В огляді супер популярний звукопідсилювальний пристрій під назвою Арбітр. Це мікрофон для спрямованого прослуховування, який уловлює та посилює слабкі звуки на відстані до 100 метрів. За допомогою цього пристрою можна слухати та записувати різні звуки, наприклад, спів птахів. Звісно, ​​можна почути й чужі розмови, що автор цього відеообору наполегливо не рекомендує, бо робити це погано.

Куплено в цьому китайському магазині. Давайте розпакуємо і зберемо гаджет. Перше, що знаходиться в коробочці – параболічний уловлювач у вигляді пістолета. Він обладнаний монокуляром з 8 кратним збільшенням із зумером, щоб стежити за об'єктом. Кнопка увімкнення, регулятор гучності, запис, підключення навушників. У комплекті є навушники.

Складання та налагодження мікрофона для прослуховування

Приступимо до збирання та налагодження Арбітра для роботи на відстані. Живиться від однієї батареї Крона, але це не дуже добре, тому що вони мають невелику ємність. Краще купити іншу батарейку. Встановлюємо батарейку. Тепер кріпимо параболічний звуковий відбивач.

Як працює уловлювач звуку на відстані?

Акустичні коливання від мікрофона передаються на підсилювальний пристрій, який посилений звукпередає на навушники. Підключаємо їх. Підсилювач звуку готовий до роботи.

Давайте перевіримо його у роботі. Одягаємо навушники, вмикаємо кнопку, направляємо на джерело. Чути спів птахів вдалині, звук реально посилюється в 15-20 разів, виразно чутно. Він настільки гучний, що при співі птаха, що знаходиться поряд, доводиться зменшити потужність.

Прекрасний гаджет для розрізнення та прослуховування на відстані. Якщо використовувати більш потужні навушники, мікрофон для прослуховування діє краще. Потрібні навушники закритого типу, відразу зростає чутливість та якість звуку.

Високочутливий мікрофон, який збирає звук для посилення на відстані 100 метрів! Посилення звуку до 70 децибелів. Придбати спрямований мікрофон у Москві з доставкою ви можете у нашому інтернет магазині.

Для любителів природи

Цей спрямований, точніше, вузьконаправлений мікрофон дальньої дії призначений насамперед для любителів природи. Для тих, хто хоче чути звуки тварин, тварин птахів на відстанях до 100 метрів. Мікрофон також може бути корисним людям зі зниженим слухом, використовуватись на концертах, прес-конференціях для журналістів, на лекціях для студентів.

У комплекті з навушниками

Ця потужна система реєстрації звуку дозволяє посилювати звук значення до 100 децибел. Щоб збирати звукові хвилі в мікрофоні, використовується спеціальна параболічна тарілка. У комплекті із приладом йдуть високоякісні навушники. Спрямований мікрофон має зручне регулювання рівня гучності звуку.

Потужна оптика

Слухати звуки природи набагато цікавіше, якщо спостерігати за об'єктом. Для цього в спрямованому мікрофоні є гарний 8-кратний бінокль. Пристрій має зручну ергономічну форму, матеріалом виготовлення послужив міцний, але приємний на дотик пластик. Видошукач бінокля виготовлений з м'якої гуми, щоб можна було щільно притиснути його до ока.

Висока автономність роботи

Важить спрямований мікрофон всього 1200 грамів і в розібраному стані займає мінімум місця. Для роботи пристрою необхідно використовувати батарейку на 9 вольт типу крона. Одного елемента живлення вистачає на 160 годин роботи. При вставленні батарейки уважно дотримуйтесь полярності. Регулювання рівня гучності здійснюється регулятором із боку корпусу.

Дотримуйтесь правил безпеки під час користування. Не спрямовуйте мікрофон одягнених навушників на близько розташовані джерела гучного звуку - колонки, електроприлади, що працюють, і т.д.

Принцип дії таких пристроїв досить простий і зрозумілий. Мікрофон розміщений у фокусі відбивача параболічної форми (див. рис. 45). Звукові хвилі 3 з осьового напрямку, відбиваючись від параболічного дзеркала 2, підсумовуються у фазі у фокальній точці 1 (на мікрофоні). Виникає посилення звукового поля. Чим більший діаметр дзеркала відбивача, тим більше посиленняможе забезпечити пристрій. Якщо напрям приходу звуку не осьовий, то додавання відбитих від різних частин параболічного дзеркала звукових хвиль, що приходять у фокус, дасть менший результат, оскільки не всі складові будуть у фазі. Ослаблення тим більше, що більше кут приходу звуку стосовно осі. Створюється, таким чином, кутова вибірковість прийому.

Мал. 45. Параболічний спрямований мікрофон

Як правило, фірмами-виробниками поставляється в комплекті блок підсилення із системою автоматичного регулювання підсилення та виходами на навушники та магнітофон, іноді акустичні фільтри. Працюючи параболическую антену з мікрофоном можна тримати в руках або закріпити на тринозі.

Як приклади спрямованих мікрофонів з параболічним відбивачем розглянемо кілька систем.

Портативний параболічний приймач РЯО-200 призначений для дистанційного прийому звукових хвиль. Має високою чутливістюта гострою діаграмою спрямованості параболічного дзеркала. Обладнаний додатковим фільтром, що дозволяє здійснювати частотну селекцію сигналу по ширині і положенню його спектра на осі частот. Паспортна дальність – 1 км. Вочевидь ця величина наведено найкращих умов прийому: тиха відкрита місцевість, ніч, людина говорить на повний голос. Є можливість підключення до магнітофона. живлення

Від вбудованого акумулятора або зовнішнього зарядного пристроювід мережі 220 В. Діаметр дзеркала – 60 і 75 см (якість прийому покращується зі збільшенням діаметра дзеркала).

Значення коефіцієнта спрямованої дії (КНД) антени залежно від діаметра дзеркала і частоти акустичного сигналу, що приймається, наведені в табл. 5.

Таблиця 5.

Інший спрямований мікрофон (типу А-2) має параболічний відбивач діаметром 43 см, забезпечений підсилювачем та навушниками. Паспортна дальність на відкритій місцевості також заявлена ​​близько 1км (!). Коефіціент посилення електронного блоку- щонайменше 80 дБ. Є система автоматичного регулювання посилення з динамічним діапазоном вхідних сигналів 40 дБ.

Параболічні спрямовані мікрофони РК375 та РК390 (виробництво Німеччини) мають такі параметри.

РК375: габарити – 0 600x300 мм, маса – 1,2 кг, коефіцієнт посилення – 90 дБ, харчування – 5 В, автономність – 75 годин.

РК390, відповідно: 0 130x100 мм, 1,1 кг, 70 дБ, 9, 50 годин. Паспортна дальність – до 50 м (пунктуальності німців можна позаздрити).

Особливості оперативного застосування спрямованих мікрофонів такі, що непідготовлена ​​людина не зможе їх потай використовувати, так як необхідно не тільки правильно розташуватися щодо об'єкта розвідки та джерел шумів, але при цьому і самому не бути виявленим. Особливо у разі використання спрямованих мікрофонів з параболічними відбивачами через їх суттєві розміри. Зарубіжні фахівці рекомендують застосовувати такі мікрофони лише в умовах обмеженої видимості та за відносно низьких рівнів навколишніх шумів, наприклад, уночі. При цьому чесно інформують, що акустичний телескоп може не вловлювати звуки на великій відстані (заявленій), якщо він використовується в місцях з підвищеним рівнем фонового шуму. Зовнішній вигляддеяких типів спрямованих мікрофонів представлено на рис. 46-49.

Мал. 46. ​​Параболічний стаціонарний мікрофон із навушниками

Мал. 47. Параболічний переносний мікрофон із навушниками

Мал. 48. Параболічний ручний мікрофон

Мал. 49. Трубчастий мікрофон закамуфльований під парасольку 2.6. Особливості застосування спрямованих мікрофонів

На дальність дистанційного запису впливають як параметри мікрофонів, а й умови, у яких застосовуються ці пристрої, слід знати деякі особливості використання спрямованих мікрофонів.

На відкритій місцевості

До відкритої місцевості зазвичай відносять ділянки, що не мають яскраво виражених конструкцій, що захищають, які створюють замкнутий обсяг. Як правило, це вулиці, площі, стадіони, двори, парки, зали літніх кафе, пляжі і т.п. .

Основними обмеженнями на ведення негласного знімання інформації в таких умовах є загасання, яке зазнає сигналу при його поширенні, і високий рівень фонових шумів. Величина згасання обумовлюється низкою чинників, які залежить як від характеристик самого звуку, і від властивостей середовища поширення. Усі їх ділять на великі групи.

У першу групу входять чинники, пов'язані із законами поширення акустичних хвиль. А саме:

При поширенні в необмеженому середовищі від джерела кінцевих розмірів інтенсивність звуку зменшується пропорційно квадрату пройденої відстані;

Неоднорідності середовища (краплі дощу, гілки дерев та інші перешкоди) викликають розсіювання звукових хвиль, що призводить до ослаблення сигналу в «основному» напрямку;

На поширення звуку в атмосфері впливають турбулентності, розподіл температури і тиску, сила і швидкість вітру, які викликають викривлення звукових променів, а іноді взагалі порушують передачу звуку.

Якщо параметри обох шарів близькі один до одного, то фактично вся енергія переходить з одного середовища до іншого і ф! «Ф2. Коли параметри різні, має місце викривлення звукових променів. Саме з цієї причини оператор часто змушений розміщувати мікрофон якомога вище над поверхнею землі, щоб забезпечити максимальну дальність перехоплення акустичних сигналів.

Друга група пов'язана з фізичними процесами в речовині - незворотними переходами звукової енергії в інші форми (головним чином тепло). Можна виділити такі фактори, що визначають ступінь поглинання звукових хвиль:

Поглинання звуку зростає пропорційно квадрату частоти (тому коливання із частотами вище 1000 Гц загасають особливо швидко);

Ступінь поглинання зростає при зменшенні відносної вологості повітря (так, наприклад, при вологості 50% акустичні сигнали з частотою 10 кГц згасають тільки на 14 дБ на кожні 100 м, а при зменшенні вологості до 15% згасання зростає вдвічі і досягає 28 дБ; дощ та сніг можуть додати ще 8-10 дБ на кожні 100 м).

Строго кажучи, відкритих просторів, в яких звукові хвилі поширювалися б безперешкодно у всіх напрямках, практично немає, оскільки завжди мають місце відбиття від земної поверхні, стін найближчих будівель, предметів тощо. Однак ці перевідображення можна врахувати, а іноді й просто знехтувати ними, якщо вони незначні через високий коефіцієнт поглинання (наприклад, від снігового покриву).

У табл. 6 наведено рівні гучності різних шумів залежно від дальності джерела. Порівнюючи наведені значення з рівнем звичайної мови, що становить 65-75 дБ, роблять висновок про рівень впливу акустичних перешкод на якість перехоплення.

Таблиця 6.

Джерело шуму та місце його вимірювання	Рівень гучності, дБ
Гучний автомобільний гудок на відстані 8м	95-100
Електропоїзд на естакаді на відстані 6 м	90
Шум у поїзді метро під час руху	85-90
Автобус (повний хід) на відстані 5 м	85-88
Трамвай на відстані 10-20м	80-85
Тролейбус на відстані 5 м	77
Вантажний автомобіль на відстані 5-20 м	60-75
Легковий автомобіль на відстані 5-20 м	50-65
Шумна вулиця без трамвайного руху	60-75
Звичайний середній шум на вулиці	55-60
Те саме, в момент затишшя вдень	40
Тиха вулиця (без руху транспорту)	30-35
Тихий сад	20
Деревообробна фабрика	96-98
Зал під час масових сцен	75-95
Гучні збори	65...70
Шепіт на відстані 1 м	20
Розмова на відстані 1 м: гучний/звичайний	65-70/55-60
Коридори	35-40
Кафе	50-52

З вищесказаного випливає, що на дальність фіксації мовленнєвої інформації на відкритій ділянці місцевості впливають такі фактори: напрям і сила вітру, температура і вологість повітря, характер рельєфу, наявність будов, рослинність, рівні фонових шумів. Дальність ведення розвідки збільшується, якщо вітер дме з боку джерела звуку, вночі та рано-вранці, в похмуру погоду, особливо після дощу, біля водної поверхні, в горах, взимку (за відсутності снігопаду). Звук поглинається (стає слабшим) у спекотну сонячну погоду, під час снігопаду, дощу, у лісі, чагарнику та на місцевості з піщаним ґрунтом, за наявності штучних та природних перешкод.

Слід ще раз наголосити, що наведені цифри відносяться до ідеальної обстановки та відкритого простору, а в реальних міських умовах практично неможливо проводити знімання інформації з відстаней, що перевищують 10-15 м на галасливій вулиці, 15-25 м - в інших випадках. У заміських умовах - це 30-100 м. У принципі, необхідно запам'ятати просте правило: якщо оператор чує промову своїм вухом, але не може розібрати лише окремі слова, то за допомогою гарного спрямованого мікрофона можна здійснити перехоплення та звукозапис розмови; інакше ніякий спрямований мікрофон не допоможе.

У приміщеннях

Відмінною особливістю застосування спрямованих мікрофонів у приміщеннях є складніше звукове поле корисного сигналу, яке являє собою суперпозицію складової «прямого» звуку, створеної звуковими хвилями, що не зазнали жодного відображення, і складових, створених кількома відбитими звуковими хвилями. Поле відбитих звукових хвиль майже завжди близьке до дифузного.

Акустичні шуми в приміщеннях так само, як і на відкритій місцевості, суттєво обмежують динамічний діапазон інформації, що приймається, знижують розбірливість мови. Ці шуми створюються як людьми, так і вібраціями, що проникають у приміщення ззовні (з вулиці або сусідніх приміщень). Рівні шумів, створювані людьми, залежать від їхньої кількості в приміщенні, гучності розмов і т. д. Рівні шумів (вібрацій), що проникають зовні, визначаються звукоізоляцією приміщення та рівнями зовнішніх шумів.

У табл. 7 наведено санітарні норми допустимих рівнів акустичних шумів, характерних для різних типівприміщень. Наведені цифри дозволяють скласти уявлення про умови перехоплення мовної інформації з допомогою спрямованих мікрофонів. Тут доречно вкотре нагадати, що рівень звичайної промови з відривом 1 м становить 65-75 дБ.

Таблиця 7.

У загальному випадку найкраща якість перехоплення інформації в приміщенні забезпечується при розміщенні спрямованого мікрофона робочою віссю на джерело сигналу (людини або групи людей), а тилом джерел акустичних перешкод. При цьому оператор повинен прагнути зайняти максимально тихе місце (уникаючи кути, де особливо багато сигналів, що перевідражаються) в зоні дії прямого звуку.

Для підвищення дальності перехоплення мовних сигналів, що цікавлять, в різній обстановці використовуються спрямовані мікрофони.

При прослуховуванні джерела мови важливе значення має навколишній шумовий фон, різний для міських та заміських, денних та нічних умов.

Спрямований мікрофон має діаграму спрямованості, що забезпечує підвищену чутливість у певному напрямку (десятки градусів) значно вище, ніж у інших напрямках.

Така спрямованість дозволяє істотно послабити сигнали і перешкоди, що приходять з інших напрямів і, відповідно, виділити сигнал, що цікавить абонента з напрямку головної пелюстки діаграми спрямованості і чим ця пелюстка вже, тим якісніше можна це зробити.

В даний час як спрямовані мікрофони використовуються чотири основні конструкції:

Мікрофон з інтерференційним елементом,

Мікрофон з акустичним дзеркалом,

Мікрофонні грати,

Суперкардіоїдні (гіперкардіоїдні) мікрофони,

Градієнтні мікрофони.

Основними частинами кожного спрямованого мікрофона є:

Інтерференційний елемент чи параболічний рефлектор;

Акустоелектричний перетворювач (мікрофон);

Мікрофонний підсилювач, об'єднаний в один конструктивний вузол.

Мікрофон з інтерференційним елементом виконується як трубчастого або щілинного типу.

У першому випадку спрямованість формується за допомогою системи трубок різної довжини, спрямованих в ту саму сторону. Зовнішні кінці трубок відкриті, внутрішні сходяться у загального датчика тиску. Прийняті з головного напряму сигнали підсумовуються, з інших напрямів віднімаються (рис.6.11).

Діаграми спрямованості щодо різних відносин довжини звукової хвилі до довжини трубки наведено на рис.6.12.

Мал. 6.12. Діаграми спрямованості антени хвилі, що біжить, для хвиль різної довжини.

Крім того у вигляді окремого блоку виконуються зазвичай підсилювач із підключеними до нього телефонами та магнітофоном. Спрямований мікрофон з інтерференційним елементом представляє конструкцію з трубчастої фазованої приймальної акустичної антени, навантаженої на високочутливий мікрофон або решітку мікрофонів, включених послідовно.

Інтерференційна система збирається з певної кількості трубок з довжинами від кількох сантиметрів до метра і більше (розміри трубок для різних ділянок діапазонів звукових частот наведено у таблиці 6.7).

Ці трубки збираються в пучок - довгі посередині, короткі - по зовнішній поверхні пучка.

З одного боку (там, де розташовується мікрофон) кінці трубок утворюють плоский зріз, що входить до передкапсюльного об'єму (рис.6.11а,б).

Як електроакустичний перетворювач використовують приймач тиску - мікрофонний капсуль електродинамічного, електромагнітного або конденсаторного типу.

Діаграма спрямованості інтерференційного елемента визначається збігом або різницею фаз звукових коливань, що надходять із трубок в передкапсюльний простір.

Варіант розміщення виборчої системи, що складається з 7 спрямованих трубок, наведено на рис. 6.116.

Мікрофон розташований у фокусі параболічного уловлювача. Подальше посилення сигналу відбувається за рахунок використання високочутливого мікрофонного підсилювача.

Цей спрямований мікрофон перекриває діапазон частот від 300 до 3300 Гц, тобто. основний інформаційний діапазон мовного сигналу

Якщо необхідно отримати більш якісне сприйняття мови, необхідно розширити діапазон прийнятих частот. Це можна зробити шляхом збільшення кількості резонансних трубок, наприклад до 37 штук. У табл. 6.7 наведено розрахункові дані для використання у виборчій системі від 1 до 37 трубок.

Таблиця 6.7

№	1	2	3	4	5	6	7
Ь, мм	550	400	300	200	150	100	50
Р, Гц	300	412	550	825 ^	1І00	1650	3300

Наведена у табл. 6.7 резонансна система перекриває діапазон частот від 180 до 8200 Гц. Варіант розміщення резонансних трубок наведено на рис.6.Ів, де трубки розташовуються "равликом".

Що стосується максимального набору трубок (п = 37) для частоти 1000 Гц (сі=2,5 див) індекс спрямованості інтерференційної системи виходить рівним 8 дб.

Акустична антенна система щілинного мікрофона складається з порожнистої трубки із системою приймальних отворів, розташованих на поверхні трубки (рис.б.ІЗ).

Рис.6.13а. Схема щілинного мікрофона.

В одному з кінців трубки встановлюють мікрофон, який перетворює звукові сигнали, що прийшли від прийомних отворів у трубці сумарний електричний сигнал.

Слід зазначити, що габаритні розміри щілинних мікрофонів до

Мал. 6.136. Конструкція гостроспрямованого мікрофону "Верес".

досить компактні - наприклад, довжина антенного елемента лежить в межах 40-60 см.

Прикладами таких мікрофонів є пристрої типу "Верес", "Туннель", "Флейта" тощо. Комплекс спеціальних гостронаправлених мікрофонів "Верес" призначений для роботи з пристроями магнітного запису при прийомі звукових сигналіввід віддалених джерел. До його складу входять: гостроспрямований мікрофон, електронний підсилювач та навушники.

Прилад забезпечує номінальний діапазон частот 300-5000 Гц, при чутливості 40 мВ/Па.

Рівень еквівалентного звукового тиску, зумовленого власними шумами, трохи більше 20 дБ.

Коефіцієнт посилення щонайменше 60 дБ.

Довжина гостронаправленого мікрофона 460 або 660 мм. Склад комплекту показано на рис.6.136. Істотне значення для роботи поза приміщенням мають вітрозахисні чохли інтерференційних елементів.

На рис.6.14 показаний зразок спрямованого мікрофона, призначеного для роботи у польових умовах.

У (Л.1) зазначається, що з допомогою спрямованих щілинних мікрофонів, типу " Тунель " чи " Флейта " , можна прослухати і записати на магнітофон мовні сигнали видаленні 15-20 метрів у міських умовах. При цьому фактором, що обмежує дальність, є не спрямованість. акустичної системи, а власні шуми елек-третної мікрофонної головки.

Спрямований мікрофон з дзеркалом складається з поверхні, що відображає акустичну хвилю, і чутливого малошумного мікрофона, розташованого у фокусі поверхні, що відбиває (параболоїді) (рис.

6.15 та 6.16), підсилювача, телефонів для прослуховування та диктофона для запису акустичних сигналів.

Принцип отримання діаграми спрямованості мікрофона з параболічним дзеркалом наведено на рис.6.15. Геометрія дзеркала забезпечує фокусування на мікрофоні звукових променів, що знаходяться в певному куті 0.

Фокусування відбитого звуку в область фокусу де розташований мікрофон відбувається при довжинах звукових хвиль, менших за поперечний розмір поверхні, що відбиває. Для виконання цієї умови доводиться використовувати дзеркала з діаметром поверхні, що відбиває, рівному 0,3 - 0,6 метра (рис.6.16.).

Мал. 6.16. Конструкції спрямованих мікрофонів із параболічним дзеркалом.

На практиці використовуються також мікрофони з подвійними дзеркалами, що відбивають (рис.6.166).

Як мікрофонні грати використовують групу датчиків тиску, розташованих (як правило) в одній площині.

Сигнали з датчиків у найпростішому випадку сумуються, але існують і складніші способи електронної обробки сигналів.

На рис.6 Л 7.наведено сімейство діаграм спрямованості прямокутної підсумовуючої решітки для різних відносин довжини звукової хвилі до довжини сторони решітки.

Як видно з наведених кривих на рис.6.17, мікрофонні решітки мають більшу спрямованість, ніж спрямовані мікрофони з інтерференційним елементом.

Діаграма спрямованості є однією з найважливіших характеристикспрямований мікрофон. Вона дозволяє оцінювати ефективність застосування мікрофона у різних акустичних умовах.

В умовах низькочастотного міського фону, що рівномірно приходить на мікрофон з усіх боків, спрямованість мікрофона дозволяє знизити рівень фону в стільки разів, у скільки площа під діаграмою спрямованості мікрофона при даній довжині хвиль менша за всю площу графіка. З рис. 6.17 видно, що в умовах міського звукового фону, довжина антени хвилі, що біжить, і довжини сторін мікрофонної решітки повинні бути не менше 0,3 - 0,5 метра.

Випробування експериментальних мікрофонних ґрат показали на можливість прослуховування та запису мови в умовах міста з відстані до 50 метрів при розмірах ґрат 450x350 мм.

В даний час розроблено конструкції спрямованих мікрофонів з можливістю передачі перехопленої інформації радіоканалом. Прикладом такої системи є РМК112 "Кейс".

Спрямований мікрофон з акустичною решіткою, закамуфльованою у верхній кришці кейсу, забезпечує контроль акустичної інформації на відстані 40 м від об'єкта з можливістю одночасного запису на диктофон та передачею по радіоканалу з кварцовою стабілізацією частоти. Максимум діаграми спрямованості (рис.6,18.) розташований перпендикулярно до площини верхньої кришки кейсу.

Рис.6.17 Діаграми спрямованості мікрофонних ґрат для хвиль різної довжини.

Мал. 6.18. Конструкція (а) та діаграма спрямованості (б) мікрофона РМК112.

Подібний мікрофон має такі основні характеристики:

ширина діаграми спрямованості мікрофона:

в діапазоні частот – 35 град.; на центральній частоті (2 кГц) – 20 град.; коефіцієнт посилення акустичних ґрат + 10 дБ;

смуга пропускання звукових частот 600-4000 Гц;

дальність дії мікрофона – до 40 м;

робоча частота передавача передачі інформації 416,5 - 423,5 МГц; робоча потужність передавача 10 мВт; вид модуляції ТМ; дальність передачі 200 м: напруга живлення: внутрішнє - акумулятор. 3,6; зовнішнє – 6 В;

час безперервної роботи – 20 год.; габарити кейсу – 100x350x420 мм.

Для запису інформації кейс комплектується диктофоном "Болу 727" або магнітофоном "ТР-6".

Управління записом магнітофона та комутацією живлення блоку радіоканалу здійснюється приховано встановленими перемикачами, розташованими у замку на передній панелі кейсу.

Використовуючи поєднання мікрофонів із різною спрямованістю можна отримати комбінований мікрофон із спрямованою діаграмою. Так, наприклад, поєднання датчика градієнта тиску, який має діаграму спрямованості у вигляді вісімки, з датчиком тиску дозволяє отримати комбінований датчик з діаграмою спрямованості у вигляді кардіоїди. Поєднання узгодженої пари кардіоїдних мікрофонів дозволяє створити так званий суперкардіоідний мікрофон. Можливі характеристики таких мікрофонів наведено на рис. 6.19.

На практиці використовується також поєднання кардіо-ідного мікрофона з інтерференціон-

Рис.6.19. Діаграми спрямованості кардіоїдного та суперкардіоїдного мікрофонів.

[- Кардіоїдний мікрофон; II – суперкардіоїдний мікрофон.

ним елементом, що дозволяє створити мікрофон, що забезпечує перехоплення мовних сигналів в умовах міста на відстанях 12-15 метрів (наприклад БЕЙХНЕ1МКН815Т ФРН).

На початку 90-х років спрямовані мікрофони викликали підвищений інтерес у організацій та приватних осіб, які займалися питаннями збирання інформації за допомогою технічних засобів. Це було з тим, що мало хто раніше мали справу з цією технікою, а різні буклети вітчизняних і зарубіжних фірм рекламували «універсальний засіб отримання інформації». У технічні описинаводилися фантастичні дані про дальність знімання інформації (до 2000 м ) та коефіцієнтах спрямованої дії (до 50 дБ) при досить скромних габаритах (не більше півметра) та щодо невисокої вартості (50... 800 $). Під враженням від таких характеристик у потенційних клієнтіву голові виникали плани безпечного та простого перехоплення мовної інформації за допомогою чудового спрямованого мікрофона.

Водночас багато хто почав побоюватися, що їхні переговори «зчитуватимуться зі скла вікон офісів, квартир та автомобілів», та й на вулиці тепер будь-які зустрічі не представлялися конфіденційними. Розпалюванню пристрастей сприяли «шпигунські» фільми, науково-популярні статті у різних виданнях, виступи «фахівців із великим практичним стажем роботи зі спецтехнікою».

Таким чином, у 1991-1994 роках у Росії спостерігався масовий попит на спрямовані мікрофони. Їх набували як новостворені спецслужби, які отримали право на оперативно-розшукову діяльність, так і приватні служби безпеки, детективні агенції, бандити та авантюристи всіх мастей. Однак результати спроб застосування мікрофонів бентежили. Про кілометри ніхто вже не згадував, та й прослуховування розмови на відстані 100 м виходило вкрай рідко. Роздратовані покупці звинувачували фірми в тому, що їм «підсунули неякісний товар», а продавці, у свою чергу, посилалися на невміння застосовувати техніку на практиці. Наслідком цього стало різке зниження інтересу до спрямованих мікрофонів з боку всіх потенційно зацікавлених у добуванні інформації осіб. Відповідно, необхідністю захисту у разі можливого застосування цієї техніки почали нехтувати, хоча у 1995-1996 роках над ринком Росії було представлено близько двох десятків типів спрямованих мікрофонів як вітчизняного, і іноземного виробництва. Сотні одиниць опинилися в руках далеко не самих законослухняних громадян.

Для того щоб оцінити можливості спрямованих мікрофонів і ступінь небезпеки, яку вони можуть представляти в руках несумлінних конкурентів, необхідно зрозуміти фізичні принципи, що використовуються в приладах. Бо без цих знань неможливо організувати успішний захист своїх секретів від подібних злочинних посягань.

У найбільш загальному вигляді будь-який спрямований мікрофон можна як деякий комплекс, що складається з чутливого елемента (власне мікрофона), що здійснює акустико-електричне перетворення, і механічної системи (акустичної антени), що забезпечує спрямовані властивості комплексу.

Мікрофон

Мікрофон (від грец. mikros - малий та phone - звук) - це електроакустичний прилад для перетворення звукових коливань на електричні.

Залежно від принципу дії мікрофони поділяють такі типи:

>- порошкові вугільні;

>- електродинамічні;

>- електростатичні (конденсаторні та електретні);

>- напівпровідникові;

>- п'єзоелектричні;

>- електромагнітні.

Порошковий вугільний мікрофон вперше був сконструйований російським винахідником М. Махальським у 1878 році та пізніше, незалежно від нього, П. М. Голубицьким у 1883-му. Принцип дії такого мікрофона заснований на тому, що вугільна або металева мембрана під дією звукових хвиль коливається, змінюючи щільність і, отже, електричний опір вугільного порошку, що знаходиться в капсулі і прилягає до мембрани. Внаслідок нерівномірного механічного тиску сила струму, що протікає через мікрофон, змінюється акустичний сигнал. Однак на користь знімання інформації мікрофони даного типупрактично не використовуються через їх низьку чутливість і велику нерівномірність амплітудно- частотної характеристики.

Електродинамічний мікрофон котушкового типу винайшли американські вчені Е. Венте та А. Терас у 1931 році. У ньому застосовано діафрагму з полістирольної плівки або алюмінієвої фольги. Котушка, виготовлена ​​з тонкого дроту, жорстко пов'язана з діафрагмою і постійно знаходиться в кільцевому зазорі магнітної системи. При коливаннях діафрагми під дією звукової хвилі витки котушки перетинають магнітні силові лінії та в обмотці наводиться електрорушійна сила (ЕРС), що створює змінна напругана виході мікрофона. Замість котушки може використовуватися стрічка з дуже тонкої (близько 2 мкм) металевої фольги.

У конденсаторному мікрофоні, винайденому американським ученим Еге. Венте в 1917 році, звукові хвилі діють на тонку металеву мембрану, змінюючи відстань і, отже, електричну ємність між мембраною та металевим нерухомим корпусом, які є пластинами електричного конденсатора. При підведенні до пластин постійної напругизміна ємності викликає появу струму через конденсатор, сила якого змінюється такт з коливаннями звукових частот.

Електретний мікрофон, винайдений японським ученим Єгуті на початку 20-х років XX століття, за принципом дії та конструкції схожий на конденсаторний. Тільки роль нерухомої обкладки конденсатора та джерела постійної напруги у ньому грає пластина з електрета. Недоліком такого мікрофона є високий вихідний опір, який призводить до великих втрат сигналу, тому в корпус елемента, як правило, вбудовують і повторювач, що дозволяє знизити вихідний опір до величини не більше 3...4 кОм.

У п'єзоелектричному мікрофоні, вперше сконструйованому радянськими вченими С. Н. Ржевкіним і А. І. Яковлєвим в 1925 році, звукові хвилі впливають на пластинку з речовини, що володіє п'єзоелектричними властивостями (наприклад, з сегнетової солі), викликаючи на її поверхні появу електричних.

В електромагнітному мікрофоні звукові хвилі впливають на мембрану, жорстко пов'язану зі сталевим якорем, що знаходиться в зазорі обмотка нерухомої котушки. Внаслідок впливу акустичних хвиль на таку систему на висновках обмотки з'являється ЕРС. Дані вироби так само, як і порошкові вугільні мікрофони, не набули широкого поширення через велику нерівномірність амплітудно-частотної характеристики.

Узагальнені характеристики перелічених типів мікрофонів наведено у табл. 1.3.4.

Таблиця 1.3.4. Основні характеристики акустичних приймачів-мікрофонів

Тип мікрофона /Діапазон частотної характеристики, Гц /Нерівномірність частот, що відтворюються, дБ /Осєва чутливість на частоті 1кГц, мВм 2 /н

Порошкові вугільні /300...3400 /20 /1000

Електродинамічні / 30 ... 15 000 / 12 / 1

Конденсаторні /30...15 000 /5 /5

Електретні /20...18 000 /2 /1

П'єзоелектричні /100...5000 /15 /50

Електромагнітні /300... 5000 /20 /5

Найчастіше у спрямованих мікрофонах застосовуються чутливі елементи (мікрофони) електретного типу, оскільки вони мають найкращі електроакустичні характеристики: широкий частотний діапазон; малу нерівномірність амплітудно-частотної характеристики; низький рівень спотворень, викликаних нелінійними та перехідними процесами, а також високу чутливість та малий рівень власних шумів.

Точність відтворення акустичних сигналів, що перехоплюються (розбірливість мови) залежить не тільки від типу мікрофона. Важливе значення мають характеристики електронного блоку, що складається з мікрофонного підсилювача і головних телефонів. У більшості випадків, з економічних міркувань фірми, що постачають спрямовані мікрофони, комплектують їх дешевими електронними блоками, що відповідають апаратурі 3-го класу побутової техніки. Тому власники таких коштів найчастіше змушені самі підбирати акустичний підсилювач та головні телефони з потрібними параметрами.

Проте найголовніше у спрямованих мікрофонах – це властивості його акустичної антени.

Акустичні антени є саме тими основними елементами, які визначають вигляд та основні характеристики комплексів дистанційного перехоплення мовної інформації. Призначення їх полягає у посиленні звуків, що приходять за основним напрямом, і істотному ослабленні решти всіх акустичних сигналів.

В даний час розроблено кілька модифікацій антен, відповідно до яких існує наступна класифікація спрямованих мікрофонів (рис. 1.3.27):

Мал. 1.3.27. Класифікація спрямованих мікрофонів

>- комбіновані;

>- групові, у тому числі:

>- лінійні групи мікрофонів;

>- трубчасті приймачі органного типу;

>- трубчасті щілинні приймачі;

>- фазовані грати;

>- мікрофони з параболічним рефлектором.

Для порівняльної оцінки якості перерахованих вище спрямованих мікрофонів використовують технічні характеристики, основними з яких є характеристика спрямованості та індекс спрямованості.

Характеристика, або діаграма, спрямованості – це чутливість мікрофона залежно від кута q між робочою віссю мікрофона та напрямком на джерело звуку. Її визначають або ряд частот, або межах смуги частот. Зазвичай використовують нормовану характеристику спрямованості R (Q ), тобто залежність відношення чутливості Е q виміряної під кутом q, до осьової (максимальної) чутливості Е oc.

R (q) = Е q / Еос

Більшість мікрофонів має осьову симетрію, тому характеристика спрямованості їм однакова у всіх площинах, що проходять через вісь мікрофона. Графічне уявлення характеристик спрямованості часто дають у полярних координатах (рис. 1.3.28).

Індекс спрямованості показує виражену в децибелах різницю рівнів потужності сигналів на виході мікрофона від двох джерел звуку: одного (наприклад, голосу людини), розташованого на осі, та іншого – джерела розсіяних звукових хвиль (наприклад, шуму автотраси), якщо обидва створюють у точці розташування мікрофона однаковий акустичний тиск. Іншими словами, індекс спрямованості показує величину придушення (дискримінації) шуму, що приходить з бокового напрямку, стосовно сигналу, що приходить з напрямку, що збігається з віссю мікрофона.

Ненаправлений мікрофон не пригнічує шуму, тому його індекс спрямованості дорівнює нулю(Qнм = 0 дБ).

Коефіцієнт спрямованої дії показує виражену в децибелах ступінь збільшення рівня сигналу на виході мікрофона при заміні ненаправленого мікрофона спрямованим та постійної величини акустичного тиску.

Мал. 1.3.28. Характеристика спрямованості мікрофону

Комбіновані мікрофони

Ці пристрої є найпростішим видом спрямованих мікрофонів, оскільки являють собою систему, що складається з двох типів акустичних приймачів-мікрофонів. Зазвичай це приймачі тиску та градієнта тиску, що реагують відповідно на величину та зміну величини акустичного сигналу.

Найпростіша комбінація цих приймачів, що найчастіше застосовується на практиці, складається з одного мікрофона-приймача тиску і одного мікрофона-приймача градієнта тиску, що розташовуються якомога ближче один до одного (зазвичай один над іншим) і так, щоб їх осі були паралельні.

Змінюючи параметри мікрофонів, можна отримувати різні характеристики спрямованості та відповідно індекси спрямованості (рис. 1.3.29) всієї системи. Найбільший індекс досягається для випадку, коли діаграма має вигляд гіперкардіоїдів ( Q гк = 6 дБ).

Групові мікрофони

Відповідно до класифікації, наведеної на рис. 1.3.27, до групових акустичним приймачам відносяться лінійні групи, 1 трубчасті мікрофони і фазовані решітки.

Розглянемо їх докладніше.

Мал. 1.3.29. Види характеристик спрямованості для комбінованих мікрофонів:

1 - коло для приймача тиску; 2 - кардіоїда для комбінованого приймача з однаковою чутливістю приймачів тиску та градієнта тиску; 3 – суперкардіоїда; 4 – гіперкардіоїда; 5 - косинусоїда (вісімка) для одного приймача градієнта тиску

Лінійна група приймачів (мікрофонів) - це кілька мікрофонів, які зазвичай розташовуються в ряд по прямій горизонтальній лінії так, щоб їх осі були паралельні один одному (рис. 1.3.30), іноді мікрофони розташовують по невеликій дузі. Електричні виходи акустичних приймачів послідовно з'єднують у спеціальному змішувачі.

Характеристика спрямованості такої лінійної групи R (Q ) з N елементів визначається як добуток характеристики спрямованості одиночного приймача R 1 (q ) на характеристику групи:

R(q)=R 1 (q),

де х = р (d / l) sin q, a d - Відстань між окремими приймачами.

Чим менше відношення довжини хвилі l акустичного сигналу до довжини групи l = (N - 1)/d , тим вже буде основна пелюстка діаграми спрямованості і більше індекс спрямованості. Однак слід мати на увазі, що при надмірній довжині групи (порівняної з відстанню від приймача до джерела звуку) позначаються інтерференційні явища з-

Мал. 1.3.30. Загальний вигляд лінійної групи мікрофонів

через велику різницю ходу звукових хвиль від джерела до входів окремих мікрофонів, що входять до складу групи.

Чисельне значення ширини основної пелюстки визначається із співвідношення:

Так, наприклад, для групового приймача, що складається із шести ненаправлених мікрофонів, розташованих по прямій лінії з кроком d = 10 см (l = 50 см ) і частотою сигналу, що приймається f = 1000 Гц (l = 33 см ), ширина основної пелюстки становить величину q 1 = 41 °. Розрахунок індексу спрямованості цієї групи дає величину 8 дБ.

Основний недолік такого типу спрямованих мікрофонів – це забезпечення спрямованих властивостей лише у площині, що проходить через осі мікрофонів; в ортогональній площині характеристика така сама, як і в одиночного мікрофона.

Трубчастий мікрофон органного типу також використовує властивості групових антен. Його вид схематично представлено на рис. 1.3.31.

Такий мікрофон має у своєму складі кілька десятків тонких трубок 1 із довжинами від кількох сантиметрів до метра і більше. Ці трубки збирають у пучок – довгі по середині, короткі – по зовнішній поверхні. Кінці трубок з одного боку утворюють плоский зріз 2, що входить у передкапсюльний об'єм 4. Сам мікрофонний капсуль 3 вибирається, як правило, електродинамічного або електромагнітного типу (приймача тиску) залежно від необхідного частотного діапазону. Звукові хвилі, що приходять до приймача по осьовому напрямку, проходять в трубки і надходять у передкапсюльний об'єм в однаковій фазі.

де N - кількість трубок, a U - Амплітуди звукових хвиль. Звукові хвилі фонового шуму, що приходять під кутом 6 до осі, виявляються зрушеними по фазі, оскільки трубки мають різну довжину, тому

амплітуди цих хвиль складаються геометрично:

де Дф - величина різниці фаз для будь-якої пари звукових хвиль, при->. що йшли трубками, довжини яких відрізняються на величину d :

Мал. 1.3.31. Будова трубчастого мікрофона органного типу:

1 – звукові трубки; 2 – зріз трубок; 3 - капсуль мікрофона; 4 - передкапсюльний об'єм

Характеристика спрямованості для такого спрямованого мікрофона визначається із співвідношення, аналогічного для лінійної групи приймачів:

R (q) = sinNx / (Nsin x),

де х = p (dmin / l) (1-cos q), dmin - Різниця в довжині між найближчими за розміром трубками.

Наведені міркування справедливі у разі, якщо трубці не утворюються резонансні коливання. З цією метою вхідні отвори трубок або їх кінці у капсуля закривають за допомогою пробокіз пористого поглинача.

Основною перевагою таких спрямованих мікрофонів є високий індекс спрямованості (близько 8 дБ, при цьому шуми, що діють з бокових напрямків, послаблюються по відношенню до сигналу майже в 10 разів). Основний недолік - досить великі геометричні розміри (максимальна довжина трубок близько 90 см).

На сьогоднішній день подібні пристрої практично не використовуються, крім кількох експериментальних виробів.

Трубчастий щілинний приймач (іноді його називають приймачем хвилі, що біжить) - являє собою трубку з отворами або суцільним осьовим прорізом по всій довжині. З деяким наближенням таку трубку можна розглядати як безліч трубок різної довжини, тому трубчастий щілинний мікрофон відносять до приймачів групового типу.

Якщо звук приходить по осі, то шляхи його поширення по трубці і через отвори однакові і складові звукового тиску від коливань синфазні, і, отже, сума їх, що впливає на діафрагму мікрофонного капсуля, максимальна. Якщо ж звук приходить під кутом q v . осі трубки, то різниця шляху звуку по всій трубці та шляху від входу в трубку до входу в отвір, що знаходиться на відстані d , обумовить зсув фаз, який визначається як . У свою чергу це створює зсув фаз різної величини між коливаннями, що прийшли через різні отвори, що призводить, як і в попередньому випадку, до зменшення результуючого тиску на діафрагму.

Слід зазначити, що більш високу спрямованість потрібно отримати, тим більше повинна бути довжина звукоприймального елемента (трубки), так як індекс спрямованості збільшується зі збільшенням відношення довжини трубки до довжини хвилі випромінювання. Для того щоб не утворювалося стоячих хвиль, зовнішній кінець звукоприймального елемента (трубки) закривають тканиною, що поглинає.

Цей тип спрямованого мікрофона набув найбільшого поширення. Причин цього можна назвати кілька:

>- простота виготовлення та, як наслідок, низька вартість;

>- наявність у країні кількох виробників даної техніки;

>- простота у застосуванні;

>- можливість організації різних варіантів камуфляжу.

Розглянемо як приклад кілька типів спрямованих мікрофонів трубчастого щілинного типу.

Вітчизняний гостроспрямований мікрофон МД-74складається з власне мікрофона динамічного типу і трубки, що примикає до нього, завдовжки 0,8 м . У стінках трубки (рис. 1.3.32) виконано ряд отворів через рівні проміжки. Для компенсації падіння чутливості мікрофона на вищих частотах через велике поглинання їх у трубці навколо кожного отвору встановлюються концентратори - рупорки. Розміри їх підібрані таким чином, щоб забезпечити підвищення частотної характеристики на вищих частотах діапазону до 10...12 дБ. Основні параметри мікрофона наведено у табл. 1.3.5.

В іншому спрямованому мікрофоні трубчастого типу КМС-19-05рупорки відсутні. Він призначений для професійного запису звуку під час роботи на відносно великих відстанях від джерела (до 100 м ), в умовах підвищеного навколишнього шуму. Основні його параметри також наведено у таблиці. Блок посилення на ременях розміщується на боці оператора, що створює певну зручність у роботі. Проте досвід роботи з такими мікрофонами показує, що декларовані 100 м Дальності можна отримати тільки в тихій заміській місцевості. У відносно

Таблиця 1.3.5. Основні характеристики деяких трубчастих щілинних спрямованих мікрофонів

Тип мікрофона/Номінальний діапазон частот, Гц/Нерівномірність частотної характеристики, ДБ/Чутливість холостого ходу на частоті 1000 Гц, мВ/Па/Направлені властивості/Зовнішні розміри, мм/Маса, кг

МД-74 / 10 ... 10000 / 8 / 1,2 / Гостроспрямований (індекс спрямованості на частотах вище 125 Гц -не менше 6 дБ / 071х810 / 0,5

КМС-19-05 / 20 ... 20 000 / 8 / 45 / Гостроспрямований / 024х850 / 0,28

КМС-1909 / 20 ... 20 000 / 8 / 30 / Односторонньо спрямований (кут розкриття 115 ° при спаді на 6 дБ) / 024х203 / 0,19

МКЕ-802/50.., 15 000/7/13/Суперкардіоїда/022х292/0,185

тихому міському дворі - порядку 30 м , але в досить жвавої вулиці - 10...15 м. Можна припускати, що такі дальності притаманні всім спрямованим мікрофонам цього типу як вітчизняного, і іноземного виробництва.

Слід зазначити, що багато спрямованих мікрофонів трубчастого типу комплектуються вітрозахисним чохлом, зазвичай з поролону, завдяки чому знижується чутливість до перешкод від вітрових атмосферних впливів.

До базованих ґрат можна віднести всі описані вище пристрої, але за усталеною в даний час термінології до них відносять вироби, що мають площину, на якій розташовані відкриті торці звуководів; вони забезпечують синфазне складання звукових полів від джерела в деякому акустичному суматорі, на виході якого розташований мікрофон (рис. 1.3.33). Якщо звук приходить з осьового напрямку, то всі сигнали, що розповсюджуються по звуківникам, будуть у фазі, і додавання в акустичному суматорі дасть максимальний результат. Якщо напрямок на джерело звуку не осьовий, а під деяким кутом до осі, сигнали від різних точок приймальної площини будуть різними по фазі і результат їх складання буде менше; При цьому кількість приймальних точок може досягати кількох десятків. Очевидно, що подібні грати

Рис.1.3.32. Трубчастий щілинний спрямований мікрофон:

1 – мікрофон; 2 – підсилювач; 3 – звукові хвилі; 4-щілини; 5 - вітрозахисний поролоновий чохол

є менш громіздкою, ніж мікрофон органного типу, але вона суттєво програє останньому у спрямованих властивостях.

Коефіцієнт спрямованої дії для цього типу спрямованого мікрофона можна приблизно визначити за формулою:

де S - площа вхідної апертури, м 2; l - Довжина хвилі звуку, м; N-число елементів решітки.

Слід зазначити, що ця формула застосовна при розташуванні елементів антеної решітки фронтом з відривом близько 15 см.

Прикладом спрямованого мікрофона такого типу є виріб "Шурхіт".Воно відноситься до пристроїв, призначених для прослуховування

1 – мікрофон; 2 – підсилювач; 3 – звукова хвиля; 4 – торці звуководів;

5 – звуководи; 6 – акустичний мікрофон

та записи мовної інформації в умовах відкритого простору, в діапазоні частот 100...10000 Гц. Гранична паспортна дальність знімання інформації - 30-40 м при рівнях шуму 74...76 дБ та мови 70...74 дБ. Однак залежно від шумової обстановки та рівня інформації дальність знімання змінюватиметься. Мікрофон виконаний у вигляді гнучкої пластини розміром 320х320 мм, що має на зовнішній поверхні (від оператора) велике числоакустичних вхідних отворів За рахунок звуководів і підсумовувальних пристроїв утворюється фазовані грати, що дозволяє сформувати діаграму з шириною основної пелюстки близько 30 ... 40 ° на частоті 1 кГц. Коефіцієнт спрямованої дії становить близько 12 дБ.

Мікрофон, розміщений у спеціальному чохлі, може встановлюватись на тілі оператора, під одягом у варіанті грудей-спина (фронт-тил). На поясі чохла розміщений маніпулятор, що складається з підсилювача низької частоти з автоматичним регулюванням посилення, джерела живлення та органів управління: включено-вимкнено з початковою установкоюрівня корисного сигналу та два виходи на магнітофон та головні телефони. Функціональні можливості виробу можуть розширюватись за рахунок додаткової установки радіоканалу та інших сервісних пристроїв. Конструктивні особливості дозволяють легко камуфлювати мікрофон під папку, дипломат, картину тощо.

Оскільки робота у приміщенні характеризується наявністю великої кількостіперевідбитих сигналів від різних елементів будівельних конструкцій у вигляді стін, стель, колон, то максимальна ефективність роботи такого спрямованого мікрофона досягається у приміщеннях з об'ємом більше 500 м3.

Рекомендується уникати використання двох шарів одягу поверх мікрофона, один з яких утеплений або виконаний зі шкіри (шкірозамінника). Корисний сигнал можна записувати без попереднього контролю, але при цьому слід пам'ятати, що відстань до джерела звуку не повинна більш ніж 4-5 разів перевищувати відстань, при якому забезпечується необхідна якість запису, виконаної ненаправленим мікрофоном.

Відомі інші зразки антенних решіток, виконані, наприклад, у вигляді бруска, який може камуфлюватися під різні предмети. Оціночні розрахунки показують, що в залежності від геометричних розмірів бруска коефіцієнт спрямованої дії знаходиться в межах 2...5 дБ.

Направлені мікрофони з параболічним рефлектором

Принцип дії таких пристроїв досить простий і зрозумілий. Мікрофон розміщений у фокусі відбивача параболічної форми (рис. 1.3.34). Звукові хвилі з осьового напрямку, відбиваючись від параболічного дзеркала, підсумовуються у фазі у фокальній точці. Виникає зусилля-

Мал. 1.3.34. Параболічний спрямований мікрофон:

1 – мікрофон; 2 – підсилювач; 3 - звукова хвиля

ня звукового поля. Чим більший діаметр дзеркала, тим більше посилення може забезпечити пристрій. Якщо напрям приходу звуку не осьовий, то додавання відбитих від різних частин параболічного дзеркала звукових хвиль, що приходять у фокус, дасть менший результат, оскільки не всі складові будуть у фазі. Ослаблення тим більше, що більше кут приходу звуку стосовно осі. Створюється, таким чином, кутова вибірковість прийому.

Коефіцієнт направленої дії для даного типу спрямованого мікрофона можна приблизно визначити за формулою:

де S е. - ефективна поверхня антени.

Поняття ефективної поверхні тісно пов'язане з максимальною потужністю, яка може бути вилучена приймальною антеною падаючої плоскої акустичної хвилі. За виконання низки умов ( D > 1, де D - Діаметр рефлектора; суміщення максимуму діаграми спрямованості з напрямом приходу хвилі і т. д.) можна приблизно вважати, що S е » S , де S - площа вхідної апертури, м2.

Як правило, фірмами-виробниками поставляється в комплекті блок підсилення із системою автоматичного регулювання підсилення та виходами на навушники та магнітофон, іноді акустичні фільтри. Працюючи параболическую антену з мікрофоном можна тримати в руках або закріпити на тринозі.

Як приклади спрямованих мікрофонів з параболічним відбивачем розглянемо кілька систем. Портативний параболічний приймачPRO-200 призначений для дистанційного прийому звукових хвиль. Має високу чутливість і гостру діаграму спрямованості параболічного дзеркала. Обладнаний додатковим фільтром, що дозволяє здійснювати частотну селекцію сигналу по ширині і положенню його спектра на осі частот. Паспортна дальність - 1 км (?). Очевидно, що в рекламних цілях вона наведена для найкращих умов прийому: тиха відкрита місцевість, ніч, людина говорить на повний голос. Є можливість підключення до магнітофона. Живлення від вбудованого акумулятора або зовнішнього зарядного пристрою від мережі 220 В. Діаметр дзеркала - 60 і 75 см (Якість прийому покращується зі збільшенням діаметра).

Значення коефіцієнта спрямованої дії (КНД) антени залежно від діаметра дзеркала і частоти акустичного сигналу, що приймається, наведені в табл. 1.3.6.

Таблиця 1.3.6. Значення коефіцієнта спрямованої дії антени в залежності від діаметра дзеркала і частоти акустичного сигналу, що приймається

Частота, Гц/КНД при діаметрі дзеркала 0,6 м /КНД при діаметрі дзеркала 0,75 м

500 /1 /11

1000 /15 /17

5000 /19 /31

10000 /35 /37

Інший спрямований мікрофон (типу А-2) має параболічний відбивач діаметром 43 см , забезпечений підсилювачем та навушниками. Паспортна дальність дії на відкритій місцевості також заявлена ​​близько 1 км (!). Коефіцієнт посилення електронного блоку – не менше 80 дБ. Є система автоматичного регулювання посилення з динамічним діапазоном вхідних сигналів 40 дБ. Живлення від стандартної батареї 9 В. Передбачено роз'єм для підключення магнітофона.

Параболічні спрямовані мікрофони РК375 та РК390 (виробництво Німеччини) мають такі параметри.

РК375:габарити - 0600х300 мм, маса - 1,2 кг , коефіцієнт посилення – 90 дБ, харчування – 5В, автономність – 75 годин.

РК390, відповідно: 0130х100 мм, 1,1 кг , 70 дБ, 9, 50 годин. Паспортна дальність - до 50 м (Пунктуальність німців можна позаздрити).

Особливості оперативного застосування спрямованих мікрофонів такі, що непідготовлена ​​людина не зможе їх потай використовувати, так як необхідно не тільки правильно розташуватися щодо об'єкта розвідки і джерел шумів, але при цьому і самому не бути обна-

Мал. 1.3.35. Направлені мікрофони для дистанційного запису акустичної інформації:

а – параболічний; б - трубчастий щілинний

руженим. Останнє практично неможливе у разі використання спрямованих мікрофонів з параболічними відбивачами через їх суттєві розміри.

Зарубіжні фахівці рекомендують застосовувати такі мікрофони тільки в умовах обмеженої видимості і при відносно низьких рівнях навколишніх шумів - уночі, у парках, сільській місцевості тощо. При цьому чесно інформують, що акустичний телескоп може не вловлювати звуки на великій (заявленій) відстані, якщо він використовується неподалік автомагістралей або в місцях з підвищеним рівнем фонового шуму.

Тому подібні системи рідко застосовуються для знімання інформації. Їх використовують в основному журналісти, вчені, кінематографісти і т. д. Навіть у рекламних проспектах виробників спецтехніки вказується, що подібні мікрофони незамінні при спортивних змаганнях, полюванні, екскурсіях на природі для двостороннього дискретного зв'язку.

Зовнішній вигляд деяких типів спрямованих мікрофонів подано на рис. 1.3.35.

Перспективи розвитку спрямованих мікрофонів

Конструкція спрямованих мікрофонів безперервно вдосконалюється, оскільки проблема дистанційного запису мовлення стає дедалі актуальною у межах розвитку систем негласного знімання інформації. Однак революційного перевороту (у сенсі збільшення радіусу перехоплення до кілометрів) у цій галузі техніки не передбачається. У той же час можна виділити такі напрями покращення характеристик спрямованих мікрофонів:

1. Можлива поява приладів, здатних до адаптивної просторово-часової фільтрації акустичних перешкод. Об'єктивною основою таких приладів є досягнення цифрової багатоканальної обробки даних (спеціалізований комп'ютер стане такою ж звичною складовою спрямованого мікрофона, як навушники);

2. Прогрес в області високочутливих акустичних сенсорів принципово дозволяє у найближчому майбутньому створити мікрофони з пороговою чутливістю -10...-15 дБ, що дозволить дещо підвищити дальність перехоплення акустичної інформації (за відсутності акустичних перешкод та шумів);

3. Можлива поява принципово нових пристроїв, що використовують нелінійні та параметричні ефекти для реалізації прихованих органолептичних антен великого розміру, здатних збільшити коефіцієнт спрямованої дії до 25 дБ і більше.

Особливості застосування спрямованих мікрофонів

Оскільки на дальність ведення розвідки впливають як параметри мікрофонів, а й умови, у яких застосовуються ці пристрої, слід знати деякі особливості використання спрямованих мікрофонів.

НА ВІДКРИТІЙ МІСЦІВ

До відкритої місцевості зазвичай відносять ділянки, що не мають яскраво виражених конструкцій, що захищають, які створюють замкнутий обсяг.

Як правило, це вулиці, майдани, стадіони, двори, парки, зали літніх. кафе, пляжі тощо. До роботи на відкритих майданчиках відносять і прослуховування розмов, що ведуть у приміщеннях, якщо перехоплення ведеться через відкрите вікно, кватирку чи опущене скло автомобіля.

Основними обмеженнями на ведення негласного знімання інформації в таких умовах є загасання, яке зазнає сигналу при його поширенні, і високий рівень фонових шумів.

Величина згасання обумовлюється низкою чинників, які залежить як від характеристик самого звуку, і від властивостей середовища поширення. Усі їх ділять на великі групи.

У першу входять чинники, пов'язані із законами поширення акустичних хвиль. А саме:

>- при поширенні в необмеженому середовищі від джерела кінцевих розмірів інтенсивність звуку зменшується пропорційно квадрату пройденої відстані;

>- неоднорідності середовища (краплі дощу, гілки дерев та інші перешкоди) викликають розсіювання звукових хвиль, що призводить до ослаблення сигналу в «основному» напрямку;

- на поширення звуку в атмосфері впливають турбулентності, розподілу температури і тиску, сила і швидкість вітру, які викликають викривлення звукових променів, а іноді взагалі порушують передачу звуку.

Дійсно, звукова хвиля, потрапляючи на межу розділу двох шарів атмосфери з різними характеристиками, частково відбивається, а частково проникає до іншого шару. При цьому заломлення хвилі відбувається відповідно до закону фізики, що свідчить, що відношення кута падіння до кута заломлення (визначається відношенням швидкостей поширення звукових коливань у цих середовищах (шарах):

sin j 1 / sin j 2 = C 1/ C 2

деС1 і С2 - швидкості звуку в обох середовищах.

Якщо параметри обох шарів близькі один до одного, то фактично вся енергія переходить з одного середовища до іншого j 1 » j 2 . Коли параметри різні, має місце викривлення звукових променів.

Саме з цієї причини оператор часто змушений розміщувати мікрофон якомога вище над поверхнею землі, щоб забезпечити максимальну дальність перехоплення акустичних сигналів.

Друга група пов'язана з фізичними процесами в речовині - незворотними переходами звукової енергії в інші форми (головним чином тепло). Можна виділити такі фактори, що визначають ступінь поглинання звукових хвиль:

- поглинання звуку зростає пропорційно квадрату частоти (тому коливання з частотами вище 1000 Гц загасають особливо швидко);

>- ступінь поглинання зростає при зменшенні відносної вологості повітря (так, наприклад, при вологості 50% акустичні сигнали з частотою 10 кГц загасають лише на 14 дБ на кожні 100 м а при зменшенні вологості до 15% згасання зростає вдвічі і досягає 28 дБ; вітер, дощ та сніг можуть додати ще 8...10 дБ на кожні 100 м).

Строго кажучи, відкритих просторів, в яких звукові хвилі поширювалися б безперешкодно у всіх напрямках, практично немає, оскільки завжди мають місце відбиття від земної поверхні, стін найближчих будівель, предметів тощо. нехтувати ними, якщо вони незначні через високий коефіцієнт поглинання (наприклад, від снігового покриву).

Високий рівень акустичних шумів – інша специфіка відкритих просторів.

Для здійснення оцінки впливу їх на якість фіксації акустичної інформації використовують поняття рівня гучності, під яким розуміють рівень рівноголосного з сигналом, що заважає чистого тону на частоті 1000 Гц, виражений в децибелах. За одиницю рівня приймають 1 (один) фон, тобто:

Lg [фон] = L 1000Гц [Дб].

У табл. 1.3.7 наведено рівні гучності різних шумів залежно від дальності джерела. Порівнюючи наведені значення з рівнем звичайної мови, що становить 65... 75 дБ, роблять висновок про рівень впливу акустичних перешкод на якість перехоплення.

Деякі граничні дальності реєстрації наведені у табл. 1.3.8.

З вищесказаного випливає, що на дальність фіксації мовленнєвої інформації на відкритій ділянці місцевості впливають такі фактори: напрям і сила вітру, температура і вологість повітря, характер рельєфу, наявність будов, рослинність, рівні фонових шумів. Дальність ведення розвідки збільшується, якщо вітер дме з боку джерела звуку, вночі та рано-вранці, в похмуру погоду, особливо після дощу, біля водної поверхні, в горах, взимку (за відсутності снігопаду). Звук поглинається (стає слабшим) у спекотну сонячну погоду, під час снігопаду, дощу, у лісі, чагарнику та на місцевості з піщаним ґрунтом, за наявності штучних та природних перешкод.

Слід ще раз наголосити, що наведені цифри відносяться до ідеальної обстановки та відкритого простору, а в реальних міських умовах практично неможливо проводити знімання інформації з відстаней, що перевищують 10... 15 м на галасливій вулиці, 15... 25 м - в інших випадках. У заміських умовах - це 30...100 м. У принципі, необхідно запам'ятати просте правило: якщо оператор чує промову своїм вухом, але не може розібрати лише окремі слова, то за допомогою гарного спрямованого мікрофона можна здійснити перехоплення та звукозапис розмови; в іншому випадку ніякий спрямований мікроф9н не допоможе.

У ПРИМІЩЕННЯХ

Відмінною особливістю застосування спрямованих мікрофонів у приміщеннях є складніше звукове поле корисного сигналу, яке являє собою суперпозицію складової «прямого» звуку, створеної звуковими хвилями, що не зазнали жодного відображення, і складових, створених кількома відбитими звуковими хвилями. Поле відбитих звукових хвиль майже завжди близьке до дифузного.

Таблиця 1.3.7. Рівні гучності різних джерел шуму

Джерело шуму та місце його вимірювання / Рівень гучності, дБ

Гучний автомобільний гудок на відстані 8м/95...100

Електропоїзд на естакаді на відстані 6 м/90

Шум у поїзді метро під час руху /85...90

Автобус (повний хід) на відстані 5 м / 85 ... 88

Трамвай на відстані 10- 20 м / 80 ... 85

Тролейбус на відстані 5 м/77

Вантажний автомобіль на відстані 5- 20 м / 60 ... 75

Легковий автомобіль на відстані 5- 20 м / 50 ... 65

Шумна вулиця без трамвайного руху /60...75

Звичайний середній шум на вулиці /55...60

Те саме, в момент затишшя вдень /40

Тиха вулиця (без руху транспорту) / 30 ... 35

Тихий сад /20

Деревообробна фабрика /96...98

Зал при масових сценах /75...95

Гучні збори /65...70

Шепіт на відстані 1 м/20

Розмова на відстані 1 м: гучний/звичайний /65...70/55...60

Коридори /35...40

Кафе /50...52

Таблиця 1.3.8. Граничні дальності акустичної реєстрації

Вид діяльності / / Межі чутності, м

Кроки людини по ґрунту / / 30 ... 100

Гучна розмова / / 200 ... 300

Негучна розмова / / 100 ... 200

Гучний крик//1000...1500

Акустичні шуми в приміщеннях так само, як і на відкритій місцевості, суттєво обмежують динамічний діапазон інформації, що приймається, знижують розбірливість мови. Ці шуми створюються як людьми, так і вібраціями, що проникають у приміщення ззовні (з вулиці або сусідніх приміщень). Рівні шумів, створювані людьми, залежать від кількості їх у приміщенні, гучності розмов і т. д. Рівні шумів (вібрацій), що проникають зовні, визначаються звукоізоляцією приміщення та рівнями зовнішніх шумів.

У табл. 1.3.9 наведено санітарні норми допустимих рівнів акустичних шумів, притаманних різних типів приміщень. Наведені цифри дозволяють скласти уявлення про умови перехоплення мовної інформації з допомогою спрямованих мікрофонів. Тут доречно ще раз нагадати, що рівень звичайної мови на відстані 1 м становить 65...75 дБ.

Таблиця 1.3.9. Рівні шумів, що відповідають санітарним нормам, для житлових та робочих приміщень

Тип приміщення / Норма, дБ

Для сну та відпочинку /35

Для розумової роботи без власних джерел шуму (конструкторські бюро, кімнати програмістів, лабораторії для теоретичних робіт та обробки експериментальних даних) /45

Для конторської праці з джерелами шуму (принтери), цехової адміністрації, а також приміщення, де джерелом шуму є люди (касові та довідкові зали) /55

Виробничі приміщення, гаражі, механічні майстерні /80

У загальному випадку найкраща якість перехоплення інформації в приміщенні забезпечується при розміщенні спрямованого мікрофона робочою віссю на джерело сигналу (людини або групи людей), а тилом джерел акустичних перешкод. При цьому оператор повинен прагнути зайняти максимально тихе місце (уникаючи кути, де особливо багато сигналів, що перевідражаються) в зоні дії прямого звуку.