Децибелами - заряжай! Акустические пушки штурмуют арсенал техсредств охраны

Круизный лайнер Seabourn Spirit первым успешно применил LRAD как акустическое оружие

Кошмарный, но закончившийся хэппи-эндом случай на круизном лайнере оказался весьма полезен в маркетинговом отношении. Герои дня -- судовые охранники Майкл Гровз и Сом Бахадур Гурунг -- остановили уже перебиравшихся на борт Seabourn Spirit абордажников, будучи вооруженными всего лишь водометом и уже упоминавшимся акустическим устройством AHD. Звук, превысивший болевой порог, подействовал в качестве шока, и бандиты вынуждены были ретироваться. Правда, один из охранников оказался ранен, другой -- контужен, но их удалось спасти, и по выздоровлении отважные джентльмены были удостоены встречи с королевой Великобритании. А производитель "акустической пушки" -- компания American Technology Corp. -- неожиданно получил шанс основательно продвинуть свою линейку акустических устройств LRAD на рынке. В несколько ином качестве, которое, однако же, переросло в количество. Дела компании пошли в гору.

Вооруженные автоматами и гранатометами пираты, атакующие круизное судно Seabourn Spirit (фотография очевидца)

На сегодняшний день существует несколько производителей приборов, позиционирующих свои продукты как "акустические оповещающие устройства" -- термин "звуковое оружие" практически не употребляется в маркетинговых материалах. Все эти устройства предназначены, в первую очередь, для передачи звуковых сообщений на большие расстояния; вблизи все они обеспечивают звуковое давление, превышающее болевой порог. Изначально разработанные для применения на море, такие "оповещатели" в той или иной степени обладают направленным действием.

Быть в курсе физики

Прежде чем начать рассказ о техническом устройстве акустических приборов высокой мощности, следует, пожалуй, сделать некоторые пояснения. Ученые уже очень давно установили, что звук -- это волновые колебания плотности воздуха. В отличие от электромагнитных волн, звуковые колебания -- продольные, а не поперечные, то есть вектор напряженности поля параллелен вектору его распространения. Колебания называются когерентными, если частота и фаза волн идеально равны. Если когерентные колебания синфазны -- тогда амплитуда суммы двух волн равна сумме амплитуд этих волн; если же колебания находятся в противофазе -- то одна волна "глушит" другую и амплитуда результирующего колебания равна разности соответствующих величин. Большая часть колебаний в природе -- что акустических, что электромагнитных видимого диапазона -- некогерентны. И свет, и звук распространяются в некотором смысле хаотично, фазы и частоты "плавают". Пример некогерентного излучателя -- лампа накаливания; пример когерентного -- лазер. Громкость звука характеризуется звуковым давлением, обычно выраженным в единицах логарифмической шкалы -- децибелах, и численно выражается как двадцать десятичных логарифмов от соотношения измеряемого звукового давления (P1) к уровню звука, минимально различимого человеческим ухом -- 20 мкПа (P0). SPL = 20 lg(P1/P0) Откуда взялся множитель 20? Децибел -- одна десятая часть бела, из-за этого умножаем на 10. Но сравниваются не среднеквадратичные значения амплитуд, а мощности -- каждая из которых равна квадрату амплитуды, а двойку, согласно свойствам логарифмирования, можно перенести из степени в множитель. Шёпот в логарифмической шкале соответствует 10 дБ, обычный разговор -- 40-50 дБ, а автомобильный сигнал в непосредственной близости от источника достигает 100 дБ. Болевой порог восприятия звука составляет примерно 120-130 дБ -- впрочем, точные его значения для каждого человека индивидуальны. Исходя из этого, например, принято ограничивать громкость звукоусилительной аппаратуры на рок-концертах.

LRAD

Фото: Photographer's Mate 3rd Class Tucker M. Yates/US NAVY Акустическая пушка LRAD может применяться как для связи, так и для болевого воздействия на органы слуха -- например, для защиты судов от пиратов

Пожалуй, сегодня самая известная и "раскрученная" марка акустических устройств -- LRAD. Расшифровывается это название так: "long range acoustic hailing device" -- оповещающее устройство дальнего действия. А выпускает эти приборы уже упоминавшаяся нами компания American Technology Corp. LRAD был изобретен Элвудом "Вуди" Норрисом (Woody Norris), и его успешные продажи лежат в основе создания всего сегмента рынка таких устройств, существующего с 2004 года. Работая в полную силу, наиболее мощное устройство из линейки -- LRAD 1000X -- развивает относительное звуковое давление (так более строго именуется более привычное нам понятие "громкость") в 152 дБ на расстоянии одного метра от источника. "Устрашающий сигнал" на выходе устройства, несмотря на слухи о его "психотропности", оказывает лишь болевое воздействие на барабанные перепонки. "Я инстинктивно зажал руками уши -- сирена была настолько громкой, что я не мог о чем-либо думать и что-либо делать. Я был парализован", -- пишет журналист Уильям Лидуэл о том, как Норрис демонстрировал ему свое устройство в действии.

Однако уже на расстоянии пятидесяти метров от источника звук, генерируемый LRAD 1000, воспринимается уже не так болезненно, а на ста метрах -- громкость падает до 110 дБ. Этого, конечно, будет с лихвой достаточно для передачи адресного речевого сообщения -- но вооруженного автоматическим оружием злоумышленника едва ли удастся таким образом заставить отказаться от агрессивных намерений.

С технологией LRAD связано еще больше мифов, чем с возможностями этого устройства. Компания American Technology показала высокий класс в области public relations, так умело подавая информацию о LRAD вместе со сведениями о других своих разработках, что на неискушенного читателя наползло целое облако заблуждений насчет физических принципов работы этого прибора. Например, в зарубежных СМИ ходили не подтвержденные экспертами слухи о том, что звук в "акустических устройствах дальнего действия" переносится в пространстве с помощью модуляции слышимых колебаний ультразвуком -- подобно тому, как низкочастотный радиосигнал модулируется высокочастотным в системах радиосвязи. Такая технология, по утверждению производителя, "позволяет создать узкую диаграмму направленности".

На самом деле, как нам удалось выяснить, подобный физический принцип используется в совсем другом продукте компании -- параметрических звуковых извещателях HSS. Они действительно обладают весьма узкой диаграммой направленности, но максимальная громкость этих приборов ограничена всего лишь 90 децибелами. При всех своих достоинствах параметрические звуковые излучатели крайне неэффективны с энергетической точки зрения и до болевого порога просто не дотягивают. А маркетинговая служба вендора, мягко говоря, несколько подтасовала информацию ради придания привлекательности своему продукту.

Зависимость акустического излучения от дистанции для самого мощного устройства из линейки -- LRAD 1000. Звуковое давление перед устройством превышает 150 дБ и падает до 100 дБ на дальности в 500 метров. Однако позади акустической пушки звук на 60 дБ тише -- для оператора она безопасна.

В отличие от привычных для нас бытовых колонок, в "пушках" LRAD для генерации акустического колебания используются не электромагнитные катушки, а пьезоэлектрические излучатели -- кристаллы с анизотропными свойствами, изменяющие свои линейные размеры при подаче на них потенциала, и таким образом преобразующие электрический сигнал в акустическое колебание. Согласно статьям в западной технической прессе, LRAD представляет собой массив из сонаправленных пьезоэлектрических излучателей с раструбами -- его элементы при этом расположены в два слоя так, что раструбы верхнего ряда частично перекрывают нижние излучатели. По некоторым данным, пьезоэлектрические излучатели нижнего ряда опережают по фазе излучатели верхнего ряда; однако, ни о какой фокусировке путем дискретного изменения фазы, как это делается для высокочастотных электромагнитных волн в фазированных антенных решетках, речи не идет.

Использование пьезоэлектрических излучателей вместо традиционных электромагнитных динамиков позволило значительно повысить энергетическую эффективность устройства -- при работе в режиме максимальной громкости LRAD потребляет не более 900 Вт электроэнергии. Однако эта технология имеет один существенный недостаток -- нижняя граница частотного диапазона акустических устройств, построенных на пьезоэлементах, составляет приблизительно 2 кГц. То есть ими может быть воспроизведена лишь верхняя часть диапазона частот, занимаемого человеческим голосом. Телефонные линии обеспечивают передачу звука частотой от 0,3 до 3,4 кГц -- а "расширенный" частотный диапазон акустического излучения устройства, возглавляющего линейку продуктов LRAD, составляет от 0,72 до 6,6 кГц. О частотных характеристиках других моделей на официальном сайте компании-производителя не сообщается.

В настоящее время American Technology Corp. предлагает модели LRAD 500, LRAD 1000, LRAD-R (с дистанционным управлением), а также LRAD 500X, 1000X и RX -- с расширенным акустическим диапазоном. Есть и заведомо маломощная рупорная модель LRAD 100X.

Однако продукты компании ATC не являются единственными в своем классе. 9 января 2008 года Главное бюджетно-контрольное управление правительства США отклонило протест компаний Wattre Inc. и IMLCORP LLC, оспаривавших результаты тендера на поставку акустических оповещательных устройств для ВМС США. В сравнительных испытаниях, проводившихся в рамках тендера, участвовали три устройства, предоставленные соответственно компаниями American Technology Corp., IMLCORP LLC и Wattre Inc. Тест был организован так: акустические устройства установили на берегу озера и направили на находящийся на акватории катер с группой экспертов. Катер находился на расстоянии 450 м от "линии огня". Для каждого устройства была проведена серия из шести испытаний: в трех случаях лодка была неподвижна, в трех -- двигалась; уровень фонового шума составлял -- 88 дБ. Каждому из экспертов предлагалось оценить различимость звукового сигнала по десятибалльной шкале. В итоге LRAD набрала 100%, продукт компании IMLCORP -- 91,6%, а устройство от корпорации Wattre -- 66,6%. Кроме различимости звуковых сообщений, оценивались и другие аспекты: условия гарантийного обслуживания, соответствие требуемым характеристикам, цена и так далее. Тендер выиграла компания ATC.

Hyperspike

Звук от HS-60 способен травмировать барабанные перепонки даже на значительном расстоянии. Рядом -- Курт Грейбер, генеральный директор компании Wattre, любезно согласившийся ответить на наши вопросы.

Сведений о том, какие именно устройства этого производителя приняли участие в тестировании, а также насколько беспристрастными были организаторы испытания, обнаружить не удалось. Однако документально подтвержденный рекорд максимальной громкости воспроизводимого звука принадлежит акустическому оповещающему устройству компании Wattre Inc. После проведенных в марте 2007 года сертификационных испытаний модель HS-60, использующая патентованную технологию Hyperspike, попала в Книгу рекордов Гиннеса как самое мощное в мире электроакустическое устройство: на расстоянии одного метра от HS-60 относительное звуковое давление составило 182 дБ, а на дистанции в 128 метров -- 140,2 дБ -- на 30 с лишним децибел больше, чем у LRAD. А это очень, очень существенная разница: децибелы -- логарифмическая величина. То есть, выраженное в паскалях значение среднеквадратичной амплитуды колебаний у HS-60 приблизительно в 30 раз больше, чем у LRAD!

Устройства линейки HS от Wattre, эксплуатирующие технологию Hyperspike, используют иной, нежели пьезоакустические преобразователи, принцип генерирования звуковых колебаний. Здесь установлены электромагнитные излучатели с подвижной головкой, применяющиеся также и в аппаратуре точного воспроизведения звука класса high end. Такое устройство позволяет генерировать звук с частотами 375 Гц -- 19 кГц (HS-24) и даже 210 Гц -- 10 кГц (HS-60). Инновационная технология Hyperspike, как сообщает компания Wattre, де-факто представляет собой патентованный акустический коллиматор. Hyperspike, так же, как и LRAD, излучает когерентный плоский луч, сфокусированный в бесконечности. Условие когерентности звуковых волн для "рекордного" HS-60 выполняется на дистанции до 264 метров -- только после этой отметки фаза и частота начинают "плавать". Объявленная ширина основного лепестка диаграммы направленности устройств от Wattre составляет 10 градусов против 30-ти у LRAD, а звуковое давление при двукратном увеличении дистанции падает на 3-4 дБ. В прочих звуковых устройствах при удвоении расстояния от источника звука наблюдается ослабление сигнала приблизительно на 6 дБ. Такие свойства позволяют приборам, выполненным по технологии Hyperspike, при благоприятных условиях передавать речевые сообщения на расстояния до трех километров.

"Человек, находящийся внутри созданного системой Hyperspike "луча", не в состоянии определить направление звука -- он испытывает ощущение, что на него надеты наушники. Он как будто бы погружен вовнутрь звука -- если только не присутствуют существенные акустические отражения, или если объект воздействия не перемещается в пространстве с достаточной скоростью", -- рассказал корреспонденту газеты Security News Курт Грейбер (Curt Graber), генеральный директор компании Wattre.

Уровень звукового давления серийного акустического прожектора Hyperspike HS-24 падает медленнее, чем у LRAD. "Старший брат" этого устройства акустическая пушка Hyperspike HS-60 удерживает мировой рекорд по громкости звука.

"В настоящее время еще только определяются все возможные виды применения созданных по технологии Hyperspike продуктов, и, разумеется, существуют покупатели, заинтересованные в использовании этих устройств для управления поведением людей -- вплоть до их принуждения к тому, чтобы покинуть охраняемую территорию. С другой стороны, любое электроакустическое устройство может одинаково легко проигрывать Баха или "Металлику", передавать сообщения грозным властным голосом и, к примеру, транслировать крики ястреба, чтобы отпугнуть птиц от взлетной полосы в аэропорту", -- ответил он на вопрос о применении продукции его предприятия в качестве "несмертельного оружия".

В настоящее время, согласно информации, выложенной на веб-сайте производителя, предлагаются к продаже две модификации устройства: базовая модель HS-24 и Hyperspike PTZ -- акустический прожектор с функциями наклона-поворота и видеокамерой в комплекте. Устройства HS-36 и HS-60 реализованы пока еще в прототипах. Нужно отметить и то, что в настоящее время акустические оповещательные устройства Hyperspike используются на кораблях береговой охраны США.

IMLCORP

Другая принимавшая участие в тендере компания -- IMLCORP LLC -- производит наиболее традиционные системы акустического оповещения. Продукты серий AlertCommander и SoundCommander представляют собой, судя по их внешнему виду, вполне обычные рупорные динамики большой мощности -- а позиционируются они производителем как средство информационного оповещения "своих", в том числе для управления войсками в ходе боевых операций. Система SoundCommander обеспечивает относительное звуковое давление 134 дБ в метре от источника.

Разумеется, этого недостаточно для сколь-нибудь серьезного болевого воздействия на человека. Мы включили SoundCommander в этот обзор лишь потому, что компания IMLCORP принимала участие в одном тендере с ATC и Wattre. Вполне вероятно также, что производителей подобной продукции не так уж мало, однако на применение ее в качестве "звукового оружия", по имеющимся у нас данным, более не претендует ни один вендор.

Забавный факт: в оспаривающем результаты тендера судебном протесте сообщалось, что "ширина основного лепестка акустического излучения продукта IMLCORP всего лишь на 1 градус превышает заявленный в технической спецификации максимум в 30 градусов, что не является принципиальным".

MAHD-R

Еще одно акустическое оповещательное устройство большой мощности -- MAHD-R -- выпускается одним из подразделений крупной аэрокосмической корпорации Moog. Интересно, что это -- единственный вендор, в продвижении продуктов которого используется термин "нелетальное оружие". Прочие производители по тем или иным причинам избегают так называть свою продукцию. Об упомянутом устройстве в открытых источниках нами найдено крайне мало информации. Акустические характеристики представлены уже знакомым нам параметром -- максимальным относительным звуковым давлением на расстоянии 1 метра от излучателя, которое здесь составляет 151 дБ.

Акустическое устройство MAHD-R со встроенным микрофоном является IP-устройством с полностью компьютерным управлением

Нашу вежливую просьбу предоставить чуть более детальную информацию об устройстве производитель, к сожалению, проигнорировал. В качестве конкурентного преимущества потенциальным клиентам преподносится то, что устройство "управляется удаленно по протоколу IP через интерфейс 10/100-Мбит Ethernet с помощью джойстика", -- внимание, это прямая цитата из рекламного проспекта! -- "Если бы на Seabourn Spirit использовалось устройство MAHD-R, ранения охранника можно было бы избежать". К прочим "наворотам" предлагаемого продукта можно отнести наличие телекамеры, направленного микрофона и поворотного устройства.

Резюме

В последние пару лет в СМИ постоянно мелькают упоминания о "секретном новейшем акустическом психотропном оружии нелетального действия" (порядок и набор слов можно изменить в произвольном порядке): то его используют американцы в Ираке, то с его помощью разгоняют демонстрации грузинских оппозиционеров, то оно появляется в зоне арабо-израильского конфликта -- и в 99% случаев такой материал иллюстрируется изображением LRAD, установленного на бронетранспортере или военном внедорожнике. Однако ни LRAD, ни другие акустические устройства высокой мощности, которые с легкой руки журналистов превратились в "акустические пушки", не создавались как "оружие" -- это в первую очередь средства связи. Во время Второй мировой войны рупорные репродукторы точно так же устанавливались на военной технике; да и идея разгонять демонстрации с помощью громких сирен тоже не нова. Правда, вся "психотропность" этого "оружия" сосредоточена в громком звуке, вызывающем боль в органах слуха.

Однако в некоторых случаях громкий направленный звук может стать весьма эффективным средством управления толпой; с его помощью можно повлиять и на поведение преступников -- если застать их врасплох и без средств защиты слуха. В самом деле, уровень звукового давления в 150 дБ может существенно повредить барабанные перепонки.

Модели	LRAD 1000X	Wattre HS-24	Wattre HS-60	IMLCORP SC3600	MAHD-R
1 м	152 дБ	153 дБ	182 дБ	134 дБ	151 дБ
100 м	-	127 дБ	>140 дБ	-	-
300 м	100 дБ	120 дБ	-	-	-
Заявленная ширина основного лепестка диаграммы направленности	30°	10°	10°	>30°	30°
Заявленный диапазон частот	0,72-6,6 кГц	0,375-19 кГц	0,21-10 кГц	0,5-6,5 кГц	0,02-20 кГц
Макс. потребляемая мощность	900 Вт	около 900 Вт	3 кВт	-	2 кВт

Мировой рынок акустических оповещающих устройств высокой мощности еще очень и очень молод, а на постсоветском пространстве этот сектор, по сути, отсутствует. Однако потенциал продаж у этой техники, по всей видимости, немалый. Приборы, создающие мощный направленный звук, могут оказаться полезны для самых разных систем безопасности, в частности -- для охраны периметра. Кроме правоохранительных агентств и военных структур, очевидна востребованность и на гражданском флоте -- и в качестве средства связи, и, как показывает победный опыт Seabourn Spirit, в качестве компонента охранных систем. Выше уже упоминалось применение для отпугивания птиц -- важный компонент обеспечения авиационной безопасности. Предположительно, подобные системы могут быть полезны в исправительных учреждениях.

Технологии генерации направленных звуковых волн продолжают развиваться. Судя по напряженности отношений между технологическими конкурентами на Западе, однозначно предпочтительного решения пока еще не найдено. И здесь у российских разработчиков есть прекрасная возможность обойти западных коллег, а у отечественного производителя -- перспектива занять своей продукцией рыночные ниши -- и дома, и за рубежом. Как говорят в казино на круизных лайнерах, "делайте ваши ставки, господа!"

Источник: Security News