Файл: Разработка методики расследования инцидентов информационной безопасности, связанных с преднамеренной утечкой информации.pdf

Изменяя положение языка, зубов и губ, человек имеет возможность изменять характер звучания и произносить различные гласные звуки. Согласные звуки в большинстве случаев произносятся без участия голосовых связок.

В русском языке различают сорок один звук речи (фонем). По спектральному составу звуки речи различаются друг от друга числом формант и их расположением в частотном спектре. Следовательно, разборчивость речи зависит прежде всего от того, какая часть формант дошла до уха, слушающего без искажений и какая исказилась.

Таким, образом, речевой сигнал, как процесс, развивающийся во времени и по частоте, можно рассматривать как взаимное наложение друг на друга его гармонической и формантной структуры. Смысловое содержание речевого сообщения определяется динамикой перестройки формантной структуры или огибающей спектра. Процесс речеобразования, связанный с динамикой этой огибающей, часто называемой фонетической функцией Пирогова, удобно исследовать посредством цифрового спектрально-временного анализа спектрограмм.

Форманта может характеризоваться как занимаемой ею частотной полосой, так и средней частотой, соответствующей максимуму амплитуды или энергии составляющих в формантной полосе, а также средним уровнем этой энергии и временным интервалом своего развития.

Максимально в отдельных звуках замечено до 6 усиленных частотных областей. Однако далеко не все они являются формантами. Некоторые из них никакого значения для распознавания звуков не имеют, хотя и несут в себе довольно значительную энергию.

Различные звуки имеют разное число формант: гласные до четырех формант, глухие согласные до 5 6 формант. Большинство же звуков речи имеет одну или две форманты, определяющих смысловое содержание речевого сообщения, что обусловлено участием в образовании этих звуков основных резонаторов голосового аппарата полости глотки и носоглотки. Эти первые две форманты называются основными, остальные вспомогательными. Основные форманты определяют произносимый звук речи, а вспомогательные характеризуют индивидуальную для каждого человека окраску, тембр речи.

Исключение из передачи любой из формантных областей вызывает искажение передаваемого звука, т.е. либо превращение его в другой звук, либо вообще потерю им признаков звука человеческой речи.

Частоты формант, их число и взаимное расположение для одних и тех же звуков, произносимых разными дикторами, могут сильно различаться. Однако для каждого звука речи характерно определенное положение формантных областей и при наличии достаточного опыта по спектрограммам можно читать произнесенный текст.

---

Форманты звуков речи расположены в очень широкой области частот приблизительно от 150 до 8600 Гц. Последний предел превышают лишь составляющие формантной полосы звука Ф, которые могут лежать в области до 12 000 Гц. Однако подавляющая часть формант звуков речи лежит в пределах от 300 до 3400 Гц, что и позволяет считать эту полосу частот вполне достаточной для обеспечения хорошей понятности речи. Форманты здесь расположены не только вплотную друг к другу, но даже с перекрытием.

Речь содержит в себе форманты, прием которых определяет ее разборчивость, и неформантные составляющие, к которым относятся основные тоны, области частот между формантами и составляющие, зависящие от индивидуальных особенностей говорящих.

Различным видам речи соответствуют типовые интегральные уровни речевых сигналов, измеренные на расстоянии 1 м от источника речи (говорящий человек, звуковоспроизводящее устройство): L_s= 64 дБ тихая речь; L_s= 70 дБ речь средней громкости; L_s= 76 дБ громкая речь; L_s= 84 дБ очень громкая речь, усиленная техническими средствами.

Как правило, уровни речевых сигналов измеряют в октавных полосах речевого диапазона частот. Характеристики октавных полос речевого диапазона частот и числовые значения типовых уровней речевого сигнала в них L_s.iв зависимости от их интегрального уровня L_s (табл. 1.1).

Спектральный состав речи в значительной степени зависит от пола, возраста и индивидуальных особенностей говорящего. Для различных людей отклонение уровней сигналов, измеренных в октавных полосах, от типовых уровней может составлять ±6 дБ.

Перехват речевой информации средствами акустической разведки осуществляется на фоне естественных шумов (табл. 1.2). Процесс восприятия речи в шуме сопровождается потерями составных элементов речевого сообщения. Понятность речевого сообщения характеризуется количеством правильно принятых слов, отражающих качественную область понятности, которая выражена в категориях подробности справки о перехваченном разговоре, составляемой «противником» (лицом, осуществляющим перехват информации).

Таблица 1.1

Типовые уровни речевого сигнала в октавных полосах частотного диапазона речи L_si

Таблица 1.2

Средний интегральный уровень акустических шумов

Наименование объекта	Уровень шума,
Улица с интенсивным движением	60
Улица со средним движением	55
Улица без движения автомоби.	35
Сельская местность	35
Комната шумная	55-65
Комната тихая	35-40
Пустой кабинет	30-35
Коридоры	45-50

---

Понятность и разборчивость речи

Разборчивостью называют относительное или процентное количество принятых специально тренированными слушателями элементов речи из общего количества переданных по тракту. Так как в качестве элементов речи применяют звуки, слоги, слова и фразы, то имеет место звуковая, слоговая, словесная и фразовая разборчивость. Все они при испытании одной и той же системы будут выражаться разными численными величинами, так как процент правильных оценок для предвиденного сообщения всегда выше, чем для непредвиденного, степень же предвидения при прослушивании фразы выше, чем при слушании отдельных слов или слогов. Однако все виды разборчивости связаны друг с другом однозначными функциональными зависимостями, представляемыми обычно в виде кривых или таблиц. Объективные, измерительные оценки разборчивости речи могут производиться с помощью вычисления разборчивости формант.

Форманты звуков речи заполняют весь частотный диапазон 150 7000 Гц. Этот частотный диапазон делят на 20 полос равной разборчивости. Вероятность появления формант в каждой полосе равной разборчивости равна 0,05. При прослушивании речи в условиях шумов разборчивость получается меньшей, чем в их отсутствие. Коэффициент ω, определяющий это уменьшение, называют коэффициентом восприятия или коэффициентом разборчивости, т.е. в каждой полосе равной разборчивости вероятность приема формант ΔA=0,05ω. Коэффициент разборчивости ω определяется уровнем ощущения формант

где B_pсредний спектральный уровень речи;

B_shспектральный уровень шумов.

Для практики применение полос равной разборчивости неудобно, так как получающиеся частотные полосы нестандартны. Для каждой полосы равной разборчивости коэффициент разборчивости ω_iв общем случае будет разный, поэтому в акустических измерениях используются октавные или третьоктавные частотные полосы [4].

1.2 Процесс выбора контрольных точек

Необходимо проводить измерения ограждающих конструкций (стен, перекрытий потолка и пола) по акустическому каналу и по вибрационному. Для акустического замера элементы измерительного комплекса размещаются, штатно излучатель тест-сигнала (колонка) в 1,0 м от конструкции (по нормали к ней) на высоте 1,5 м от пола, первый микрофон в 0,5 м от объекта контроля (далее ОК), второй за ней, также в 0,5 м от ОК. Когда есть уверенность, что в ОК нет «слабых» мест, достаточно одного, двух замеров вдоль стены. Если есть подозрения на трещины, проходы (отверстия) и т.д. необходимо увеличивать число контрольных точек. Максимально контрольные точки необходимо располагать через 1,5...2 м.

---

На рис. 1 изображены основные варианты размещения датчиков при измерениях основных ограждающих и инженерных конструкций.

Аналогично выполняются измерения по вибрационному каналу, в том числе и при оценке эффективности САЗ. В последнем случае надо иметь в виду, что необходимо контролировать отдельно каждый элемент ОК, например, каждую отдельную плиту перекрытия пола (потолка) или отдельные конструкции стен (например, отдельные бетонные плиты). Размещая акселерометр, обязательно обратить внимание на то, что при любых вибрационных измерениях он должен размещаться на поверхности основной несущей конструкции (бетоне, кирпиче и т.д.). Измерения, при размещении акселерометра на рыхлой штукатурке, побелке, обоях, линолеуме и т.д. дают недостоверные результаты и недопустимы.

Приведенная схема является основной, типичной. В регламентирующем документе указывается, что допускается размещать источник тест-сигнала иным образом в точке локализации звука (проще говоря за столом владельца кабинета, на месте кафедры докладчика и т.д.). В принципе это не меняет приведенную схему в части размещения датчиков. Какое размещение колонки избрать дело оператора. В любом случае этот выбор должен быть обоснован и изложен в соответствующем разделе протокола.

Некоторые особенности есть при измерениях перекрытий пола и потолка. Излучатель размещается штатно, над полом ЗП, а микрофоны № 1 и № 2 по обе стороны измеряемой ОК, как показано на схеме. Во время измерений перекрытия потолка микрофон № 1 размещается под потолком, на расстоянии 0,5 м от него, и развернут вертикально вниз. Микрофон № 2 над полом в вышерасположенном помещении, также на высоте 0,5 м, ориентирован по нормали к плоскости потолка и направлен вниз. Если в защищаемом помещении имеется фальшпотолок, то в любом случае микрофон размещается в 0,5 м от потолка помещения (подвесного, подшивного или основного перекрытия). Следует отметить, что вибрационный канал утечки следует рассматривать (кроме окон) всегда «на границе КЗ», так как внутри КЗ технический перехват, как правило, исключен оргмерами, в обязательном порядке обеспечиваемыми заказчиком.

Рисунок 1 - Схема измерения стены (ограждающей конструкции)

Рисунок 2 - Схема измерения перекрытия пола (акустика и виброакустика)

Схема расположения элементов измерительной системы при измерениях защищенности дверей особых ничем не отличается от схемы, приведенной на рис. 1.

---

Необходимо только проследить, чтобы все двери (полотна дверей) были плотно закрыты [5].

1.3 Инструментально-расчетный метод для оценки разборчивости речи

Рассмотрим Инструментально-расчетный метод для оценки разборчивости речи, основанный на результатах экспериментальных исследований, проведённых Н.Б. Покровским [6].

Спектр речи разбивается на N частотных полос, в нашем случае, N = 5.

Для каждой i-й (i = 1…N) частотной полосы на среднегеометрической частоте ????_ср.???? = √????_в.???? ∙ ????_н.???? определяется формантный параметр ∆Аi, характеризующий энергетическую избыточность дискретной составляющей речевого сигнала:

(1.15)

где L_c.i – средний спектральный уровень речевого сигнала в месте измерения в i-й спектральной полосе, дБ;

A_i средний спектральный модальный уровень формант (под формантой понимается область частот, характерная для определенного звука) в i-й спектральной полосе, дБ;

ΔL(f_в.i) и L(f_н.i) значения весового коэффициента для верхней f_в.i и нижней f_н.i граничной частот i-й частотной полосы спектра речевого сигнала.

Значения формантных параметров ∆А_i, определяются при выполнении условий f = f_ср.i и из соотношения:

(1.16)

Для каждой i-й частотной полосы определяется весовой коэффициент к_i, характеризующий вероятность наличия формант речи в данной полосе:

(1.17)

где к(f_в.i) и к(f_н.i) – значения весового коэффициента для верхней f_в.i и нижней f_н.i граничной частот i-й частотной полосы спектра речевого сигнала.

Значения весовых коэффициентов к(f_в.i) и к(f_н.i) определяются из соотношения:

(1.18)

Для каждой частотной полосы на среднегеометрической частоте f_ср.i из аналитического соотношения определяется коэффициент восприятия формант слуховым аппаратом человека, представляющий собой вероятное относительное количество формантных составляющих речи, которые будут иметь уровни интенсивности выше порогового значения:

(1.19)

где ???????? = ???????? − ????ш.???? = (????????.???? − ∆????????) − ????ш.???? = ???????? − ∆???????? ;

L_ш.i уровень шума (помехи) в месте измерения в i-й спектральной полосе, дБ.

???????? = ????????.???? − ????ш.???? отношение "уровень речевого сигнала/уровень шума", дБ.

---