума, проникающего из зашумленного помещения в защищаемое, можно получить следующее требование на величину звукоизоляции перегородки:
.
Полученное выражение аналогично предыдущему по виду, но имеет существенно более низкие требования на звукоизоляцию, так как акустический шум проникает обратно в защищаемое помещение с дополнительным ослаблением. С учетом количественных значений нормативных показателей получим:
.
Второе слагаемое имеет максимальное значение равное 8 дБ, минимальное – 19 дБ и среднее значение равное – 5дБ. Следовательно, среднее требование на звукоизолирующую способность перегородки составляет 8 дБ, а максимальное 14 дБ. Во всех случаях такие требования легко реализуются тонкими перегородками. Практика показывает, что при защите кабинета руководителя нормативный акустический шум, эквивалентный требованиям ПС-45, является завышенным при размещении в помещении одного человека. При ориентации на шум порядка ПС-35 требования на звукоизолирующую способность перегородки повышаются только на 5 дБ и будут равны в худшем случае 19 дБ.
Для ситуаций, когда все-таки невозможно создавать акустический шум непосредственно в смежном помещении, возможно сочетание пассивной и активной защиты, представленное на рисунке 7.
При такой конструкции акустической защиты можно с помощью достаточно тонких дополнительных перегородок с величиной звукоизолирующей способности 14…16 дБ обеспечить выполнение нормативов по защите при одновременном соблюдении требований на уровни остаточных акустических шумов в обоих смежных помещениях.
В частности подобное решение обязательно при защите вентиляционных воздуховодов, которые являются наиболее эффективными акустическими каналами утечки речевой информации. Попытки установить непосредственно в воздуховод излучатель акустического шума приведет к повышенному уровню акустических шумов в защищаемом и в смежных помещениях. Без внесения средств пассивной защиты обеспечить приемлемые условия нормальной работы в примыкающих помещениях невозможно, так как по трассе распространения сигнала полностью отсутствуют какие –либо элементы ослабления звука. Единственным приемлемым решением является установка в вентиляционных воздуховодах акустических шумоглушителей, которые прекрасно выполняют роль звукоизолирующих элементов, а требуемая их эффективность определяется в соответствии с вышеприведенными выражениями.
Рисунок 7. Совместное применение пассивной и активной защиты
Часть 2
Влияние сквозных отверстий
на звукоизолирующую способность перегородок
При реализации пассивной защиты путем сооружения дополнительных перегородок или повышения звукоизолирующей способности существующих перегородок особенное внимание необходимо уделять тщательной заделке сквозных щелей и отверстий, которые существенно снижают звукоизоляцию.
Известно [3], что для перегородки, выполненной из материалов с различной величиной звукоизолирующей способности, удобнее проводить расчет общей звукоизоляции помещения, исходя из звукопроводности материала:
,
где 
- коэффициент звукопоглощения помещения, 
- площадь поверхности помещения, 
- коэффициент звукопроводности 
-го участка перегородки, выполненного из отдельного материала, 
- площадь -го участка перегородки, так, что 
, где 
- общая площадь перегородки.
Будем рассматривать только изменение звукоизолирующей способности перегородки при наличии в нем сквозных щелей и отверстий. Известно, что звукопроводность перегородки обратно пропорциональна звукоизолирующей способности:
.
Расчет звукоизолирующей способности перегородки с различными участками производится на основе среднего коэффициента звукопроводности, который определяется как:
.
Для случая перегородки, в которой есть сквозное отверстие или щель площадью 
, расчет общей звукоизолирующей способности осуществляется с учетом коэффициента звукопроводности отверстия, равного 1. Величина снижения звукоизолирующей способности будет равна:
,
где 
- отношение площади сквозного проема в перегородке к общей площади перегородки.
При условии 
, а для условия 
, то есть происходит снижение звукоизолирующей способности на всю ее начальную величину.
На рисунке 8 приведены зависимости величины снижения звукоизолирующей перегородки от отношения площади сквозного отверстия к общей площади перегородки.
Рисунок 8. Снижение звукоизолирующей способности перегородки
Из приведенных зависимостей следует, что уже при незначительном снижении относительной площади сквозного отверстия (до 0.05 %) происходит быстрое снижение звукоизолирующей способности перегородки. При величине относительной площади примерно 1 % для перегородок с начальной звукоизолирующей способностью более 30 дБ происходит снижение звукоизоляции на величину, при которой остаток от начальной составляет 20 дБ, а при площади 10 % независимо от начальной конечная звукоизоляция составляет 10 дБ. Причем, чем выше начальная звукоизолирующая способность перегородки, тем существеннее ее снижение. Следовательно, даже самую хорошую перегородку можно свести на нет при наличии небольшого сквозного отверстия. Размеры таких отверстий в абсолютном представлении достаточно большие, так при площади перегородки 10 м2 отверстие с относительной площадью 1 % будет иметь линейный размер, равный 30 см, например, плохо заделанные вводы воздуховодов. Приведенные расчеты показывают, что решение обратной задачи, то есть попытки повысить звукоизоляцию слабой перегородки за счет увеличения звукоизолирующей способности ее части не приведет к ожидаемому результату.
Полученные расчеты наглядно демонстрируют хорошо известный для специалистов по защите факт практической сложности обеспечения задачи реализации пассивной защиты путем повышения звукоизоляции перегородок для создания оптимальных условий защиты и комфортных условий работы персонала, который требует высокого качества проведения строительно-монтажных работ.
Возможности звукопоглощения
Из выражений для уровня диффузной составляющей речевого сигнала в помещении, который является исходным для каналов утечки всех видов, следует, что в любом помещении можно его уменьшить за счет звукопоглощающей отделки поверхностей помещения. Этот факт известен всем как пониженный уровень громкости в приглушенном помещении. Рассмотрим потенциальные возможности проведения подобных защитных мероприятий.
Поглощение звуковых колебаний в целях защиты может осуществляется для снижения уровня звука в следующих случаях:
- снижение уровня диффузной составляющей речевого сигнала от источника в помещении;
- использование акустических поглощающих экранов;
- использование глушителей звука в воздуховодных каналах.
Рассмотрим возможность снижения звука в помещении за счет акустической отделки его внутренних поверхностей, которая обусловлена известной зависимостью уровня звукового давления диффузного поля в помещении от звукопоглощающих свойств:
,
где 
- акустическая постоянная помещения, м2, 
- эквивалентная площадь звукопоглощения помещения, м2.
Поглощение звука в помещении может осуществляться как непосредственно его внутренними поверхностями, так и расположенными в нем предметами, поэтому оно определяется в соответствии с выражением:
,
где 
- коэффициент звукопоглощения 
-го элемента поверхности, площадь которого равна 
, 
- коэффициент звукопоглощения отдельного предмета, расположенного в помещении, 
- число этих предметов.
Как правило, снижение уровня звука достигается введением дополнительных поглощающих облицовок. Можно вносить в помещение локальные поглотители звука, но их установка в произвольном помещении нереальна без соответствующей дизайнерской проработки внутреннего интерьера, а это сложно и дорого. Наиболее просто решается задача путем применения акустической отделки целых участков поверхности, например, установка поглощающего подвесного потолка или применения мягкого коврового покрытия.
Если провести акустическую обработку всех поверхностей помещения, то величина снижения уровня звука после отделки может быть определена по формуле:
,
где 
- коэффициент звукопоглощения материала, который использован для акустической отделки.
На рисунке 9 приведены зависимости величины снижения уровня звукового давления диффузной составляющей звука в помещении от первоначального коэффициента звукопоглощения для различных значений коэффициента поглощения материала дополнительной отделки.
Рисунок 9. Снижение уровня звукового давления диффузной составляющей
Таким образом, при дополнительной отделке поверхностей помещения более качественными звукопоглощающими материалами по сравнению с первоначальными можно получить существенную величину снижения диффузного уровня звукового поля во внутреннем объеме помещения. Причем, чем меньше значение начального коэффициента звукопоглощения, тем больше эффект от применения дополнительной акустической отделки, то есть наиболее эффективна отделка в гулких помещениях. Степень "гулкости" помещения может быть определена по величине времени реверберации, который позволяет определить средний коэффициент звукопоглощения помещения.
Обычно за счет наличия людей и небольшого количества мягкой мебели в кабинетах средний коэффициент звукопоглощения составляет величину порядка 0.2…0.4. Тогда при использовании звукопоглощающих материалов с коэффициентом звукопоглощения 0.9…0.95 выигрыш за счет акустической отделки составит более 10 дБ. Подобный выигрыш во многих случаях достаточен для выполнения требований по защите. Причем результат достигается без использования дорогой техники создания виброакустических помех, а после отделки дополнительно повышается комфортность проведения переговоров в помещении.
На практике не удается осуществить звукопоглощающую отделку всей площади поверхности помещения. Как правило, можно ввести дополнительную площадь 
с коэффициентом звукопоглощения . Так как уровень звукового давления диффузной речевого сигнала составляющей равен:
,
где 
- акустическая постоянная помещения,
то ожидаемое снижение уровня звукового давления диффузного поля можно вычислить по формуле:
,
где 
- постоянная помещения до обработки, м2; 
- постоянная помещения после обработки, м2.
Величину снижения уровня звукового давления можно переписать в следующем виде:
,
где 
- относительная доля площади поверхности помещения, которая подлежит акустической обработке; 
- относительный прирост коэффициента звукопоглощения материала дополнительной облицовки в сравнении со средним коэффициентом звукопоглощения помещения.
.
Рисунок 10. Снижение уровня звукового давления
при акустической отделке помещения
Как следует из полученных зависимостей, даже при неполной отделке всех поверхностей помещения имеется возможность дополнительно снизить уровень звукового давления по диффузному полю. Величина снижения громкости звука зависит от степени превышения коэффициента звукопоглощения материала дополнительной отделки над средним коэффициентом звукопоглощения помещения и ощутимый прирост начинается, если применяемый для дополнительной отделки материал имеет коэффициент звукопоглощения, превышающий исходный в 2…3 раза.
Площадь отделки и эффективность применяемого материала наиболее существенно влияют на величину снижения звука в помещении. Необходимо увеличивать площадь дорабатываемой поверхности до весомых значений порядка 50% от общей площади поверхности помещения. Различие между средним по качеству поглощающим материалом (коэффициент звукопоглощения порядка 0.5…0.7) и материалом с высоким поглощением (коэффициент звукопоглощения порядка 0.9…0.95) составляет 4 дБ, что немало в практических приложениях.
Кроме того, дополнительное поглощение звука может происходить и при внесении в помещение отдельных предметов, которые поглощают звуковую энергию. Для практического применения в Таблице 2 приведены экспериментальные данные по коэффициентам звукопоглощения различных материалов и предметов.
Таблица 2
Материал, объект | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
Один человек, м2 | - | 0.33 | 0.41 | 0.44 | 0.46 | 0.46 | 0.46 | - |
Два человека, м2 | - | 0.25 | 0.44 | 0.78 | 0.97 | 1 | 1 | - |
Три человека, м2 | - | 0.2 | 0.33 | 0.67 | 0.84 | 0.92 | 0.97 | - |
Кресло бархатное, м2 | - | 0.14 | 0.22 | 0.31 | 0.4 | 0.52 | 0.6 | - |
Волосяной войлок, 25 мм | - | 0.12 | 0.32 | 0.51 | 0.62 | 0.6 | 0.56 | - |
Фанерная обшивка | - | 0.116 | 0.109 | 0.062 | 0.081 | 0.091 | 0.121 | - |
Фанерная обшивка с обоями | - | 0.104 | 0.101 | 0.061 | 0.071 | 0.071 | 0.071 | - |
Драпировка х/б у стены | - | 0.05 | 0.12 | 0.35 | 0.45 | 0.38 | 0.36 | - |
Драпировка х/б на 20 см от стены | - | 0.08 | 0.29 | 0.44 | 0.5 | 0.4 | 0.35 | - |
Ковер с ворсом 1 см на бетоне | - | 0.09 | 0.08 | 0.21 | 0.27 | 0.27 | 0.37 | - |
Резина 0.5 см на бетоне | - | 0.04 | 0.04 | 0.08 | 0.12 | 0.03 | 0.1 | - |
Линолеум | - | 0.02 | 0.025 | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | - |
Парусина 15 см от стены | - | 0.1 | 0.12 | 0.25 | 0.33 | 0.15 | 0.35 | - |
Бетон литой неокрашенный | - | 0.01 | 0.012 | 0.016 | 0.019 | 0.023 | 0.035 | - |
Бетон окрашенный | - | 0.009 | 0.011 | 0.014 | 0.016 | 0.017 | 0.018 | - |
Ковер-плюш | - | 0.09 | 0.08 | 0.21 | 0.26 | 0.27 | 0.37 | - |
Деревянная обшивка, сосна | - | 0.098 | 0.011 | 0.1 | 0.081 | 0.082 | 0.11 | - |
Мрамор | - | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.013 | 0.015 | 0.017 | - |
Стекло ординарной толщины | - | 0.035 | 0.03 | 0.027 | 0.024 | 0.02 | 0.02 | - |
Кирпич неокрашенный | - | 0.024 | 0.025 | 0.031 | 0.042 | 0.049 | 0.07 | - |
Кирпич окрашенный | - | 0.012 | 0.013 | 0.017 | 0.02 | 0.023 | 0.025 | - |
Акустическая штукатурка | - | 0.22 | 0.27 | 0.31 | 0.31 | 0.33 | 0.4 | - |
Штукатурка гипсовая | - | 0.02 | 0.026 | 0.04 | 0.062 | 0.058 | 0.028 | - |
Штукатурка известковая | - | 0.024 | 0.046 | 0.06 | 0.085 | 0.043 | 0.056 | - |
Щиты Бекеши (холст на вате) | - | 0.8 | 0.81 | 0.73 | 0.58 | 0.46 | 0.45 | - |
Древесноволокнистые плиты (ДВП), 12 мм | - | 0.22 | 0.3 | 0.34 | 0.32 | 0.41 | 0.42 | 0.42 |
Плиты "Травертон", 18 мм вплотную к стене | - | 0.02 | 0.14 | 0.65 | 0.9 | 0.87 | 0.86 | 0.92 |
Плиты "Травертон", 18 мм на 100 мм от стены | - | 0.28 | 0.81 | 0.86 | 0.87 | 0.89 | 0.86 | 0.88 |
Плиты "Травертон", 10 мм вплотную к стене | - | 0.08 | 0.24 | 0.59 | 0.66 | 0.66 | 0.6 | 0.56 |
Плиты "Травертон", 10 мм на 100 мм от стены | - | 0.24 | 0.76 | 0.59 | 0.54 | 0.62 | 0.66 | 0.66 |
Плиты "Акмигран", 20 мм вплотную к стене | - | 0.05 | 0.19 | 0.56 | 0.78 | 0.82 | 0.85 | 0.7 |
Плиты "Акмигран", 20 мм на 100 мм от стены | - | 0.29 | 0.7 | 0.68 | 0.68 | 0.75 | 0.74 | 0.7 |
Занавес из тарной ткани | - | 0.02 | 0.07 | 0.19 | 0.42 | 0.48 | 0.3 | 0.44 |
Занавес из репса | - | 0.02 | 0.09 | 0.38 | 0.68 | 0.66 | 0.6 | 0.5 |
Занавес "Маркиза" | - | 0.07 | 0.16 | 0.29 | 0.46 | 0.5 | 0.52 | 0.55 |
Ковер шерстяной с ворсом 8 мм | - | 0.02 | 0.05 | 0.26 | 0.47 | 0.54 | 0.7 | 0.71 |
Ковер капроновый 8 мм | - | - | 0.04 | 0.21 | 0.45 | 0.55 | 0.62 | 0.64 |
Дорожка ковровая безворсовая | - | 0.02 | 0.05 | 0.07 | 0.11 | 0.29 | 0.48 | 0.5 |
Древесностружечная плита (ДСП) 20 мм вплотную к стене | 0.01 | 0.01 | 0.09 | 0.09 | 0.08 | 0.09 | 0.14 | 0.14 |
Древесностружечная плита 20 мм на 100 мм от стены | 0.24 | 0.27 | 0.08 | 0.04 | 0.02 | 0.08 | 0.1 | 0.16 |
ДСП оклеенная пластиком на 100 мм от стены | - | 0.29 | 0.22 | 0.1 | 0.08 | 0.11 | 0.06 | 0.07 |
Панель гипсовая 10 мм на 100 мм от стены | 0.16 | 0.41 | 0.28 | 0.15 | 0.06 | 0.05 | 0.02 | - |
Пол паркетный по асфальту | - | 0.04 | 0.04 | 0.07 | 0.06 | 0.06 | 0.07 | 0.07 |
Пол паркетный на шпонках | - | 0.2 | 0.15 | 0.12 | 0.1 | 0.08 | 0.07 | 0.06 |
Пол деревянный, натертый мастикой | - | 0.15 | 0.11 | 0.1 | 0.07 | 0.06 | 0.07 | 0.06 |
Метлахская плитка | - | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.03 | 0.03 |
Застекленные оконные переплеты | - | 0.35 | 0.25 | 0.18 | 0.12 | 0.07 | 0.04 | 0.03 |
Двери лакированные | - | 0.03 | 0.02 | 0.05 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | 0.04 |
Кресло деревянное, м2 | - | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.04 | 0.04 | 0.03 | 0.03 |
Кресло кожаное, м2 | - | 0.1 | 0.12 | 0.17 | 0.17 | 0.12 | 0.1 | 0.1 |
Стул мягкий, м2 | - | 0.05 | 0.09 | 0.12 | 0.13 | 0.15 | 0.16 | 0.15 |
Стул полумягкий, м2 | - | 0.05 | 0.08 | 0.18 | 0.15 | 0.17 | 0.15 | 0.05 |
Стул жесткий, м2 | - | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
Винипор полужесткий, 30 мм | 0.01 | 0.15 | 0.25 | 0.56 | 0.85 | 1 | 1 | 1 |
Винипор полужесткий, 60 мм | 0.02 | 0.18 | 0.55 | 0.85 | 0.95 | 1 | 0.97 | 0.97 |
Маты из супертонкого стекловолокна, 50 мм | 0.1 | 0.25 | 0.7 | 0.98 | 1 | 1 | 1 | 0.95 |
Маты из супертонкого базальтового волокна | 0.1 | 0.2 | 0.9 | 1 | 1 | 0.95 | 0.95 | 1 |
В таблице 2 для отдельных предметов приведены непосредственно площади звукопоглощения.
Специальное защищенное помещение
Наиболее полно взаимодействие пассивных и активных мер защиты речевой информации реализуется в варианте защиты, который можно называть как "комната в комнате". Цель такого варианта защиты – обеспечить гарантированную степень защищенности речевой информации по всем возможным каналам утечки. Пассивная защита по акустическому каналу выполняется с помощью дополнительных звукоизолирующих конструкций, устанавливаемых на относе от строительных конструкций исходного помещения. Защита от утечки информации по вибрационному каналу обеспечивается установкой звукоизолирующих конструкций на виброизолирующих опорах. Причем звукоизолирующая способность строительных конструкций может рассчитываться по вышеизложенным методам оптимизации с учетом выполнения нормативной разборчивости речи в пространстве между исходными и дополнительными конструкциями и удовлетворения санитарных норм на уровень побочных акустических шумов внутри помещения. С целью обеспечения защищенности от утечки через вентиляционные воздуховоды в них устанавливаются акустические шумоглушители.
Практика сооружения таких помещений показала, что высокое качество защиты достигается при условии устранения всех сквозных щелей и отверстий в дополнительной строительной конструкции, тщательной шпаклевки и заделки щелей в элементах конструкций.
В настоящее время на рынке предлагается немного вариантов технических решений защищенных помещений. Наиболее полный вариант типового проекта защищенного переговорного помещения "ГАРАНТ" предлагает ЗАО "Группа защиты – ЮТТА" [7]. Схематически конструкция защищенного помещения приведена на рисунке 11.
Дополнительные конструкции исходного помещения выполняются из типовых строительных материалов на каркасе. Виброизолирующие опоры изготавливаются из резины. Конструктивные решения каркаса, конструкций, виброопор оптимизированы с позиций выполнения максимального ослабления сигналов звукового частотного диапазона при минимальной массе конструкций. Акустические излучатели устанавливаются в пространстве между конструкциями исходного и защищенного помещений. Вибрационные излучатели устанавливаются в местах повышенной величины сигнала утечки – трубопроводы, места установки виброопор, места подвеса помещения к перекрытию. Акустический побочный шум во внутреннем объеме помещения никогда не превышает санитарных нормативов, если звукоизолирующая конструкция изготовлена качественно. Одним из достоинств специальных помещений является возможность сооружения в них и экранирующей оболочки, предназначенной для снижения уровня электромагнитных излучений от негласных или легальных излучающих устройств.
Рисунок 11. Схема защищенного помещения
Основные параметры такого помещения приведены в Таблице 3.
Таблица 3
| Средние потери полезной площади исходного помещения | 6% |
Потери в высоте, мм | 300 |
Высота пола защищенного помещения, мм | 150 |
Величина словесной разборчивости речи за пределами защищенного помещения | не более 10 % |
Отношение помеха/сигнал за пределами защищенного помещения в полосе частот 180…5600 Гц | не менее 15 дБ |
Уровень остаточных акустических шумов, проникающих в защищенное помещение от активной системы виброакустической защиты | ПС-45 |
Эффективность электромагнитного экранирования в диапазоне частот 30…1500 МГц | не менее 40 дБ |
| Электробезопасность и пожаробезопасность | ГОСТ12.I.004-85, СНиП 2.0102-85, ПЭУ-86, ПТЭ-ПТБ-86 |
Распределенная нагрузка на пол исходного помещения, кг/м2 | не более 250 |
Время сооружения помещения с площадью пола 30 м2, месяц | 2 |
В защищенном помещении заранее устанавливаются контрольные микрофоны и акселерометры, позволяющие установить уровень защищенности и осуществлять периодический контроль выполнения нормативных параметров. Преимущества защищенного помещения наиболее выгодно проявляются в ситуации использования его в качестве переговорного для ограниченного круга лиц при условии соблюдения мер охраны и контроля доступа в него. По оценкам специалистов нормальная эксплуатация переговорного защищенного помещения возможна в течение 15…20 лет без существенного ремонта.
Заключение
В заключение хочется еще раз подчеркнуть, что при проведении защитных мероприятий от утечки речевой информации по виброакустическим каналам обязательно необходимо проводить комплексный анализ ситуации и оптимальным образом выбирать между пассивными и активными мерами защиты или их комплексом. Пренебрежение пассивными мерами защиты во многих случаях сводит на нет все работы по защите, если она осуществляется не от нормативным показателям защищенности, а по субъективному восприятию побочных акустических шумов в защищенном помещении. Работы по реализации пассивных мер защиты, выполненные опытными специалистами, могут дать ощутимый результат без снижения комфортности работы в помещениях.
В отдельных ситуациях проведения переговоров с малой периодичностью достаточно предложить применять переговорное устройство. Его же целесообразно использовать в местах, где проведение работ по защите просто невозможно – гостиницы, жилые дома, дачи, автомобили. При этом необходимо учитывать наличие зоны утечки речевой информации, безопасность которой должна решаться организационными мерами.
При защите отдельных выявленных каналов утечки можно применять только активные средства защиты, устанавливаемые на конструкциях или коммуникациях. Однако с учетом ожидаемого уровня побочных проникающих акустических шумов в помещение целесообразно иметь проект усиления звукоизоляции в канале утечки.
Если существует ограниченное число предполагаемых физических каналов утечки, и все они имеют эффективность, близкую к нормативной, достаточно провести строительно-архитектурные мероприятия по повышению звукопоглощения в помещении, тем самым, снижая уровень звукового давления речевого сигнала.
Если имеются реальные опасения, что каналы утечки речевой информации могут быть использованы со всех возможных направлений, то целесообразно применение средства защиты типа специального защищенного помещения, обеспечивающего гарантированную защиту от утечки речевой информации.
Литература
1. Каргашин В. Л. Проблемы активной защиты виброакустических каналов//Специальная техника, 1999, № 6.
2. Хорев А. А., Макаров Ю. К. К оценке эффективности защиты акустической (речевой) информации//Специальная техника, 2000, № 5.
3. Иофе В. К., Корольков В. Г., Сапожков М. А. Справочник по акустике/Под ред. Сапожкова М. А. – М.: Связь, 1979.
4.Переговорное устройство "TF-012"/Техническое описание//Предприятие "ИКМЦ-1".
5. Каргашин В. Л. Совершенствование методических принципов оценки защищенности помещений от утечки речевой информации//Специальная техника, 2001, № 6.
6. Справочник проектировщика. Защита от шума/Под ред. Юдина Е. Я. – М.: Стройиздат, 1974.
7. Специальное защищенное помещение "Гарант"/Технический проект//ЗАО "Группа защиты – ЮТТА".
Статья опубликована на сайте: 08.08.2005