Зайцев А.П. и др. Технические средства и методы защиты информации (7-е издание, 2012) (1095365), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В целом кривые порога слышимостиимеют такой же характер, как и в предыдущем случае, только отсутствуютбиения справа и несколько шире диапазон маскируемых частот.Сигналы, спектр которых лежит на октаву ниже центральной частоты1 кГц маскирующего шума, практически не маскируются.Маскировка широкополосным белым шумом. Маскировка белым шумомнаиболее распространена при защите речевой информации.Кривые порога слышимости тона с частотой Fc при маскировке белымшумом показаны на рис. 1.35.Характерные особенности кривых заключаются в следующем:• до частоты 500 Гц кривые располагаются горизонтально;• с увеличением частоты свыше 500 Гц порог маскировки линейно повышается на 3 дБ/октаву.Lпс, дБ100806040200Подъем 3 Дб/октLм = 40 ДбLм = 20 ДбLм = 0 ДбАбсолютный порог-200,016 0,031 0,063 0,125 0,25-10 Дб0,5124816 F с, кГцРис.
1.35. Кривые порога слышимости тона с частотой Fc при маскировке белым шумомТак как слух реагирует не на общую энергию сигнала, а на энергию вкритических полосах слуха, которые до 500 Гц по ширине примерно одинаковы, то маскировка в этом звуковом диапазоне одинакова, т.е. порог слышимости от частоты не зависит.Маскировка равномерно маскирующим шумом. Шум, обеспечивающийодинаковую маскировку во всем частотном звуковом диапазоне, называетсяравномерно маскирующим.
Кривые маскировки показаны на рис. 1.36.До частоты 500 Гц равномерно маскирующий шум должен иметь спектральную плотность мощности такую же, как у белого шума. В области болеевысоких частот спектральная плотность мощности должна уменьшаться пропорционально частоте, как у розового шума.83Lпс, дБ100806040200Lм = 40 ДбLм = 20 ДбLм = 0 ДбАбсолютный порог-200,016 0,031 0,063 0,125 0,25-10 Дб0,5124816 F с, кГцРис. 1.36. Кривые порога слышимости тона с частотой Fcпри равномерно маскирующем шуме1.5.2.
Понятность и разборчивость речиОсновной характеристикой любого канала передачи речи является понятность речи. Для определения этой характеристики применяется статистический метод с участием большого числа слушателей и дикторов. Разработанкосвенный количественный метод определения понятности речи через ее разборчивость.
Под разборчивостью речи понимают относительное или процентное количество принятых (понятых) элементов речи из общего числа переданных по каналу. Элементы речи составляют слоги, звуки, слова, фразы,цифры. В соответствие им поставлены слоговая, звуковая, словесная, смысловая и цифровая разборчивость. Преимущественное применение на практикеполучили слоговая, звуковая и словесная разборчивость. Для измерения разборчивости разработаны артикуляционные таблицы слогов, звукосочетаний ислов с учетом встречаемости их в русской речи.Измерение разборчивости производится с помощью артикуляционнойгруппы тренированных слушателей и дикторов без нарушения слуха и речи,поэтому и метод называется артикуляционным.Для определения связи между разборчивостью, измеренной артикулянтами, и понятностью речи для обычных людей были проведены массовыеиспытания.
Разговор велся по специальным разговорникам в обе стороны,как при телефонных переговорах. При этом контролировалось пониманиеабонентами друг друга. Оценка понятности ставилась по пятибалльной системе. Одновременно для каждого из условий испытаний и каждого трактабыли измерены величины разборчивости речи с помощью тренированнойбригады.84В таблице разборчивости речи (табл. 1.1) приведены градации понятности речи и соответствующие им разборчивости [37].Т а б л и ц а 1.1Таблица разборчивости речиПонятностьРазборчивость, %слоговаясловеснаяПредельно допустимая25…4075…87Удовлетворительная40…5087…93Хорошая50…8093…98Отличная80 и выше98 и вышеОдновременно с указанными испытаниями были измерены статистические зависимости между слоговой, словесной, звуковой и смысловой разборчивостью для русского языка.Формантная теория, разработанная Флетчером и Коллардом, позволилаустановить непосредственную связь между разборчивостью речи и характеристиками тракта передачи речи [37, 42].Звуковые единицы характеризуются различными свойствами в зависимости от различных факторов их рассмотрения.
Образованию звуковых единицсоответствует артикуляционный фактор, который называют анатомо-физиологическим. Акустический фактор относится к свойствам звуковых единиц врезультате работы произносительных органов и определяет звучание речи.Восприятие звуков человеком относится к перцептивному фактору.Первоначально описание звуковых систем осуществлялось на основеанализа артикуляций. Но с развитием техники акустического анализа звуковисследователи пришли к выводу, что акустические характеристики речи наиболее важны. Современная фонетика учитывает тесную связь и взаимообусловленность между артикуляционными и акустическими характеристикамиречи.Исследования восприятия речевых единиц показывает, что они воспринимаются не так, как любые другие звуки. Это объясняется как способностьючеловека преобразовывать их в соответствующие артикуляции, так и функциональными свойствами речевых звуковых единиц.Звуки речи являются сложными звуками в основном из-за того, что процесс речеобразования сопровождается резонансными явлениями, собственныечастоты которых изменяются в зависимости от того, какой звук в данный момент произносится.Источник звука вызывает в системе резонаторов речеобразующего трактасобственные колебания.
Звуки на собственных частотах резонаторов являютсянаиболее усиленными. Собственные частоты резонаторов называют формантами звука, так как они формируют характерное звучание гласных и согласных.85Частоты формант определяются конфигурацией речевого тракта, и свойства источника звука на них не влияют.
Это одно из важнейших положенийакустической теории речеобразования. Это положение позволяет связыватьчастоты формант только со спецификой артикуляции и по частотам формантсудить о положении артикуляционных органов.Число формант, существенно характеризующих определенный звук речи, исследователи определяют по-разному, но в большинстве случаев исследователи считают, что в образовании определенного звука участвуют четыреформанты.Форманты звуков речи заполняют весь частотный диапазон от 150 до7000 Гц.
Средняя вероятность появления формант в том или ином участкечастотного диапазона для каждого языка вполне определенна. Условилисьделить весь частотный диапазон на 20 полос (в том числе и для русскогоязыка) с одинаковой вероятностью появления формант в каждой из них.Соответствующие полосы назвали полосами равной разборчивости.
Оказалось, что при достаточно большом объеме передаваемой речи вероятностипоявления формант подчиняются правилу аддитивности. Вследствие этоговероятность появления формант в каждой полосе равной разборчивостиравна 0,05.Если воспринимать речь в условиях шумов и помех, то ее разборчивостьполучается меньшей. Это связано с тем, что форманты имеют различныеуровни интенсивности: у громких звуков выше, чем у глухих. Поэтому приповышении уровня шумов сначала маскируются форманты с низкими уровнями, а затем с более высокими. При увеличении уровня шумов и помех вероятность восприятия формант постепенно уменьшается.
Коэффициент, определяющий это уменьшение, называют коэффициентом восприятия или коэффициентом разборчивости w. В каждой полосе равной разборчивости вероятность приема формант будет ΔA = 0,05w .Так как вся энергия звуков речи в основном сосредоточена в формантах,то уровни формант практически совпадают с уровнями звуков речи.Порог слышимости в шумах определяется спектральными уровнями шумов. Разность между средним спектральным уровнем речи и спектральнымуровнем шумов будет определять вероятность появления формант выше уровняшумов.Коэффициент разборчивости w определяется уровнем ощущения формантE = Bp − Bш ,(1.77)где Bp – средний спектральный уровень речи; Bш – спектральный уровень шумов.Для уровней ощущения, находящихся в пределах 0…18 дБ, коэффициентразборчивости можно определить по приближенной формуле w = ( E + 6) 30 .86Для каждой полосы равной разборчивости коэффициент разборчивости( wn ) будет разным.
Тогда суммарная вероятность приема формант (разборчивость формант) определяется как20Aф = ∑ 0,05wn .(1.78)n =11.5.3. Частотный диапазон и спектрыАкустические сигналы от источников звука в большинстве случаев имеют непрерывно изменяющиеся форму и частотный спектр.
Спектры могутбыть низкочастотными, высокочастотными, дискретными и непрерывными.Даже у однотипных источников звука спектры имеют индивидуальные особенности, определяющие окраску звука, называемую тембром.Понятие высоты звука отражает субъективную оценку восприятия звукапо частотному диапазону.
Как отмечалось ранее, ширина критических полосслуха на средних и высоких частотах примерно пропорциональна частоте,поэтому субъективный масштаб восприятия звука по частоте примерно соответствует логарифмическому закону. По этой причине все частотные характеристики устройств передачи звуков представляют в логарифмическоммасштабе.За объективную единицу высоты звука принята октава – отрезок равномерной шкалы, начальное и конечное значения частоты на котором отличаются в два раза. Октаву делят на части: полуоктавы и третьоктавы (рис. 1.37).Для третьоктав стандартизован ряд частот в килогерцах (см.
рис. 1.37):1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10.Основной интерес представляют средний спектр для источников звука.Он может быть сплошным и иметь достаточно сглаженную форму.Сплошные спектры характеризуют зависимость спектральной плотностиот частоты. Эту зависимость называют также энергетическим спектром. Спектральной плотностью называется интенсивность звука в полосе частот шириной, равной единице частоты. Для акустики эту полосу берут равной 1 Гц.Спектральная плотность J = I Δf Δf , где I Δf – интенсивность звука, измеренная в узкой полосе Δf с помощью узкополосных фильтров.В акустике введена логарифмическая мера плотности – спектральныйуровеньB =10lg( J I 0 ),(1.79)где I 0 = 10−12 Вт/м 2 – интенсивность звука, соответствующая нулевому уровню.87ОктавыТретьоктавы11,251,622,53,15456810 F, кГцРис.
1.37. Октавная и третьоктавная шкалы частотВ качестве характеристики спектра можно вместо спектральной плотности использовать интенсивности и уровни интенсивности, измеренные в октавной, полуоктавной и третьоктавной полосе частот. Связь между спектральным уровнем и уровнем в октавной (полуоктавной или третьоктавной) полосеможно установить, записав (1.79) в видеB = 10lg( J I 0 ) = 10lg( I Δf окт Δf окт I 0 )(1.80)и определив уровень в октавной полосе какLокт = 10lg( I Δf окт I 0 ).Вычитая выражение (1.80) из (1.81), определяемLокт − B = 10lg( I Δf окт I 0 ) − 10lg( I Δf окт Δf окт I 0 ) = 10lgI Δf окт Δf окт I 0I 0 I Δf окт(1.81)= 10lg Δf окт . (1.82)При известном спектре сигнала можно определить его суммарную интенсивность.
Если спектр задан в уровнях интенсивности для третьоктавных полос, то необходимо пересчитать эти уровни в каждой из полос в интенсивности I окт = I 0 100,1Lокт , а затем просуммировать все интенсивности [37]. Суммавсех составляющих I окт дает суммарную интенсивность I сум для всего спектра. Суммарный уровень определяется какLсум = 10lg( I сум I 0 ).(1.83)Приближенно суммарный уровень можно определить делением частотного диапазона на n полосок шириной Δf k , в пределах которых спектральныйуровень Bk примерно постоянен, и вычислением по формулеnLсум ≈10lg ∑ 100,1Bk Δf k .k =188(1.84)1.5.4.
Звуковое поле в помещенииВ закрытых помещениях звуковые волны многократно отражаются от ограждающих поверхностей, в результате чего создается сложная картина звукового поля. Законы распределения характеристик звукового поля в даннойситуации определяются не только свойствами источника звука, но и другимифакторами – геометрией помещения; способностью стен, потолка и пола поглощать и отражать звуковую энергию. Поэтому звуковые поля в закрытомпомещении и в свободном пространстве имеют различные структуры.Если в свободном пространстве интенсивность звука определяется потоком энергии в направлении распространения волны, то в помещении результирующий поток энергии имеет две составляющие – прямой поток и отраженный (иногда многократно) поток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
