Направленные микрофоны

1.

Направленные микрофоны

2.

Степень громкости обычного разговора в 60 дБ в точке приема,
удаленной от источника на 100 м, вследствие естественного уменьшения
звуковой энергии составит не более 20 дБ. Такое давление существенно
меньше не только уровня реальных внешних акустических помех, но и
пороговой акустической чувствительности обычных микрофонов.
Таким образом, для контроля звука на значительном расстоянии от
источника в отличие от обычных, направленные микрофоны должны иметь:
- высокую пороговую акустическую чувствительность как гарантию того, что
ослабленный звуковой сигнал превысит уровень собственных (в основном
тепловых) шумов;
- высокую направленность действия как гарантию того, что ослабленный
звуковой сигнал превысит уровень остаточных внешних помех.
Чаще всего в направленных микрофонах применяются микрофоны
электретного типа, так как они имеют наилучшие электроакустические
характеристики:
- широкий частотный диапазон;
- малую неравномерность амплитудно-частотной характеристики;
- низкий уровень искажений, вызванных нелинейными и
переходными процессами.
Под высокой направленностью действия понимается способность
подавлять внешние акустические помехи с направлений, не совпадающих с
направлением на источник звука.

3.

Классификация узконаправленных микрофонов
Рассмотрим подробнее следующие виды направленных микрофонов:
- параболические;
- плоские акустические фазированные решетки;
- трубчатые, или микрофоны "бегущей" волны;
- градиентные.

4.

Для сравнительной оценки качества вышеперечисленных направленных
микрофонов используют технические характеристики, основными из которых
являются характеристика направленности и индекс направленности.
Характеристика, или диаграмма, направленности — это чувствительность
микрофона в зависимости от угла q между рабочей осью микрофона и
направлением на источник звука. Ее определяют или на ряде частот, или в
пределах полосы частот. Обычно используют нормированную характеристику
направленности R(Q), то есть зависимость отношения чувствительности Eq
измеренной под углом q, к осевой (максимальной) чувствительности Eoc .
R(q) = Eq / Eoc
ВСЕНАПРАВЛЕННАЯ ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ

5.

КАРДИОИДНАЯ ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ
СУПЕРКАРДИОИДНАЯ ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ

6.

Параболический микрофон
Параболический микрофон представляет
собой отражатель звука параболической
формы, в фокусе которого расположен
обычный
(ненаправленный)
микрофон.
Отражатель
изготавливается
как
из
оптически непрозрачного, так и прозрачного
(например,
акриловая
пластмасса)
материала.
Величина внешнего диаметра параболического
зеркала может быть от 200 до 500 мм. Звуковые волны с
осевого направления, отражаясь от параболического
зеркала, суммируются в фазе в фокальной точке А.
Возникает усиление звукового поля.
Чем больше диаметр зеркала, тем большее
усиление может обеспечить устройство. Если направление
прихода звука не осевое, то сложение отраженных от
различных частей параболического зеркала звуковых волн,
приходящих в точку А, даст меньший результат, поскольку
не все слагаемые будут в фазе.
Ослабление тем сильнее, чем больше угол прихода звука по отношению к оси.
Создается, таким образом, угловая избирательность по приему.
Параболический
микрофон
является
типичным
примером
высокочувствительного, но слабонаправленного микрофона.

7.

Качество направленных микрофонов оценивается
коэффициентом выигрыша в отношении «сигналпомеха» за счет пространственной селекции Км, дБ. От
значения этого коэффициента прямо зависит дальность
перехвата.
Для
параболического
микрофона
данный
коэффициент Кпм, дБ, рассчитывается по формуле:
-4
2
Кпм ≈ 10lg(1,2×10 × Sотр × f ),
2
где: Sотр – площадь отражателя микрофона, м ;
f – частота сигнала, Гц.
Параболические микрофоны чаще всего
устанавливаются на балконах домов и маскируются
под антенны спутникового телевидения.

8.

Плоские фазированные решетки
Плоские фазированные решетки
реализуют
идею
одновременного
приема звукового поля в дискретных
точках
некоторой
плоскости,
перпендикулярной к направлению на
источник звука.
В этих точках (А1, А2, А3...) размещаются либо микрофоны, выходные
сигналы которых суммируются электрически, либо, и чаще всего, открытые торцы
звуководов, например трубки достаточно малого диаметра, которые обеспечивают
синфазное сложение звуков от источника в некотором акустическом сумматоре.
К выходу сумматора подсоединен микрофон. Если звук приходит с осевого
направления, то все сигналы, распространяющиеся по звуководам, будут в фазе, и
сложение в акустическом сумматоре даст максимальный результат. Если
направление на источник звука не осевое, а под некоторым углом к оси, то сигналы от
разных точек приемной плоскости будут разными по фазе и результат их сложения
будет меньшим. Чем больше угол прихода звука, тем сильнее его ослабление.
Конструктивно плоские фазированные решетки встраиваются либо в переднюю
стенку атташе-кейса с последующим камуфляжем, либо в майку-жилет. Необходимые
электронные блоки (усилитель, элементы питания, магнитофон) располагаются
соответственно либо в кейсе, либо под одеждой. Таким образом, плоские
фазированные решетки с камуфляжем визуально более конспиративны по сравнению
с параболическим микрофоном.

9.

Коэффициент выигрыша в отношении «сигналпомеха» за счет пространственной селекции для
микрофонных решеток Кплм, дБ, рассчитывается по
формуле:
-4
2
Кплм ≈ 10lg (1,2 × 10 × Sа × f ),
2
где Sа – площадь приемной апертуры микрофона, м .
f – частота сигнала, Гц.
Максимальная дальность действия направленных
микрофонов при Sа = 0,25 м2 в условиях города не
превышает 30–60 м, за городом при низком уровне
фоновых шумов дальность разведки может составлять
до 100 м и более.

10.

32-х элементная микрофонная решетка МСБ - 102
Диаграмма направленности
32-х элементная микрофонная решетка
предназначена для записи речевых сигналов при
высоком уровне акустического шума.
Разборчивость принимаемых речевых сигналов
по сравнению с всенаправленными микрофонами
и микрофонами с направленностью типа кардиоида, может быть повышена на 30 – 50 %.
​ Акустическая дальность действия в условиях
изотропной помехи (помещение с реверберацией)
– в 3-4 раза дальше, чем у всенаправленных
микрофонов.
Акустическая дальность действия в условиях
точечной помехи (свободное пространство –
улица, помещение со слабой реверберацией)
определяется диаграммой направленности и
может быть повышено до 10 раз.

11.

Направленный микрофон органного типа
Резонансный микрофон основан на использовании явления
резонанса в металлических трубках разной длины. Звуковые волны,
приходящие к приемнику по осевому направлению, приходят к микрофону в
одинаковой фазе, а с боковых направлений (по причине отличной скорости
распространения звуковых волн в металле, а также разной длины трубок) оказываются сдвинутыми по фазе.
Длина трубки определяет резонансную частоту звукового сигнала.
Формула для расчета длины трубок имеет вид:
L= 330/2F,
где L - длина трубки в метрах,
F - резонансная частота в герцах.
Характеристики трубок направленного микрофона

12.

Трубчатые микрофоны
Трубчатые
микрофоны,
или
микрофоны "бегущей" волны, в
отличие
от
параболических
микрофонов
и
плоских
акустических решеток, принимают
звук не на плоскости, а вдоль
некоторой линии, совпадающей с
направлением на источник звука.
Основой микрофона является звуковод в виде жесткой полой трубки
диаметром 10-30 мм со специальными щелевыми отверстиями,
размещенными рядами по всей длине звуковода, с круговой геометрией
расположения для каждого из рядов, на заднем торце которой расположен
ненаправленный или однонаправленный микрофонный капсюль.
Очевидно, что при приеме звука с осевого направления будет
происходить сложение в фазе сигналов, проникающих в звуковод через все
щелевые отверстия, поскольку скорости осевого распространения звука вне
трубки и внутри нее одинаковы. Когда же звук приходит под некоторым углом
к оси микрофона, то это ведет к фазовому рассогласованию, так как скорость
звука в трубке будет больше осевой составляющей скорости звука вне ее,
вследствие чего снижается чувствительность приема. Обычно длина
трубчатого микрофона от 15-230 мм до 1 м. Чем больше его длина, тем
сильнее подавляются помехи с боковых и тыльного направлений.

13.

Микрофоны
«бегущей
волны»
(интерференционные)
легко
камуфлируются под бытовые предметы (зонты, трости) и используются в
основном в случаях, когда необходимо обеспечить скрытность прослушивания
разговоров.
С использованием таких микрофонов разведку можно вести как из
автомобиля, так и из окна расположенного напротив здания, и даже «пешим»
порядком. Для трубчатого микрофона коэффициент выигрыша в отношении
«сигнал-помеха» за счет пространственной селекции Ктм, дБ, рассчитывается
по формуле:
-3
Ктм >> 10lg(6,1 × 10 × l × f),
где: l – длина трубки, м.
f – частота сигнала, Гц.
Чем больше длина трубки, тем больше значение коэффициента Ктм.
Следовательно, дальность перехвата разговоров во многом зависит от размеров
акустической антенны.

14.

Активный направленный микрофон МСБ - 101
Диапазон рабочих частот:
Чувствительность (1 кГц):
200 – 6000 Гц
340 мВ/Па ± 3дБ
Амплитудно-частотная характеристика

15.

Характеристики трубчатых микрофонов
Характеристика
Тип микрофона
YKN
AT-89
UEM-88
500–10 000
60–12 000
200–15 000
Максимальный коэффициент
усиления, дБ
66
93
50
Чувствительность, мВ/Па
20
70
-
310x30
355x70
229x25x13
130
473
65
Напряжение питания, В
3
9
1xААА
Время работы от аккумулятора, ч
30
4−6
100
Дальность перехвата разговоров, м
100
100
-
Частотный диапазон, Гц
Размеры, мм
Масса, г

16.

Градиентные микрофоны
В отличие от фазированных
приемных акустических решеток,
использующих операцию
сложения акустических сигналов,
градиентные микрофоны
основаны на операции вычитания
по направлению прихода сигнала.
Это ставит их априори в невыгодное положение по пороговой
чувствительности, поскольку каждое вычитание ослабляет сигнал, но
статистически суммирует внутренние помехи. В то же время сама по себе
операция вычитания позволяет конструировать направленные системы малых
размеров. Простейшим градиентным направленным микрофоном является
микрофон, реализующий градиент первого порядка.
Он представляет собой два достаточно миниатюрных
и
близкорасположенных высокочувствительных микрофона М1 и М2, выходные
сигналы которых электрически (или акустически) вычитаются друг из друга,
реализуя в конечных разностях первую производную звукового поля по оси
микрофона и формируя диаграмму вида cos Q, где Q - угол прихода звука. Тем
самым обеспечивается относительное ослабление акустических полей с
боковых направлений (О - 90°). Градиентными микрофонами высоких порядков
называют системы, реализующие пространственные производные 2-го, З-го и
более старших порядков.

17.

Дальность действия направленного микрофона R можно
определить по следующей формуле:
0,05 (Км – К) – 0,005
R = R0 x 10
,
где: R0 – дальность слышимости звука органом слуха, м;
R – дальность действия направленного микрофона с тем же
качеством контроля, м;
К – коэффициент выигрыша в отношении «сигнал-помеха» органа
слуха человека.
При акустическом контроле разговоров в городе, на улице,
когда дальность слышимости звука органом слуха R0 = 2–4 м, то
направленные микрофоны позволят регистрировать разговор на
расстояниях 15–30 м.
В загородных условиях, с меньшим уровнем помех, когда
величина R0 может достигать 10 м и больше, дальность контроля с
использованием технических средств может составить более 50–100
м.
Таким образом, необходимостью защиты информации в
случае возможного применения направленных микрофонов нельзя
пренебрегать, но необходимо реально учитывать их технические
возможности, как при съеме информации, так и при разработке мер
защиты.

18.

Направленный микрофон с защитой от ветра - KMR 358
ТТХ:
Тип микрофона: электретный
конденсатор
Чувствительность: - 45дБ
Рабочий диапазон: 100 Гц … 16 кГц
Отношение сигнал/шум: 90 дБ
Аналоговый выход:
симметричный (+ 10 дБ на выходе) +
односторонний (+ 4 дБ на выходе)
Электропитание: 12Vdc
Диапазон прослушивания: до 50
метров
Этот ветрозащитный направленный микрофон укомплектован
усилителем для прослушивания разговоров на расстоянии абсолютно
незаметным способом. Среди линейных направленных микрофонов KMR 358
является одним из наиболее надежных, поскольку он оснащен ветрозащитной
защитой и устройством, которое минимизирует негативные воздействия из-за
возможных механических вибраций.
Портативный усилитель имеет выход для подключения к
дополнительному аудио-рекордеру.

19.

Суперкардиоидный направленный микрофон
Технические характеристики:
Тип преобразователя: конденсатор
Диапазон частот: 40 Гц - 20 кГц (+/- 2,5 дБ)
Динамический диапазон: 122 дБ
Выходное сопротивление: 200 Ом
Фильтр спада: -11 дБ / октава, @ 100 Гц
Интегрированный амортизатор
Размеры: 343 мм х 22,5 мм
Суперкардиоидная
диаграмма
направленности
(в форме сердца)
Блок усиления, связанный с ним,
позволяет регулировать усиление в
диапазоне от 6 до 66 дБ. Благодаря
встроенному высокочастотному фильтру
можно изолировать и подавить фоновые
шумы, которые обычно присутствуют, от
чистых и чистых голосовых частот при
съемке
или
прослушивании
на
расстоянии.

20.

Параболический микрофон EAGLE
ТТХ:
Микрофон: поляризованный конденсатор с
постоянной поляризацией;
Диапазон частот: 20-20 000 Гц.
Соотношение сигнал / шум: 77 дБ, 1 кГц
Динамический диапазон более 120 дБ
Фильтр верхних частот: 80 Гц, 12 дБ / октава
Диаметр параболы: 60 см.
Вес: около 3 кг.
Дальность действия: до 150 - 200 м (в
зависимости от условий).
Параболический микрофон - это микрофон, состоящий из параболической
антенны, всенаправленного микрофона и предусилителя. Кроме того, для записи
перехваченных разговоров можно подключить диктофон.
Звуковые волны улавливаются ориентированным параболическим микрофоном.
Таким образом, принятые звуковые сигналы усиливаются относительно результата,
который был бы получен с помощью обычного микрофона. Этот элемент не только
усиливает звук, но и «выбирает» сигналы, устраняя нежелательные шумы, идущие
со всех сторон. Параболический рефлектор, таким образом, изолирует звук,
переносимый
волнами,
перпендикулярными
директрисе,
получая
высокопрофессиональные результаты.

21.

Направленный микрофон PKI 2905
Известно, что человеческий мозг способен
обрабатывать слышимую смесь звуков и
извлекать нужный даже в том случае, когда
фоновый шум превышает полезный сигнал в
2–3 раза. Это явление известно как «эффект
коктейльной
вечеринки».
Специальные
микрофоны
направленного
действия
позволяют выделить полезный сигнал из
шумовой смеси, но из-за своей конструкции
они не самые незаметные.
Направленный микрофон PKI 2905 - плоский, незаметно
спрятанный под обычной одеждой и оснащенный 24 микрофонами,
позволяет
услышать
все,
что
происходит
за
вашей
спиной. Подавление паразитных и случайных шумов обеспечивают
очень высокое качество звука перехваченного разговора. Можно
прослушивать в реальном времени перехваченную информацию
(через наушники, Bluetooth или через индукционные вкладыши) или
записать ее на цифровой диктофон. Идеально подходит для
использования в ресторанах, барах, по случаю приемов или в
подобных условиях.