- шум с тенденцией спада спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот;
- шумовая «речеподобная» помеха (шум с огибающей амплитудного спектра, подобной речевому сигналу).
В системах акустической и виброакустической маскировки, как правило, используются помехи типа «белого» и «розового» шумов.
В ряде систем виброакустической маскировки возможна регулировка уровня помехового сигнала. Например, в системе ANG-2000 осуществляется ручная плавная регулировка уровня помехового сигнала, а в системе «Заслон-2М» – автоматическая (в зависимости от уровня маскируемого речевого сигнала). В комплексе "Барон" возможна независимая регулировка уровня помехового сигнала в трех частотных диапазонах (центральные частоты: 250, 1000 и 4000 Гц). Система «Шорох-1» позволяет регулировать форму генерируемой помехи пятиполосным октавным эквалайзером [3].
«Речеподобные» помехи формируются (синтезируются) из речевых сигналов. При этом возможно формирование помехи, как из скрываемого сигнала, так и из некоррелированных со скрываемым сигналом речевых фрагментов (отрезков). Характерным представителем помех, формируемых из речевых фрагментов, некоррелированных со скрываемым сигналом, является помеха типа «речевой хор». Такая помеха формируются путем смешения фрагментов речи нескольких человек (дикторов). Среди помех, формируемых из скрываемого сигнала, можно выделить два типа: «речеподобную» реверборационную и «речеподобную» инверсионную. «Речеподобная» реверборационная помеха формируется из фрагментов скрываемого речевого сигнала путем многократного их наложения с различными уровнями. «Речеподобная» инверсионная помеха формируется из скрываемого речевого сигнала путем сложной инверсии его спектра.
Комбинированные помехи формируются путем смешения различного вида помех, например помех типа «речевой хор» и «белый» шум, «Речеподобные» реверборационной и инверсионной помех и т.п. «Речеподобная» помеха типа «речевой хор» и комбинированная помеха типа «речевой хор» и «белый» шум реализованы в комплексе «Барон». Для этих целей в его состав кроме обычного генератора шума включены три радиоприемника, независимо настраиваемые на различные радиовещательные станции FM (УКВ-2) диапазона .
«Речеподобная» комбинированная (реверборационная и инверсионная) помеха используется в системе акустической маскировки «Эхо». Помеха формируется путем многократного наложения смещенных на различное время задержек разноуровневых сигналов, получаемых путем умножения и деления частотных составляющих скрываемого речевого сигнала.
Оценка эффективности шумовых помех осуществляется инструментально-расчетным методом, подробно изложенным в [5] и обеспечивающим требуемую достоверность получаемых результатов оценки. Данный метод основан на результатах экспериментальных исследований, проведенных Н.Б. Покровским [6].
Спектр речи разбивается на N частотных полос. Для каждой частотной полосы на среднегеометрической частоте определяется формантный параметр , характеризующий энергетическую избыточность дискретной составляющей речевого сигнала. Для каждой -й частотной полосы определяется весовой коэффициент , характеризующий вероятность наличия формант речи в данной полосе[5]:
|
|
где и - значения весового коэффициента для верхней и нижней граничной частот -й частотной полосы спектра речевого сигнала.
Для каждой частотной полосы на среднегеометрической частоте определяется коэффициент восприятия формант слуховым аппаратом человека , представляющий собой вероятное относительное количество формантных составляющих речи, имеющих уровни интенсивности выше порогового значения, которое зависит от отношения сигнал/шум .
Далее определяется спектральный индекс артикуляции (понимаемости) речи (информационный вес -й спектральной полосы частотного диапазона речи) и рассчитывается интегральный индекс артикуляции речи R[5]:
|
|
|
|
|
По интегральному индексу артикуляции речи определяются слоговая и словесная разборчивость речи. Зависимости , , , и определены Н. Б. Покровским экспериментально и представлены в виде графиков в [7]. Данные графики можно аппроксимировать следующими аналитическими выражениями, при которых ошибка аппроксимации составляет менее 1% [5]:
|
|
|
|
|
|
|
|
где
– значение весового коэффициента в i-й октавной полосе;
– отношение "уровень речевого сигнала/уровень шума" в месте измерения в i-й октавной полосе, дБ;
– средний спектральный уровень речевого сигнала в месте измерения в i-й октавной полосе, дБ;
– уровень шума (помехи) в месте измерения в i-й октавной полосе, дБ;
– значение формантного параметра спектра речевого сигнала в i-й октавной полосе, дБ;
N – количество октавных вопрос, в которых проводится измерение.
Числовые значения формантного параметра спектра речевого сигнала D Аi и весового коэффициента кi в октавных полосах приведены в табл. 3.1 .
Таблица 3.2
Числовые значения формантного параметра спектра речевого сигнала D Аi и весового коэффициента кi в октавных полосах
|
Наименование параметров |
Среднегеометрические частоты октавных полос fcp.i, Гц |
||||
|
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
|
|
Числовое значение формантного параметра спектра речевого сигнала в октавной полосе D Аi, дБ |
18 |
14 |
9 |
6 |
5 |
|
Числовое значение весового коэффициента в октавной полосе кi |
0,03 |
0,12 |
0,20 |
0,30 |
0,26 |
Требования, предъявляемые к эффективности защиты акустической (речевой) информации, в качестве показателя оценки которой наиболее часто используют словесную разборчивость W.
|
|
Для оценки разборчивости речи речевой диапазон целесообразно разбивать на полосы имеющие одинаковый весовой коэффициент (вносящих одинаковый вклад в разборчивость речи). Покровским было предложено разбивать речевой диапазон частот на двадцать равноартикуляционных полос с весовым коэффициентом 0.05.
Для простоты используют не двадцать, а семь октавных полос. Погрешность в расчетах при таком количестве полос значительно зависит от вида шума и при словесной разборчивости 30-80% составляет 1-2% для «речеподобной» помехи, 3-5% - для «белого» и «розового» шума и 15% - для шума с тенденцией спада спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот[5].
Характеристики октавных полос и рассчитанные числовые значения формантного параметра спектра речевого сигнала и весовых коэффициентов для них представлены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Характеристики октавных полос частотного диапазона речи
|
Номер полосы |
Частотные границы полосы , Гц |
Среднегеометрическая частота полосы , Гц |
Весовой коэффициент полосы |
Значение формантного параметра речи в полосе , дБ |
|
1 |
90-180 |
125 |
0.01 |
25 |
|
2 |
180-355 |
250 |
0,03 |
18 |
|
3 |
355-710 |
500 |
0,12 |
14 |
|
4 |
710-1400 |
1000 |
0,2 |
9 |
|
5 |
1400-2800 |
2000 |
0,3 |
6 |
|
6 |
2800-5600 |
4000 |
0,26 |
5 |
|
7 |
5600-11200 |
8000 |
0.07 |
4 |
Первая и седьмая октавные полосы являются малоинформативными, поэтому обычно ограничиваются рассмотрением пяти октавных полос со среднегеометрическими частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000. Погрешность при таком рассмотрении не превышает 1-2 % для «белого» и «розового» шумов и 4-5% - для «речеподобной» помехи и шума с тенденцией спада спектральной плотности на 6 дБ на октаву в сторону высоких частот.
Результаты математического моделирования зависимости словесной разборчивости от интегрального отношения сигнал/шум в пяти октавных полосах (180-5600 Гц) при различном виде шумовых помех представлены на рисунке 3.4.
1 – «белый» шум; 2 – «розовый» шум; 3 – шум со спадом спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот; 4 – шумовая «речеподобная» помеха
Рисунок 3.4 – Зависимость словесной разборчивости W от интегрального отношения сигнал/шум q в полосе частот 180-5600 Гц;
