Моделирование прохождения звуковых волн через ограждающие конструкции
Бушманов Александр Вениаминович, кандидат технических наук, доцент;
Григорян Давид Гагикович, студент магистратуры
Амурский государственный университет (г. Благовещенск)
В работе рассматривается взаимодействие звуковых волн с различными материалами и препятствиями. Произведен обзор средств для работы над данным проектом. Намечены этапы дальнейшей работы для разработки программного продукта.
Ключевые слова: Информационная безопасность, компьютерное моделирование, звуковая проницаемость.
Компьютеризация решения акустических задач является достаточно актуальной в настоящее время. Для выявления утечек и защиты информации разрабатывают программно-аппаратные продукты физического моделирования звука. Это позволяет применить математические и физические законы для выяснения того, как тот или иной материал пропускает звук. С помощью моделирования возможно описать физические свойства звука и материалов.
Данное решение позволит обезопасить помещения, в которых проходят переговоры, совещания, деловые встречи и т. д. С помощью программно-аппаратного комплекса возможно выявить количественно и качественно прохождение звуковых волн сквозь стены, окна и другие конструкции.
Большинство современных решений позволяют сделать лишь измерения и ручной расчет. Это накладывает определенные трудности: специалист будет обязан «вручную» просчитать звуковую проницаемость всех объектов и конструкций, это несет за собой большие временные затраты. В рамках данной работы планируется решить эти проблемы.
Конечной целью данной работы является разработка программного продукта, позволяющего с помощью математической и физической модели рассчитать коэффициенты проницаемости материалов и конструкций звуковыми волнами.
В настоящее время для достижения этой цели применяются программные средства моделирования и расчета такие, как: COMSOL — программное обеспечение для анализа методом конечных элементов, решателя и мультифизического моделирования. Позволяет моделировать реальные системы; MATLAB — пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений. Выполнение математического моделирования. А также другие программные средства.
При моделировании первым этапом необходимо вычислить и практически выяснить звуковую проницаемость конструкция из различных материалов. Для этого используется звукоулавливающее устройство, стоящее за исследуемой конструкцией и источник звука, с другой стороны. Если звуковая волна встречает преграду с иным, чем акустическая среда, волновым сопротивлением, то часть звуковой энергии отражается от преграды, часть проникает в нее и поглощается преградой, превращаясь в тепло, а оставшаяся часть проникает сквозь преграду. Взаимодействие звуковых волн с преградой представлено на рис. 1.
Рис. 1. Схема прохождения звуковых волн через ограждающую конструкцию
Далее следует создать математическую модель, характеризующую прохождение звука от источника через ограждающую конструкцию. Свойства преграды и материала, покрывающего эту преграду, определяются следующими показателями:
- Коэффициент звукопоглощения:
где
- Коэффициент отражения:
где
- Коэффициент звукоизоляции:
обратная величина по отношению к коэффициенту отражения.
- Коэффициент прохождения:
где
- Коэффициент рассеяния от поверхности преграды:
- Звукоизоляция преграды R оценивается в дБ (дециБел):
После построения математических и физических моделей прохождения звуковых волн через ограждающие конструкции, следует этап компьютерного моделирования. Здесь учитываются свойства конструкций, физика звуковых волн, планировка помещения и т. д.
Программный продукт позволит использовать модель помещения с источником звука и звукоизолирующими конструкциями, а затем рассчитать прохождение звуковой информации. Модель помещения возможно будет построить в конструкторе данного программного продукта. Пример модели помещения на рис. 2.
Рис. 2. Пример схемы помещения
Разработанная модель может быть использована при оценке коэффициента звуковой проводимости материалов помещения и нахождения возможных мест утечки акустической информации.
Литература:
- Ворона, В. А. Способы и средства защиты информации от утечки по техническим каналам / В. А. Ворона, В. О. Костенко // Computational nanotechnology. — 2016. — Вып. 3–223 с.
- Крылов, В. В. Введение в физическую акустику. Учебное пособие / В. В. Крылов, В. А. Красильников — М.: Изд-во «Наука», 1984. — 400 с.
