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].

Контрольные вопросы:

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?