25 - Základy sdlovací techniky

Transkript

1 25 - Základy sdlovací techniky a) Zvuk - je mechanické (postupné podélné) vlnní látkového prostedí, které je lidské ucho schopno vnímat. Jeho frekvence je pibližn mezi 16 Hz a 20 khz. Zdroje zvuku - jsou kmitající tlesa. Chvní tles (hlasivek, strun, vzduchových sloupc, blan ) se penáší na okolní prostedí, v nmž se šíí ve form mechanického vlnní. Zdroje tón se dlí na: a) ( (housle, harfy, kytary, klavíry, ) a (xylofon, triangl, )) b) ( (bubny, tympány, ) a (inely, )) c) ( (flétny, trubky, klarinety, varhany )) Zvuky rozdlujeme podle jejich asového prbhu na: -hudební zvuky neboli tóny mají pravidelný prbh - harmonický jednoduché tóny - složitjší složené tóny -nehudební zvuky neboli hluky mají neperiodický prbh Charakteristiky zvuku: Výška - je urena základní frekvencí zvuku (tónu); - je dána pomrem absolutní výšky daného tónu a absolutní výšky tónu základního, kterým je v hudb komorní 440 Hz a v technice 1000 Hz Barva je urena násobky základní frekvence zvuku (tzv. vyšší harmonické frekvence) a jejich potem a amplitudami ve složeném tónu. To má za následek rzné znní hudebních nástroj, hlas lidí a podobn. Intenzita zvuku (I) je zvuková energie dopadající na jednotku plochy za asovou jednotku E P I = = jednotka [ J m s, W m ] S t S E energie, S obsah plochy, t doba, P výkon Hladina intenzity zvuku (L) je veliina udávající intenzitu zvuku v decibelech (db). Zavádíme proto, že lidské vnímání je logaritmické (desetinásobnou intenzitu zvuku nevnímá jako desetinásobn hlasitjší). Pro hladinu intenzity zvuku a intenzitu zvuku platí pevodní vztah: I L = 10 log [db] I I intenzita zvuku I 0 práh slyšitelnosti 0 Poznámka: Práh slyšitelnosti stanoven pro intenzitu I 0 = W.m -2 a rovná se 0 db. Práh bolesti stanoven pro intenzitu I = 10 W.m -2 a rovná se 130 db.

2 Hlasitost subjektivní veliina související z intenzitou zvuku. Vyjaduje fakt, že lidské ucho je citlivjší na uritý rozsah frekvencí a tóny v daném rozsahu vnímá i pi menší intenzit jako hlasitjší. Nejvtší citlivost lidského ucha je mezi 700 Hz a 6000Hz. Nejvyšší citlivost má lidské ucho pi 3000 Hz (kvli rezonanci vzduchového válce ve zvukovodu). Šíení zvuku Zvuk je mechanické vlnní, ke svému šíení tedy potebuje látkové prostedí. Z toho dvodu se nemže šíit ve vakuu. Rychlost zvuku je v rzných prostedích rzná a je ovlivnna také teplotou. Nejvyšší rychlost má zvuk v pevných látkách (nap. v oceli v 5000 m/s) a kapalinách (nap. ve vod v 1500 m/s). Rychlost zvuku ve vzduchu je cca 340 m/s v = (331,82 + 0,61t) m/s. Související pojmy Infrazvuk zvuk o frekvenci menší než 16 Hz. Infrazvuk vnímá nap. ada moských živoich (ryby, medúzy), kteí jsou tak varováni ped vlnobitím a bouemi. Na lidský organizmus mže infrazvuk psobit škodliv zejména tehdy, je-li jeho frekvence blízká frekvenci tlukotu srdce a dalších biologických rytm nevolnost, úzkost, záchvaty hrzy, doasné oslepnutí, zástava srdce, (Zdroje: hladina moe, chvní budov, stroj, zemtesení ) Ultrazvuk zvuk o frekvenci vyšší než 20 khz. Využití v lékaství, k zjišování vad materiálu (ultrazvuková defektoskopie), k výrob emulzí, k vypuzování plyn z kapalin nebo z roztavených kov, skla apod., k ištní souástek jemných zaízení, k ištní oek brýlí, k mení hloubky moí píp. k identifikaci podvodních objekt (sonary), (Zdroje: malé ladiky, psí píšalky, sirény, elektronické generátory, ) Infrazvuk ani ultrazvuk není lidské ucho schopno slyšet. Rezonance vzniká u pevných pedmt, je-li jejich vlastní frekvence shodná s frekvencí dopadajícího zvuku. V pedmtu vzniká stojaté vlnní. Pokud má zvuk dostatenou intenzitu, mže dojít k rozpadnutí pedmtu. Odraz zvuku - na rozhraní dvou prostedí se zvuk odráží. Pokud dojde k odrazu v malé místnosti, zvuk splývá s pvodním. Dorazí-li však s vtším zpoždním než 0,1s, vnímáme jej již oddlen od pvodního zvuku. Vzniká ozvna. Ozvna, kterou slyšíme i poté, co pvodní zvuk doznl, se nazývá dozvuk. Poznámka: Dopplerv jev: Nastává pi relativním pohybu zdroje zvuku a jeho píjemce. Píjemce slyší zvuk jiné frekvence, než je frekvence zvuku vydávaného zdrojem, a to vyšší, jestliže se zdroj a píjemce pibližují, a nižší, pokud se vzdalují. b) Sdlovací soustava -slouží k penosu informací.

3 Z zdroj zprávy M mikrofon (mechan. kmitání se mní na elektrické) K kódování zprávy (pevod na signál vhodnjší k penosu pomocí modulace) SV sdlovací vedení (kabel nebo vodi telefonní sít) Bezdrátový penos (radiokomunikaní soustava) : V vysíla elektromagnetické vlnní šíící se prostorem P pijíma D demodulátor (signál peveden zpt na pvodní zprávu v podob elek. signálu) R reproduktor (elektrické kmitání se mní zpt na mechanické) Vysíla Ve vysílai se nízkofrekvenním signálem (fn) elektrické kmitání, které nese požadovanou informaci (hudbu, mluvené slovo) moduluje v modulátoru (M) vysokofrekvenní signál (fv), který pichází z oscilátoru (O). Modulovaný vysokofrekvenní signál je zesílen v koncovém zesilovai (K) a vysílací anténou (A) je v podob elektromagnetického vlnní vyzáen do prostoru. Pijíma

4 V pijímai je vstupním zaízením pijímací anténa (A), která zachytává elektromagnetické vlnní všech frekvencí. Ladící obvod (LO) vybere nastavením kondenzátoru jednu z nich a získaný vysokofrekvenní signál je zesílen vysokofrekvenním zesilovaem (VF). Pak je demodulován demodulátorem (D) nízkofrekvenní signál, který je nositelem kódované informace, je oddlen od vysokofrekvenního. Do nízkofrekvenního zesilovae (NF) již postupuje pouze nízkofrekvenní signál a je zesílen. Informace v nm obsažená je pak petena výstupním zaízením, napíklad reproduktorem (R). Hlavní druhy modulace - amplitudová modulace (AM) se používá pro dlouhé, stední a krátké vlny a pro obrazový signál televize. Nízkofrekvenním signálem se mní amplituda vysokofrekvenního signálu. - frekvenní modulace (FM) se používá pro velmi krátké vlny (VKV), audiosignál televize a signál mobilních telefon. Nízkofrekvenním signálem se mní frekvence vysokofrekvenního signálu. - impulsní modulace je pevedení vysokofrekvenního signálu (který byl již modulován nízkofrekvenním signálem, jenž nese požadovanou informaci) na digitální signál (sled jedniek a nul). Tento princip v souasnosti používá digitální vysílání. Pevod akustické informace do digitální formy se používá u mobilních telefon v síti GSM. Elektroakustické mnie zaízení urená pro pemnu akustického signálu na elektrický (mikrofony) nebo naopak elektrïckého signálu zpt na akustický (reproduktory). Principy elektroakustické pemny: - (z komerního hlediska nejvíce využívaný výhody: široké kmitotové pásmo, malé zkreslení, nízký šum, robustní konstrukce bžné reproduktory, nkteré mikrofony) pricip mikrofonu: permanentní magnet s pólovými nástavci, v jeho magnetickém poli se pohybuje kmitací cívka pevn spojená s membránou, na kterou dopadá zvukové vlnní v cívce se indukují proudy takového prbhu, jaký odpovídá zvukovému vlnní princip reproduktoru: do cívky v magnetickém poli permannetního magnetu se pivádí elektrický signál získaný nap. v mikrofonu a penesený sdlovací soustavou silové psobení ng. pole na cívku (vodi) s proudem má za následek rozkmitání cívky a uvedení do pohybu membrány, která je s cívkou spojena (membrána svým pohybem vyvolá vznik mechanického akustického vlnní)) - (rozmanité použití, nap. i jako snímae vibrací, ) princip mikrofonu: membrána zachycující zvukové vlny penáší mnící se tlak na piezoelektrické destiky a na jejich polepech vzniká rzné naptí v rytmu dopadajících zvukových vln - (kondenzátorový) (vhodný nap. i pro micí mikrofony) princip mikrofonu: složen ze dvou od sebe izolovaných elektrod jedna je pevná, druhá má funkci membrány, je umístna v malé vzdálenosti od pevné elektrody (20 30 m) a je vyrobena z kovové nebo metalizované fólie. Takto vzniklý kondenzátor má kapacitu pf. Pohyb membrány má za následek zmnu kapacity a tím zmnu naptí na kondenzátoru -,

5 Pozn. princip uhlíkového mikrofonu: plstný kroužek s pevnou uhlíkovou elektrodou tvoí tzv. uhlíkovou komoru, která je z 85% naplnna uhlíkovými zrnky. Stejnosmrný proud se pivádí jedním pólem k pevné elektrod, druhým k membrán. Zvukové vlny dopadající na membránu ji rozkmitají tak, že stlauje uhlíkový prach, jehož pechodový odpor se mní v rytmu kmitání membrány. Tak se moduluje stejnosmrný napájecí proud. Stídavá složka napájecího proudu je vlastní hovorový proud. Nevýhodou uhlíkového mikrofonu je znané zkreslení a nestabilní penosové vlastnosti. Umož uje však na velké vzdálenosti penášet znaný výkon, je konstrukn jednoduchý a tedy levný. c) Základy televize Televize soustava zaízení pro pevod obrazu na elektrický obrazový signál, který je v podob televizního signálu penášen elektromagnetickým vlnním k antén spojené s televizním pijímaem. Televizní kamera zaízení pro záznam obrazu. Objektiv kamery vytvoí obraz objektu v optoelektronickém mnii (zaízení na pemnu optického signálu na signál elektrický). Optoelektronický mni v minulosti tvoily snímací elektronky (ikonoskop), dnes se skládá hlavn z polovodiových snímacích prvk, které tvoí pravidelnou mozaiku element citlivých na svtlo. Podobné snímací prvky se dnes používají také v digitálních fotoaparátech. Videosignál (obrazová složka televizního signálu) obraz se rozloží na sled ádek (ádkový rozklad), optoelektronický sníma vytváí elektrický proud odpovídající osvtlení bod v jednotlivých ádcích. Podle souasných norem je jeden snímek tvoen 625 ádky pi frekvenci 25 obraz za sekundu. Obrazový signál je doplnn o synchronizaní impulsy, které zajišují potebnou synchronizaci pi zptném vzniku obrazu v televizním pijímai. Takto upravený signál oznaujeme jako videosignál. Televizní pijíma slouží pro píjem televizního signálu, ten se rozdlí na složku akustickou a obrazovou. Akustická složka se pevede na zvuk stejn jako u rozhlasového pijímae. Obrazová složka se zpracovává v obrazové ásti televizní obrazovce. Televizní obrazovka - vakuová (katodová trubice neboli CRT) - je ást televizního pijímae, která zobrazuje obrazovou ást televizního signálu. Princip:Televizní obraz se vytváí na luminiscenním stínítku dopadem rychle letících elektron. Stínítko je pokryto drobounkými trojicemi luminofor (pixely), celkem je jich na televizní obrazovce pes , na monitoru ješt mnohem víc! Obrazovka má v zadní ásti ti rozžhavené katody, ze kterých vylétají elektrony, jsou urychlovány vysokým naptím a vychylovacími cívkami "nasmrovány" na požadované místo stínítka. Obraz se na stínítku vytváí postupn po jednotlivých ádcích, za jednu sekundu se na stínítku vystídá 25 snímk. Dopadem elektron vyzauje každý z trojice luminofor ervené, modré nebo zelené svtlo a v našem oku vznikne výsledný barevný vjem.

6 Schéma a princip CRT Malá vakuová obrazovka s vychylovacími cívkami 1) Urychlova elektron (emitor) 2) Svazky elektron 3) Ostící destiky 4) Vychylovací destiky 5) Pipojení anody 6) Maska pro oddlení paprsk pro ervenou, zelenou a modrou ást zobrazovaného obrazu 7) Fosforová vrstva s ervenými, zelenými a modrými oblastmi 8) Detail fosforové vrstvy, nanesené z vnitní strany obrazovky Hitem poslední doby se v našich domácnostech staly televizory a poítaové monitory s plochou obrazovkou. I pro tuto obrazovku je základním principem vznik barevného obrazu, u kterého se využívá schopnosti lidského oka vytvoit jakoukoli barvu složením tí barev základních - ervené, zelené a modré. Stínítko nebo displej je pokryto velkým množstvím trojic bod, které mohou vydávat ervené, zelené nebo modré svtlo rzné intenzity. Má-li být uritá ást obrazu nap. ervená, záí v ní nejvíce ervené body a ostatní zstávají tmavé. Ve fialové ásti obrazu svítí nejvíce body ervené a modré atd. Pokud se na poítaovém

7 displeji zobrazí pestrý statický obrázek, lze silnou lupou pozorovat, jak v rzných místech záí body rzné barvy s rznou intenzitou. Obrazovka nebo LCD Zkratka LCD pochází z anglických slov "Liquid Crystal Display", která esky znamenají "displej z kapalných krystal". Takovéto displeje jsou na kalkulakách, mobilních telefonech a digitálních fotoaparátech, z kapalných krystal jsou ploché displeje poíta a obrazovky televizor. Kapalné krystaly jsou látky, u kterých není zetelná hranice mezi jejich pevným a kapalným skupenstvím. Za uritých okolností mohou mít dokonce souasn nkteré vlastnosti obou skupenství. Píina tchto zvláštností spoívá v jejich molekulové struktue. Molekuly kapalných krystal mají zvláštní tyinkový tvar a vyznaují se tím, že stedy tyinek jsou sice v prostoru uspoádány nepravideln, ale osy tyinek jsou tém rovnobžné. Tím se podobají jak kapalinám (neuspoádanost), tak i krystalm (uspoádanost). U objevu kapalných krystal stál rakouský botanik F. Reinitzer, který si v roce 1888 všiml podivného chování cholesterylbenzolu. Tato látka kapalní pi 145 C, ale teprve pi teplot 179 C se stává irou kapalinou. Mezi uvedenými teplotami má vlastnosti blízké pevnému i kapalnému skupenství - tento stav nazval Reinitzer kapalnou krystalizací. První displeje s kapalnými krystaly se objevily teprve zaátkem 70. let minulého století v kalkulakách a digitálních hodinkách. V displejích a plochých obrazovkách se využívá toho, že kapalné krystaly vložené do slabého elektrického pole stáí rovinu polarizace procházejícího svtla. Staí k tomu jen nepatrná energie, a proto jsou displeje s kapalnými krystaly velmi vhodné i pro pístroje napájené z baterií. Plochá televizní obrazovka je tvoena nkolika vrstvami: Zdroj svtla - miniaturní svítivé diody LED nebo výbojky vyzaují bílé nepolarizované svtlo a displej podsvcují. První polarizaní filtr - svtlo vyzaované zdrojem polarizuje ve svislé rovin. Kapalné krystaly - prchodem polarizovaného svtla touto vrstvou se polarizaní rovina svtla stoí o 90. Elektrody - dv sklenné vrstvy z jedné a z druhé strany kapalného krystalu. Na jedné jsou vytvoené vodivé vodorovné ady a na druhé vodivé svislé sloupce. Každému bodu displeje písluší prseík nkteré ady a sloupce. Druhý polarizaní filtr - propustí jen svtlo polarizované ve vodorovné rovin. Barevný filtr - ervený, zelený nebo modrý. Krycí fólie nebo sklo - chrání povrch displeje ped poškozením.

8 Sestava LCD (modrý obrazový bod) - vlevo bez naptí, vpravo s naptím Není-li k elektrodám pipojené žádné naptí, prochází svtlo ze zdroje prvním filtrem a je jím polarizováno ve svislé rovin. Pak prochází vrstvou kapalného krystalu, který stáí polarizaní rovinu o 90, tedy vodorovn. Druhý polarizaní filtr toto svtlo propustí a displej nebo obrazovka záí bílým svtlem. Jestliže se k nkterému sloupci a ad pipojí naptí, vznikne na jejich prseíku elektrické pole a v tom míst kapalný krystal polarizaní rovinu nestoí. Svtlo tedy zstane polarizováno svisle a druhým filtrem neprojde. Odpovídající bod na displeji zstane tmavý. Vhodným tvarem a uspoádáním elektrod je možné zobrazit na "jednobarevném" displeji libovolné skupiny tmavých bod nebo ploch (nap. písmena, íslice, symboly). Tvar elektrod je možné zeteln vidt nap. na displeji kalkulaky, jestliže se na nj lovk podívá lupou pod vhodným úhlem. Barevný LCD televizoru nebo digitálního fotoaparátu je ješt složitjší. Každý jeho "pixel" je tvoen trojicí miniaturních svítících bod, ped kterými jsou ti barevné filtry - ervený, zelený a modrý. Výsledný barevný obraz vznikne až v našem oku. Strukturu barevného displeje opt prozradí dostaten silná lupa. LCD displej nepoužívá žádné vychylovací cívky, které mají u vakuové obrazovky znané rozmry. Zobrazení bod zde ídí pímo elektronické obvody televizoru, a proto má obrazovka jen nepatrnou tloušku. Plazmová obrazovka Nemén pozoruhodný princip a konstrukci má plazmová obrazovka. Obí obrazovky a informaní panely tohoto typu se nacházejí v odbavovacích halách letiš, na námstích pi významných sportovních penosech nebo v pednáškových a konferenních sálech. Velkoplošnou plazmovou obrazovku mají i nkteré typy televizor pro domácnost. Stínítko plazmové obrazovky je pokryto luminoforem, podobn jako v obrazovce vakuové. Luminofory se však nerozzáí dopadem elektron, ale ultrafialovým svtlem. Tohoto principu už dávno používá bžná záivka. V její trubici vydávají rtuové páry prchodem elektrického proudu ultrafialové záení. Vnitní povrch trubice je pokryt luminoforem, který po dopadu ultrafialového záení vydává bílé svtlo. V plazmové obrazovce se používají ti druhy luminofor - jeden se rozzáí erven, druhý zelen a tetí mode. Zjednodušen by se dalo íci, že plazmová obrazovka je sestavena ze statisíc pixel - trojic miniaturních "záivek", vyzaujících ervené, zelené a modré svtlo.

9 "Záivky" mají tvar komrek naplnných zedným inertním plynem, souástí každé komrky jsou dv elektrody. Pipojením naptí k elektrodám mezi nimi vznikne elektrický výboj. Pitom dojde k ionizaci plynu (plazma) a vzniká ultrafialové záení. Luminofor na stnách komrky se rozzáí svtlem píslušné barvy. Plazmové obrazovky mají vtší spotebu elektrické energie než obrazovky klasické nebo LCD, mají však mnohé výhody. Panel je velmi plochý a mže mít i velké rozmry, obraz má vynikající ostrost, jas, kontrast a podání barev. Trojice barevných bod (pixel) plazmové obrazovky