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

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/