Микрофон для обнаружения слабых акустических сигналов

Микрофон для обнаружения слабых акустических сигналов

«»ШПИОНСКИЕ ШТУЧКИ» И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ И ИНФОРМАЦИИ»

До недавнего времени область техники, которой посвящена эта книга, была под строгим государственным контролем, и информация о достижениях науки в этой области была доступна только узкому кругу специалистов

Вместе с развитием рыночных отношении и снятием «железного занавеса» возникла возможность вынесения темы «секретных» устройств и технологий на широкое обсуждение. Условия успешного развития бизнеса сегодня неразрывно связаны с использованием информационных ресурсов, поэтому и круг читателей, интересующихся этой темой, постоянно растет.

Среди книг, опубликованных на настоящий момент в России и странах Содружества, данная книга выделяется доступностью изложения материала без ущерба для его качества, широтой охвата темы, хорошим стилем изложения, достаточным количеством иллюстративного материала.

На наш взгляд, эта книга будет очень полезна прежде всего сотрудникам служб безопасности государственных и частных предприятий, уделяющих большое значение вопросу защиты коммерческой информации, а также подготовленным радиолюбителям, желающим применить свои знания в этой области.

Генеральный директор Ассоциации Защиты Информации «Конфидент»

Кузнецов П.А.

С тех мор как люди научились говорить и записывать речь, они получают и хранят, похищают и защищают информацию.

«Слово не воробей: вылетит не поймаешь», «слово серебро, а молчание золото» — эти пословицы являются первыми руководствами по сохранению информации. А первым известным промышленным шпионом можно считать Прометея, осуществившего несанкционированную другими богами передачу людям чрезвычайно ценной технологии получения и использования огня.

Правители стремились узнать как можно больше о соседних царях и царствах, банкиры и ростовщики о конкурентах и клиентах, мужья о женах, жены о мужьях, те и другие о соседях список, конечно, далеко не полный. И конечно с давних пор развивались технологии получения и защиты информации. Первые известные случаи шифровки и дешифровки сообщений относятся ко времени древних египетских царств. Значительное развитие это ремесло получило в древнем Китае. В 400 г. до н. э. Сунь Цзы писал: «То, что называют предвидением, не может быть получено ни от духов, ни от богов… ни посредством расчетов. Оно должно быть добыто от людей, знакомых с положением противника».

С появлением почты перехватывались и подменялись письма, посылались ложные сообщения. С развитием математики все большее развитие получали системы шифровки и дешифровки сообщений.

Шло время, появились первые телефон, телеграф, фотокамера, радио. Объем и ценность передаваемой информации заставили рыцарей плаща и кинжала освоить и эти области. «Кто владеет информацией, тот владеет миром» — писал Черчилль, и он был далеко не первым, кто понимал ценность информации. В отрасли, связанные с получением и защитой информации, всегда вкладывались большие деньги. В нашей стране в послеоктябрьский период была создана стройная система добывания и защиты информации. Строгая регламентация касалась всех сторон циркулирования информации — и организационных, и технических. Государственную и военную тайну охраняли десятки тысяч отлично подготовленных профессионалов, а о такой эффективности работы внешней разведки могли на Западе только мечтать. Высшее руководство разведывательными службами осуществлялось Политбюро, а годовой разведплан утверждался лично Генеральным секретарем.

В США на техническое переоснащение американской разведки до 2000 года выделено 100 миллиардов долларов. В принципе решен вопрос о передаче добываемой информации частным лицам.

Развитие рыночных сообщений, развал системы жесткого контроля за применением и производством техники контроля и защиты информации, ввоз ее по официальным и неофициальным каналам из-за границы привели в настоящее время к появлению развитого рынка услуг в этой области.

На этом рынке представлены сейчас несколько сотен типов различного рода устройств контроля и защиты информации отечественного и импортного производства. Услуги в этой области предлагают несколько десятков предприятии. Законодательство Российской Федерации по регулированию деятельности в этой области за нарушение тайны переписки, телефонных переговоров и телеграфных сообщений граждан предполагает «до шести месяцев исправительных работ или штраф до одного минимального месячного размера оплаты труда, или общественное порицание». А так как доказать факт нарушения тайны чрезвычайно трудно, то это вряд ли останавливает специалистов от промышленного шпионажа. Кроме того, следует учесть многочисленных «любителей» получения и продажи чужих секретов. Криминальные структуры имеют в своем распоряжении специальную технику и доверенных людей, на обучение которых не скупятся. Службы безопасности многих коммерческих структур успешно проводят операции по внедрению людей и техники к конкурентам. Следует признать, что успешность действий как небольших, так и огромных предприятий в области добывания и защиты информации является непременным условием их выживания. Конечно, небольшое предприятие не может позволить таких затрат, на которые идут крупные корпорации, но и секреты этих предприятий стоят не таких огромных денег. Рынок в настоящее время предлагает как самые дешевые (но это не говорит об их недостаточной эффективности), так и самые изощренные (и дорогие) системы добывания и защиты информации.

Целью данной книги является ознакомление широкого круга читателей с основными методами добывания и защиты информации, а также техническими средствами от самых простых, которые можно изготовить в любительских условиях, до самых сложных, использующих последние достижения техники и технологии.

Первые две главы данной книги посвящены средствам и методам контроля (добывания) информации, описанию технических данных конкретных образцов техники и их принципиальных схем. Третья глава посвящена описанию принципиальных схем устройств защиты информации, их характеристик. В четвертой главе, даются рекомендации по организации и техническому описанию противодействия промышленному шпионажу, рекомендации по защите компьютеров и их сетей, сделан обзор рынка технических средств и услуг в этой области.

Генеральный директор ООО «ЛОЗа»

Подкаминский Ю.А.

1. УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ

1.1. Общие сведения

Бурное развитие техники, технологии, информатики в последние десятилетия вызвало еще более бурное развитие технических устройств и систем разведки. В самом деле, слишком часто оказывалось выгоднее потратить N-ю сумму на добывание, например, существующей уже технологии, чем в несколько раз большую на создание собственной. А в политике или в военном деле выигрыш иногда оказывается просто бесценным.

В создание устройств и систем ведения разведки вкладывались и вкладываются огромные средства во всех развитых странах. Сотни фирм многих стран активно работают в этой области. Серийно производятся десятки тысяч моделей «шпионской» техники. Эта отрасль бизнеса давно и устойчиво заняла свое место в общей системе экономики Запада и имеет прочную законодательную базу.

В западной печати можно найти весьма захватывающие документы о существовании и работе международной организации промышленного шпионажа «Спейс Инкорпорейтед», а заодно и познакомиться со спектром услуг, предлагаемых этой компанией. Так, английская газета «Пипл» сообщает, что среди клиентов компании есть не только промышленники, но и организованные преступные группировки. Как и любой бизнес, когда он выгоден, торговля секретами расширяет область деятельности, находя для своего процветания выгодную почву. Так, в Израиле, по примеру США, начинают относится к ведению разведки в экономической области как к выгодному бизнесу. В качестве подтверждения можно привести факт создания бывшим пресс-секретарем израильской армии Эфраимом Лапидом специализированной фирмы «Ифат» по сбору и анализу сведений, которые могли бы заинтересовать различных заказчиков (не исключая и министерство обороны). По мнению Э. Лапида, Израиль, отличающийся большим спектром международных связей, выбором иностранной печати и удачным геополитическим положением, является «удобным» государством для организации и ведения «бизнес-разведки».

Измерительные микрофоны: характеристики, назначение и выбор

  1. Назначение
  2. Характеристика
  3. Принцип действия
  4. Выбор

Измерительный микрофон является незаменимым устройством для выполнения некоторых видов работ. В статье мы рассмотрим USB-микрофон и другие модели, их принципы действия. Также расскажем, на что обратить внимание при выборе.

Назначение

Измерительные микрофоны применяются для настройки и калибровки акустической техники. Их отличительная особенность – большой рабочий диапазон (который находится в пределах 30-18000 Гц), стабильная частотная характеристика (зависимость величины звукового давления от частоты при постоянных параметрах входящих электрических импульсов) и строгая направленность действия. При воспроизведении аудио частотная характеристика динамиков непосредственно влияет на качество звука и отсутствие в нем искажений. Эти величины обязательно учитываются при расчете звуковых систем, выборе громкоговорителей и проектировании акустических фильтров для них.

Однако эти данные редко соответствуют заявленным производителем аппаратуры, да и каждый динамик имеет свои характеристики. У лучших моделей динамиков эта зависимость стремится к постоянному значению, а график не имеет ярко выраженных «подъемов» и «спадов».

У них разница в величине звукового давления на разных участках частотного диапазона минимальная, а ширина рабочих частот – наибольшая (по сравнению с менее качественными и дорогими собратьями).

Регулировать технику «на слух» может быть малоэффективно, поскольку это чисто субъективные ощущения. Поэтому для получения качественного звука необходимо проводить замеры показателей динамиков с помощью измерительных микрофонов. Кроме того, для правильной настройки в студии должна быть качественная звукоизоляция. При ее монтаже желательно пользоваться измерительными микрофонами. В этом случае они могут применяться для:

  • замеров общего уровня шума;
  • обнаружения акустических аномалий (стоячие басовые волны);
  • акустического анализа помещения;
  • выявления мест со слабой звукоизоляцией с целью ее усиления;
  • определения качества звукоизолирующего материала.

Справка! Стоячие басовые волны – это низкочастотный гул, который появляется в углах комнаты. Он вызван особенностями планировки и появляется при наличии посторонних звуков (например, когда соседи громко слушают музыку). Это явление снижает работоспособность и негативно влияет на самочувствие. Такие свойства микрофонов могут использоваться и в бытовых целях. Да и вообще в любых помещениях, где нужна качественная звукоизоляция.

Для этих целей микрофон используется вместе с генератором тестового сигнала и анализатором спектра (это может быть как отдельное устройство, так и компьютерная программа). Кроме того, такие микрофоны можно использовать для обычной записи звука. Такая универсальность обусловлена их характеристиками.

Читайте также  Простой умножитель частоты на ics601-01

Характеристика

Главное требование к измерительным микрофонам – постоянство частотной характеристики во всем рабочем диапазоне. Поэтому все устройства такого типа – конденсаторные. Наименьшая рабочая частота составляет от 20-30 Гц. Наибольшая – 30-40 кГц (30000-40000 Гц). Погрешность находится в пределах 1 дБ до частоты 10 кГц и 6 дБ на частоте 10 кГц.

Капсюль имеет размеры 6-15 мм, по этой причине он фактически не направлен до частоты 20-40 кГц. Чувствительность измерительных микрофонов не выше 60 дБ. Обычно устройство состоит из трубки с капсюлем и корпуса с микросхемой. Для подключения к компьютеру используется несколько видов интерфейсов:

  • XLR;
  • Mini-XLR;
  • Mini-Jack (3,5 мм);
  • Jack (6,35 мм);
  • TA4F;
  • USB.

Питание может осуществляться как по проводу (фантомное), так и от аккумулятора. Высокое качество звуков, которые записывают измерительные микрофоны, позволяет использовать их в повседневных целях. Если, конечно, вас не смутит цена таких устройств.

Принцип действия

По принципу действия измерительные микрофоны не отличаются от других. Они генерируют электрические сигналы в зависимости от параметров звука. Разница лишь в их рабочем диапазоне и частотной характеристике. Рабочий орган измерительного устройства – капсюль типа HMO0603B или Panasonic WM61. Можно пользоваться и другими, если их частотные характеристики стабильные.

Генерируемые капсюлем сигналы поступают на предварительный усилитель. Там они проходят первичную обработку и фильтрацию от помех. Устройство подключается через микрофонный вход к персональному компьютеру. Для этого на материнской плате есть специальный разъем. Далее с помощью программы (например, Right Mark 6.2.3 или ARC System 2) записываются необходимые показания.

Поскольку измерительный микрофон не имеет принципиальных отличий от остальных типов, возникает вопрос, можно ли его заменить на студийный. Можно, если его частотная характеристика постоянная. А такой она бывает только у конденсаторных микрофонов. Кроме того, при измерении нужно учитывать, что студийный микрофон дает более общую картину, поскольку не имеет строгого направления действия.

Следует сказать, что студийный с аналогичными характеристиками будет стоить дороже. Поэтому его покупка только для проведения измерений нецелесообразна. Особенно на фоне специализированных устройств.

Выбор

На рынке представлено большое количество измерительных микрофонов. Мы можем выделить несколько хороших моделей:

  • Behringer ECM8000;
  • Nady CM 100 (его характеристики стабильнее, и качество измерений выше);
  • MSC1 от компании JBL Professional.

Конечно, есть множество других достойных моделей. Перед покупкой обязательно уточняйте их частотные и другие характеристики. При выборе убедитесь, что корпус микрофона металлический. Или, в крайнем случае, он должен иметь экранирование. Это нужно для устранения помех.

Фабричные измерительные устройства имеют высокую стоимость. А поскольку их конструкция не отличается сложностью, их можно заменить самодельными вариантами. На картинке представлена принципиальная схема.

Печатная плата измерительного микрофона изготавливается из стеклотекстолита. Вот ее габаритные размеры и конфигурация. Светодиод должен гарантировать падение напряжения до 2 В. на указанных участках. Для проектирования печатной платы можно воспользоваться программой Sprint Layout 6.0. Главное при работе – отталкивайтесь от предполагаемых размеров корпуса.

Измерительный микрофон Behringer ECM8000 представлен в видео далее.

Книга предназначена для широкого круга читателей, подготовленных радио­любителей, желающих применить свои знания в области защиты объектов и ин­формации, специалистов, занимающихся вопросами обеспечения защиты инфор­мации


Телефонный радиоретранслятор большой мощности с ЧМ

Передатчик, собранный по схеме, приведенной на рис. 2.32, обес­печивает большую дальность действия — до 300 м. Работает он в диа­пазоне 65-108 МГц с частотной модуляцией.

Автогенератор собран по обычной двухтактной схеме на транзис-

Глава 2. Технические средства защиты объектов

М/А

Рис. 2.32. Телефонный радиоретранслятор большой мощности

торах VT1 и VT2 типа КТ315. Частотная модуляция происходит за счет изменения напряжения в линии и, как следствие, изменения на­пряжения на базах транзисторов VT1 и VT2. Частота задается пара­метрами контура L1, С5. При изменении емкости конденсатора С5 в пределах от 8 до 30 пФ диапазон возможного изменения частоты генератора составляет от 65 до 108 МГц, при постоянной индуктив­ности катушки L1. Дроссель Др1 — любой индуктивности в диапазо­не от 50 до 100 мкГн. Катушка L1 наматывается на корпусе подстроечного конденсатора С5 и содержит 4 витка провода ПЭВ 0,5 мм с отводом от середины. Катушка L2 намотана поверх L1 и имеет 2 витка того же провода. В качестве транзисторов VT1, VT2 можно использовать любые высокочастотные транзисторы. Стабилитрон VD2 — на напряжение 6-12 В. От него зависит мощность и диапазон девиации частоты передатчика.

Настройка производится при занятой телефонной линии путем под­стройки контура L1, С5.

Радиомикрофон-радиоретранслятор с питанием от телефонной линии

Существуют радиоретрансляторы, которые позволяют прослуши­вать не только телефонный разговор при снятой трубке, но и разговор в помещении, где они установлены, при положенной трубке. Эти уст­ройства маломощные, т.к. используют питание от линии и не могут потреблять ток более 1 мА.

Принципиальная схема такого устройства представлена на рис. 2.33.

Выпрямительный мост VD1 типа КЦ407 подключается параллель­но телефонной линии независимо от полярности напряжения в линии. Напряжение в линии при положенной трубке имеет значение около 60 В. Это напряжение прикладывается к блоку питания, который выпол­нен на микросхеме DA1, резисторе R1, конденсаторе С1 и транзисто­рах VT1 и VT2. Микросхема DA1 типа КЖ101 представляет собой стабилизатор тока, работающий при напряжениях 1,8-120 В.

«Шпионские штучки»

Рис. 2.33. Радиомикрофон-радиоретранслятор с питанием от телефонной линии

Падение напряжения при протекании стабильного тока через нагрузку во вре­мя заряда конденсатора С1 ограничено аналогом низковольтного ста­билитрона, собранного на транзисторах VT1 и VT2. При положенной трубке устройство работает как радиомикрофон. Описание схемы ра­диомикрофона и его настройка приведены в разделе 2.1. При снятой трубке незначительное изменение тока, протекающего через нагруз­ку — радиомикрофон, вызывает изменение рабочей точки транзистора VT3 и, тем самым, осуществляет частотную модуляцию радиомикро­фона.

Транзисторы VT1 и VT2 можно заменить на КТ315 и КТ361 соот­ветственно. Конденсатор С1 с минимальным током утечки. Настройка источника питания сводится к установке резистором R1 тока, протека­ющего через нагрузку. Ток в точке А не должен превышать 1,5 мА.

2.3. АКУСТИЧЕСКИЕ МИКРОФОНЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Микрофоны, как известно, преобразуют энергию звукового сигна­ла в электрический сигнал. В совокупности со специальными усили­телями и фильтрующими элементами они могут быть использованы в качестве устройств, позволяющих получать необходимую информа­цию. Для этого, например, может быть создана скрытая проводная линия связи, обнаружить которую можно лишь физическим поис­ком, либо проводя контрольные измерения сигналов во всех прово­дах, имеющихся в помещении. Естественно, что методы радиокон­троля, эффективные для поиска радиопередатчиков, в данном слу­чае не имеют смысла.

Кроме перехвата непосредственно звуковых колебаний, некоторые микрофоны, так называемые микрофоны-стетоскопы, могут очень хо­рошо воспринимать разнообразные звуки, распространяющиеся по стро­ительным конструкциям здания. Их используют для прослушивания

Глава 2. Технические средства защиты объектов

помещений сквозь стены, двери, открытые окна и форточки.

Для получения информации, идущей только с одного направления, используются узконаправленные микрофоны. В простейших из них узкая диаграмма направленности формируется за счет использования длинной трубки и микрофона, установленного в ней. Трубка маскиру­ется под трость или зонт. В более сложных конструкциях могут ис­пользоваться несколько трубок различной длины — это так называе­мый микрофон органного типа. Такой микрофон способен улавливать звуки голоса на расстоянии до 1000 метров. Высокую направленность имеют также микрофоны, в которых диаграмма направленности фор­мируется параболическим концетратором звука.

Ниже приведены схемы и описания некоторых конкретных устройств.

Чувствительный микрофон с усилителем на малошумящих транзисторах

Конструирование чувствительных усилителей для прослушивания речи имеет свои особенности. Одна из практических схем микрофон­ного усилителя приведена на рис. 2.34. Это устройство содержит двух­каскадный усилитель низкой частоты на малошумящих транзисторах VT1 и VT2, корректирующий фильтр на транзисторе VT3 и оконеч­ный усилитель, собранный по двухтактной бестрансформаторной схе­ме, на транзисторах VT4-VT6. Акустическое усиление сигнала звуко­вой частоты, приведенным устройством составляет 85 дБ, начальный ток потребления — 1,8 мА, полоса усиливаемых частот — от 0,3 до 3 кГц, максимальный выходной уровень сигнала — 124 д Б.

Сигнал с микрофона Ml типа «Сосна» через конденсатор С 1 посту­пает на базу транзистора VT1. Поскольку чувствительность усилителя звуковой частоты ограничена внутренними шумами транзисторов, то для уменьшения шумов в первых каскадах усилителя использованы малошумящие транзисторы типа КТ3102.

«Шпионские штучки»

Усилительные каскады на транзисторах VT1 и VT2 охвачены глу­бокой отрицательной обратной связью, которая позволяет обеспечить устойчивую работу каскадов и более линейную АЧХ. Нагрузкой вто­рого каскада усилителя является переменный резистор R3, он же яв­ляется и регулятором громкости. Сложный RC-фильтр, состоящий из элементов R3, С5, R6, С6, R7, С7 отсекает «шумовые» ВЧ составляю­щие, принимаемые микрофоном, и оставляет только сигналы в полосе частот до 4 кГц. Этот диапазон обеспечивает наибольшую разборчи­вость речевой информации.

С выхода фильтра сигнал поступает на оконечный усилитель звуко­вой частоты, выполненный на транзисторах VT4, VT5 типа КТ315 и транзисторе VT6 типа КТ361. Нагрузкой усилителя служит головной телефон типа ТМ-2А или ТЭМ. Резисторы в схеме используются типа МЛТ-0,125. Резистор R3 — СП 3-41 или другой небольших габаритов.

Настройка устройства сводится к подбору сопротивлений резисто­ров R1 и R16 для установки напряжения в точках А и В равным поло­вине напряжения питания.

Микрофон для обнаружения слабых акустических сигналов на специализированной микросхеме

В отличие от предыдущего устройства, собранного на дискретных элементах, предлагаемое устройство собрано на широко распростра­ненной микросхеме типа К237УН1 и предназначено для обнаружения слабых акустических сигналов. Принципиальная схема устройства при­ведена на рис. 2.35. В схеме использован электретный микрофон типа МКЭ-333. Сигнал с микрофона Ml поступает на вход микросхемы DA1 типа К237УН1, которая представляет собой усилитель низкой частоты. Усилитель включен по типовой схеме. Транзисторы VT1 типа КТ315 и VT2 типа КТ361 выполняют роль эмиттерных повторителей и служат для усиления сигнала по току. В качестве нагрузки использу­ется телефон типа ТМ-2А.

Читайте также  Высокопроизводительные и экономичные ультраконденсаторы, изготовленные на базе графена и нанотрубок

Микрофон для обнаружения слабых акустических сигналов

  • Радиоволны
    • Радиоприемники
      • Длинные волны
      • Средние волны
      • Короткие волны
      • Ультракороткие волны (FM)
      • Диапазон 27 МГц
    • Радиопередатчики
      • Радиомикрофоны до 0,5 Вт
      • Радиопередатчики 0,5-5 Вт
      • Радиопередатчики более 5 Вт
    • Радиостанции
    • Трансиверы
    • Радиоуправление
    • Радиомаяки
    • Конвертеры
    • Ретрансляторы
    • Усилители сигнала
    • Глушители сигнала
  • ИК-лучи
  • Свет
    • Световые эффекты
    • Световые сигнализаторы
    • Информационные табло
    • Устройства освещения
  • Звук
    • Сирены, сигнализаторы
    • Дверные звонки
    • Имитаторы звуков
  • Аудио
    • Усилители низкой частоты
      • Полупроводниковые
      • Ламповые
      • Автомобильные
      • Предварительные
    • Устройства звукозаписи
    • Аудио микрофоны
    • Прочие НЧ устройства
  • Питание
    • Блоки питания
      • С регулируемым напряжением
      • С фиксированным напряжением
    • Устройства для зарядки и обслуживания
      • Автомобильных аккумуляторов
      • NiCd и NiMH аккумуляторов
      • Мобильных телефонов и устройств
      • Прочих источников питания
    • Для газоразрядных ламп
    • Для электродвигателей
    • Преобразователи напряжения
    • Регуляторы мощности
    • Стабилизаторы напряжения
  • За рулем
    • Зарядные устройства
    • Усилители звука
    • Системы зажигания
    • Бортовые приборы
    • Светотехника
    • Сигнализации и противоугонки
    • Прочее электрооборудование автомобиля
  • Приборы
    • Измерительные
      • Термометры
      • Вольтметры
      • Измерители напряженности поля
    • Генераторы сигналов
    • Металлоискатели
    • Искатели скрытой проводки
  • Датчики
    • Влажности и жидкостей
    • Газообразных веществ
    • Сенсорные
  • Безопасность
  • Главная
  • Схемы устройств Низкой Частоты
  • Аудио микрофоны
  • Микрофон для обнаружения слабых акустических сигналов
  • Главная
  • О сайте
  • Глоссарий
  • Как это работает?
  • Ремонт и диагностика
  • Альтернативные источники энергии
  • Ноутбуки
  • Моноблоки

Микрофон для обнаружения слабых акустических сигналов

Предлагаемое устройство собрано на широко распространенной микросхеме типа К237УН1 и предназначено для обнаружения слабых акустических сигналов. В схеме использован электретный микрофон типа МКЭ-333. Сигнал с микрофона M1 поступает на вход микросхемы DA1 типа К237УН1, которая представляет собой усилитель низкой частоты. Усилитель включен по типовой схеме. Транзисторы VT1 типа КТ315 и VT2 типа КТ361 выполняют роль эмиттерных повторителей и служат для усиления сигнала по току. В качестве нагрузки используется телефон типа ТМ-2А.

Принципиальная схема микрофона для обнаружения слабых акустических сигналов
Настройка усилителя звуковой частоты заключается в получении максимальной мощности сигнала на выходе микросхемы DA1 путем изменения сопротивления резистора R3. Сопротивление резистора R3 подбирают таким, чтобы при номинальном напряжении питания 9 В и отсутствии сигнала звуковой частоты на входе микросхемы DA1 потенциал на выводе 1 микросхемы DA1 находился в пределах 3,75-3,85 В. В случае неустойчивой работы усилителя, его самовозбуждения, необходимо между выходом микрофона М1 и конденсатором С2 включить резистор сопротивлением 2-68 кОм.

Устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 3-9 В, потребляемый при этом ток составляет 2-6 мА. Вместо микрофона возможно подключение многовитковой катушки индуктивности. Она подключается между точками А и В схемы. Микрофон M1 и резистор R1 при этом отключаются. В последнем случае возможна регистрация переменных магнитных полей.

ТЕСТ Активные микрофоны для систем видеонаблюдения

Звуковая информация зачастую бывает необходима наряду с изображением от телекамер систем видеонаблюдения, так как она позволяет точнее восстановить последовательность событий, идентифицировать их участников, а также определить их намерения. Наличие звукового канала нередко позволяет получить информацию о событиях, не попавших в поле зрения камер.

Встроенными микрофонами снабжаются многие типовые телекамеры наблюдения, причем как бескорпусные модульные варианты, так и модели со встроенным или сменным объективом. Однако практически всегда эффективнее использовать микрофоны отдельно от камер. Это обусловлено тем, что оптимальные места установки камеры и микрофона принципиально различны. Камеры наблюдения (за редким исключением) располагаются на значительном расстоянии от объектов наблюдения. В помещениях они чаще всего размещаются в верхней части его объема или даже под потолком. Встроенный микрофон в таких случаях попадает в зону суммирования звуков от всех источников в помещении и их максимальной реверберации, что ведет к плохой разборчивости звуков и не позволяет без специальной и сложной обработки провести селекцию их источников. При этом весьма проблематично использовать направленные системы из-за их больших размеров и высокой стоимости. Типовые телекамеры наблюдения никогда не комплектуются подобными устройствами. Существенно улучшить разборчивость и селекцию звучащих объектов позволило бы применение стереофонического микрофона, но отсутствие готовых стереофонических аудиоканалов и двух-канальных систем записи звука в видеорегистраторах делает этот метод малоприменимым

Из вышесказанного следует, что удовлетворительное качество звукового сигнала проще получить, разместив микрофон на максимально близком расстоянии от места расположения объекта наблюдения. Это обусловило широкое распространение активных микрофонов, устанавливаемых отдельно от систем видеонаблюдения. Активный микрофон предполагает по меньшей мере наличие в нем предусилителя в случае длинной линии связи и для минимизации потерь, искажений и помех.

Чтобы выяснить, какими достоинствами и недостатками обладают такие микрофоны, предлагаемые сегодня на отечественном рынке, были проведены испытания. Для испытаний были выбраны несколько моделей активных микрофонов российских производителей, популярных на рынке безопасности. Задача этих испытаний — сравнить основные характеристики представленных изделий, чтобы выявить их плюсы и минусы и определить оптимальные сферы применения.
Для сравнения в качестве базовой модели был выбран активный аудиоканал широко распространенной бескорпусной модульной телекамеры SK-1004A производства южнокорейской компании SUNKWANG (концерн HU-VIRON)

Определяемые характеристики

1. Полоса пропускания по уровню — 6 дБ
2. Неравномерность АЧХ в рабочей полосе частот.
3. Относительная чувствительность (в сравнении с аудиоканалом SK-1004A)
4. Отношение сигнал/шум
5. Диапазон регулировки усиления (при наличии)
6. Глубина АРУ (при наличии)
7. Максимальный неискаженный выходной сигнал на номинальную нагрузку.
8. Выходной импеданс (сопротивление)
9. Потребляемый ток при номинальном напряжении питания 12 В

Используемое оборудование

1. Звуковой генератор Г3-36А.
2. Милливольтметр В3-38
3. Милливольтметр среднеквадратичный В3-55А.
4. Электронный осциллограф С1-94
5. Мультиметр MASTECH MY-60T.
6. Громкоговоритель KEF Q35
7. Усилитель низкой частоты KENWOOD KA-7090.
8. Тюнер KENWOOD KT-2040
9. Наушники Sennheiser HD-55
10. Колонки активные Genius SP-P110
11. Блок питания стабилизированный БП-1А.

Методика испытаний

Измерения проводились при стандартных лабораторных условиях, в помещении площадью 18 м2, предназначенном для прослушивания музыкальных записей. Помещение снабжено звукопоглащающими панелями, натяжным потолком и ковровым покрытием на полу.

1. Амплитудно-частотная характеристика определялась путем измерения выходного сигнала микрофона при изменении частоты звукового сигнала, излучаемого громкоговорителем, который располагался на одной оси с микрофоном — на расстоянии 1 м от него. Для воспроизведения звукового сигнала использован двухполосный громкоговоритель KEF (100 Вт, 91 дБ, 45-20 000 Гц) с коаксиальным расположением излучателей по технологии Uni-Q, подключенный к одному из каналов усилителя KENWOOD (130 Вт, 20-20 000 Гц ±1,0 дБ). Напряжение на громкоговорителе при перестройке частоты генератора Г3-36А контролировалось милливольтметром В3-38. Начальный выходной сигнал микрофона на частоте 1 кГц устанавливался на уровне -10 дБ относительно максимального уровня. Измерение выходного сигнала тестируемого микрофона производилось милливольтметром среднеквадратичных значений В3-55А. По результатам измерений оценивалась ширина и неравномерность АЧХ. Поскольку испытания проводились не в специальной измерительной заглушенной камере, то их результаты носят оценочный характер. Вместе с тем, для речевых микрофонов, главным критерием которых является разборчивость речи, эта методика, на наш взгляд, является допустимой.

2. Относительная чувствительность оценивалась как различие выходного сигнала микрофонов в сравнении с сигналом в 50 мВ на частоте 1 кГц аудио-канала SK-1004, эквивалентного громкости нормального разговора на расстоянии 2-3 м от микрофона.

3. Отношение сигнал/шум определялось для максимального неискаженного значения выходного сигнала и нормированного сигнала (см. п. 2) Среднеквадратичное напряжение шума определялось при размещении микрофонов в виброизолированный и звукозащитный бокс. Характер шума контролировался осциллографом С1-94 и на слух (с помощью наушников HD-55, подключенных через усилители активных колонок SP-P110 в режиме «моно»). Для некоторых моделей потребовалась дополнительная экранировка микрофона, чтобы устранить помехи от промышленной сети.

4. Диапазон регулировки усиления определялся относительно максимального неискаженного значения выходного сигнала.

5. Глубина автоматической регулировки усиления (АРУ) определялась как диапазон изменения интенсивности звука на частоте 1 кГц при изменении выходного сигнала не более 6 дБ.

6. Максимальный выходной сигнал на номинальную нагрузку определялся путем увеличения интенсивности звука до возникновения ограничения выходного сигнала, отображаемого на экране осциллографа. Номинальная нагрузка была выбрана 47 кОм как типичное значение для звуковых входов аппаратуры видеосистем.

7. Выходной импеданс (сопротивление) определялся на частоте 1 кГц. В рабочем диапазоне частот микрофонов и применяемой в них схемотехники можно считать выходной импеданс активным сопротивлением без реактивной составляющей Выходное сопротивление определялось по уменьшению выходного сигнала при снижении нагрузки до 1 кОм, а при недостаточном уменьшении — до 100 Ом.

8. Энергопотребление определялось измерением потребляемого тока мультиметром MY-60T. Работоспособность микрофонов не проверялась в диапазоне питающих напряжений, превышающих + 10%, ввиду незначительной важности этого параметра для систем видеонаблюдения с типовым питанием 12 В.

9. Разборчивость и общее качество звука оценивалось в ходе прослушивания дикторского текста из передач радио ФМ (радиостанции «Маяк», «Радио России», «Культура»). Для контроля использовался испытательный комплект, упомянутый выше, с тюнером KT-2040.

Не проверялись ввиду неопределенности параметров такие характеристики, заявленные некоторыми производителями, как акустическая дальность и длина соединительной линии Акустическая дальность, даже при заданном отношении сигнал/шум и акустической мощности (интенсивности) источника звука сильно зависит от расположения микрофона, окружающей акустической обстановки, наличия посторонних шумов и т.д. Например, в помещении со сложной архитектурой благодаря переотражению и сложению звуковых волн можно осуществить прослушивание на значительном расстоянии, но одновременно в таком помещении могут иметься мертвые зоны в непосредственной близости от источника звука. На открытом пространстве при спокойной атмосфере отчетливо прослушивается разговор с высоты 200 м и более, но на приземной трассе в результате поглощения ландшафтом звука сделать это иногда затруднительно даже в нескольких метрах от его источника.
Длина соединительной линии на всем ее протяжении не может быть гарантирована без определения типа этой линии, а также интенсивности и характера электромагнитных помех. Некоторую информацию о способности работы микрофона на длинной линии связи дает выходное сопротивление. Во всяком случае, при выходном сопротивлении 100 Ом и менее, а также в случае квазисогласованной нагрузке (низкоомный вход) можно надеятся на минимум помех и максимальную полосу частот при передаче. При особо сложной электромагнитной обстановке целесообразно переходить на симметричные методы передачи (типовое оборудование для передачи по «витой паре») Для микрофонов серии «Шорох» производитель дает значения коэффициента нелинейных искажений в диапазоне 0,3-0,5%. По всей видимости, в этом случае приведены данные на усилительные тракты устройств. Микрофоны, как малосигнальные устройства, весьма редко нормируются по этому параметру. В особенности сомнительна целесообразность этого для речевых микрофонов. Названный параметр не проверялся, поскольку остальные звенья измерительного тракта, и особенно громкоговорители, имеют эти искажения как минимум одного порядка с упомянутыми выше.
При измерениях в микрофонах с регулировками были установлены максимальные значения параметров (усиление и глубина АРУ)

Читайте также  Двухканальный usb осциллограф

Аудиоканал бескорпусной модульной телекамеры SK-1004A

Производитель: SUNKWANG (концерн HUVIRON), Ю. Корея

Технические характеристики

Частотный диапазон по уровню -6 дБ, кГц

Тема 3. Средства акустической разведки

Средства акустической разведки в своей основе используют микрофоны различных типов и назначения.

Акустические микрофоны преобразуют энергию звукового сигнала в электрический сигнал. В совокупности со специальными усилителями и фильтрующими элементами они могут быть использованы в качестве устройств, позволяющих получать необходимую информацию.

К основным характеристикам микрофонов относятся: чувствительность, частотная характеристика, характеристика направленности и уровень собственного шума [1-3].

Чувствительность определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению на его входе при номинальной нагрузке:

Чувствительность микрофона определяется частотой акустического сигнала, так как от частоты зависит внутреннее сопротивление.

Чувствительность, выраженная в децибелах относительно величины 1 , называется уровнем чувствительности.

Зависимость уровня чувствительности от частоты называется частотной характеристикой чувствительности.

Характеристика направленности представляет собой зависимость чувствительности микрофона от угла между рабочей осью микрофона (направление, по которому микрофон имеет наибольшую чувствительность) и направлением на источник звука.

Большинство микрофонов имеет осевую симметрию. По характеристике направленности микрофоны, используемые для ведения акустической разведки, делятся на направленные (односторонне направленные) и остронаправленные(узконаправленные).

Для получения информации, идущей только с одного направления, используются узконаправленные микрофоны. В простейших из них узкая диаграмма направленности формируется за счет использования длинной трубки и микрофона, установленного в ней. Трубка маскируется под трость или зонт. В более сложных конструкциях могут использоваться несколько трубок различной длины — это так называемый микрофон органного типа. Такой микрофон способен улавливать звуки голоса на расстоянии до 1000 метров. Высокую направленность имеют также микрофоны, в которых диаграмма направленности формируется параболическим концетратором звука.

Рассмотрим некоторые направленные микрофоны.

Основной пользовательской характеристикой направленных микрофонов является дальность их действия в конкретных условиях.

Параболический микрофон ЕРМ использует принцип отражения звуковых волн, параллельных параболической оси. Все параболы склонны принимать некоторые частоты более эффективно, чем другие, что обусловлено их размером и материалом, из которого они выполнены. Эти частоты известны как резонансные. Микрофон имеет акустическое зеркало диаметром 47.6 см и динамический капсюль, характеризуется диапазоном воспринимаемых частот 150-20000 Гц и дальностью около 1км (при уровне фона не более 20dB).

Направленный микрофон «ВЕКТОР» имеет максимальную дальность контроля информации при соотношении сигнал/помеха не менее единицы – 30 м. Выходной сигнал – линейный выход, головные телефоны.

Отличительные особенности микрофона:

— имеет электронный усилитель речевого сигнала с малым уровнем собственных шумов (усиление не менее 80 дБ)

— обеспечивает возможность работы со штатива и с руки.

Узконаправленный ветрозащищённый микрофон«ОВМ-01» имеет высокую чувствительность и малый уровень приведённых собственных шумов при эффективной ветрозащите без воздушных отверстий. «ОВМ-01» обладает самой узкой диаграммой направленности из всех существующих микрофонов этого класса и может применяться для записи репортажей в условиях шумной улицы (60-70 дБА) на расстояниях до 10 м, а при уровне помех 40-20 дБА – на расстояниях 30-100м.

Направленный микрофон «КЕЙС» предназначен для контроля акустической информации на удалении от объекта с одновременной записью на диктофон и передачей по радиоканалу с кварцевой стабилизацией частоты. Направленный микрофон выполнен в виде кейса. Акустическая решетка микрофона закамуфлирована в его верхней крышке. Камуфляж выполнен таким образом, что кейс не имеет внешних отличительных признаков наличия встроенного направленного микрофона как снаружи, так и изнутри кейса.Получаемую акустическую информацию можно одновременно записывать и передавать по радиоканалу.

В комплект поставки входит – блок радиоканала, который представляет собой чувствительный малошумящий усилитель низкой частоты с непосредственным выходом на головной телефон для непосредственного контроля. Этот же усилитель является модулятором для кварцованного передатчика, необходимого для одновременной передачи информации по радиоканалу. Для записи информации кейс комплектуется диктофоном «Sony 727» или магнитофоном «ТР-6».

Продолжительность непрерывной записи на одну сторону микрокассеты «С-60» составляет 30 минут.

Микрофоны всех типов имеют диапазон чувствительности от 6 до 10 мВ/Па и в состоянии регистрировать голос человека нормальной громкости на расстоянии 10-15 метров, а некоторые образцы – до 20 м, в частотном диапазоне 100 Гц – 7 кГц.

Для обеспечения скрытности микрофонов последние выпускаются в сверхминиатюрном исполнении (диаметр менее 2,5 мм) и камуфлируются под различные предметы.

Для повышения качества перехваченных разговоров микрофоны устанавливаются возможно ближе к местам проводимых разговоров. Для улучшения чувствительности некоторые микрофоны подключаются к предусилителям.

В качестве регистрирующей аппаратуры используются магнитофоны и диктофоны с длительным временем записи (до 16 часов). Для улучшения качества записи и скрытности всё чаще используются цифровые магнитофоны.

Рассмотрим схемы и принципы работы некоторых микрофонов.

На рисунке 3.1 приведена электрическая схемамикрофона с усилителем на малошумящих транзисторах.

Рис. 3.1 – Микрофон на малошумящих транзисторах.

Это устройство содержит двухкаскадный усилитель низкой частоты на малошумящих транзисторах VT1 и VT2, корректирующий фильтр на транзисторе VT3 и оконечный усилитель, собранный по двухтактной безтрансформаторной схеме, на транзисторах VT4-VT6. Акустическое усиление сигнала звуковой частоты, приведенным устройством составляет 85 дБ, начальный ток потребления — 1,8 мА, полоса усиливаемых частот — от 0,3 до 3 кГц, максимальный выходной уровень сигнала — 124 дБ.

Сигнал с микрофона М1 типа «Сосна» через конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT1. Поскольку чувствительность усилителя звуковой частоты ограничена внутренними шумами транзисторов, то для уменьшения шумов в первых каскадах усилителя использованы малошумящие транзисторы типа КТ3102.

Усилительные каскады на транзисторах VT1 и VT2 охвачены глубокой отрицательной обратной связью, которая позволяет обеспечить устойчивую работу каскадов и более линейную амплитудно-частотную характеристику(АЧХ). Нагрузкой второго каскада усилителя является резистор R3 с переменным сопротивлением, он же является и регулятором громкости. Сложный RС-фильтр, состоящий из элементов R3, С5, R6, С6, R7, С7 отсекает «шумовые» ВЧ составляющие, принимаемые микрофоном, и оставляет только сигналы в полосе частот до 4 кГц. Этот диапазон обеспечивает наибольшую разборчивость речевой информации.

С выхода фильтра сигнал поступает на оконечный усилитель звуковой частоты, выполненный на транзисторах VT4, VT5 типа КТ315 и транзисторе VT6 типа КТ-61. Нагрузкой усилителя служит головной телефон типа ТМ-2А или ТЭМ. Резисторы в схеме используются типа МЛТ-0,125. Резистор R3- СП—41 или другой небольших габаритов.

Настройка устройства сводится к подбору сопротивлений резисторов R1 и R16 для установки напряжения в точках А и В равным половине напряжения питания.

Микрофон для обнаружения слабых акустических сигналов на специализированной микросхеме.

В отличие от предыдущего устройства, собранного на дискретных элементах, предлагаемое устройство собрано на широко распространенной микросхеме типа К237УН1 и предназначено для обнаружения слабых акустических сигналов. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2 – Микрофон на специализированной микросхеме.

В схеме использован электретный микрофон типа МКЭ-333. Сигнал с микрофона М1 поступает на вход микросхемы DA1 типа К237УН1, которая представляет собой усилитель низкой частоты. Усилитель включен по типовой схеме. Транзисторы VT1 типа КТ315 и VT2 типа КТ361 выполняют роль эмиттерных повторителей и служат для усиления сигнала по току. В качестве нагрузки используется телефон типа ТМ-2А.

Настройка усилителя звуковой частоты заключается в получении максимальной мощности сигнала на выходе микросхемы DA1 путем изменения сопротивления резистора R3. Сопротивление резистора R3 подбирают таким, чтобы при номинальном напряжении питания 9 В и отсутствии сигнала звуковой частоты на входе микросхемы DA1 потенциал на выводе 1 микросхемы DA1 находился в пределах 3,75-3,85 В.

Устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 3-9 В, потребляемый при этом ток составляет 2-6 мА.

Основная литература 1[48:55], 3[53:62].

Дополнительная литература 5[57:62].

1. Что представляет собой характеристика направленности микрофона?

2. Приведите примеры направленных микрофонов и какие из них имеют высокую направленность?

3. Приведите электрическую схемумикрофона с усилителем на малошумящих транзисторах и из каких частей она состоит?

4. Приведите схемумикрофона на специализированной микросхеме

и объясните принцип работы.

5. Для чего используется в схеме микрофона на малошумящих транзисторах сложный RС-фильтр?