CRT Cathode ray tube. Vakuová trubice. Princip činnosti. Výroba. elektronové dělo, fluorescenční stínítko 1879, Karl Ferdinand Braun

Transkript

1 MONITORY

2 CRT Cathode ray tube Vakuová trubice elektronové dělo, fluorescenční stínítko 1879, Karl Ferdinand Braun Princip činnosti 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

3 Princip CRT Vychylování elektromagnetickým polem čtyři cívky (2 horizontální, 2 vertikální) ţhavená katoda řídicí mříţka: Wehneltův válec s potenciálem urychlovací anody

4 Černobílá CRT 1. Vychylovací cívky 2. Svazek elektronů 3. Zaostřovací cívka 4. Luminoforová vrstva 5. Ţhavicí vlákno 6. Grafitová vrstva na vnitřní straně 7. Pryţové těsnění pro připojení anody 8. Katoda 9. Vzduchotěsná obrazovka 10. Stínítko 11. Ocelová kotva magnetu 12. Řídicí elektroda regulující intenzitu paprsku 13. Konektor katody 14. Připojení anody

5 Barevná CRT 1. 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

6 Typy CRT CRT s invarovou 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 CRT s trinitronovou obrazovkou 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

7 Masky Shadow mask (delta) Aperture grille (štěrbinová)

8 LCD Liquid crystal display Tenké a ploché zobrazovací zařízení omezený počet barevných nebo monochromatických pixelů seřazených před zdrojem světla Dvojice průhledných elektrod (2, 4) Dvojice polarizačních filtrů (1, 5) 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

9 Barevné LCD Sloţení ze tří subpixelů R, G, B svítivost řízena nezávisle díky tranzistorům

10 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 N-(4-Methoxybenzyliden)- 4-butylanilin (MBBA) 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

11 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)

12 Kapalné krystaly fáze Chirální fáze bez prvků symetrie vzájemně pootočené Chirálně nematická fáze cholesterická nejčastěji vyuţívána Chirálně nematická a chirálně smektická fáze

13 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

14 LCD Řízení přímé (segmentové) maticové (multiplex) Matice pasivní aktivní

15 LCD s pasivní maticí Mříţka vodičů elektrody v řádcích a sloupcích nastavení el. pole v kaţdé buňce pomocí 2 společných tranzistorů jeden pro řádek a jeden pro sloupec Změna barvy díky elektrickému poli kdyţ proud prochází řádkem a sloupec je uzemněný turbulentní proudění krystalů na místech, kde působí elektrické pole Problémy při velkém počtu pixelů nutno zvýšit napětí min. 5 V ovlivnění sousedních pixelů parazitní jevy elektrolýza, rozpouštění diod apod lepší střídavé napětí rychlost zobrazování

16 LCD s aktivní maticí Kaţdá buňka (elektroda ITO) vlastní tranzistor TFT Thin Film Transistor řídí přivedení napětí na ITO elektrodu menší napětí moţno vypínat a zapínat častěji zvýšení obnovovací frekvence obrazovky kondenzátor udrţí napětí, neţ je přiloţeno další elektroda na straně obrazovky společná /opencms/cmo

17 Technologie TFT Twisted nematic (TN) původní pasivní displeje TN+film TN-panely (nejlevnější, nejrozšířenější) vnitřní povrch filtrů dráţkování aby molekuly na povrchu leţely stejným směrem jako polarizační filtry bez napětí točící se struktura molekul vede světlo s napětím se většina molekul srovná ve směru elektrického pole a filtry nepropustí světlo pův. pomalé (doba odezvy 35 ms), dnes pod 8 ms horší podání barev, rozdílné pozorovací úhly svítící vadné pixely

18 TN efekt

19 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 krajní stavy jsou přesnější a lépe definované věrné barvy a široké pozorovací úhly Vertical alignment (VA) orientace molekul tekutých krystalů vertikálně 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

20 Podsvícení displejů Reflexní LCD okolní světlo odráţeno reflexní vrstvou za zadním polarizérem Transmisivní (propustný) LCD EL Electroluminiscent velmi tenká destička vydávající světlo (průchod proudu luminoforem) nízká spotřeba, vyţaduje střídavé napětí V ţivotnost ( hodin) CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp kompaktní zářivka jasné bílé světlo, grafické LCD nízká spotřeba, střídavé napětí V delší ţivotnost neţ EL ( hodin) LED Light Emitting Diode dlouhá ţivotnost (10 ), nevyţadují vysoké napětí

21 Podsvícení displejů RGB LED Sony (Bravia), Sharp maticové rozmístění po celém panelu moţnost ztlumení v části obrazu skupiny po 4 samostatných LED větší barevné spektrum Direct LED LG bílé LED menší barevný prostor Edge LED Sony, Samsung, LG diody v rámečku, světlo pomocí světlovodů a zrcadel malá tloušťka (pod 1 cm) menší počet diod

22 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

23 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 h oproti h ţárovek) rychlost rozsvícení (v řádu mikrosekund i méně) velikost, ekologie modré a bílé LED jsou schopny poškodit zrak

24 Displeje OLED Organic LED (Light-Emitting Diode) mobilní telefony, MP3/MP4 LED z organického materiálu malé rozměry, tisk na podloţku nízké výrobní náklady Pasivní matice (PMOLED) pasivní řízení pixelů systém překříţených vodičů Aktivní matice (AMOLED) kaţdý pixel vlastní tranzistor(y)

25 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

26 Plazmové displeje (PDP) Plazma skupenství sloţené z iontů a elementárních částic Plazmový displej matrice miniaturních fluorescentních buněk (pixelů) kaţdá obsahuje kondenzátor a tři elektrody dvě tenké skleněné tabulky síť elektrod Klidový stav plyn (Ar, Ne, Xe) Elektrické pole ionizace, volné elektrony, sráţky excitace iontů vyzáření fotonu (UV) Luminofor převedení UV záření do viditelného spektra

27 Schéma plazmového displeje

28 Elektronický inkoust nízká energetická náročnost nízká rychlost Elektroforéza bílé nabité částice, tmavá kapalina Electrowetting 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)

29 TISKOVÁ ZAŘÍZENÍ

30 Termální tiskárny Přímý tisk tisková hlava tvořena malými odpory s malou tepelnou setrvačností jediný spotřební materiál je papír vyšší cena papíru malá stabilita tisku rychlý a tichý tisk 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

31 Inkoustové tiskárny Princip tisková hlava tryská z několika desítek mikroskopických trysek na papír miniaturní kapičky inkoustu Termické (bubble jet) 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.

32 Termická a piezoelektrická tiskárna

33 Laserové tiskárny Laserový paprsek vykresluje obrázek na fotocitlivý válec kovový s vrstvou polovodiče (obvykle selen) změna odporu po osvícení přibliţně z 3 5 M na 300 vybití do středu válce Nanesení toneru (stejně nabitého) na povrch válce toner se uchytí jen na osvětlených místech s odstraněným nábojem obtiskne se na papír nabit opačně neţ toner Termální fixace toneru toner je k papíru tepelně fixován zaţehlen teplem cca 180 C a tlakem Odstranění zbytku toneru mechanický stěrač, osvícení ţárovkou

34 Princip laserové tiskárny

35 VSTUPNÍ ZAŘÍZENÍ PRO ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

36 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)

37 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 = E v + E k E v výstupní práce E k kinetická energie uvolněného elektronu

38 CCD - Charge Coupled Device Elektronická součástka pouţívaná pro snímání obrazové informace videokamery, digitální fotoaparáty, faxy, skenery, čtečky kódů, Buňka převede světlo na proud fotoefekt, elektrony pomocí přiloţených elektrod vytvářejí proud velikost odpovídá intenzitě světla Analogové zařízení

39 Princip CCD 1. bez přístupu světla odebrány všechny volné elektrony 2. přivede se + napětí na elektrody 1 a nechá se působit světlo přitahuje elektrony díry přitahovány na dolní elektrodu 3. po uzavření závěrky se na elektrody přivádí obvykle trojfázový hodinový signál tak, aby se elektrony pohybovaly doprava 4. zesilovač zesílí proud 5. A/D převodník digitalizuje

40 Konstrukce CCD Lineární CCD pouze jednorozměrný obraz nebo se snímání ve druhém rozměru zajišťuje nějakým jiným způsobem např. posune se papír např. čtečka čárového kódu 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

41 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

42 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

43 Vlastnosti CCD Velikost a poměr stran v palcích, obvykle 4:3, 16:9 Rozlišení v megapixelech Dynamický rozsah Šum rozsah odstínů od nejčernější černé k nejbělejší bílé kterou je ještě CCD snímač schopen rozlišit limitován kapacitou jednotlivých buněk a vlastním šumem kolik elektronů je schopna pojmout nejčastěji tepelný pohyb krystalové mříţky polovodiče občas se uvolní elektron bez působení fotonu odstup signálu od šumu větší u větších snímačů větší kapacita buňky ISO citlivost zesilovač obrazového signálu s přepínatelným zesílením

44 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

45 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

46 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

47 PhotoMultiplier Tubes (PMT) Pouţití u profesionálních bubnových skenerů široký jasový rozsah, vysoká citlivost vysoký odstup signálu od šumu, zesílení aţ 10 8 Zdroj světla laser 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

48 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 např. diapozitivy nebo filmy silná závislost osvícení na vzdálenosti nízká hloubka ostrosti niţší rozlišovací schopnost na tmavších plochách obrazu menší napětí (bez zářivky), nevyţaduje zahřátí moţnost napájet z USB

49 Skener Hardwarové vstupní zařízení umoţňující převedení fyzické 2D nebo 3D předlohy do digitální podoby pro další vyuţití, většinou pomocí počítače Dva typy předloh odrazné a průhledné (transparentní) Princip skeneru předloha se osvítí, světlejší bod předlohy odráţí více světla zdroj světla tzv. chladná katodová lampa (zářivka) světlo zachytí řádkové světlocitlivé prvky CCD, CIS, PMT osvětlovací a snímací mechanizmus se posouvá a snímá další řádky Snímače OCR převádějí znaky textu přímo do ASCII kódu

50 Princip skeneru CCD CIS

51 Princip skeneru

52 Rozdíly technologie CCD a CIS CCD větší hloubka ostrosti, větší rychlost, odstup signálu od šumu, lepší podání barev větší, energeticky náročnější CCD CIS

53 Parametry skenerů Barevná hloubka mnoţství odstínů barev, které je schopen skener nasnímat obvykle 24 bitů: odstínů profesionální aţ 48 bitů (2e14 odstínů) 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 dnes aţ dpi Softwarové rozlišení interpolované (dopočítané)

54 Parametry skenerů Denzita Šum logaritmická míra propustnosti světla látkou v jakém rozsahu je skener schopen rozlišit různé jasy; density range aspoň 3, fotoskenery aţ 4,8 způsoben působením vnějších vlivů Maximální velikost snímané předlohy ruční skenery teoreticky nekonečný pruh o 210 mm, stolní do formátu A3 Připojení paralelní port SCSI USB

55 Digitální fotoaparát Princip vychází z konstrukce klasického fotoaparátu světlocitlivá plocha CCD nebo CMOS objektiv systém optických čoček clona hloubka ostrosti závěrka stabilizátor obrazu posun senzoru nebo zobrazovacího členu Rozdělení kompakty zrcadlovky (DSLR: Digital Single-Lens Reflex camera)

56 HARDWARE PRO ZVUK

57 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

58 Modulace Nelineární proces měnící charakter nosného signálu pomocí modulujícího signálu Modulační signál signál, který chceme modulovat na nosný signál Nosný signál signál, který modulujeme modulačním signálem Modulovaný signál výsledný signál po procesu modulace

59 Amplitudová modulace Mění se amplituda nosného signálu frekvence ani fáze ne modulační modulovaný

60 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

61 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

62 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

63 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 jedničky odpovídají maximu nuly minimu střídání jedniček a nul nule

64 Syntéza zvuku FM syntéza kaţdé vlnění je superpozice sinusových kmitů s různou frekvencí a amplitudou Fourierovy řady amatérské pouţití Wavetable syntéza navzorkovaný signál skutečného nástroje 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

65 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

66 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

67 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

68 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

69 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

70 Další typy reproduktorů Piezoelektrické piezoelektrická destička mechanicky spojena s membránou nebo ji tvoří 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 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

71 Kmitočtový rozsah Ideálně v celém slyšitelném pásmu (20Hz aţ 20kHz) Více různých měničů optimálně přizpůsobeny pro dílčí kmitočtová pásma signál rozdělen do několika pásem pomocí výhybek Reprosoustava skupina reproduktorů, obvykle umístěná do jedné ozvučnice Širokopásmové univerzální reproduktory pro nenáročné pouţití Hz Hlubokotónové (basové) Hz Středopásmové Hz Vysokotónové Hz

72 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

73 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

74 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

75 Směrové charakteristiky mikrofonů Schopnost přijímat zvuk z různých směrů v různé intenzitě frekvenčně závislá projevuje se zpravidla u vysokých tónů, zatímco hluboké zůstávají nepoznamenány Všesměrová (omnidirekcionální, kulová) nejjednodušší, typická pro levné a malé elektretové mikrofony Kardioidní (ledvinová) potlačuje příjem zvuku zezadu typická charakteristika dynamických mikrofonů pro zpěváky potlačuje zpětnou vazbu Hyperkardioidní více směrová neţ kardioidní Osmičková (bidirekcionální) 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)

76 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

77 OPTICKÉ DISKY

78 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)

79 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

80 Technologie CD fotodioda

81 Technologie CD pit, land prohlubeň, výstupek čteme z druhé strany odraz závislý na geometrii

82 Technologie CD Ukládání dat jedničku tvoří přechod pit land nulu tvoří přechod mezi stejnými pity

83 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

84 Technologie CD-R, CD-RW CD-R vrstva organického barviva CD-RW vrstva slitiny schopné měnit fázi krystalická nebo amorfní struktura

85 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)

86 DVD Srovnání s CD efektivnější korekce chyb souborový systém UDF není kompatibilní s ISO 9660 rychlost kib/s

87 DVD Druhy médií podle kapacity stran vrstev kapacita DVD ,7 GB 4,38 GiB DVD ,5 GB 7,92 GiB DVD ,4 GB 8,75 GiB DVD ,2 GB 12,3 GiB DVD ,1 GB 15,9 GiB

88 Blu-Ray (BD) Nástupce DVD 2004, Sony souboj s HD-DVD BD-ROM BD-R BD-RE (BD-RW) přepisovatelný disk Velikost Kapacita Single layer Kapacita 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)

89 Srovnání [nm] CD DVD HD-DVD Blu-Ray vzdálenost drah min. délka pitu šířka pitu vln. délka laseru

90 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

91 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

92 FLASH PAMĚTI

93 Nevolatilní paměti Maskou programované ROM síť vodivých cest propojených tranzistory tranzistor stále otevřen (1) nebo uzavřen (0) PROM (elektricky programovatelné ROM) 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 E kin elektronů)

94 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)

95 Flash paměť Nenaprogramovaná buňka (1) nemá na plovoucím hradle náboj po přivedení signálu na řádek se tranzistor nedokáţe otevřít Naprogramovaná buňka (0) po výběru řádku se můţe tranzistor otevřít Nabití plovoucího hradla tunelováním z řídícího Mazání paměti odvedení náboje z plovoucího hradla