Что такое фаза на мониторе

Слово монитор не имеет значения хороший или точный. Оно от мониторинга, — контроля за явлениями и процессами.

В мониторных системах даже не ставится задача быть точными или верными. Так у ночных прицелов существует явная проблема с цветопередачей. Изображение все зеленое.

Но жалоб на качество передачи цвета у потребителей нет. Причем, как со стороны тех кто стреляет, так и тех в кого стреляют.

Люди незнакомые с рынком аудио мониторинга пребывают в уверенности, что студийные мониторы производят для студий звукозаписи. В их представлении весь мир битком заполнен студиями звукозаписи, для которых специально выпускают мониторные системы. На которых только и делают, что записывают и слушают музыку.

В действительности студийные мониторы производятся под весь пласт задач связанных с контролем аудиопотоков. А это значительно больше чем студии звукозаписи. Начиная от ТВ, радио… и заканчивая спортивными сооружениями и передвижными будками, которые ездят по деревням и селам на разные праздники.

Урок 26. Что такое Фаза и Сдвиг Фаз

В отличии от бытовых АС, основные требования к профессиональным мониторным аудиосистемам совершенно другие.

За 40 лет фактически сформировался стандарт технологии и звучания студийных мониторов. Различные мониторы могут незначительно отличаться друг от друга. Но принцип построения и «характер» звучания у них всех всегда один.

Что же у студийных мониторов не так, как у бытовых аудиосистем?

Проще всего это понять посмотрев, а как, и из чего возник этот стандарт мониторинга. Здесь имеет смыл обозначить, что студийные мониторы делятся на мониторы:

  • Ближнего
  • Дальнего поля.

И это не формальное деление, на каком расстояния находится слушатель. Мониторы дальнего и ближнего поля выполняют разные задачи. И имеют технические различия не только в мощности.

Мониторы ближнего поля.

Первыми в мире стандарт студийного мониторов ближнего поля сформировали Yamaha NS-10. Начало выпуска 1981г.

Yamaha NS-10

До Yamaha NS-10 ближний мониторинг выстраивался из серии «кто на что горазд». Yamaha NS-10 и ее модификация Yamaha NS-10M де факто стала неким стандартом и ориентиром для звукорежиссеров во всем мире.

Посмотрим как они сделаны.

Объём 10,4 л. НЧ 180-мм драйвер с легким бумажным диффузором. ВЧ 35-мм динамик (с большей диафрагмой, чем это принято в hi-fi). Кроссовер двухполосный, второго порядка, пассивный; Частотный диапазон 60 Hz до 20 kHz; чувствительность 90 dB. Частота раздела головок 1,5 kГц; Импеданс 8 Ом.

фильтры-Yamaha-NS-10

Изначально Yamaha NS-10 задумывались в качестве бытовых hi-fi акустических систем. Но в качестве бытовых АС они не имели успеха. Международной hi-fi прессой и аудиофилами они были встречены жестко «в штыки».

Что такое ФАЗА, НОЛЬ и ЗЕМЛЯ В ЭЛЕКТРИКЕ | ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ

Однако Yamaha NS-10 были с восторгом приняты большинством звукозаписывающих студий в качестве мониторов ближнего поля. После чего были модифицированы с целью увеличения перегрузочной способности, которой не хватало. Добавилась литера М, — и они стали Yamaha NS-10М.

Если набрать в Яндексе запрос «студия звукозаписи», на около четверти картинок вы увидите мониторы Yamaha NS-10М. При этом это могут быть суперсовременные, и весьма «навороченные» студии. Напоминаем, прошло 40 лет с момента выпуска NS-10.

Не следует думать, что эти мониторы запредельно замечательные, и по этой причине оказались так сильно востребованы. Наиболее точно ситуацию описал один мой знакомый музыкант, занявшийся производством контента — «все фонограммы звучат дерьмово, но понятно, и одинаково дерьмово».

И сделаны они плохо. Набили уплотнителя под завязку, что не есть хорошо. Про фильтры промолчу, — и так все видно.

Об уровне культовости Yamaha NS-10 говорит такой факт, что даже сейчас, спустя многие десятилетия, промышленно производятся их клоны.

Avantone CLA-10 Passive Studio Monitor

Явное и очевидное отличие Yamaha NS-10 от бытовой акустики. Частота раздела динамиков — 1,5 kГц. И это в 1981г. Так низко не делят динамики в двухполосной бытовой акустике даже сейчас.

Подробнее о схемах деления головок АС, и какой результат при этом получается, можно почитать здесь.

Вполне понятно, что они были встречены «в штыки». Слушать музыку на двухполосной акустике с такой низкой частотой разделения головок абсолютно не комфортно.

Проблема не в частоте сопряжения динамиков. Фильтры крутят фазу на 180 градусов. Соответственно на частоте 1,5 kГц фаза переворачивается. Если бы на 1,5 kГц у НЧ/СЧ динамика был бы естественный спад, то все было нормально для восприятия слушателями. Мы вернемся к этому вопросу в последней главе статьи, — мониторы дальнего поля.

Успех этих мониторов был не в ровной АЧХ.

Могу предположить, что Yamaha NS-10 была первой двухполосной акустикой, в которой начали делить полосы так низко. И именно это обусловило успех в студиях.

Расшифровка отдельных рисунков:

Рис. 6. Характеристика монитора Yamaha NS-10M в условиях “свободного поля”.

Рис. 7. Характеристика монитора Yamaha NS-10M, установленного на полке микшера.

То есть, эти мониторы изначально были ориентированы на мониторинг средне- верхнечастотного диапазона. А нижний басовый регистр только обозначался.

При этом в студиях не особо заворачиваются как ставить мониторы. Горизонтально или вертикально. Обычно этот вопрос находится вне дискурса. Как положили так и хорошо.

Хотя разница в АЧХ при горизонтальном или вертикальном положении мониторов, особенно при перемещении головы слушателя, будет колоссальной. Смотрите разницу АЧХ от их расположение на картинке выше.

Да, АЧХ будет сильно разной, но на качество восприятия материала и результат сведения это мало влияет. Звукорежиссеры это практически знают. А тем, кому интересен этот вопрос, могут почитать нашу статью — Почему в акустике не работает принцип ксерокса?

Это еще раз к тому, что и в «студийке» и в бытовом аудио, адекватные люди, не ставят себе задачу привести АЧХ к максимально плоской линии.

Для полного попадания в современный стандарт студийных мониторов Yamaha NS-10 необходимо было сделать всего два шага.

Шаг первый, — переход с пассивного деления полос к активному. Так называемому Би-ампингу. Когда полосы выделяются RC цепочками, в слаботочном тракте перед отдельным усилителем для каждого динамика. И никаких пассивных фильтров в тракте (между динамиками и усилителями) нет.

На слух активные фильтры «звучат» совершенно не так как пассивные. Дело не только в разборчивости, «характер» звучания активных и пассивных фильтров на слух совершенно разный. Хотя графики спада полос, АЧХ у них могут быть абсолютно аналогичные. В большинстве случаев вызвано это тем, что при пассивной фильтрации разные динамики могут вводиться в разные режимы управления и согласования с усилителем. Кому интересно, поподробнее, с этим вопросом можно ознакомится здесь:

  • “Характер” звучания. Выбор типа сведения бытовых АС.
  • Назначение аудио конденсаторов в тракте акустики.

Использование активных фильтров позволяет почти ни чем себя не сдерживать.

В пассивной фильтрации конечно можно нагородить что-то типа 3-4 порядков. Но уровень получаемой нелинейности, и как следствия итогового качества этих фильтров будет непотребен. Хороший результат получить невозможно.

В активной же фильтрации нет нелинейностей. Точнее искажения находятся на микроскопическом уровне. В сравнении с пассивными фильтрами, они не имеют никаких искажений. А порядки фильтров можно набирать по сути бесконечно:

Типовая схема фильтров студийных мониторов.

Динамики в студийных мониторах делятся предельно низко и очень жестко.

Таким образом из динамиков выдавливают по максимуму все, на что они способны.

И это очень логично! Если твиттер хорошо воспроизводит ВЧ, то пусть он только эти ВЧ и воспроизводит. И не перегружается средними частотами.

Если в бытовом Hi-End умиляются звучанием первого порядка на ВЧ, попутно нагружая твиттер еще парой октав снизу.. То в мониторных системах ни чему не умиляются. ВЧ динамику дают «играть» только ВЧ, жестко вырезая его полосу. Именно то, что он хорошо умеет делать и для чего предназначен.

С НЧ/СЧ звеном поступают аналогичным образом. Ему дают «играть» только тот диапазон частот, который он замечательно «играет». Именно от жесткого выделения полос итоговая разборчивость получается великолепная. А мощность (отдачу) ВЧ динамика можно поднять в четыре раза. (так как он не перегружен теми частотами которые не «играет»).

Обычный человек, впервые сталкивавшийся со звучанием качественных мониторных систем, сразу отмечает, насколько кратно более высокое звуковое давление они создают без перегрузки. В сравнении с бытовой акустикой тех же габаритов.

И здесь совершается последний шаг, который формирует, единый на настоящий момент стандарт, студийных мониторов.

Как отмечалось ранее, в сильноточном тракте акустики (между усилителем и динамиками) исчезли катушки с эмалированным проводом и прочий «мусор» с его дикими нелинейностями. В купе с возможностью жесткого выделения полос это раскрывает новые возможности. Динамик воспроизводящий НЧ/СЧ частоты может быть и становится:

  1. С более тяжелой подвижной системой
  2. С более жестким подвесом (меньшим эквивалентным объемом)

Происходит то, что условно можно назвать его «сабвуферезацией«. Так, жесткие, и очень тяжелые диффузоры динамиков сабвуферов стали возможны только тогда, когда появилось возможность активной для них фильтрации.

Пример. При пассивной фильтрации невозможно получить хоть какой то адекватный результат с НЧ головкой с параметрами: 10 дюймов, VAS 30 литров, Масса подвижки 200гр. А вот в при активной фильтрации, вполне приличный результат может быть получен если жестко ограничить диапазон воспроизводимых частот этого динамика до 150Гц.

Аналогично и у студийных мониторов. Массу подвижной системы увеличивают раза в два, а VAS уменьшают раза в 2-3 (от значений типичных для Hi-Fi). Что очень хорошо видно если заглянуть внутрь студийных мониторов. В сравнении с бытовыми АС в них почти нет объема.

студийные мониторы внутри

И разумеется никакие бумажные диффузоры на НЧ/СЧ теперь уже не требуются, — для той полосы частот которую они воспроизводят сгодится практически все что угодно.. пластмасса, кевлар итд.

Для целей аудиоконтроля пластмассовые диффузоры даже лучше, — они дают почти идеальную, ровную АЧХ в полосе используемых частот. Так как пластик, в отличии от бумаги, это однородная субстанция. И локальных выбросов АЧХ у пластмассы практически нет.

И получается ровно то что нужно для аудиоконтроля: компактность, высокая перегрузочная способность, разрешение.

Но существует один единственный недостаток. Жесткое искажение фазы. Все кто работают с аудиоконтролем прекрасно знают и понимают эту специфичность. Она едина для всех студийных мониторов, и всеми выучена.

Еще по теме:  Встроенные динамики в мониторе как включить

Приблизительно понятно, как готовый материал будет звучать на широкополосной акустике, на которой собственно и слушают музыку подавляющее число людей. А для контроля наличие ошибок, — в любой студии стоит тот или иной вариант широкополосной акустики. Делают и широкополосные студийные мониторы (ближнее поле). Они не для сведения, а именно для понимания общей картины, иначе можно очень сильно улететь.

Трехполосная акустика в студийной практике для сведения, мастеринга никогда не используется. Если жестко отфильтровать полосы трехполосной АС, искажения фазы достигнет уровня, когда полностью теряется понимание, где, что находится.

Трехполосная акустика действительно ставится в дальнее поле студий звукозаписи. Но не для сведения и мастеринга. А для того что бы понимать общую картину, тональный баланс и уровень НЧ. Но ставят ее в дальнее поле.

А весь мастеринг всегда производится в самом ближнем поле. И всегда на двухполосных АС.

Да и сами музыканты должны же как-то послушать, что они там понаиграли. А их вместе с продюсерами и друзьями, если человек 10-15 будет, то это еще немного. Вот они и слушают мониторы дальнего поля. А в ближнем поле помещается всего один человек.

Мониторы дальнего поля.

Явного стандарта у мониторов дальнего поля нет. С очень сильной натяжкой, в качестве стандарта мониторинга дальнего поля, можно назвать JBL 4312 и огромное количество почти аналогичных АС. JBL 4312 называются самими продаваемыми АС компании JBL.

На настоящий момент ситуация такова, что вопрос с характером звучания мониторов дальнего поля решается режиссерами студий индивидуально. На основе личных представлений о том, что такое хорошо. И JBL 4312 уже давно вызывает у очень многих скепсис. И в современной действительности давно не являются мечтой и идеалом.

Мониторы дальнего поля призваны решать другую задачу. И используется совершенно другой технологический подход. JBL 4312 показательны в том, что хорошо его иллюстрируют. Что же по другому?

Первое что нужно замечать — частоты разделения кроссовера: 1500 Гц! и 7000 Гц!

Динамик, который принимают за динамик НЧ категорически им не является. Какая может быть НЧ на 1500 Гц? Высокий женский голос сопрано заканчивается уже на 1100Гц. Но это еще только начало. Смотрим, какие фильтры стоят на «НЧ» динамике. Во как!

Оказывается на НЧ динамике фильтров вообще нет.

А на головках СЧ и ВЧ стоят фильтры первого порядка (только конденсаторы). Если эти конденсаторы не поставить, — то динамики СЧ и ВЧ попросту сгорят. Была бы тех. возможность, этих конденсаторов бы не было.

Говоря честно и объективно, — по смыслу это широкополосная акустика .

Да конечно:

  • НЧ «лопух» в 300 см, в основном воспроизводит НЧ.
  • А твиттер в 2 см, с подвижной системой в 0,5 грамма, воспроизводит ВЧ.

Но полосы по сути не выделяются, а головки «играют» частоты, которые они естественным образом воспроизводят.

В итоге все получается замечательно. Стерефонично, понятно, приятно.

Главное, зачем нужны эти АС, — дать звукорежиссерам общее представление о материале с которым они работают. И дать ответ на вопросы, где мы? Кто мы? Понять как фонограмма будет звучать «в миру» — на массовой бытовой акустике.

На мониторах ближнего поля можно только предполагать, как трек будет звучать на магнитоле или в авто. И даже при большом опыте работы промахи неизбежны. И всегда требуется иметь опцию контроля на чем-то широкополосном.

Но есть проблемы. Ровно такие, как у всей широкополосной акустики. Грязноватенько. Нет полноценного низа. Бас как в удары бесконтактном карате, — в большей степени низкочастотный регистр только обозначается.

График АЧХ снят в одной точке. Так как твиттер и СЧ динамик стоят на разных осях, небольшое перемещение кардинальным образом меняет их АЧХ. Но АЧХ в этих АС не самое главное.

И видимо, спустя несколько десятилетий, на JBL почесали репу, и пришли к выводу, что да, пора бы уже закрыть этот «косяк». И сделали в современной версии акустики СЧ и ВЧ на одной оси.

И как можно видеть на картинке, НЧ динамик сильно двинулся «в сторону сабвуферов» (смотрите на подвесы динамиков). И делится он стал уже на 450 Гц. Масса подвижной системы стала больше, и теперь этим динамиком до 1500 Гц хорошо играть не получается. Зато давление на НЧ стало явно больше.

И получили классический новодел (как его называют). С «огородами» эмалированных проводов и прочим «нелинейным мусором». Остался только ретро-дизайн.

Для студий, в целях контроля, мы подобные решения категорически не рекомендуем. Выделить корректно и качественно, полосы на этом наборе частот, катушками из эмалированного провода и конденсаторами невозможно. Информацию о пассивной фильтрации мы приводим исключительно в познавательных целях.

Выбирайте мониторы с активными фильтрами . Акустика с пассивным фильтрами может применяться в студиях для целей общего, дополнительного контроля. И даже советуем использовать в дальнем поле, что близкое к широкополосной акустике. Но только, когда в этих АС пассивные фильтры предельно простые.

А тем кто думает, а не купить ли мне себе студийные мониторы домой, слушать музыку? Даем следующею сентенцию.

Как компьютерная акустика под короткие и разнообразные задачи (послушал пару песен, поиграл в игры и тд.) вполне хорошо, и может быть.

Но вот поставить альбом, и прослушать его хотя бы до середины, или использовать мониторы для фоновой музыки… это точно не те цели, под которые следует покупать студийные мониторы.

Хотя если ваша музыка это современная жесткая электроника, подумать в сторону студийных мониторов можно. Хотя в современной действительности, бытовою акустику продающуюся в Hi-Fi салонах, все больше делают по характеру звучания, очень близкой к студийно-мониторной. Это такой тренд последних 20 лет.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: audioart.ru

МИР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ ПК

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

Преобразователи аналоговых сигналов в LCD-мониторах

Мониторы LCD являются цифровыми устройствами – для вывода информации в них требуются сигналы, обеспечивающие коммутацию ключей, т.е. для работы им необходимы дискретные (цифровые) сигналы. Однако до сих пор значительная часть производимых видеокарт оборудуется аналоговым выходом, обеспечивающим управление мониторами ЭЛТ, в которых яркость цвета управляется аналоговым сигналом на катодах трубки.

В более ранних версиях видеоадаптеров, тем более, повсеместно применяется стандартный 15-контактный аналоговый выходной разъем. Учитывая все это, большая часть производителей LCD- мониторов обеспечивает их возможностью работы с входными аналоговыми сигналами.

Но такая возможность требует дополнительной обработки данных – входные аналоговые сигналы необходимо преобразовать в цифровые. Результатом этого является появление в составе LCD-мониторов такого модуля, как цифро-аналоговый преобразователь, характеристики которого в значительной степени определяют качество изображения. Кроме того, схемы цифро-аналогового преобразования имеют относительно высокий процент отказов, что связано с достаточно высоким значением потребляемой схемами мощности. Все это говорит в пользу более близкого знакомства с входным аналоговым интерфейсом жидкокристаллических дисплеев.

На входном аналоговом интерфейсе монитора (15-pin D-SUB) имеются три аналоговых сигнала: R (красный), G (зеленый), B (синий). Эти сигналы являются низковольтными – их полный размах составляет максимум 0.7 В. В этом диапазоне данные сигналы могут принимать абсолютно любое значение, что обеспечивает практически неограниченную возможность передачи цвета. Уровень сигнала отражает значение яркости соответствующего цвета. Чем больше размах сигналов R, G, B, тем большую яркость имеет соответствующий цвет.

В LCD мониторах уровни этих трех сигналов необходимо преобразовать в цифровые значения, описывающие размах (амплитуду) входных сигналов. Преобразованием аналоговых сигналов в цифровые значения осуществляются устройствами, получившими название цифро-аналоговые преобразователи – ЦАП (в английском варианте ADC – Analog-Digital Converter). В современной электронике эти устройства выполняются в виде интегральных микросхем.

Цифровое представление входных аналоговых сигналов монитора далее используется микросхемой видеоконтроллера (рис.1).

Рис.1 Преобразование сигналов в LCD-дисплеях

Так как обработка аналоговых видеосигналов является весьма распространенной и имеющей свои определенные особенности процедурой, имеется целый класс специализированных АЦП – преобразователи для видеосигналов. С развитием и широким распространением жидкокристаллических мониторов этот класс микросхем стал бурно прогрессировать, и сейчас они стали одними из самых распространенных (хотя уже сейчас можно наблюдать все более уверенный переход к цифровым интерфейсам LCD-мониторов). Но ремонтные и сервисные службы, все-таки чаще всего имеют дело не с ультрасовременной техникой, а с уже поработавшим оборудованием.

Получившей широкое признание у разработчиков мониторов микросхемой АЦП является TDA8752, имеющая множество разновидностей с различными характеристиками и параметрами. В какой-то мере, эту микросхему можно считать образцом АЦП для LCD-мониторов. На выходе микросхемы аналого-цифрового преобразователя формируется 8-разрядное цифровое значение для каждого канала цвета. В качестве питающего напряжения преобразователя используется напряжение +5В . Рассмотрим организацию и принцип работы TDA8752.

Описание, особенности и основные характеристики TDA8752

— Трехканальный 8-разрядный АЦП (по каждому каналу)

— Частота выборки до 80 МГц

— Программируется по последовательной шине I2C

— Обеспечивает обработку входных аналоговых сигналов, амплитудой от 0.4 до 1.2 В

— Полоса пропускания усилителя до 250 МГц

— Слабая температурная зависимость коэффициента усиления

— Содержит три управляемых усилителя, коэффициент усиления которых программируется по последовательному интерфейсу I2C, что позволяет обеспечить полномасштабное разрешение АЦП с шагом 1/2 LSB

— Система ФАПЧ программируется по последовательному интерфейсу I2C, что позволяет задать такую частоту АЦП, которая обеспечит синхронизацию по строкам в диапазоне от 15 до 280 кГц

— Встроенный делитель ФАПЧ

— Выходы и входы совместимы с сигналами TTL

— Выходы с высоким импедансом

— Поддерживается режим отключения питания (Power Off)

— Рассеиваемая мощность до 1Вт

Одной из интереснейших особенностей микросхемы TDA8752 является возможность управления различными ее характеристиками (уровень фиксации, уровень опорного напряжения, коэффициент усиления) путем записи цифровых данных во внутренние регистры. Запись в эти регистры осуществляется, обычно, по шине I2C , хотя для этих целей может использоваться и обычный трехпроводной последовательный интерфейс.

Характеристики и параметры микросхемы дают возможность использовать ее для мониторов с высоким разрешением.

В качестве примера рассмотрим TDA8752H/8. Эта разновидность микросхемы позволяет осуществлять выборку сигналов с частотой 80 МГц.

Функциональная схема TDA8752H/8 представлена на рис.2, из которого видно, что микросхема содержит три канала аналого-цифрового преобразования. Все три преобразователя имеют общий сигнал фиксации (CLP), общий сигнал синхронизации по строкам (HSYNC) и общую схему ФАПЧ. Все это позволяет обеспечивать синхронную и пропорциональную обработку входных аналоговых видеосигналов.

Еще по теме:  Как посмотреть сколько герц на мониторе на 7 винде

Рис.2 Блок-схема аналого-цифрового преобразователя TDA8752H/8

Рис.3 Цоколевка корпуса микросхемы TDA8752H/8

Таблица 1. Описание контактов микросхемы АЦП — TDA 8752

Обозначение

№ конт.

Выводы (1, 5, 30, 31, 43, 44, 50, 51, 100) не подключены и не используются

Входы развязки внутреннего регулятора напряжения. К этим выводам подключаются развязывающие конденсаторы, второй вывод которых подключается к «земле».

Вход стабилизированного опорного напряжения, создаваемого внешними цепями. Напряжение на этом контакте используется для регулировки коэффициента усиления АРУ.

RAGC, GAGC, BAGC

Выходы АРУ соответствующего канала цвета.

RBOT, GBOT, BBOT

Контакты для подключения развязывающих конденсаторов выходной нагрузки. Конденсаторы подключаются между этими выводами и «землей»

RGAINC, GGAINC, BGAINC

Контакты для подключения конденсаторов схем усиления для соответствующего канала цвета. Напряжение на этих конденсаторах определяет значение коэффициента усиления

RCLP, GCLP, BCLP

Контакты для подключения запоминающих конденсаторов схемы фиксации уровня черного для соответствующего канала цвета.

RDEC, GDEC, BDEC

Контакты подключения развязывающих конденсаторов для регуляторов напряжения усилителей соответствующего канала цвета.

Питающее напряжение аналоговой части схемы усиления для соответствующего канала цвета.

RIN, GIN, BIN

Входы аналоговых видеосигналов для соответствующего канала цвета.

AGNDR, AGNDG, AGNDB

«Земля» аналоговой части схемы усиления для соответствующего канала цвета.

Входной сигнал, выбирающий тип интерфейса передачи данных. «Высоким» уровнем этого сигнала выбирается интерфейс I 2 C . «Низким» уровнем – трехпроводный интерфейс ( 3W) .

Входные сигналы управления адресом для шины I 2 C .

Сигнал запуска режима сканирующего тестирования. Сигнал активен «высоким» уровнем.

Выход сканирующего тестирования

Сигнал запрещения управления по шинам I 2 C и 3 W . При «высоком» уровне этого сигнала управление микросхемой по этим шинам запрещено.

Входной сигнал «разрешение выбора» последовательного интерфейса 3 W .

Линия передачи данных интерфейсов I 2 C и 3 W .

Питающее напряжение цифровой логики интерфейсов I 2 C /3 W .

«Земля» цифровой логики интерфейсов I 2 C /3 W .

Линия сигнала синхронизации интерфейсов I 2 C и 3 W .

ROR, GOR, BOR

Выход бита переполнения АЦП для соответствующего канала цвета.

OGNDB,OGNDG,OGNDR

«Земля» выходных буферов для соответствующего канала цвета.

Выходные цифровые значения АЦП синего цвета.

Напряжение питания выходных буферов для соответствующего канала цвета.

Выходные цифровые значения АЦП зеленого цвета.

Выходные цифровые значения АЦП красного цвета.

Выходной сигнал опорной частоты.

Третья выходная частота системы ФАПЧ (в фазе с выходной опорной частотой – CKREFO ).

«Земля» цифровой части ФАПЧ.

Вторая выходная частота ФАПЧ.

Первая выходная частота ФАПЧ (в фазе с внутренней частотой АЦП).

Напряжение питания выхода ФАПЧ.

«Земля» цифровой части микросхемы

Сигнал разрешения выходных данных. «Высокий» уровень сигнала переводит цифровые выходы в состояние высокого импеданса, т.е. запрещает работу выходных буферов. «Низкий» уровень сигнала разрешает работу выходных буферов.

Вход управления режимом отключения. Если на этом контакте устанавливается сигнал «высокого» уровня, микросхема переходит в режим отключения (энергосбережения).

Сигнал фиксации уровня черного цвета. Этот сигнал является общим для всех трех каналов.

Входной импульс строчной синхронизации.

Входной сигнал инвертирования выходной частоты ФАПЧ. При «высоком» уровне этого сигнала фаза выходных импульсов синхронизации смещается на 180°.

Вход внешней тактовой частоты.

Входной сигнал отключения фазового и частотного детектора во время обратного хода (по вертикали) или при отсутствии сигнала опорной частоты ФАПЧ ( CKREF ).

Сигнал входной опорной частоты для ФАПЧ.

Напряжение питания цифровой части микросхемы.

«Земля» аналоговой части ФАПЧ

Контакты для подключения фильтра ФАПЧ

Напряжение питания аналоговой части ФАПЧ

Пример построения одного канала (зеленого цвета) показан на рис.4. В его составе можно выделить следующие основные элементы:

1. Дифференциальный усилитель опорного напряжения (ДУ1)

2. Дифференциальный усилитель видеосигнала (ДУ2)

4. Схема автоматической регулировки усиления (АРУ)

5. Схема фиксации уровня черного цвета

6. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

7. Регистр сравнения

8. Регистр «грубой» настройки коэффициента усиления

9. Регистр точной настройки коэффициента усиления

10. Регистр настройки уровня черного

11. Цифро-аналоговые преобразователи

Рис.4 Архитектура одного канала преобразования цвета микросхемы АЦП TDA 8752

Регистры настройки используются для задания соответствующих параметров аналого-цифрового преобразования. Эти регистры устанавливаются в необходимые значения путем записи по шине I2C . А так как параметры усиления и уровня черного в итоге управляются постоянными напряжениями, то цифровые значения этих регистров преобразуются к аналоговому виду внутренними цифро-аналоговыми преобразователями.

Одной из важнейших при оцифровывании видеосигналов является схема фиксации уровня черного цвета. Три независимых схемы фиксации ( Clamp – в английском варианте) необходимы для установки уровня черного цвета во входном видеосигнале. Установка уровня черного позволяет управлять контрастностью изображения и правильно интерпретировать входные видеосигналы.

В видеосигнале, приходящем на вход монитора имеется незначительная паразитная шумовая составляющая. Ее наличие определяется неидеальностью схем выходных усилителей и ЦАП видеокарты, тепловым дрейфом и помехами в соединительном кабеле. В результате на соответствующем канале присутствует сигнал (хотя и малый) (рис.5), наличие которого приводит к появлению серого фона на экране вместо идеального черного цвета. Говорить о высококачественном изображении и высоком качестве обработки сигнала в этом случае не приходится.

Рис.5 В реальном сигнале всегда имеется шумовая составляющая

Задачей схемы фиксации уровня черного является, как раз, избавление от этого паразитного (темнового) тока. Для избавления от паразитных шумов задается другой (путем вычисления или принудительной установки) уровень черного цвета, относительно которого и будет определяться амплитуда входного видеосигнала (рис.6). При этом уровню черного на экране будет соответствовать действительно черный цвет. Правильной установкой схемы фиксации считается такая, при которой уровень черного соответствует нулевому коду на выходе АЦП (рис.7).

Рис.6 Избавление от «темнового» тока обеспечивается установкой «нового» уровня черного цвета

Рис.7 Реальный уровень черного цвета должен находиться ниже того уровня, которому соответствует нулевое цифровое значение цвета

TDA8752 позволяет программировать уровень черного в диапазоне от -63.5 до +64 ступеней (с шагом 1/2 LSB). Установка уровня осуществляется записью в 8-разрядный регистр цифрового значения, которое схемой ЦАП преобразуется в аналоговый сигнал. Уровень черного в TDA8752 может корректироваться в диапазоне от +/- 0.1В до +/- 10мВ . Время, необходимое для коррекции – 300 нс.

«Новый» уровень черного цвета фиксируется (запоминается) во внешнем конденсаторе ( GCLP ). Так как конденсатор имеет свойство со временем разряжаться, то периодически необходимо восстанавливать заданный уровень. Поэтому схема фиксации управляется импульсным сигналом CLP, который следует с частотой строчной развертки, т.е. в начале каждой строки уровень черного обновляется. Во время активного сигнала CLP (который формируется во время обратного хода по строке) конденсатор заряжается до заданного уровня. А уже во время формирования строки напряжение конденсатора GCLP задает уровень черного цвета для зеленого канала.

Уровень черного цвета, заданный конденсатором ( GCLP ), вычитается из входного видеосигнала дифференциальным усилителем ( ДУ2 ). Полученный сигнал далее через мультиплексор подается на схему усиления ( АРУ ) и на АЦП.

Задачей все усилительной части канала является обеспечение на входе АЦП такого сигнала, который бы соответствовал максимальному входного сигналу аналого-цифрового преобразователя. Максимальным уровнем входного сигнала для АЦП является 1В. Диапазон регулировок коэффициента усиления микросхемы таков, что позволяет усиливать видеосигналы с максимальной амплитудой от 0.4В до 1.2 В , и приводить их в соответствие с максимальной амплитудой входного сигнала АЦП ( 1В ).

Для того чтобы исключить искажения обработки видеосигналов при изменении температуры корпуса микросхемы АЦП в составе TDA8752 имеется дифференциальный усилитель опорного напряжения ( ДУ1 ). Для устранения возможного температурного дрейфа опорное напряжение задается внешними цепями и подается на вывод Vref . Внешнее опорное напряжение должно иметь значение 2.5 В. Из этого напряжения дифференциальным усилителем ДУ1 формируется напряжение 0.156 В , которое используется для предварительной настройки системы АРУ. Калибровки коэффициента усиления канала осуществляется перед началом каждой видеостроки до начала импульса фиксации CLP по следующему сценарию:

1) Во время следования импульса синхронизации строки на вход TDA8752 приходит сигнал уровня TTL, управляющий мультиплексором. Этот сигнал носит название HSYNCI. Этим сигналом мультиплексор переключается между двумя дифференциальными усилителями. Т.е. на выходе мультиплексора может устанавливаться либо напряжение 0.156 В (от ДУ1 ) во время следования HSYNC (обратный ход по строке), либо напряжение видеосигнала (от ДУ2 ), когда HSYNC не активен (прямой ход по строке). Таким образом, во время обратного хода по строке на выходе мультиплексора, а, значит, на входе АЦП устанавливается опорное напряжение ( 0.156В ).

2) Опорное напряжение оцифровывается, т.е. преобразуется в 8-разрядное число и записывается в регистр сравнения, в котором уже находится предустановленное значение. Эти два числа сравниваются, и результат сравнения регулирует коэффициент усиления.

3) Предустановленное значение регистра сравнения может программироваться путем записи данных в регистр «грубой» настройки коэффициента усиления.

4) Полученный методом сравнения коэффициент усиления фиксируется во внешнем конденсаторе ( GGAINC ), напряжение которого управляет схемой АРУ.

5) Регистр точной настройки коэффициента усиления позволяет изменять опорное напряжение системы калибровки. Это дает возможность изменять коэффициент усиления системы АРУ и компенсирует рассогласование между тремя каналами цвета.

АЦП выдает 8-разрядный цифровой код, соответствующий амплитуде видеосигнала. Еще раз напомним, что уровень максимального сигнала на входе АЦП составляет 1В . Но если этот входной сигнал имеет большую амплитуду, то на выходе микросхемы TDA8752 в «высокий» уровень устанавливается бит переполнения ( ROR, GOR, BOR ). Задержка между входом и выходом АЦП составляет 1 тактовый цикл, а тактовая частота работы может достигать 80 МГц.

Цифровые выходы АЦП микросхемы TDA8752 являются управляемыми, т.е. выдача сигналов может быть разрешена, а может и запрещаться. Для управления выходами используется сигнал #OE (OUTPUT ENABLE) активный «низким» уровнем. Если сигнал #OE устанавливается в логический «0», то на выходе TDA8752 появляются выходные цифровые данные. При «высоком» же уровне сигнала #OE выходы TDA8752 переводятся в состояние высокого импеданса, т.е. выдача данных запрещена. К выходам микросхемы рекомендуется подключать нагрузку с эквивалентной емкостью 10 пФ.

В качестве примера включения микросхемы TDA8752H/2 и ее практического применения рассмотрим схему аналогового входного интерфейса монитора Samsung SyncMaster 320TFT/520TFT. Комментариев по этой схеме мы никаких не даем, т.к. после изучения всего приведенного выше материала, надеемся, они и не требуются. Вся «обвязка» микросхемы обусловлена ее архитектурой и особенностями, о которых рассказывалось в статье и в таблице описания контактов микросхемы.

Статьи

  • Ноутбуки
  • Мониторы LCD
  • Мониторы ЭЛТ
  • UPS
  • Системные платы
  • Источники питания
  • Печатающие устройства
  • Интерфейсы
  • Сканирующие системы
  • Технологии RECHARGE
  • Дисковая система

Источник: www.mirpu.ru

Методы построения светодиодной подсветки цветных LCD-мониторов

Обычно в качестве источника подсветки применялись люминесце­нтные лампы с холодным катодом (CCFL), реже — электролюминесцентные панели (так как их яркость и ресурс невелики). Традиционный метод синтеза цветного изображения на матричных LCD-дисплеях основан на использовании встроенной системы цветных фильтров и источника задней подсветки белого цвета. Подсветка люминесцентной лампой с холодным катодом счи­талась самой экономичной, но с появлением сверхъярких светодиодов синего, красного и зеленого свечения эффективность CCFL уже не кажется очевидной, в дисплеях многих производителей чаще стала ис­пользоваться светодиодная подсветка белого свечения. Появился и ме­тод формировали цветного изобра­жения, в котором цветные фильтры вообще не используются. Вместо них пооче­редно включаются три источника си­него, красного и зеленого цвета и про­водится пространственная модуляция яркости каждой из цветовых фаз.

Еще по теме:  Как подключить монитор от компьютера к цифровой приставке вместо компьютера

При использова­нии традиционной схемы подсветки на цветных фильтрах теряется до 70-80% энергии светового потока (кроме того, апертура цветного пиксела, состояще­го из трех ячеек-модуляторов света, не способна обеспечивать хорошее разрешение). Поэтому приходится использовать топологию, которая на уровне монохромного пиксела должна иметь утроенное разрешение.

Матричный модулятор состоящий из массива ЖК-ячеек обеспечивает разве­ртку изображения во времени. Частота разверт­ки, обычно составляет 50. 60 Гц (период 20-16,7мс). Источник подсветки включен постоянно. Традиционная схема формирования изображения с использованием цветных фильтров показана на рис. 1.

etSMz4CU.png (362×211)

Ме­тод формировали цветного изобра­жения, в котором цветные фильтры вообще не используются. Вместо них пооче­редно включаются три источника си­него, красного и зеленого цвета и про­водится пространственная модуляция яркости каждой из цветовых фаз. Но­вый метод FSC (Field Sequential Color) позволяет значительно (на 500%) улуч­шить экономичность подсветки и улучшить качество изображения за счет увеличения апертуры. Число пикселов (точек) в матрице этого типа в три раза меньше по сравнению с тра­диционной матрицей на основе цвет­ных фильтров.

При этом благодаря сокраще­нию числа операций, связанных с получением цветных фильтров, значи­тельно упрощается и технология изго­товления матрицы LCD-дисплея. Поэтому и апертурное соотношение в новой матрице гораздо выше. Применяя дан­ный метод (метод цветовой модуляции), мож­но получить качество как у обычного дисплея с цветными фильтрами, но имеющих в три раза большее разре­шение при одном и том же уровне тех­нологии. Применение данной техно­логии позволяет увеличить и выход годных LCD-панелей.

Идея поочередной коммутации цветовых источников не нова, но ее практическое использование до не­давнего временя была практически невозможно (для этого требовались коммутируемые источни­ки трех цветов с высокой яркостью и быстродействием, и кадровая развертка должна работать втрое быстрее — 180 вместо 60 Гц). Сначала было не­обходимо было получить ЖК-ячейки с быстродействием на уровне нескольких миллисекунд.

Из-за большой инерционности свечения люминесце­нтные и электролюминесцентные лампы для управляемой подсветки использовать нельзя. Лучше всего на роль коммутируемых быстродействующих источников светового излучения подходят светодиоды. Долгое время не удавалось освоить технологию формирова­ния светодиодов синего свечения, а яркость зеленых и красных была явно не­достаточна. Работы по реализации нового метода подсветки начались лишь после того, как бы­ла освоена технология изготовления сверхъярких светодиодов всех основных цветов, а также разработаны технологии изготовления быстродействующих ЖК-ячеек.

Основных типов LED-подсветки два. Во-первых, это боковая подсветка. «Белые» LED-элементы (White LED) расположены по бокам либо по периметру LCD-матрицы, а за равномерное распределение света отвечает специальная панель. Второй, более дорогой способ – размещение LED-элементов непосредственно за LCD-субстратом. Производить такие системы с использованием «белых» элементов нерентабельно, поэтому такой тип подсветки обычно использует элементы трех цветов – красного, зеленого и синего (RGB Led). Обе технологии имеют как преимущества, так и недостатки.

White LED (с боковой подсветкой). Такая система стоит намного дешевле, чем RGB-LED, однако по своим характеристикам она достаточно близка к обычным LCD (см. график). Главное ее достоинство – возможность выпуска действительно тонких дисплеев, в некоторых случаях менее 10 мм. Однако возможность регулировать подсветку на разных участках экрана отсутствует, не говоря уже о многоцветной подсветке.

RGB LED. Действительно довольно интересный вариант, используемый в некоторых моделях (например, от Sony) уже несколько лет. Поскольку система обеспечивает цветную подсветку отдельных фрагментов дисплея, изображение получается чрезвычайно четким и невероятно контрастным, в современных моделях до 1000000:1 и даже выше. Гарантирован глубокий черный цвет – благодаря возможности вовсе отключать отдельные участки. RGB

LED обеспечивает гораздо более богатую цветовую гамму, чем LCD или даже «белый» LED, однако и стоит при этом несоизмеримо дороже. Число элементов подсветки ограничено примерно тысячей, причем контролировать каждый элемент сложно и затратно, поэтому управление обычно осуществляется группами. Поэтому многие компании отказываются от RGB LED в пользу боковой подсветки – так как она попросту лучше продается из-за сравнительно невысокой цены телевизоров.

Все типы LED-подсветки позволяют серьезно экономить электроэнергию – потребление электричества едва ли не вполовину меньше, чем у сопоставимых LCD-мониторов (особенно это касается моделей с боковой подсветкой), но среднестатистический LED стоит вдвое дороже, чем LCD, поэтому окупится такая экономия только за очень длительный срок. Кроме того LED использует галлий и мышьяк – это не самые полезные для здоровья элементы таблицы Менделеева.

На рис. 2 показана временная последовательность операций последовательной цве­товой модуляции. Формирование цветного изображения осуществляется следующим образом.

etSMz4CW.png (714×136)

Для каждого из цветов производится последовательная загрузка ЖК-матрицы из дисплейного ОЗУ. При загрузке (адреса­ции) матрицы источники подсвети выключены.

После завершения заг­рузки данных, определяющих яркость точек матрицы (одного из цветов RGB), перед включением од­ного из источников основного цвета выдерживается пауза для того, чтобы завершился переходной процесс в ЖК-ячейках пространственного матричного модулятора (жидкие кристаллы реагируют на управляющее напряжение с некоторой инерцией). Если эту паузу не выдерживать и сразу включать источник подсветки, то получим искажение яркости передачи, поскольку время реакции и релаксации ЖК-ячеек матрицы различно.

Процесс ре­лаксации, имеет достаточно большую длительность и зависит от ряда переменных факторов. По­этому продолжительность паузы должна быть больше времени релак­сации. После паузы подсветка вклю­чается подачей питания на массив светодиодов определенного цвета. Длительность цветовой вспышки не­велика (1,22 мс), поэтому пиковая яркость светодиодов должна быть в несколько раз выше, чем у постоянно включенного источника традицион­ной подсветки. Яркость современных (сверхъярких) светодиодов близка к яркости белой люминесцентной лампы, работающей на переменном токе.

На рис. 3 показана конструк­ция цветного LCD-дисплея со светодиодной подсветкой. Дисбаланс яркости светодиодов разных цветов можно скомпенсировать подборам числа светодиодов каждого цвета в массиве или регулировкой тока по каждому цвету.

etSMz4CX.png (390×223)

Для получения равномерного распределения света от точечных ис­точников с малыми оптическими по­терями используются рассеиватели 1 и 2 (на рис. 3), которые выполнены на основе линз Френеля и позволяют при очень малой толщине конструкции управлять подмассивами светодиодов обычными токовыми транзисторными ключами. Сигналы управления токовыми клю­чами формируются на основе сигналов субкадровой развертки частотой 180 Гц (рис. 4).

etSMz4CY.png (439×187)

На рис. 5 по­казаны временные соотношения для фаз последовательной цветовой моду­ляции.

etSMz4CZ.png (352×137)

На рис. 6 показана структура управления ЖК-дисплеем с последо­вательной цветовой модуляцией. Этот ме­тод подсветки пока имеет серьезный недостаток – фликкер (глаз за­мечает мерцание яркости, возникающее в процессе развертки и импульсной подсветки).

Фликкер можно уменьшить, повышая частоту субкадровой развертки, однако для этого необходимо обеспечивать и большее быстродействие ЖК-ячеек. Решение этой проблемы существенно усложняет и удорожает стоимость дисплея. И все это из-за того, что фазы протекают последовательно во времени, а самая важная для нашего зрения фаза, в течение которой и производится полезная модуляция по цвету и яркости, занимает слишком малую долю времени.

etSMz4D1.png (355×392)

Поэтому решили увеличить полезное время модуляции за счет совмещения прохождения фаз по времени. Для этого экран разбили на секторы (сектор – это несколько строк) и сделали источник подсвета по секторам экрана с возмож­ностью раздельного включения и выключения секторов-линеек. Теперь можно, не дожидаясь, пока закончит­ся полная загрузка кадра, произво­дить посекторное включение той части экрана, для которой процесс релаксации ЖК-ячеек уже завершился. Таким образом создается «волна» подс­вета, бегущая следом за загрузкой (разверткой) данных изображения по кадру (на рис. 7 показана структура этого варианта динамической светодиодной подсветки LCD-дисплея).

etSMz4D2.png (321×249)

Так как время релаксации, загрузки данных, скорость развертки, а также порядок выбора цветов известны, то процесс синхронизация включения цвет­ных секций вдоль направления развертки не представляет проблемы (на рис. 8 показаны фазы конвейерной системы развертки с секторной подсветкой).

Конвейерный ме­тод управления подсветкой дает воз­можность в течение одного кадра последовательно включать источники подсвета всех трех цветов для разных блоков строк, а это дает еще одну воз­можность уменьшения паразитного фликкера, на этот раз связанного с модуляцией но одному цвету в тече­ние одного кадра (поэтому можно обеспечить более однородную по времени под­светку и уменьшить дрожжание яркос­ти и цвета).

etSMz4D3.png (516×270)

Однако первой на промышленный уровень использования технологий светодиодной подсветки в LCD-мониторах вышла обычная светодиодная подсветка. Фирмы Lumileds Lighting и Mitsubishi Electric Corporation производят линейки мониторов с обычной светодиодной подсвет­кой. Модули светодиодной подсветки по своей новой технологии (Luxeon) производит фирма Lumileds. Собирает и реализует мониторы фирма Mitsubishi.

Яркость мо­дулей светодиодной подсветки Luxeon не уступает яркости люминесце­нтных ламп с холодным катодом, долговечность светодиодов значительно выше. Технология Luxeon обеспечивает и бо­лее широкую цветовую гамму и насыщенность цвета LCD-монитора. Это достигается за счет более эффективного согласования спектральных характе­ристик цветных фильтров и спектров излучения цветных светодиодов, а также благодаря уникальной конструкции модуля подсветки.

Особенность конструкции модуля подсветки — в применении прямого метода подсветки. Две линейки светодиодов по 48 шт. располагаются не в торце модуля подсветки, а прямо под ЖК-панелъ; пластиковый све­товод не используется. Вместо него применяется полая коробка с отражающими стенками. За счет этого снижаются потери светового потока в модуле подсветки.

Равномерная яркость и цветовое смешение достигаются благодаря патентованной конструкции светорассеивающих линз светодиодов. Спе­циальная форма линзы обеспечивает распространение светового потока от кристалла светодиода в горизон­тальной плоскости. Пространство над светодиодами блокируется специальным диф­фузным фильтром. За счет многок­ратного прохождения и отражения от боковых стенок «коробки» модуля обеспечивается равномерное переме­шивание цветов и достигается равно­мерность яркости подсветки.

LCD-мониторы с светодиодной подсветкой в первую очередь востребованы для приме­нения в мультимедийных, меди­цинских и торговых терминалах, например:

— 7,5-дюймовый цветной мультимедий­ный монитор с яркостью 500 нит (с возможностью раздельной регулировки яркости светодиодных массивов красного, голубого и зеленого цветов для достижения требуемого баланса бело­го);

— 15,1-дюймовый XGA медицинский монитор яркостью 250 нит (на основе технологии IPS (la Plane Switching) с пленарной ориентацией ЖК-материала, которая обеспечива­ет максимально широкие углы обзо­Ра). Монитор имеет улучшенную» цветовую гамму и балансировку белого;

— 12,1-дюймовый монитор для торговых или промышленных тepминалов.

Светодиодная подсветка имеет значительно меньший уровень электромагнитного излучения, поскольку здесь отсутствует высокочастотный преоб­разователь напряжения (частотой 36. 60 кГц и амплитудой 250-300 В), отсутствуют и люминисцентные лампы с холод­ным катодом. Использование светодиодной под­светки более экологично и уменьшается утомляемость опе­раторов при работе с такими мони­торами.

Источник: al-tm.ru

Оцените статью
Добавить комментарий