Структурно-пространственная модель АКУРИ
Структурно-пространственная модель
Акустического канала утечки речевой информации (АКУРИ)
Модель источника акустического (речевого) сигнала
Значение стектрального уровня акустического сигнала 
в 1/3 ОП определяется выражением
, (3.1)
где 
— интегральный уровень АС, измеряемый на расстоянии 1 м;
— усредненный энергетический спектр АС;
— усредненная спектральная плотность мощности АС;
— весовой энергетический коэффициент i-й полосы, показывающий ее вклад полосы в интегральную мощность АС, при оценке в дБ он имеет отрицательный знак;
— среднегеометрическая частота i-й полосы;
и 
— соответственно нижняя и верхняя граничные частота i-й полосы.
Расчет значений данных частот производится по формулам, приведенным в ГОСТ Р 8.714-2010 (МЭК 61260:1995) [19].
, 
, 
, 
, (3.2)
где i— номер полосы;
N— число полос, равное 7 для ОП и 21 для 1/3 ОП;
X — число, равное 18 для ОП и19 для 1/3 ОП;
t— число, равное 1 для ОП и 3 для 1/3 ОП.
Таблица 3.1 — Типовые уровни речевого сигнала в октавных полосах
частотного диапазона речи Ls.i
| Номер полосы | Частотные границы полосы, fн - fв, Гц | Среднегеометрическая частота полосы, fi, Гц | Типовые интегральные уровни речи Ls, измеренные на расстоянии 1 м от источника сигнала, дБ | |||
| Ls = 64 | Ls = 70 | Ls = 76 | Ls = 84 | |||
| 90 - 175 | ||||||
| 175 - 355 | ||||||
| 355 - 710 | ||||||
| 710 - 1400 | ||||||
| 1400 - 2800 | ||||||
| 2800 - 5600 | ||||||
| 5600 - 11200 |
Таблица 3.2 — Типовые уровни речевого сигнала в третьоктавных полосах
частотного диапазона речи Ls.i
| Номер полосы | Частотные границы полосы, fн - fв, Гц | Среднегеометрическая частота полосы, fi, Гц | Типовые интегральные уровни речи Ls, измеренные на расстоянии 1 м от источника сигнала, дБ | |||
| Ls = 64 | Ls = 70 | Ls = 76 | Ls = 84 | |||
| 180 - 224 | ||||||
| 224 - 280 | ||||||
| 280 - 355 | ||||||
| 355 - 450 | ||||||
| 450 - 560 | ||||||
| 560 - 710 | ||||||
| 710 - 900 | ||||||
| 900 - 1120 | ||||||
| 1120 - 1400 | ||||||
| 1400 - 1800 | ||||||
| 1800 - 2240 | ||||||
| 2240 - 2800 | ||||||
| 2800 - 3550 | ||||||
| 3550 - 4500 | ||||||
| 4500 - 5600 | ||||||
| 5600 - 7100 | ||||||
| 7100 - 9000 | ||||||
| 9000 - 11200 |
Итак, математическая модель ИАС описывается выражением (3.1), осуществляющим преобразование интегрального уровня речевого сигнала , в его спектральные уровни в 1/3 ОП. Результат преобразования представляет собой массив данных.
В лабораторном практикуме можем получить такой массив из экспериментальных данных, обработав речевой сигнал, поступивший на анализ, цифровыми октавными (или долеоктавными) фильтрами.
Разместив измерительный микрофон, подключенный к компьютеру, на расстоянии 1 м от источника можем получить интегральный уровень речевого сигнала, с помощью ПО произведем 1/3 октавный анализ, полученные значения спектральных уровней будем использовать в дальнейшей работе.
Структурно-пространственная модель
Акустического канала утечки речевой информации (АКУРИ)
Структурно-пространственная модель АКУРИ
Рис. А.1 — Структурно-пространственная модель АКУРИ [5]
Типовая система защиты речевой информации представляет собой выделенное помещение (могут быть определены контролируемые зоны), оборудованное пассивными средствами звукоизоляции и звукопоглощения, а также оснащенное активными средствами виброакустического зашумления. Для обеспечения эффективности защиты речи в выделенных помещениях необходимо еще на стадии его проектировании иметь возможность оценить состояние потенциальных акустических и виброакустических каналов утечки расчетным методом, а также оценить эффективность предлагаемых мер защиты. Реализация данной задачи возможна на основе математической модели, позволяющей расчетным методом априорно оценить состояния этих каналов для конкретного помещения [16].
В данной работе представлена методика, предназначенная для оценки эффективности защиты речевой информации, обсуждаемой в ВП от утечки по акустическим и виброакустическим каналам (АВАК). Данная методика также применима на стадиях предварительного специального обследования ВП. В основу методики положены структурно-пространственная модель акустического канала утечки речевой информации (АКУРИ) и реализующая ее математическая модель.
С учетом специфики распространения акустических колебаний, существует 2 простых (несоставных) АКУРИ: воздушный и виброакустический каналы. В обоих каналах основным оцениваемым информационным параметром, влияющим на защищенность информации, является разборчивость речи, которая основана на оценке биологического сигнала, генерируемого человеком и воспринимаемого органами слуха [17, 19].
Разборчивость речи в АКУРИ непосредственно зависит от структурно-пространственных условий, т.е. от составных элементов канала, влияющих на распространение речевого сигнала и его разборчивость за пределами КЗ, а также от взаимного пространственного расположения источника и приемника АС и других влияющих элементов.
Обобщенная структурно-пространственная модель АКУРИ приведена в приложении А. Из которой следует, что создаваемые источниками акустические поля, ослабленные средой распространения, замаскированные естественными шумами и преднамеренными помехами, распространяются за пределы КЗ, и могут быть перехвачены ТСАР, располагаемыми в ВП, или за его пределами в соседнем помещении (СП) или даже на открытом пространстве.
В зависимости от энергетических условий разведывательного контакта речевая информация может быть распознана с определенным качеством или не распознана. Следовательно, математическая модель АКУРИ должна представлять собой совокупность взаимосвязанных математических выражений, адекватно и достаточно точно описывающих состояние разборчивости речи на выходе ТСАР при различных пространственных и энергетических условиях разведывательного контакта.
Уточним обобщенную модель АКУРИ (рис.3.1.) — добавим источники непреднамеренного шума в помещение и приёмники (закладные устройства) непосредственно в выделенном помещении, выделим приёмники, размещаемые в смежных помещениях и на открытом пространстве (узконаправленные микрофоны).
Рис. 3.1 — Структурно-пространственная модель АКУРИ
Адекватность и точность математической модели АКУРИ зависит от выбора метода оценки словесной разборчивости речи. В настоящее время на практике используются три группы объективных методов оценки: формантные, модуляционные и эмпирические. В [16, 18] установлено, что наиболее адекватным методом оценки является формантный метод, в котором анализ речи осуществляется в 20-и частотных полосах с равноартикуляционным распределением разборчивости либо в 21-й третьоктавных полосах (в упрощенном варианте в 7-и октавных полосах). В пределах октавных полос (ОП) спектры речи и шума, а также плотность распределения вероятностей формант, принято считать практически неизменными [18].
В связи с тем, что получение октавных полос проще и удобнее, то математическая модель АКУРИ должна представлять собой математическое выражение зависимости словесной разборчивости речи, от описываемых в виде массива спектральных уровней речевого сигнала в 21-й третьоктавной полосе (1/3 ОП).
Значения спектральных уровней речевого сигнала в заданной полосе можно получить экспериментально, используя полосовые октавные фильтры (или фильтры на доли октавы) либо расчетным путем. Здесь в качестве лабораторного практикума студентам предлагается производить анализ акустического (речевого) сигнала, используя ПО «MatLAB».
Необходимо разработать программу расчета и методику проведения исследований, позволяющие определить разборчивость речи в зависимости от конкретных условий АКУРИ.
С учетом специфики структурно-пространственной модели АКУРИ математическая модель декомпозирована на 4 взаимосогласованные частные модели: источника акустического сигнала (ИАС); акустических помех и шумов (АПШ); среды распространения (СР) АС и акустического приемника (АПрм).