ХОРЕВ Анатолий Анатольевич, профессор, доктор технических наук
СРЕДСТВА АКУСТИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ:
НАПРАВЛЕННЫЕ МИКРОФОНЫ И ЛАЗЕРНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫНаправленные микрофоны
В случае если в выделенном помещении открыта (приоткрыта) форточка или фрамуга, для прослушивания ведущихся в нем разговоров могут использоваться направленные микрофоны. Разведка может вестись из соседних зданий или автомашин, находящихся на автостоянках, прилегающих к зданию.
В основном используются три вида направленных микрофонов: параболические (рефлекторные), трубчатые (интерференционные) и плоские микрофонные решетки.
Параболический микрофон (рис. 1) [1] имеет параболический отражатель, в фокусе которого размещается микрофонный капсюль с ненаправленной или однонаправленной характеристикой направленности (ХН). Такие микрофоны иногда называют рефлекторными.
Рис. 1. Схема параболического направленного микрофонаЗвуковые волны, пришедшие с осевого направления параболы, отражаются от отражателя и благодаря свойствам параболы после отражения концентрируются в фазе в ее фокусе, где расположен микрофонный капсюль. Звуковые волны, приходящие под углом к оси параболы, рассеиваются рефлектором, не попадая на микрофон. В рефлекторной системе ХН сильно зависит от частоты и изменяется от практически ненаправленной на низких частотах (при диаметре рефлектора меньше длины звуковой волны) до узкого лепестка на высоких частотах. Частотная характеристика чувствительности таких микрофонов имеет подъем в сторону высоких частот с крутизной порядка 6 дБ на октаву, который обычно компенсируется или электронным методом (например, эквалайзером), или специальной конструкцией капсюля [1, 2].
Внешний вид некоторых параболических микрофонов представлен на фото 1 – 3, а основные характеристики – в табл. 1 − 3 [5 - 7, 9, 15, 17].
Наиболее простым по конструкции является направленный микрофон «Супер Ухо – 100» (фото 1) [5].
Параболический отражатель выполнен из пластика. В фокусе отражателя помещен электретный микрофон, подключенный к входу малошумящего усилителя низкой частоты. Встроенный 8-кратный бинокль позволяет точно навести микрофон на цель.
Микрофон имеет размеры 290´150´90 мм и массу 1,2 кг. Питание микрофона осуществляется от батарейки типа «крона». Время работы от внутренней батарейки – до 60 ч.
Фото 1. Направленный микрофон «Супер Ухо – 100»
Фото 2. Внешний вид параболических направленных микрофонов
Фото 3 Внешний вид параболических направленных микрофоновТаблица 1. Основные характеристики направленных параболических микрофонов PKI 2915 и PKI 2920
Характеристика Тип микрофона PKI 2915 PKI 2920 Диаметр отражателя, м 0,60 0,85 Масса, кг 0,38 0,40 Дальность перехвата разговоров, м 100 150 Питание встроенный аккумулятор 9 В
Таблица 2. Основные характеристики параболических микрофонов Super Sound Zoom и PR-1000
Характеристика Тип микрофона Super Sound Zoom PR-1000 Размеры, мм 290х150х90 500х500х400 Диапазон частот, кГц 0,5 − 14 0,2 − 14 Чувствительность, мВ/Па 4 20 Масса, кг 1,2 1,5 Таблица 3. Основные характеристики параболических микрофонов Spectra G50 и Big Ears BE3K
Характеристика Тип микрофона Spectra G50 Big Ears BE3K Размеры, мм 500x500x400 750x750x400 Диапазон частот, кГц 0,1 – 15 0,1 − 15 Чувствительность, мВ/Па 31 50 Масса, кг 2 2,5 Прослушивание перехватываемых разговоров осуществляется с использованием наушников. Микрофон имеет встроенный диктофон, позволяющий осуществлять запись перехваченных разговоров.
Диаграмма направленности микрофона – 10°, коэффициент усиления – 70 дБ, что обеспечивает перехват разговоров на открытой местности при низком уровне шума до 100 м. Частотный диапазон микрофона от 100 до 14 000 Гц.
Качество направленного микрофона оценивается коэффициентом выигрыша в отношении «сигнал-помеха» за счет пространственной селекции Кнм, дБ.
Для параболического микрофона данный коэффициент Кпм, дБ, рассчитывается по формуле:
Кпм ≈ 10lg(1,2×10-4×Sотр×f2), (1)
где Sотр - площадь отражателя микрофона, м2; f - частота сигнала, Гц.
Как видно из формулы (1), чем больше площадь отражателя, тем больше значение коэффициента Кпм.
Следовательно, дальность перехвата разговоров во многом зависит от диаметра отражателя. Например, для одних и тех же условий при диаметре отражателя 60 см (микрофон PKI 2915) дальность перехвата разговора составляет 100 м, а при диаметре 85 см (микрофон PKI 2920) – 150 м. Параболические микрофоны чаще всего маскируются под антенны спутникового телевидения и устанавливаются на балконах домов.
Микрофоны «бегущей волны» (интерференционные), часто называемые трубчатыми микрофонами, состоят из трубки с отверстиями или прорезями, на заднем торце которой расположен ненаправленный или однонаправленный микрофонный капсюль (рис. 2) [1].
Рис. 2. Схема трубчатого (интерференционного) микрофонаОтверстия (прорези) в трубке закрыты тканью или пористым материалом, акустическое сопротивление которого возрастает по мере приближения к капсюлю. Обострение ХН достигается из-за интерференции парциальных звуковых волн, проходящих через отверстия трубки. При движении фронта звука параллельно оси трубки все парциальные волны приходят к подвижному элементу одновременно, в фазе. При распространении звука под углом к оси эти волны доходят до капсюля с различной задержкой, определяемой расстоянием от соответствующего отверстия до капсюля, при этом происходит частичная или полная компенсация давления, действующего на подвижный элемент. Заметное обострение ХН в таких микрофонах начинается с частоты, где длина трубки больше половины длины звуковой волны. С увеличением частоты ХН еще больше обостряется. Поэтому даже при значительной длине таких микрофонов, которая может достигать метра и даже более, ХН на частотах ниже 150 - 200 Гц определяется только капсюлем и обычно близка к кардиоиде или суперкардиоиде.
Трубчатые направленные микрофоны по сравнению с параболическими более компактные 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.
Внешний вид некоторых трубчатых микрофонов представлен на фото 4 – 7, а основные характеристики – в табл. 4, 5 [6, 9, 16, 17].
К типовым трубчатым микрофонам относится направленный микрофон PKI 2925 (фото 4) [6]. Общая длина микрофона с трубкой 35 см составляет 85 см, масса – 525 г. Питание микрофона осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением питания 3,6 В. Микрофон имеет встроенные фильтры высоких и низких частот.
Фото 4. Внешний вид трубчатого
направленного микрофона PKI 2925
Фото 5. Внешний вид трубчатого
направленного микрофона YKN
Фото 6. Внешний вид трубчатого
направленного микрофона Sennheiser MKH 70 P48
Фото 7. Миниатюрный направленный микрофон UEM-88
Таблица 4. Характеристики направленных трубчатых микрофонов
Характеристика Тип микрофона YKN AT-89 UEM-88 Частотный диапазон, Гц 500 – 10 000 60 – 12 000 200 – 15 000 Максимальный коэффициент усиления, дБ 66 93 50 Чувствительность, мВ/Па 20 70 - Размеры, мм 310x30 355x70 229x25x13 Масса, г 130 473 65 Напряжение питания, В 3 9 1xААА Время работы от аккумулятора, ч 30 4 − 6 100 Дальность перехвата разговоров, м 100 100 - Таблица 5. Характеристики трубчатых микрофонов
Характеристика Тип микрофона AT4071A MKH 70 P48 KMR 82i MFC800 Диапазон частот, кГц 0,03 – 20 0,05 – 20 0,02 – 20 0,02 – 20 Чувствительность, мВ/Па 89,1 50 21 18 Размеры, мм 395x21x21 410x25x25 395x21x21 500x25x250 Масса, г 155 180 250 350 Для ведения разведки используются и сверхминиатюрные микрофоны. Например, микрофон UEM-88 (фото 7) имеет размеры 229×25´13 мм и массу всего 65 г [9].
Для трубчатого микрофона коэффициент выигрыша в отношении «сигнал-помеха» за счет пространственной селекции Ктм, дБ, рассчитывается по формуле:
Ктм >> 10lg(6,1×10-3×l×f), (2)
где l - длина трубки, м.
Предельная максимальная дальность действия трубчатых микрофонов несколько меньше, чем параболических. Но в условиях города их возможности практически одинаковы.
Так называемые «плоские» направленные микрофоны появились сравнительно недавно и представляют собой акустическую микрофонную решетку, включающую несколько десятков микрофонных капсюлей. Плоские микрофонные решетки также выпускаются в камуфлированном виде. Наиболее часто они камуфлируются под атташе-кейс, жилет или пояс.
Внешний вид некоторых плоских микрофонов представлен на фото 8 – 10, а их основные характеристики – в табл. 6 [11, 14].
Коэффициент выигрыша в отношении «сигнал-помеха» за счет пространственной селекции для микрофонных решеток , дБ, рассчитывается по формуле, аналогичной (2)
Кплм >> 10lg(1,2×10-4×Sa×f2), (3)
где Sа - площадь приемной апертуры микрофона, м2.
Фото 8. Микрофонная решетка фирмы G.R.A.S
Фото 9. Плоский направленный микрофон 40TA
Фото 10. Микрофонная решетка BSWA-TECH SPS-980
Таблица 6. Основные характеристики микрофонных решеток
Характеристика Тип микрофона 40TA SPS-980 Количество микрофонов 64 36 Диапазон частот, кГц 0,05 – 6,6 0,02 – 20 Чувствительность, мВ/Па 50 (4) 50 Динамический диапазон, дБА 32 (40) – 134 (174) 30 – 128 Размеры решетки, мм 175x175 Æ 1000 Максимальная дальность действия направленных микрофонов в условиях города не превышает 100 – 150 м, за городом при низком уровне шумов дальность разведки может составлять до 500 м и более.
Лазерные акустические системы разведки
Если окна и форточки в выделенном помещении будут закрыты, прослушать разговоры, ведущиеся в нем, с использованием направленных микрофонов невозможно. Однако в этом случае возможно прослушивание разговоров с использованием лазерных акустических систем разведки (ЛАСР), иногда называемых «лазерными микрофонами».
Существуют несколько схем построения ЛАСР [3, 13].
На рис. 3 изображен простейший вариант подобной системы. Луч лазера падает на стекло окна под некоторым углом. На границе стекло − воздух происходит модуляция луча звуковыми колебаниями. Отраженный луч улавливается фотодетектором, расположенном на оси отраженного луча, и осуществляется амплитудная демодуляция отраженного излучения. Система довольно простая, но требует тщательной юстировки и на практике используется довольно редко.
Рис. 3. Простейший вариант схемы построения ЛАСРВторой способ, использующий сплиттер (делитель) пучка, несколько сложнее, но он позволяет совместить лазер и детектор (рис. 4). Отпадает необходимость в тщательной юстировке системы. Применение сплиттера позволяет свести падающий и отраженный луч в одну точку.
В целях повышения чувствительности используется интерференционная схема, представленная на рис. 5а. Интерферометр, представленный на этом рисунке, имеет плечи равной длины и называется «Dual Beam LASER Mic».
Рис. 4. Вариант схемы построения ЛАСР
с использованием сплиттера (делителя) пучкаГлавный принцип этой схемы – дифференциальный метод измерения акустической вибрации. Участок оконного стекла, с которого снимается вибрация, имеет малый размер, следовательно, резко ослабляется синфазная помеха, вызываемая низкочастотными колебаниями стекла, например, из-за ветра или уличных шумов.
Приемник излучения может иметь свою оптическую систему, как показано на рис. 5б.
Принцип работы ЛАСР для систем с разделением луча (Single Split beam) можно представить следующим образом: когерентный луч лазера расщепляется разделительным стеклом (особое стекло со специальным покрытием толщиной в десятки нанометров пропускает 50% и отражает 50% света определенной длины волны) на 2 части: опорный луч и излучаемый. При отражении излучаемого луча от оконного стекла или триппель-призмы, установленной на нем, происходит его модуляция звуковой частотой. Отраженный промодулированный луч направляется на фоторезистор, где интерферирует с опорным лучом. Сигнал с фоторезистора после специальной обработки усиливается и подается для прослушивания на головные телефоны или записывается на цифровой диктофон.
а)
б)
Рис. 5. Варианты интерференционных схем построения ЛАСРПрименение последних интерференционных схем возможно только в том случае, если луч лазера отражается в направлении его источника. А это возможно, если ЛАСР и облучаемое окно находятся на одной высоте и оконное стекло расположено перпендикулярно лучу лазера или на оконном стекле установлена триппель-призма. Во всех остальных случаях в направлении на детектор отражается незначительное количество диффузно рассеянного излучения и дальность ведения разведки резко снижается.
В целях обеспечения скрытности работы в ЛАСР используются лазеры, работающие в ближнем инфракрасном, не видимом глазу диапазоне длин волн (0,75 – 1,1 мкм).
Внешний вид некоторых ЛАСР приведен на фото 11 – 13, а их характеристики – в табл. 7, 8 [6, 8 – 10, 16 – 18].
К типовой лазерной акустической системе разведки относится система SIM-LAMIC (фото 11), которая состоит из передатчика, на основе полупроводникового лазера мощностью 5 мВт, работающего в диапазоне 0,82 мкм (фокусное расстояние объектива 135 мм), и приемника лазерного излучения на основе малошумящего PIN-диода (фокусное расстояние объектива 500 мм), закамуфлированного под стандартную зеркальную камеру. Передатчик и приемник устанавливаются на специальных треногах. При переноске вся система размещается в обычном кейсе [17]. Аналогичная система, но работающая в диапазоне длин волн от 1,75 – 1,84 мкм, представлена на фото 12 [12].
В системе PKI 3100 [6, 10] в отличие от SIM-LAMIC лазер и приемник оптического излучения размещены в одном приемо-передающем блоке (модуле) (фото 13). Мощность лазера 10 мВт, длина излучения 0,88 мкм, расходимость луча лазера 0,5 мрад. При такой расходимости размер пятна лазерного излучения на расстоянии 100 м составит 5 см.
Дальность действия лазерных акустических систем разведки при приеме диффузно отраженного излучения не превышает нескольких десятков метров. При приеме зеркально отраженного луча дальность разведки может составлять несколько сот метров, а при использовании триппель-призм она может превышать 500 м.
а – упакованная в кейсе;
б – в развернутом состоянии
Фото 11. Лазерная акустическая система разведки SIM-LAMIC:
Фото 12. Лазерная акустическая система разведки Laser-3500
Фото 13. Лазерная акустическая система
разведки PKI 3100 (приемо-передающий блок)Таблица 7. Основные характеристики лазерных акустических систем разведки
Характеристика Тип системы SIM-LAMIC Laser-3000 (PKI3100) Лазерный передатчик Тип лазера Полупроводниковый Длина волны, мкм 0,82 0,88 Мощность излучения, мВт 5 10 Рассходимость луча, мрад - 0,5 Фокусное расстояние объектива, мм 135 135 Питание, В 8х1,5 (АА) 4х1,5 (АА) Время работы, ч 50 50 Приемник лазерного излучения Тип приемника малошумящий PIN-диод Длина волны, мкм ближний ИК Фокусное расстояние объектива, мм 500 135 (1:2,8) Питание, В 12 4х1,5 (АА) Время работы, ч. 50 - 100 50 Примечание камуфлируется под стандартную зеркальную камеру; передатчик и приемник устанавливаются на треноге; не требует юстировки размеры приемо-передающего блока 130x220x60 мм; масса 1,6 кг;
усилительный блок (коэффициент усиления: 100 дБ; эквалайзер: 300, 600, 1200, 2400, 4800 Гц;
диапазон регулировки ± 10 дБ;
размеры 250x280x50 мм; масса 8,2 кг)
Таблица 8. Основные характеристики лазерных акустических систем разведки
Характеристика Тип системы LASR-2000 Laser-3500 МR-7800 Лазерный передатчик Тип лазера полупроводниковый Длина волны, мкм 0,75 - 0,84 1,75 – 1,84 0,77 – 0,84 Мощность излучения, мВт 5 5 25 Фокусное расстояние объектива, мм 135 135 135 Питание, В 8x1,5 (АА) 8x1,5 (АА) 8x1,5 (АА) Время работы, ч 50 40 40 Приемник лазерного излучения Тип приемника малошумящий PIN-диод; ближний ИК Фокусное расстояние объектива, мм 500 500 500 Питание, В 9 12 12 Время работы, ч. 15 - 30 15 - 50 40 - 60 Примечание камуфлируется под стандартную зеркальную камеру;
габариты 470x380x220 мм;
масса 10,5 кг без батарей и треногЛИТЕРАТУРА
Абалмазов Э.И. Направленные микрофоны: Мифы и реальность http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=2&lvl=01.01.01.03.
Вахитов Ш. Современные микрофоны и их применение/ М.: Радио, 1998, № 11 и 12 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://chipinfo.ru/literature/radio/199811/p16_18.html
Каталог направленных микрофонов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bnti.ru/index.asp?tbl=01.01.01.03.
Каторин Ю.Ф., Куренков Е.В., Лысов А.В., Остапенко А.Н. Большая энциклопедия промышленного шпионажа. – Спб.: ООО «Издательство Полигон», 2000. – 856 с.
Лазерный микрофон. Опубликовано: 12.07.2001. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://daily.sec.ru.
Лысов А.В. Лазерные микрофоны − универсальное средство разведки или очередное поветрие моды? Опубликовано 19.07.2000. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=29&lvl=01.01.01.05.02.
Микрофон направленного действия с биноклем «Супер Ухо – 100». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.se.455.ru/index.php.
Anti terror equipment: catalog. – Germany: PKI Electronic Intelligence, 2008. – 116 р. + [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.pki-electronic.com/index.php?Catalogue
Audio spy microphones [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gia-servizi.com/prodotti/indexen.htm
Audio Surveillance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gcomtech.com/default.aspx.
Audio Surveillance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.brickhousesecurity.com/covert-audio-surveillance.html
Audio surveillance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.pki-electronic.com/index.php?Audio_Surveillance
BSWA Technology: product Catalogue. − China, BSWA Technology Co., Ltd, 2008. – 29 р. + [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bswa-tech.com
Laser-3500 Laser Room Monitoring System [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.spyzones.com/laser.html
Laser microphone [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cxem.net/ik/ik2.php
Microphone array [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gras.dk/redir/?Id=252&lang=uk.
Рarabolic-microphones SME PR-1000 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mineroff-nature.com
Ricevitori e Mini Registratori Audio [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.selavio.com/prodotti/ricevitori-audio.
Special Equipment. - Germany: SIM Security & Electronic System gmbh, 2006. – 65 р.
Spy equipment [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.brickhousesecurity.com/spy-gear.html.
© 2011 Журнал "Спецтехника и связь"
Перепечатка информации допускается только с письменного разрешения редакции.
