Ф0 - магнитный ток, исходящий из полюса магнитной системы;
d - зазор между полюсом и якорем;
Zi - внутреннее электрическое сопротивление микрофона.
в) для электродинамического катушечного микрофона:
U = B*L*F*Rи/ Zм*(Ri+ Rn) = B*L*υ*Rн/ (Ri+ Rn)
где:
В - индукция в зазоре магнитной системы;
L - длина проводника обмотки подвижной катушки;
υ - колебательная частота диафрагмы (якоря).
Результирующая сила звукового давления микрофона (т.е. сила, действующая на одну сторону диафрагмы) определяется соотношением:
F = k*p0*S,
где:
р0 - звуковое давление, имевшее место в акустическом поле до внесения в него микрофона;
k - коэффициент дифракции, определяемый как отношение звукового давления р на поверхность диафрагмы к давлению р0;
S - поверхность диафрагмы, на которую воздействует звуковое давление.
Электродинамические преобразователи
При движении проводника длинной l в постоянном магнитном поле индукцией В со скоростью V в нем индуцируется ЭДС сигнала
E = B* [l*V] ;
В равномерном магнитном поле
E = B*l*V;
В равномерном магнитном поле
Учитывая, что колебательная скорость V равна действующей на проводник силе, деленной на механическое сопротивление (Zм) т.е.
V=F/ Zм и что сила определяется произведением давления на площадь
проводника получим η=B*l*S/Zм уравнение чувствительности электродинамической системы.
Таким образом величина ЭДС опасного сигнала на выходе такой системы равна Eис=Pис* B*l*S/Zм
Механическое сопротивление одноконтурной механической системы может быть определено из соотношения: Zм=F/V=(r+j) *(ω*m-1/ω*Cм)
где: F-действующая на проводник сила
V - колебательная скорость
r - активное сопротивление (трение) мех Ом
m - масса провода (кг)
Cm - гибкость (м/ньютон)
Принцип электродинамической системы преобразования проявляется при акустическом воздействии на электродинамические головки громкоговорителей, электровторичных часов, трансформаторов, дросселей.
Изменить параметры, входящие в рассмотренные выше соотношения с целью уменьшения опасности возникновения акустопреобразовательного канала часто не представляется возможным, т.к это может повлиять на рабочие параметры устройства (например, для уменьшения коэффициента преобразования трансформатора его можно залить компаундом, а в головке громкоговорителя нельзя).
Электромагнитные преобразователи:
Принцип преобразования состоит в индуцировании ЭДС сигнала в обмотке при изменении магнитного потока Eис=Pис*η где: η=V*S*μ0*ω*S’/a2*Zм
S’ - площадь полюсного наконечника со стороны зазора,
S - площадь якоря,
V - магнитодвижущая сила постоянного магнита,
ω –число витков,
a - величина зазора
Eис=(Pис* V*S*μ0*ω*S’) /a2*Zм
Примерами преобразователей электромагнитной системы являются электромагнитные капсюли, электрические звонки постоянного и переменного тока, электромагнитные реле.
Следует обратить внимание на то, что и в этом случае не представляется возможным уменьшить коэффициент преобразования у подобных систем при сохранении требуемых рабочих параметров этих элементов.
Электростатические преобразователи
Простейшим преобразователем этой системы является электрический конденсатор, одна пластина которого подвижная, другая закреплена неподвижно.
Коэффициент преобразования определяется соотношением: η=U0*S/ω*a*Zм
U0 - напряжение приложенное к пластинам,
S - площадь пластин,
а - зазор между пластинами,
Zм - механическое сопротивление системы,
ω - частота воздействующего поля.
Для получения эффекта преобразования на пластины необходимо подать напряжение. Примерами устройств действующих по этой системе являются пластины различных реле (если провода от них выходят за пределы контролируемой зоны), монтажные провода или электрические детали плат, расположенные вблизи металлического корпуса технического средства.
Уменьшить коэффициент преобразования (и, соответственно величину опасного сигнала) возможно при уменьшении площади пластины конденсатора или увеличении механического сопротивления системы с помощью заливки (проводников, плат, схем и т.п.).
Механострикционные преобразователи:
Механострикция - деформация, возникающая в ферро-, ферри- и антиферромагнитных материалах при наложении механических напряжений (например, звуковая волна), изменяющих магнитное состояние (намагниченность) образцов.
В отсутствие внешнего магнитного поля механические напряжения вызывают в таком материале процессы смещения границ магнитных доменов и вращения векторов их самопроизвольной намагниченности, что приводит к дополнительному, по сравнению с упругим, изменению намагниченности. Возможность подобных каналов утечки информации основана на свойствах магнитных материалов изменять намагниченность под действием внешней силы. Если на сердечнике из магнитного материала разместить обмотку, то действие звукового поля на сердечник приведет к появлению в обмотке ЭДС опасного сигнала.
Механострикционный эффект свойственен электрическим трансформаторам, дросселям, электромагнитным реле и другим элементам, в которых витки расположены на магнитном сердечнике.
Чувствительность в системе (коэффициент акустоэлектрического преобразования) зависит от магнитострикционной чувствительности материала. Как показывает опыт, при изменении процентного содержания кремния в сплавах стали с никелем можно существенно уменьшить магнитострикционную составляющую чувствительности сплава.
Можно в ряде случаев использовать комбинированную систему уменьшения коэффициента преобразования за счет заливки трансформатора, находящегося в экране, вязким компаундом.
Наиболее известным акусторезистивным преобразователем является угольный микрофон, конструкция которого представляет собой металлическую коробку с угольным порошком. Сверху коробка закрыта тонкой пластиной - мембраной, сделанной из проводящего электрический ток материала. Пластинка изолирована от коробки и лежит прямо на порошке. Действие такого микрофона (преобразователя) основано на свойстве угольного порошка менять электрическое сопротивление в зависимости от давления. Звуковые волны речи заставляют мембрану колебаться и она сильнее или слабее сдавливает порошок, изменяя величину сопротивления столба порошка.
В стандартном угольном микрофоне это свойство используют для превращения звуковых колебаний в электрические, для чего к микрофону подсоединяют электрическую батарею так, чтобы ток проходил через угольный порошок.
Сила тока будет изменяться в зависимости от сопротивления порошка (а последнее зависит от силы акустического сигнала) и таким образом акустические волны превращаются в электрические колебания.
Аналогичный резистивный эффект, связанный с изменением электрического сопротивления твердого проводника (полупроводника, металла), возникает в результате его деформации под механическим воздействием. Наиболее серьезно этот эффект проявляется в полупроводниках, где он связан с изменением энергетического спектра носителей заряда при деформации, с изменением ширины запрещенной зоны и энергией примерных уровней, с изменением эффективных масс носителей заряда и т.п.
Вольтамперная характеристика полупроводниковых приборов часто определяется малой областью объема полупроводников и поэтому при концентрации механических напряжений именно в этой области даже малое механическое усилие создает значительные изменения высоты потенциального барьера для носителей, что приводит к изменению вольтамперной характеристики прибора. Существует целый ряд полупроводниковых элементов, которые служат датчиками механических напряжений и ускорений.
Таким образом, значительное количество элементов, окружающих нас различных устройств, используемых в практической деятельности, обладает акустопреобразовательным эффектом и, следовательно, могут являться источником для создания канала утечки конфиденциальной акустической информации. Возможный перечень таких элементов приведен в таблице
| Электродинамические | Электромагнитные | Электростатические | Пьезоэлектрические | Акусто резистивные | Магнитострикционные |
| Электро-Динамический громкоговоритель | Электрические звонки | конденсаторы | пьезодатчики | Угольные микрофоны | фильтры |
| Электро-Динамический микрофон | Звонковые цепи телефона | Реле провода | Кварцевые вибраторы | резонаторы | |
| Катушечные, ленточные, Электродинамические измерительные приборы | Вторичные электрочасыЭлектромагнитный микрофон, электромагнитные измерительные приборы | Платы. Микрофоны конденсаторные электретные | Полупроводниковый микрофонПьезоэлектрический микрофонДатчики ОС | Приемники использующие резистивный эффект | Элементы акустоэлектроники акустомеханические преобразователи |
Весьма существенным является диапазон электромагнитных волн, в который происходит преобразование за счет акустоэлектрических элементов звукового сигнала. Как правило, это связано с практическим предназначением элемента и его расположением в схеме устройства. Если акустопреобразовательный элемент расположен, например, в схеме гетеродина или высокочастотного генератора, изменение его параметров под действием звукового сигнала может привести к изменению амплитуды, частоты или фазы гетеродина или генератора.
В этом случае канал утечки информации является радиоканалом, не ограниченным проводными системами, защита которого имеет свои особенности.
По проявлению в эфире акустопреобразовательные каналы можно разделить на:
передаваемые по линиям связи, питания, управления;
передаваемые радиосигналом.