monitory

MONITORY
CRT – Cathode ray tube

Vakuová trubice



Princip činnosti




elektronové dělo, fluorescenční stínítko
1879, Karl Ferdinand Braun
obvykle 3 stejné elektronové paprsky
barevné body (RGB) vznikají po dopadu paprsku na daný fosforový
bod (luminofor)
barevné CRT obrazovky potřebují masku (delta, trinitron, štěrbinová)
Výroba

nanášení fosforu příslušné barvy (luminoforů) – fotografická cesta


nanese se všude, rozsvítí se patřičný paprsek a projde se celá obrazovka
(paprskem)
vypláchnutí, neosvícená místa se vyplaví. Proces se opakuje pro kaţdou
barvu
Princip CRT
Vychylování elektromagnetickým polem
čtyři cívky (2 horizontální, 2 vertikální)
ţhavená katoda
řídicí mříţka: Wehneltův válec s – potenciálem
urychlovací anody
Černobílá CRT
1.
Vychylovací cívky
2.
Svazek elektronů
3.
Zaostřovací cívka
4.
Luminoforová vrstva
5.
Ţhavicí vlákno
6.
7.
8.
9.
Grafitová vrstva na
vnitřní straně
Pryţové těsnění pro
připojení anody
Katoda
Vzduchotěsná
obrazovka
10.
Stínítko
11.
Ocelová kotva magnetu
12.
Řídicí elektroda
regulující intenzitu
paprsku
13.
Konektor katody
14.
Připojení anody
Barevná CRT
Elektronové dělo
2. Svazky elektronů
3. Zaostřovací cívky
4. Vychylovací cívky
5. Připojení anody
6. Maska pro oddělení
paprsků
7. Luminoforová vrstva
s RGB oblastmi
8. Detail luminoforové
vrstvy z vnitřní
strany obrazovky
1.
Typy CRT

CRT s invarovou obrazovkou





CRT s trinitronovou obrazovkou





maska omezuje rozptyl paprsků a pomáhá je přesně
usměrnit na poţadované místo
deska s provrtanými malými otvory (kaţdý bod tři otvory)
delta – uspořádání do trojúhelníků
vypouklé
nahrazení masky svislými tenkými drátky (Sony)
plošší, válcovité
ostrost a kontrast aţ do rohů obrazu, vyšší jas × zpevňující drátky
riziko poškození magnetickým polem
CRT s cromaclear obrazovkou (štěrbinová maska)



pokus spojit klady invaru a trinitronu (NEC)
pevná mříţka, odolná vůči magnetickým polím
náročnost výroby
Masky
Shadow mask (delta)
Aperture grille (štěrbinová)
LCD – Liquid crystal display

Tenké a ploché zobrazovací zařízení




Dvojice průhledných elektrod (2, 4)
Dvojice polarizačních filtrů (1, 5)



omezený počet barevných nebo monochromatických
pixelů
seřazených před zdrojem světla
s na sebe kolmými polarizačními osami (neprojde světlo)
Molekuly tekutých krystalů (3)
Princip:


podle napětí na elektrodě se struktura LC různě natočí
umoţní průchod světla v patřičné intenzitě

různé podle natočení
Barevné LCD

Sloţení ze tří subpixelů


R, G, B
svítivost řízena nezávisle

díky tranzistorům
Kapalné krystaly

Některé vlastnosti kapalné i pevné fáze



tekutá jako kapalina
optické a elektromagnetické vlastnosti jako krystalická látka
Dlouhé a úzké molekuly (mesogeny)

orientované uspořádání způsobuje zajímavé optické jevy


změna polarizace procházejícího světla v závislosti na poloze molekul
Chování v elektrickém poli

molekuly jsou neutrální


velikost el. náboje v jednotlivých částech molekuly se můţe lišit
molekula se stává dipólem

v elektrickém poli má snahu otočit se v jeho směru
http://teacher.pas.rochester.edu/phy122/Lecture_Notes
N-(4-Methoxybenzyliden)4-butylanilin (MBBA)
Kapalné krystaly – fáze

Nematická fáze


jediným prvkem uspořádání je
orientace tyčinkových molekul
Smektická fáze


vyšší uspořádanost
relativně tuhé vrstvy


mohou po sobě klouzat
pravidelné opakování
vzdáleností

ve směru kolmém k laminárním
vrstvám
Smektická fáze A, C (úhel θ)
Kapalné krystaly – fáze

Chirální fáze



bez prvků symetrie
vzájemně pootočené
Chirálně nematická fáze


cholesterická
nejčastěji vyuţívána
Chirálně nematická a chirálně smektická fáze
Princip LCD


1. polarizační filtr s vertikální osou
2. skleněná destička s ITO elektrodami





Indium Tin Oxide;
poloprůhledný metal-oxid
3. tekuté krystaly
4. skleněná destička s elektrodou
5. polarizační filtr s horizontální osou
6. světelný zdroj nebo reflexní
vrstva k odráţení světla
LCD

Řízení
přímé
(segmentové)
 maticové
(multiplex)


Matice
pasivní
 aktivní

http://www.avdeals.com/classroom/what_is_tft_lcd.htm
LCD s pasivní maticí

Mříţka vodičů


elektrody v řádcích a sloupcích
nastavení el. pole v kaţdé buňce pomocí 2 společných tranzistorů


Změna barvy díky elektrickému poli


kdyţ proud prochází řádkem a sloupec je uzemněný
turbulentní proudění krystalů


jeden pro řádek a jeden pro sloupec
na místech, kde působí elektrické pole
Problémy

při velkém počtu pixelů nutno zvýšit napětí



parazitní jevy



min. 5 V
ovlivnění sousedních pixelů
elektrolýza, rozpouštění diod apod
lepší střídavé napětí
rychlost zobrazování
LCD s aktivní maticí

Kaţdá buňka (elektroda ITO) vlastní tranzistor

TFT – Thin Film Transistor


menší napětí – moţno vypínat a zapínat častěji



řídí přivedení napětí na ITO elektrodu
zvýšení obnovovací frekvence obrazovky
kondenzátor – udrţí napětí, neţ je přiloţeno další
elektroda na straně obrazovky – společná
http://www.cmo.com.tw
/opencms/cmo
Technologie TFT

Twisted nematic (TN)


původní pasivní displeje
TN+film


TN-panely (nejlevnější, nejrozšířenější)
vnitřní povrch filtrů dráţkování



bez napětí točící se struktura molekul vede světlo
s napětím se většina molekul srovná ve směru elektrického pole




aby molekuly na povrchu leţely stejným směrem jako polarizační filtry
a filtry nepropustí světlo
pův. pomalé (doba odezvy 35 ms), dnes pod 8 ms
horší podání barev, rozdílné pozorovací úhly
svítící vadné pixely
TN efekt
Technologie TFT

In-plane switching (IPS)



molekuly LC vyrovnané souběţně se základní rovinou
v základním (vypnutém) stavu panel nepropouští světlo
po přivedení napětí se LC krystaly pootočí aţ o 90 stupňů



Vertical alignment (VA)

orientace molekul tekutých krystalů vertikálně



krajní stavy jsou přesnější a lépe definované
věrné barvy a široké pozorovací úhly
silná závislost jasu na úhlu pozorování – rozdělení na domény
MVA (Multi-domain Vertical Alignment)
PVA (Patterned Vertical Alignment)



kaţdá buňka je rozdělena na několik oblastí či domén
subdomény zaujímají k sobě navzájem a k ploše displeje určitý úhel
při změně napětí tekuté krystaly v různých subdoménách vţdy otáčí proti sobě
Podsvícení displejů

Reflexní LCD


okolní světlo odráţeno reflexní vrstvou za zadním polarizérem
Transmisivní (propustný) LCD

EL – Electroluminiscent




CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp – kompaktní zářivka




velmi tenká destička vydávající světlo (průchod proudu luminoforem)
nízká spotřeba, vyţaduje střídavé napětí 80 - 100 V
ţivotnost (3 000 – 5 000 hodin)
jasné bílé světlo, grafické LCD
nízká spotřeba, střídavé napětí 270 - 300 V
delší ţivotnost neţ EL (10 000 - 15 000 hodin)
LED – Light Emitting Diode

dlouhá ţivotnost (10×), nevyţadují vysoké napětí
Podsvícení displejů

RGB LED


maticové rozmístění po celém
panelu


větší barevné spektrum
Direct LED


LG
bílé LED


moţnost ztlumení v části obrazu
skupiny po 4 samostatných LED


Sony (Bravia), Sharp
menší barevný prostor
Edge LED


Sony, Samsung, LG
diody v rámečku, světlo pomocí
světlovodů a zrcadel


malá tloušťka (pod 1 cm)
menší počet diod
http://www.sonyinsider.com/2009/10/29
Elektroluminiscenční dioda (LED)

Light-emitting diode


polovodičová součástka obsahující
přechod P-N
Zapojení v propustném směru





prochází proud
elektrony mohou rekombinovat s
děrami
uvolňují energii ve formě fotonů
přechod vyzařuje nekoherentní světlo
s úzkým spektrem
(elektroluminiscence)
pásmo spektra záleţí na sloţení
polovodiče
Elektroluminiscenční dioda (LED)

Bílé světlo



trojice čipů a aditivní sloţení
luminofor a jeho osvícení
např. UV
Výhody








vysoká účinnost
moţnost vyzářit světlo v poţadované barvě
moţnost soustředění světla bez vnější optické soustavy
moţnost stmívání bez změny barvy
odolnost proti nárazům a vypínání, extrémně dlouhá ţivotnost
(aţ 1 000 000 h oproti 1 000 h ţárovek)
rychlost rozsvícení (v řádu mikrosekund i méně)
velikost, ekologie
modré a bílé LED jsou schopny poškodit zrak
Displeje OLED

Organic LED (Light-Emitting Diode)


mobilní telefony, MP3/MP4
LED z organického materiálu



nízké výrobní náklady
Pasivní matice (PMOLED)



malé rozměry, „tisk“ na podloţku
pasivní řízení pixelů
systém překříţených vodičů
Aktivní matice (AMOLED)

kaţdý pixel vlastní tranzistor(y)
http://www.svethardware.cz/art_doc-42FA841C86228B0CC1257212004EB5B4.html
Technologie OLED

Konstrukce


kovová katoda (1)
několik vrstev organické látky





vrstva přenášející elektrony (2)
vyzařovací vrstva
vrstva přenášející díry (4)
průhledná anoda – ITO (5)
Princip

organický materiál emituje světlo


po zavedení napětí
do buňky přivedeno ss napětí




katoda emituje elektrony
anoda díry
spojují se ve vyzařovací vrstvě
tím produkují světelné záření
http://www.svethardware.cz/art_doc-42FA841C86228B0CC1257212004EB5B4.html
Plazmové displeje (PDP)

Plazma


skupenství sloţené z iontů a elementárních částic
Plazmový displej

matrice miniaturních fluorescentních buněk (pixelů)




dvě tenké skleněné tabulky
síť elektrod
Klidový stav


plyn (Ar, Ne, Xe)
Elektrické pole


ionizace, volné elektrony, sráţky
excitace iontů


kaţdá obsahuje kondenzátor a tři elektrody
vyzáření fotonu (UV)
Luminofor

převedení UV záření do viditelného
spektra
http://www.cc.gatech.edu/classes/AY2005/cs7470_fall/papers/how_plasma_works.html
Schéma plazmového displeje
Elektronický inkoust



Elektroforéza


bílé nabité částice, tmavá
kapalina
Electrowetting



nízká energetická náročnost
nízká rychlost
bílá barva pokrytá tmavým
olejem
po přiloţení napětí se olej
zmenší na kapku
Interference Modulation

reflexní membrány, podle
vzdálenosti se mění vlnová
délka aţ k UV (černá)
TISKOVÁ ZAŘÍZENÍ
Termální tiskárny

Přímý tisk


tisková hlava tvořena malými odpory s malou tepelnou
setrvačností
jediný spotřební materiál je papír



malá stabilita tisku
rychlý a tichý tisk


vyšší cena papíru
supermarkety, starší faxy
Termotransferové

mezi hlavou a papírem termotransferová fólie


z ní se barva teplem přenese na médium – běţný papír
i vícebarevný tisk

potisk štítků, plastových karet nebo při tisku fotografií
Inkoustové tiskárny

Princip


Termické (bubble jet)



tisková hlava tryská z několika desítek
mikroskopických trysek na papír
miniaturní kapičky inkoustu
tepelná tělíska v tiskové hlavě zahřívají inkoust
při zahřátí vznikne v trysce bublina, ta vymrští inkoustovou kapku na papír
Piezoelektrické

tisková hlava pracuje s piezoelektrickými krystaly


destička, která je schopna měnit svůj tvar
Voskové (tuhý inkoust)


po natavení se vystřikuje mikrotryskami na papír
dokáţí namíchat barvu bodu i bez překryvných rastrů

velmi ţivé podání barev, vysoká kvalita výtisku.
http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=2836#_Ink_Jet_Operation
Termická a piezoelektrická tiskárna
http://www.pdsconsulting.co.uk/2007/Library/Printing_Digital.asp
Laserové tiskárny

Laserový paprsek vykresluje obrázek na fotocitlivý válec


kovový s vrstvou polovodiče (obvykle selen)
změna odporu po osvícení



vybití do středu válce
Nanesení toneru (stejně nabitého) na povrch válce

toner se uchytí jen na osvětlených místech


nabit opačně neţ toner
Termální fixace toneru



s odstraněným nábojem
obtiskne se na papír


přibliţně z 3 – 5 M na 300 
toner je k papíru tepelně fixován
zaţehlen teplem cca 180 °C a tlakem
Odstranění zbytku toneru

mechanický stěrač, osvícení ţárovkou
Princip laserové tiskárny
VSTUPNÍ ZAŘÍZENÍ
PRO ZPRACOVÁNÍ
OBRAZU
Fotoelektrický jev (fotoefekt)

Uvolňování elektronů z látky (kovu)


v důsledku absorpce elmg záření
při osvětlení se některé látky nabíjejí


pohlceny některé vlnové délky
mnoţství závisí na intenzitě a ne energii (frekvenci)
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod1.html
http://abyss.uoregon.edu/~js/glossary/photoelectric_effect.html
Fotoelektrický jev (fotoefekt)

Vysvětlení pomocí kvantové teorie




foton – kvantum vlnění
E=h=ħ
světlo můţe dodat elektronu tuto energii
elektron můţe být uvolněn


pokud h  větší neţ ionizační energie (fotoelektrická bariéra)
h  = Ev + Ek


Ev
Ek
výstupní práce
kinetická energie uvolněného elektronu
CCD - Charge Coupled Device

Elektronická součástka pouţívaná pro snímání obrazové informace


Buňka převede světlo na proud



videokamery, digitální fotoaparáty, faxy, skenery, čtečky kódů, …
fotoefekt, elektrony pomocí přiloţených elektrod vytvářejí proud
velikost odpovídá intenzitě světla
Analogové zařízení
Princip CCD
1.
2.
bez přístupu světla
odebrány všechny volné
elektrony
přivede se + napětí na
elektrody 1 a nechá se
působit světlo


3.
díry přitahovány na dolní
elektrodu
po uzavření závěrky se na
elektrody přivádí obvykle
trojfázový hodinový signál

4.
5.
přitahuje elektrony
tak, aby se elektrony
pohybovaly doprava
zesilovač zesílí proud
A/D převodník digitalizuje
Konstrukce CCD

Lineární CCD

pouze jednorozměrný obraz



např. čtečka čárového kódu


nebo se snímání ve druhém rozměru zajišťuje nějakým jiným způsobem
např. posune se papír
na výstupu dá mnoţinu pulzů odpovídající černým a bílým čarám
Plošné CCD



spojení mnoha lineárních CCD do jednoho čipu
na konci řady náboj jde do dalšího lineárního CCD (kolmé)
zesilovač aţ na konci
Konstrukce plošného CCD
1. vybere se 1. řádek
2. všechny pixely
vybraného řádku se
posunou dolů
3. zpracování spodního
řádku doprava k
zesilovači
4. opakování pro
všechny další řádky
Konstrukce barevného CCD

Tříčipové provedení


soustava polopropustných zrcadel
obvykle profesionální přístroje


náročnost, prostor
Jednočipové uspořádání



barevné filtry před jednotlivými pixely
teoreticky uspořádání ve třech řádcích
(RGB)
v praxi tzv. Bayerovo uspořádání

dvojnásobný počet zelených buněk
výsledné barevné pixely znázorněny ţlutě
Vlastnosti CCD

Velikost a poměr stran


Rozlišení


v palcích, obvykle 4:3, 16:9
v megapixelech
Dynamický rozsah

rozsah odstínů od nejčernější černé k nejbělejší bílé


limitován kapacitou jednotlivých buněk a vlastním šumem


kolik elektronů je schopna pojmout
Šum

nejčastěji tepelný pohyb krystalové mříţky polovodiče


občas se uvolní elektron bez působení fotonu
odstup signálu od šumu větší u větších snímačů


kterou je ještě CCD snímač schopen rozlišit
větší kapacita buňky
ISO citlivost

zesilovač obrazového signálu s přepínatelným zesílením
Pouţití CCD

Pouţití CCD


videokamery, digitální fotoaparáty, faxy, skenery,
čtečky kódů, optické myši…
Skenery s CCD
citlivé na nastavení optiky a vibrace snímací hlavy
 vyţadují určitou dobu na zahřátí


ustálení světelného toku

aby se v průběhu snímání neměnila intenzita světla
dobrá barevná citlivost
 velká hloubka ostrosti



otevřená kniha
„kvalita blízká bubnovým skenerům“
Obrazové snímače CMOS


Complementary Metal Oxide Semiconductor
Světlocitlivá buňka – fotodioda
 můţe být přímo adresována a čtena pomocí souřadnic
 kaţdá má vlastní zesilovač


zmenšuje aktivní plochu a zvětšuje šum
Aktivní CMOS (APS, Active-pixel sensors)
 kaţdá buňka doplněna
analytickým obvodem



vyhodnocuje šum
aktivně ho eliminuje
Velký potenciál rozvoje
http://www.fotografovani.cz/art/fotech_df/rom_trouble1.html
Obrazové snímače CMOS

Nevýhody



malá citlivost na světlo, větší šum
"přetékání náboje" ze sousedních buněk
Výhody




podstatně menší spotřeba, výrobně jednodušší
obrázky srovnatelné s CCD
rychlost (náboj ze všech buněk prakticky najednou)
moţnost integrace specializovaných čipů


např. stabilizace nebo komprese
vhodné pro mobilní telefony

optimalizované i pro digitální zrcadlovky

kvůli moţnosti dosáhnout vyššího rozlišení
http://www.digimanie.cz/art_doc-67BCCD2DF7A9F53EC125763F0044663D.html
PhotoMultiplier Tubes (PMT)

Pouţití u profesionálních bubnových skenerů



Zdroj světla laser


široký jasový rozsah, vysoká citlivost
vysoký odstup signálu od šumu, zesílení aţ 108
dopad odraţeného či prošlého světla na fotonásobič
Fotonásobič (PMT) – vyuţití fotoefektu

fotoefekt


dopadem fotonu na fotokatodu emise elektronu
elektronové násobiče

urychlení polem, náraz na dynodu, emise dalších
Contact Image Sensor (CIS)

Zdroj světla integrován přímo do snímacího prvku


tři řádky (R, G a B) LED diod
Senzory

pouze jeden řádek snímacích diod


předřazená zaostřovací mikročočka, umístění co nejblíţe papíru a zdroji světla
Vlastnosti

není zapotřebí další optický systém (zrcadla a čočky)


malý, levný, nenáročný
neumoţňuje snímat transparentní předlohy


silná závislost osvícení na vzdálenosti



např. diapozitivy nebo filmy
nízká hloubka ostrosti
niţší rozlišovací schopnost na tmavších plochách obrazu
menší napětí (bez zářivky), nevyţaduje zahřátí

moţnost napájet z USB
Skener

Hardwarové vstupní zařízení



Dva typy předloh


umoţňující převedení fyzické 2D nebo 3D předlohy do digitální
podoby
pro další vyuţití, většinou pomocí počítače
odrazné a průhledné (transparentní)
Princip skeneru

předloha se osvítí, světlejší bod předlohy odráţí více světla


světlo zachytí řádkové světlocitlivé prvky


CCD, CIS, PMT
osvětlovací a snímací mechanizmus se posouvá


zdroj světla tzv. „chladná“ katodová lampa (zářivka)
a snímá další řádky
Snímače OCR

převádějí znaky textu přímo do ASCII kódu
Princip skeneru
CCD
CIS
http://www.photo.epson.it/technology/scanners/ccd.htm
Princip skeneru
http://www.clubsnap.com/forums/showthread.php?t=486050
Rozdíly technologie CCD a CIS

CCD
větší hloubka ostrosti, větší rychlost, odstup signálu
od šumu, lepší podání barev
 větší, energeticky náročnější

CCD
CIS
Parametry skenerů

Barevná hloubka

mnoţství odstínů barev, které je schopen skener nasnímat



Rozlišení obrazu


dpi (počet tiskových bodů na palec)
Hardwarové rozlišení


jemnost snímacího rastru (a datová velikost výsledného obrazu)
horizontální



rozlišení světlocitlivého prvku
vertikální

krokový posun motoru posouvajícího snímač
např. 600 × 1200


obvykle 24 bitů: 16 777 216 odstínů
profesionální aţ 48 bitů (2e14 odstínů)
dnes 1 200 aţ 5 900 dpi
Softwarové rozlišení

interpolované (dopočítané)
http://www.grafika.cz/art/skenery/skenery1.html
Parametry skenerů

Denzita

logaritmická míra propustnosti světla látkou



Šum


způsoben působením vnějších vlivů
Maximální velikost snímané předlohy


v jakém rozsahu je skener schopen rozlišit různé jasy; density range
aspoň 3, fotoskenery aţ 4,8
ruční skenery teoreticky nekonečný pruh o 210 mm, stolní do formátu A3
Připojení



paralelní port
SCSI
USB
Digitální fotoaparát

Princip


vychází z konstrukce klasického fotoaparátu
světlocitlivá plocha


objektiv



hloubka ostrosti
závěrka
stabilizátor obrazu


systém optických čoček
clona


CCD nebo CMOS
posun senzoru nebo zobrazovacího členu
Rozdělení


kompakty
zrcadlovky (DSLR: Digital Single-Lens Reflex camera)
http://www.canon.cz
HARDWARE PRO ZVUK
Zvuk

Mechanické vlnění v látkovém prostředí
které je schopno vyvolat v lidském uchu sluchový
vjem
 podélné (v pevných látkách také příčné)


Frekvence
rozsah ~ 20 Hz aţ 20 kHz
 někdy i vlnění s frekvencemi mimo tento rozsah


člověk sluchem nevnímá
Modulace

Nelineární proces měnící charakter nosného signálu


Modulační signál


signál, který chceme modulovat
na nosný signál
Nosný signál


pomocí modulujícího signálu
signál, který modulujeme
modulačním signálem
Modulovaný signál

výsledný signál po procesu
modulace
Amplitudová modulace

Mění se amplituda nosného signálu

frekvence ani fáze ne
modulační
modulovaný
Frekvenční modulace

Úhlová frekvence funkcí času


mění se v rytmu okamţité výchylky modulačního signálu
maximální amplitudě modulačního průběhu odpovídá maximální změna
kmitočtu nosné

frekvenční zdvih : maximální změna kmitočtu nosné
Pulzně kódová modulace (PCM)

Modulační metoda převodu analogového zvukového signálu na signál
digitální



PCM (Pulse-code modulation)
pravidelné odečítání hodnoty signálu pomocí A/D převodníku
její zaznamenání v binární podobě
Pulzně šířková modulace

PWM (Pulse Width Modulation)

diskrétní modulace pro přenos analogového signálu


pomocí 2 hodnot
Střída


poměr časů, ve kterých je signál v jednotlivých úrovních
přenáší signál
Nosný signál
konstantní amplituda a
frekvence (vyšší neţ modulační)
pilový nebo trojúhelníkový
průběh
Srovnávání okamţité hodnoty
modulačního a nosného signálu
pokud menší, PWM 1, jinak 0
Direct Stream Digital (DSD)

Direct Stream Digital (DSD) technologie
masteringu


Sony, Philips
pulzně hustotní modulace


vyjadřuje informaci počtem pulsů v nějakém
časovém intervalu,
přičemţ na poloze pulsů v daném intervalu
nezáleţí
0101101111111111111101101010010000000000000100010011011101111
111111111011010100100000000000000100101

jedničky odpovídají maximu

nuly minimu

střídání jedniček a nul nule
Syntéza zvuku

FM syntéza

kaţdé vlnění je superpozice
sinusových kmitů s různou frekvencí a
amplitudou



amatérské pouţití
Wavetable syntéza

navzorkovaný signál skutečného
nástroje




Fourierovy řady
uloţený ve vlastní paměti (ROM, RAM)
vţdy jeden tón od kaţdého nástroje,
různá rychlost přehrávání
lepší karty
Syntéza fyzikálním modelováním

profesionální pouţití, náročné na
výkon procesoru
http://www.ackadia.com/computer/system-architecture
Prostorový zvuk

Rozšiřuje zvuk do druhého nebo třetího rozměru
Metody:

Několik reproduktorů rozmístěných kolem posluchače


často doplněno subwooferem
Psychoakustika


stačí stereo
přehrání dvakrát



s malým časovým odstupem,
s rozdílnou hlasitostí
s fázovým posunem a dalšími úpravami
lidský mozek mylně vyhodnotí jako zvuk vzadu
HRTF (Head-related transfer function)

technologie jako A3D, DirectSound3D nebo Sensaura
Reproduktory

Elektroakustický měnič


zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii ve
formě zvuku
Obvyklé součásti


membrána
pohonná část, do které je přiváděn vstupní signál


kmitací cívka
další díly
http://www.electronicdesignworks.com/basic_electronics/speakers/speakers.htm
Typy reproduktorů

Elektrodynamické reproduktory



cívka pohybující se ve válcové štěrbině
permanentní magnet s pólovými nástavci
princip: vzájemné působení dvou magnetických polí


permanentního magnetu, vodiče
vodičem protéká signální proud a vyvolá magnetické pole


cívka se dá do pohybu
síla se přenáší na membránu a způsobuje její pohyb
Elektrodynamický reproduktor
dnes téměř výhradně
1. zadní deska
2. pólový nástavec
3. magnetický trn se
zkratovacím
prstencem
4. kruhový magnet
5. kmitací cívka
6. středící membrána
7. uzavírací vloţka
(vrchlík)
8. závěs membrány
9. koš
10. poddajný okraj
Další typy reproduktorů

Elektromagnetické

membrána z tenkého ţelezného plechu přitahována pevně umístěnou cívkou
s jádrem (elektromagnet)
elektrodynamické

Elektrostatické


přitahování a odpuzování elektricky nabitých desek
vyţaduje značné napětí



stovky aţ tisíce V
vysokotónové i širokopásmové, značné rozměry
vysoce kvalitní sluchátka
http://sites.google.com/site/interfacebus/magnetic-speaker-diagrams
Další typy reproduktorů

Piezoelektrické

piezoelektrická destička


levné vysokotónové jednotky, tlakové měniče velkých výkonů (malé sirény)



nerovnoměrná frekvenční charakteristika, větší zkreslení
vysoká účinnost, jednoduchá konstrukce, nízká cena
Plazmové

nemají membránu, vyuţívá se změn tlaku vzduchu


vyvolaných koronou nebo obloukovým výbojem
vysokotónové, výhodný kmitočtový rozsah


mechanicky spojena s membránou nebo ji tvoří
neomezovaný hmotností membrány
Pneumatické

extrémně vysoké zvukové hladiny


např. pro simulaci hluku při testech dílů pro letectví a kosmonautiku
modulace unikajícího stlačeného vzduchu z kompresoru

pomocí ventilu, ovládaného budicím signálem
http://www.ecs.umass.edu/ece/m5/tutorials/PWMsoundTutorial.html
http://www.plasmatweeter.de/eng_corona.htm
Kmitočtový rozsah


Ideálně v celém slyšitelném pásmu (20Hz aţ 20kHz)
Více různých měničů



Reprosoustava



20 – 5 000 Hz
Středopásmové


univerzální reproduktory pro nenáročné pouţití
45 – 15 000 Hz
Hlubokotónové (basové)


skupina reproduktorů, obvykle umístěná do jedné ozvučnice
Širokopásmové


optimálně přizpůsobeny pro dílčí kmitočtová pásma
signál rozdělen do několika pásem pomocí výhybek
80 – 12 000 Hz
Vysokotónové

2 000 – 20 000 Hz
Mikrofon

Zařízení pro přeměnu akustického signálu na elektrický


1877 tvůrce gramofonu Emil Berliner
Kondenzátorový (elektrostatický)

akustické kmity rozechvívají membránu



ta je jednou z elektrod kondenzátoru
připojeného do elektrického obvodu
nutný zdroj napětí
Elektretový


typ kondenzátorového, miniaturizace
elektrické pole vytvářeno elektretem


nevodivou permanentně polarizovanou
hmotou
není nutný zdroj napětí, nutný zesilovač
http://www.mediacollege.com/audio/microphones/how-microphones-work.html
Mikrofon

Dynamický

pohybuje cívkou v magnetickém poli
permanentního magnetu



elmg. indukcí se vytváří proud
nevyţadují napájení, méně citlivé
Piezoelektrický


stlačováním či ohybem některých
materiálů vzniká elektrické napětí
ne příliš kvalitní, dříve systémy veřejného
ozvučení (dnes dynamický)
1 membrána
2 krystal
3 zabudovaný předzesilovač
4 skříň
http://www.mediacollege.com/audio/microphones/how-microphones-work.html,
http://zone.ni.com/devzone/cda/ph/p/id/180
Schéma uhlíkového mikrofonu
Uhlíkový
první pouţitelný, dříve v telefonech
membrána stlačuje uhlíková zrnka, čímţ mění jejich odpor
umoţňuje přímo modulovat procházející signál
chlazení
nekvalitní, při neţádoucím pohybu chrastivé zvuky
těţká pouzdra se soustavou pruţin
Směrové charakteristiky mikrofonů

Schopnost přijímat zvuk z různých směrů v různé intenzitě


Všesměrová (omnidirekcionální , kulová)


frekvenčně závislá – projevuje se zpravidla u vysokých tónů, zatímco hluboké zůstávají
nepoznamenány
nejjednodušší, typická pro levné a malé elektretové mikrofony
Kardioidní (ledvinová)


potlačuje příjem zvuku zezadu
typická charakteristika dynamických mikrofonů pro zpěváky


Hyperkardioidní


více směrová neţ kardioidní
Osmičková (bidirekcionální)



potlačuje zpětnou vazbu
mikrofon přijímá zvuk pouze zepředu a zezadu
při některých metodách snímání stereofonního zvuku.
Úzce směrová



výrazně oslaben příjem zvuku zezadu
délka mikrofonu aţ 1 metr, zřetelného zhoršení frekvenční charakteristiky
speciální aplikace (příjem pomocného zvuku při filmování)
Frekvenční charakteristiky mikrofonů

Závislost zaznamenané intenzity na frekvenci


ideálně konstantní ve slyšitelném spektru
Nelinearita vyuţívána k vyzdvihnutí či potlačení některých
charakteristických odstínů



převodníky gradientu
tlaku
s přibliţováním ke
zdroji signálu zesilují
hluboké kmitočty
– proximity efekt
snímání v hlučném
prostředí
OPTICKÉ DISKY
CD

Historie


1979 Sony, Philips; náhrada LP (60 min)
Stopa


na jedné dlouhé spirále začínající ve středu
postupně se rozvíjí k okraji


digitální zvuková nahrávka (audio CD)
data (CD-ROM)
http://www.cdr.cz/a/6009
http://www.usbyte.com/common/compact_disk
CD – vlastnosti

Vlastnosti


pruţný polykarbonátový výlisek
tloušťka 1,2 mm, průměr 12 cm (8 cm)




zápis pouze od 23 mm do 58 mm poloměru
příčný odstup stop 1,6 μm
světlo s vlnovou délkou 785 nm
délka celé spirály zhruba 6 km

hustota dat v ní konstantní
http://www.cdr.cz/a/6009
Technologie CD
fotodioda
http://www.pctechguide.com/32CD-ROM_TrueX_technology.htm
Technologie CD

pit, land – prohlubeň, výstupek


čteme z druhé strany
odraz závislý na geometrii
http://www.usbyte.com/common/compact_disk
Technologie CD
Ukládání dat
jedničku tvoří přechod pit – land
nulu tvoří přechod mezi stejnými pity
http://www.usbyte.com/common/compact_disk
Technologie CD-R, CD-RW

Průhledný polykarbonátový výlisek


světloodrazivá vrstva s obsahem zlata či stříbra a
ochranný lak
Změny odrazivosti reflexního média
laserový paprsek zahřeje na teplotu přes 300 °C
 CD-R: změna barvy i odrazivosti
 CD-RW: chemická vrstva, vytvoření krystalické nebo
amorfní struktury




záleţí na způsobu ozáření
zápis: vysoký výkon – roztavení, amorfizace
mazání: niţší výkon – rekrystalizace
Technologie CD-R, CD-RW
CD-R
vrstva organického barviva
CD-RW
vrstva slitiny schopné měnit fázi
krystalická nebo
amorfní struktura
http://www.usbyte.com
DVD

Digital Versatile Disc, pův. Digital Video Disc



zpětná kompatibilita s CD, 1996
laserové světlo s vlnovou délkou 660 nm (oproti 785 nm u CD)
odstup stop menší: 0,74 μm (oproti 1,6 μm u CD)
http://www.blu-raydisc.com/en/about/WhatisBlu-rayDisc/BDvsDVD.html
DVD

Srovnání s CD


efektivnější korekce chyb
souborový systém UDF


není kompatibilní s ISO 9660
rychlost 1× 1350 kiB/s
http://www.dtvgroup.com/DigVideo/DVD/SonyDVD/feat.html
DVD

Druhy médií podle
kapacity
stran vrstev
kapacita
DVD-5
DVD-9
DVD-10
DVD-14
DVD-18
http://www.dvd-r.cz/cz/dvd.php
1
1
2
2
2
1
4,7 GB
2
8,5 GB
1 + 1 9,4 GB
2 + 1 13,2 GB
2 + 2 17,1 GB
4,38 GiB
7,92 GiB
8,75 GiB
12,3 GiB
15,9 GiB
Blu-Ray (BD)

Nástupce DVD





2004, Sony
souboj s HD-DVD
BD-ROM
BD-R
BD-RE (BD-RW)

přepisovatelný disk
Velikost
Kapacita
Kapacita
Single layer Dual layer
12 cm, single sided
25 GB
50 GB
8 cm, single sided
7.8 GB
15.6 GB
moţnost obou stran

aţ 16 vrstev po 25 GB (= 400 GB) BD (Pioneer)
http://www.blu-raydisc.com/en/about/WhatisBlu-rayDisc/BDvsDVD.html
Srovnání
[nm]
CD
DVD
HD-DVD
Blu-Ray
1 600
740
400
320
min. délka pitu
830
400
204
138 – 160
šířka pitu
600
350
250
130
vln. délka laseru
780
650
405
405
vzdálenost drah
http://www.blu-raydisc.com
Magnetooptický disk

Princip podobný pevnému disku


místa, na která chceme zapsat, musí být zahřána
Feromagnetická látka

po zahřátí laserem nad Curieho bod paramagnetizace a moţnost zápisu
cívkou


zmagnetování vrstvy se provede jen v těchto místech (~ 200°C)
Přesný zápis


vysoké kapacity
dnes spíše archivace
MiniDisc

MiniDisc (MD)





magnetooptické médium (i rekordér nebo přehrávač), 1991 Sony
předchůdce MP3 přehrávačů
ztrátová komprese pomocí formátu ATRAC
datový tok 292 kb/s, délka záznamu aţ 80 min
Další varianty


MD Data (140 MB)
MDLP (MiniDisc Long Play), NetMD, Hi-MD
FLASH PAMĚTI
Nevolatilní paměti

Maskou programované ROM



PROM (elektricky programovatelné ROM)



síť vodivých cest propojených tranzistory
tranzistor stále otevřen (1) nebo uzavřen (0)
při výrobě ve spojích polovodičové prvky vodivé (1)
programování: destruktivním přerušení některých spojů
EPROM (mazatelné PROM)

tranzistor s izolovanou řídicí elektrodou
(nevodivý 1, vodivý 0)



o vodivosti rozhoduje náboj na řídicí
elektrodě
náboj otevírá kanál tranzistoru (nastaví 0)
izolovaná (plovoucí) elektroda udrţí náboj
desítky let


nabití (nastavení 0): napětí ~ 20V
vybití: UV záření (zvýšení Ekin elektronů)
http://www.root.cz/clanky/nevolatilni-pameti/
Nevolatilní paměti

EEPROM (elektricky mazatelné PROM)


podobný princip jako EPROM, mazání elektricky
Flash EEPROM („mţikové“ či „bleskové“ paměti)

kaţdá paměťová buňka = jediný tranzistor


velká kapacita čipu a jeho relativně nízká cena
vnitřně organizována po blocích


na rozdíl od EEPROM lze programovat kaţdý blok samostatně
mazání velmi rychlé (mţikové)
Flash paměť

Nenaprogramovaná buňka (1)



Naprogramovaná buňka (0)


po výběru řádku se můţe tranzistor
otevřít
Nabití plovoucího hradla


nemá na plovoucím hradle náboj
po přivedení signálu na řádek se
tranzistor nedokáţe otevřít
tunelováním z řídícího
Mazání paměti

odvedení náboje z plovoucího hradla
http://vzdelani.wikia.com/wiki/36NM_Nová_média
Flash paměť

NOR

buňka: jediný tranzistor s izolovanou elektrodou




nad ní běţná brána připojená k adresovému vodiči
buňku moţné adresovat samostatně
mazání po větších blocích
NAND

několik buněk za sebou v sérii




čtení a zápis po stránkách (vyuţití registru), mazání
po blocích
page: nejmenší adresovatelná jednotka



nemoţné přistupovat k jednotlivým buňkám
lepší vyuţití plochy čipu (aţ o 45%)
2112 B (2048 data, zbytek korekce)
block: několik stránek
registr: pomocná paměť pro stránku (2112 B)
http://www.root.cz/clanky/technologie-flash-pameti-a-zpusoby-jejich-vyuziti/
Flash paměť
Technologie
NAND
NOR
Přednosti
rychlý zápis
náhodný přístup
rychlé čtení
moţnost zápisu po bytech
pomalý náhodný přístup
pomalý zápis
sloţitý zápis po bytech
pomalé mazání
náhrada pevných disků
náhrada PROM, EPROM, EEROM
úschova fotek
jednoduché připojení k procesoru
Zápory
Aplikace
záznam zvuku

SLC (Single-Level Cell)


MLC (Multi-Level Cell)


v jedné paměťové buňce právě jeden bit informace (2 stavy)
v jedné paměťové buňce se ukládají informace o dvou či třech bitech (4 nebo 8 stavů)
Nevýhoda

omezený počet zápisových cyklů

degradace vlastností vrstvy oxidu mezi elektrodou a substrátem
http://www.root.cz/clanky/technologie-flash-pameti-a-zpusoby-jejich-vyuziti/