фирм рекламировали «универсальное средство получения информации». В технических описаниях приводились фантастические данные о дальности съема информации (до 2000 м) и коэффициентах направленного действия (до 50 дБ) при достаточно скромных габаритах (не более полуметра) и относительно невысокой стоимости (50... 800 $). Под впечатлением от таких характеристик у потенциальных клиентов в голове возникали планы безопасного и простого перехвата речевой информации с помощью замечательного направленного микрофона.
В то же время многие стали опасаться, что их переговоры будут «считываться со стекол окон офисов, квартир и автомобилей», да и на улице теперь любые встречи не представлялись конфиденциальными. Разжиганию страстей способствовали «шпионские» фильмы, научно-популярные статьи в различных изданиях, выступления «специалистов с большим практическим стажем работы со спецтехникой».
В результате, в 1991—1994 годах в России наблюдался массовый спрос на направленные микрофоны. Их приобретали как вновь образованные спецслужбы, получившие право на оперативно-розыскную деятельность, так и частные службы безопасности, детективные агентства, бандиты и авантюристы всех мастей. Однако результаты попыток применения микрофонов обескураживали. О километрах никто уже не вспоминал, да и прослушивание разговора на расстоянии в 100 м получалось крайне редко. Раздосадованные покупатели обвиняли фирмы в том, что им «подсунули некачественный товар», а продавцы, в свою очередь, ссылались на неумение применять технику на практике. Следствием этого стало резкое падение интереса к направленным микрофонам со стороны всех потенциально заинтересованных в добывании информации лиц. Соответственно, необходимостью защиты информации в случае возможного применения данной техники начали пренебрегать, хотя в 1995—1996 годах на рынке России были представлены около двух десятков типов направленных микрофонов как отечественного, так и иностранного производства. Сотни единиц оказались в руках далеко не самых законопослушных граждан.
Для того чтобы оценить возможности направленных микрофонов и степень опасности, которую они могут представлять в руках недобросовестных конкурентов, необходимо понять используемые в приборах физические принципы. Ибо без этих знаний невозможно организовать успешную защиту своих секретов от подобных преступных посягательств.
В наиболее общем виде любой направленный микрофон можно представить как некоторый комплекс, состоящий из чувствительного элемента (собственно микрофона), осуществляющего акустико-электрическое преобразование, и механической системы (акустической антенны), обеспечивающей направленные свойства комплекса.
Микрофон
Микрофон (от греч. mikros — малый и phone — звук) — это электроакустический прибор для преобразования звуковых колебаний в электрические.
В зависимости от принципа действия микрофоны делят на следующие типы:
>- порошковые угольные;
>- электродинамические;
>- электростатические (конденсаторные и электретные);
>- полупроводниковые;
>- пьезоэлектрические;
>- электромагнитные.
Порошковый угольный микрофон впервые был сконструирован русским изобретателем М. Махальским в 1878 году и позже, независимо от него, П. М. Голубицким в 1883-м. Принцип действия такого микрофона основан на том, что угольная или металлическая мембрана под действием звуковых волн колеблется, изменяя плотность и, следовательно, электрическое сопротивление угольного порошка, находящегося в капсюле и прилегающего к мембране. Вследствие неравномерного механического давления сила тока, протекающего через микрофон, изменяется в акустический сигнал. Однако в интересах съема информации микрофоны данного типа практически не используются из-за их низкой чувствительности и большой неравномерности амплитудно-частотной характеристики.
Электродинамический микрофон катушечного типа изобрели американские ученые Э. Венте и А. Терас в 1931 году. В нем применена диафрагма из полистирольной пленки или алюминиевой фольги. Катушка, сделанная из тонкой проволоки, жестко связана с диафрагмой и постоянно находится в кольцевом зазоре магнитной системы. При колебаниях диафрагмы под действием звуковой волны витки катушки пересекают магнитные силовые линии и в обмотке наводится электродвижущая сила (ЭДС), создающая переменное напряжение на выходе микрофона. Вместо катушки может использоваться ленточка из очень тонкой (около 2 мкм) металлической фольги.
В конденсаторном микрофоне, изобретенном американским ученым Э. Венте в 1917 году, звуковые волны действуют на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние и, следовательно, электрическую емкость между мембраной и металлическим неподвижным корпусом, которые представляют собой пластины электрического конденсатора. При подведении к пластинам постоянного напряжения изменение емкости вызывает появление тока через конденсатор, сила которого изменяется в такт с колебаниями звуковых частот.
Электретный микрофон, изобретенный японским ученым Егути в начале 20-х годов XX века, по принципу действия и конструкции схож с конденсаторным. Только роль неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения в нем играет пластина из электрета. Недостатком такого микрофона является высокое выходное сопротивление, которое приводит к большим потерям сигнала, поэтому в корпус элемента, как правило, встраивают истоковый повторитель, что позволяет снизить выходное сопротивление до величины не более 3...4 кОм.
В пьезоэлектрическом микрофоне, впервые сконструированном советскими учеными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, звуковые волны воздействуют на пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами (например, из сегнетовой соли), вызывая на ее поверхности появление электрических зарядов.
В электромагнитном микрофоне звуковые волны воздействуют на мембрану, жестко связанную со стальным якорем, находящимся в зазоре обмотка неподвижной катушки. В результате воздействия акустических волн на такую систему на выводах обмотки появляется ЭДС. Данные изделия так же, как и порошковые угольные микрофоны, не получили широкого распространения из-за большой неравномерности амплитудно-частотной характеристики.
Обобщенные характеристики перечисленных типов микрофонов приведены в табл. 1.3.4.
Таблица 1.3.4. Основные характеристики акустических приемников-микрофонов
Тип микрофона /Диапазон частотной характеристики, Гц /Неравномерность воспроизводимых частот, дБ /Осевая чувствительность на частоте 1кГц, мВм2/н
Порошковые угольные /300...3400 /20 /1000
Электродинамические /30...15 000 /12 /1
Конденсаторные /30...15 000 /5 /5
Электретные /20...18 000 /2 /1
Пьезоэлектрические /100...5000 /15 /50
Электромагнитные /300... 5000 /20 /5
Чаще всего в направленных микрофонах применяются чувствительные элементы (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, а также высокую чувствительность и малый уровень собственных шумов.
Точность воспроизведения перехватываемых акустических сигналов (разборчивость речи) зависит не только от типа микрофона. Важное значение имеют и характеристики электронного блока, состоящего из микрофонного усилителя и головных телефонов. В большинстве же случаев, из экономических соображений фирмы, поставляющие направленные микрофоны, комплектуют их дешевыми электронными блоками, соответствующими аппаратуре 3-го класса бытовой техники. Поэтому владельцы таких средств зачастую вынуждены сами подбирать акустический усилитель и головные телефоны с требуемыми параметрами.
Однако самое главное в направленных микрофонах — это свойства его акустической антенны.
Акустические антенны являются именно теми основополагающими элементами, которые определяют облик и основные характеристики комплексов дистанционного перехвата речевой информации. Назначение их заключается в усилении звуков, приходящих по основному направлению, и существенном ослаблении всех остальных акустических сигналов.
В настоящее время разработано несколько модификаций антенн, в соответствии с которыми существует следующая классификация направленных микрофонов (рис. 1.3.27):
