1)Сравнительные возможности слуха и электроакустических преобразователей

Чувствительность слуха, или порог слышимости β, определяется, минимальным звуковым давлением P_min (или мини­мальной интенсивностью звука I_min), ниже которого ухо не восприни­мает звук, характеризует остроту слуха и зависит от частоты и вы­числяется по формуле:

где P₀ − нулевой уровень звукового давления, принят равным 2∙10^-5Па (близок к величине стандартного порога слышимости в тишине на частоте 1000 Гц); I₀ − нулевой уровень интенсивности звука, принят равным 10^-12 Bт/м² (близок к величине стандартного порога слышимости в тишине на частоте 1000 Гц).

Порог слышимости характеризуется эффектом скачкообразного появления заметного на слух ощущения звука при плавном возрастании раздражающей силы от нуля или некоторого уровня, не вызывающего слухового ощущения.

Для различных людей пороги слышимости сильно различаются друг от друга в силу их индивидуальных особенностей, поэтому в расчетах используют усредненные данные, полученные статистиче­ской обработкой результатов измерений (порогов слышимости) у не­скольких десятков и даже сотен и тысяч людей. Многочисленные ис­следования показали, что характеристики слуха не имеют никаких национально обусловленных особенностей. Однако принятые в раз­ных странах стандарты для области слухового восприятия могут от­личаться. Различными бывают как методы измерений, так и сами контингенты лиц. Где-то, например, это лица с наиболее острым слухом, где-то лица с нормальным слухом, но различных возрастных категорий. Стандарты со временем незначительно уточняются.

На рис. 4.1 область слухового восприятия человека обозначена некоторыми среднестатистическими (усредненными) кривыми порога слышимости β и болевого ощущения γ.

Как видно из графиков, наиболее чувствительно ухо к частотам 200…3000 Гц (ниже и выше этой области чувствительность уха снижается). Порог болевого ощущения меньше зависит от частоты и для большей части звукового спектра близок к 130 дБ.

Чувствительность, или отдача микрофона K_м характеризует зависимость напряжения электрического сигнала на выходе микрофона U_м от звукового давления Р на его рабочей поверхности (мембране), измеренного по свободному полю на частоте 1000 Гц в мВ/Па и рассчитывается по формуле

Предел чувствительности аппаратуры характеризуется наименьшим значением уровня звука, при котором он еще регистрируется с помощью данных акустических приборов.

В реальных условиях перехвата следует также учитывать собственные шумы приемного тракта, обусловленные флуктуациями воздушной среды, тепловыми шумами в схемах микрофона и приемника и наводками от внешних электромагнитных полей, которые по совокупности могут быть эквивалентны уровню звукового давления не менее 20...30 дБ.

Восприятие человеком речи не адекватно восприятию простей­ших тональных сигналов, а восстановление и понятность речи зави­сит от всей совокупности частотных, энергетических и временных параметров. Слуховая система работает не только как частотный ана­лизатор, но и как комплексное устройство, обладающее способно­стью осуществлять различные способы анализа звука. Вслед за час­тотным анализом большую роль играет временнóй анализ воспринимаемых ухом звуковых процессов. Слуховой аппарат обла­дает механизмом, реагирующим на временные соотношения в этом процессе и воспроизводящим в слуховом центре мозга «временнóй узор», соответствующий объективно существующей природе звука. Мозгом не только анализируются прошедшие звуковые ощущения, но могут и предсказываться («додумываться») очередные.

В современных подслушивающих системах применяются раз­личные, достаточно эффективные методы шумоочистки сигналов. Причем очистка от шума может осуществляться как в момент под­слушивания, с использованием простейших полосовых фильтров, эк­валайзеров и стереомикрофонов, так и при последующей обработке записанных разговоров в лабораторных условиях с использованием автоматизированных компьютерных систем.

Стереомикрофоны позволяют за счет стереоэффекта диффе­ренцировать и отделять от информативной разговорной речи такие помехи, как, например, шумы бытовых приборов или внешние уличные шумы. Эквалайзеры представляют собой устройства с набором различных фильтров: фильтров верхних и нижних частот, полосовых, октавных, чебышевских и других. Эти фильтры включаются по определенной программе в зависимости от характера искажений сигнала и помех. Наряду с эквалайзерами для повышения разборчивости речи исполь­зуются специальные программно-аппаратные комплексы коррекции и шумоочистки по примеру адаптивного фильтра (АФ), структурная схема которого изображена на рис. 4.4.