А.П. Кухаренко, А.О. Мещерякова

Лабораторный практикум

по дисциплине: «Технические средства и методы защиты информации»

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г.ТАГАНРОГЕ

А.П. Кухаренко, А.О. Мещерякова

Лабораторный практикум

по дисциплине «Технические средства и методы защиты информации»

«Изучение свойств направленного микрофона органного типа»

Учебное пособие

Таганрог 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6

НАПРАВЛЕННЫЕ МИКРОФОНЫ ОРГАННОГО ТИПА 6

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ НАПРАВЛЕННОГО МИКРОФОНА ОРГАННОГО ТИПА 13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ НАПРАВЛЕННОГО МИКРОФОНА ОРГАННОГО ТИПА» 13

УКАЗАНИЯ К ОТЧЕТУ 23

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 24

Предисловие

Микрофон преобразует звуковую энергию сигнала в электрический аналог и, в идеале, должен осуществлять это преобразование без потери полезной информации. Поэтому микрофоны должны отвечать следующим основным  требованиям:

1. для нормального уровня звука он должен производить электрический сигнал, превосходящий по уровню собственные шумы;

2. для нормального уровня звука он должен производить сигнал с минимальными искажениями;

3. для конкретного источника звука он должен, совместно с сопутствующим оборудованием, одинаково реагировать на весь полезный спектр частот аудио сигналов.

Для источника звука, воспроизводящего довольно ограниченный диапазон частот, применение микрофонов, реагирующих на обширную частотную область, означает нежелательную восприимчивость к посторонним источникам звука (с более широким диапазоном) или высокочастотным шумам.

Микрофоны различаются между собой по принципу преобразования движения воздушной массы в электрическую энергию. Существует несколько разновидностей микрофонов: электростатические (или конденсаторные или емкостные), катушечные (динамические) и ленточные микрофоны. Кроме названных типов, существуют и другие принципы, заложенные в основу работы микрофонов. В их число входят: кристаллические (пьезоэлектрические), карбоновые, магнитострикционные , индукторные и ионные микрофоны.

Почти все рассмотренные системы микрофонов используют для своей работы диафрагму - поверхность, которая механически восприимчива к звуковым волнам.  Микрофоны также различаются по способу воздействия воздушного давления на движения диафрагмы. Это определяет характеристики направленности микрофонов и является особенно важным фактором для их использования. В конструкции микрофона может быть предусмотрено изменение выходных характеристик в зависимости от угла поворота относительно оси, но при этом не должно происходить потери его чувствительности к заданному диапазону частот. Поэтому, в реальной жизни находят величину такого полезного угла, для которого названные условия, более или менее, удовлетворяются.

Данное учебное пособие направлено на изучение свойств направленных микрофонов органного типа. Благодаря простой и понятной конструкции лабораторного стенда, удобности и эффективности использования, студенты могут исследовать устройство перехвата информации через воздушное пространство - направленный микрофон, выявлять факторы, влияющие на распространение акустического канала, провести ряд экспериментов и закрепить понятия.

Определения и обозначения и сокращения

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — звук) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода.

Импеданс (impedance) — электрическое сопротивление, которое микрофон оказывает проходящему сквозь него току. В этом отношении микрофоны принято делить на высоко- и низкоимпедансные. Высокоимпедансные микрофоны (от 5 до 10 KилоOм) обладают более высоким уровнем сигнала и часто используются в бытовой и полупрофессиональной записи. Низкоимпедансные микрофоны (250 Ом и менее) обычно применяются в профессиональных студиях. Несмотря на сравнительно низкий выходной уровень, они менее чувствительны к посторонним помехам и шуму и качественно воспроизводят высокие частоты даже при использовании длинных кабелей.

Эффект близости (proximity effect) — эффект, наблюдаемый при использовании динамических микрофонов в непосредственной близости от источника звука. Он вызван тем, что звук поступает в микрофон по двум направлениям (спереди и сзади). Возникающие при этом фазовые искажения приводят к усилению низкочастотных составляющих звука. Чем ближе источник звука к микрофону, тем больше разность длины звуковых путей и, соответственно, больше усиление низких частот.

Обратная связь (feedback) — слабость, которой в той или иной степени подвержены абсолютно все микрофоны (хотя в студийных условиях это может быть и не очень заметно). Обратная связь возникает тогда, когда поступающие от микрофона сигналы воспроизводятся колонками или студийными мониторами и снова попадают в микрофон. Если не принять мер по предотвращению этого процесса, он будет продолжаться непрерывно, с постоянным возрастанием амплитуды «паразитных» сигналов, в результате чего возникнет характерный «воющий» или «свистящий» звук. Для того, чтобы избавиться от обратной связи, следует как можно тщательнее выбирать микрофон с необходимой диаграммой направленности и правильно ориентировать его по отношению к источникам звука (колонкам и мониторам). В ряде случаев обратную связь можно предотвратить, вырезав эквалайзером ту частоту, на которой она происходит. При этом общая громкость снимаемого микрофоном сигнала останется практически неизменной.

Номинальный диапазон частот - тот диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания и в котором нормируются его параметры. для профессиональных студийных целей обычно стремятся использовать микрофоны нулевой группы сложности высшей категории качества, для которых нормируется диапазон частот 20 ... 20000 Гц. Микрофоны первой группы сложности должны иметь номинальный диапазон частот не менее 31,5 ... 18000 Гц, второй группы 50 ... 15000 Гц, третьей группы 63 ... 12500 Гц.

Модуль полного электрического сопротивления (называемого также выходным или внутренним) нормируется на частоте 1 кГц. Сопротивление может быть комплексным или активным. Если оно комплексное и, следовательно, зависимое от частоты, то приводят или модуль на частоте 1 кГц, или среднее значение по диапазону частот. Для микрофонов нулевой и первой групп сложности нормируется значение модуля полного электрического сопротивления 50 Ом и менее, 100 и 200 Ом, а для микрофонов второй и третьей групп сложности также еще и 2 кОм.

Чувствительность микрофона - это отношение напряжения U на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению р, выраженное в милливольтах на паскаль (мВ/Па): E=U/p.

Уровень чувствительности - чувствительность, выраженная в децибелах относительно величины Е_нач = 1 В/Па и определяемая по формуле:

N_м = 20 lgE - 60, дБ

где Е - чувствительность микрофона, мВ/Па.

Неравномерность частотной характеристики определяется как разность между максимальным и минимальным уровнями чувствительности микрофона в номинальном диапазоне частот и выражается в децибелах:

DN = N_MAX - N_MIN

Характеристика направленности R(q) - зависимость чувствительности микрофона в свободном поле на определенной частоте f от угла q между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука.

Диаграмма направленности - это графическое изображение характеристики направленности, которое чаще всего приводят в полярных координатах.

Канал связи (англ. channel, data line)  - система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

Акустический канал связи - совокупность устройств и физ. сред, обеспечивающих направленное распространение акустич. волн.

Звук - колебательное движение упругой среды.

Безопасность информации (данных) — состояние защищенности информации (данных), при котором обеспечены её (их) конфиденциальность, доступность и целостность

СОКРАЩЕНИЯ

ГНЧ –генератор низких частот

МВ – милливольтметр

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика