Вступление
Этот реферат включает в себя практически все, что было бы нужно знать о мониторах: от различных его параметров до подключения и перспективах развития, сегодняшнее состояние компьютерной индустрии и современные модели мониторов, удовлетворяющих этому состоянию. Различные, старые графические стандарты и технологии производства допотопных электронно-лучевых трубок здесь не затрагиваются.
Монитор — зеркало персонального компьютера
Если глаза человека являются зеркалом его души, то монитор по праву можно считать “зеркалом” персонального компьютера. Тип монитора, его качество и функциональные возможности не только влияют на эффективность использования компьютера, но и определяют уровень используемого программного обеспечения.
Важнее говорить не о мониторе как таковом, а обо всей видеосистеме в целом, включающей, кроме монитора, и видеоадаптер, и соответствующую программную поддержку.
Нужно помнить о том, что через монитор пользователь получает не только полезную информацию от компьютера, но и так называемые, “побочные эффекты” в виде электромагнитных излучений в различных частотных диапазонах. Все это не слишком благотворно сказывается на зрении: нечеткость, нерезкость или мерцание изображения. Все выше перечисленные “эффекты” не всегда можно сразу заметить, и поэтому они могут дать знать о себе позднее: быстрая утомляемость во время работы, рези в глазах, головные боли и т. п.
Работа с некачественным монитором может привести к необратимым последствиям в организме! Все это можно сформулировать в одном общеизвестном тезисе: “Не стоит экономить на мониторе!”
Монитор или дисплей можно отнести к самому “консервативному” или “неизменяемому” компоненту в компьютерной системе (с точки зрения модификации). Действительно, монитор меняют крайне редко, в отличие, скажем, от винчестера, материнской платы, оперативной памяти и различных дополнительных устройств. Причина этого состоит в том, что цена монитора довольно высока, и замена дисплея представляет для многих серьезный финансовый шаг, на который не каждый решится. Кроме того, при попытке продажи старого монитора его цена будет близка к нулевой из-за подержанности.
Поскольку в производстве мониторов в значительной мере используется ручной труд, крупногабаритное оборудование и дорогостоящие материалы (инвар, фосфор, специальные сорта стекла с добавками, драгоценные металлы), цены на мониторы меняются значительно меньше, чем на все другие компоненты компьютера. Все это естественно повышает цену монитора. Стоимость остальных комплектующих, в отличие от мониторов, определяется современными автоматизированными и не очень металлоемкими техническими процессами, которые непрерывно совершенствуются.
Технологический прогресс в компьютерной области, удешевляющий стоимость чипов, фантастически увеличивает как их возможности по производительности, так и объемы памяти.
Не удивительно, что так быстро “устаревают” процессоры, видеоадаптеры и различные комплектующие.
Мониторы же не столь быстры: в отношении технического совершенствования они столь же консервативны. Сегодня нормой считается цветной монитор с цифровым управлением (которое есть практически на всех современных 15-дюймовых и более дисплеях), обязательно сертифицированный по уровням электромагнитных излучений.
Эти аппараты все имеют возможность поддержания частоты обновления кадров не ниже 70 Гц для построчной развертки при высоком напряжении и автоматического выбора частот синхронизации.
ЭЛТ или Электронно-лучевая трубка имеет антистатические и антибликовые покрытия, малую кривизну экрана и предельное расстояние между точками от 0,25 до 0,28 мм.
На сегодняшний день это, наверное, наиболее главные достижения в области производства дисплеев, которым соответствуют все популярные модели. По крайней мере с тех пор, как устройства с указанными характеристиками появились на рынке, ничего радикального в плане улучшения параметров не произошло. Появление различных органов управления, функциональная поддержка Plug–and-Play и режимов энергосбережения, оснащение средствами мультимедиа — все это скорее дань моде и способы рекламирования продукции, которые не сильно улучшающие основную потребительскую функцию монитора — качественное воспроизведение выводимого на него изображения.
Негласно существуют две основные области применения персональных компьютеров, они различаются по требованиям к видеосистеме и их основной компонент — монитор.
Во-первых, это работа с программами общего назначения. Они применяются в доме и офисе (текстовые редакторы Word, базы данных, электронные таблицы, работа с Web-приложениями в Internet, игры и т. п.). Эти программы не требуют мониторов высокого качества, который может быть не самым дорогим из представленных на рынке компьютеров. Если пользователь ограничивается этим классом программ, то при наличии средств основное внимание следует уделить вопросам низких уровней излучения и немерцающего изображения при максимально возможном разрешении.
Во-вторых, это работа с профессиональными (а следовательно — дорогостоящими) графическими пакетами программ. К их числу можно отнести, например, автоматические системы проектирования (AutoCAD, ArhiCad и подобные ему программные продукты), издательские системы и системы создания художественных образов (программы компьютерной графики, анимации, обработки видеоизбражений в реальном времени и т. д.).
Дисплеи для этой категории пользователей должны обеспечивать хорошее немерцающее изображение при разрешении (Resolution) не ниже 1280 х 1024 пикселов (pixel — picture element, минимальный элемент, из которого создается изображение), а для некоторых приложений — 1600 х 1200. Кроме того, эти мониторы должны иметь минимальные геометрические искажения по всему полю экрана и обеспечивать возможность их качественной коррекции.
При работе с цветными иллюстрациями очень важным требованием является возможность цветовой калибровки, и равномерность цветов по всему полю монитора. На некоторых 20- и 21-дюймовых дисплеях предусмотрена аппаратная цветокалибровка по пробному отпечатку при помощи дополнительного внешнего устройства. Это очень важно для цветной полиграфии, где главная задача состоит в обеспечении максимального соответствия того, что видит художник на экране, и того, что затем получится на бумаге.
В соответствии с этим можно говорить о мониторах для домашних и офисных компьютеров, а также о мониторах для профессиональных систем.
Параметры монитора
Параметры экрана
Размер экрана монитора по диагонали является его главным параметром. Именно этот параметр в основном и влияет на цену прибора. На сегодняшний день на российском рынке наиболее популярны мониторы с размером 14 и 15 дюймов. Реже приобретаются дисплеи с 17-дюймовым кинескопом, еще реже — 20- и 21-дюймовые мониторы, которые в основном используются для профессиональной работы в серьезных учреждениях. Существуют вовсе экзотические мониторы с размером 28 и более (до 37) дюймов, предназначенные для демонстрационных целей.
Параметры кинескопа
Любой монитор оборудован электронно-лучевой трубкой, или кинескопом. В англоязычной литературе применяется аббревиатура CRT (Cathode Ray Tube). Качество получаемого изображения потенциально определяют параметры ЭЛТ, поэтому начнем с описания характеристик кинескопов.
14-ти дюймовые дисплеи составляют сегодня основную долю работающих и продающихся в России, однако спрос на них начинает снижаться, многие производители сократили их выпуск, и в ближайшее время они, скорее всего, сдадут свои позиции на рынке. Правда, отдельные компании (например, GoldStar) продолжают разрабатывать 14-дюймовые модели с характеристиками, отвечающие современным требованиям, и даже оснащают их средствами мультимедиа. Такая политика рассчитана в первую очередь на небогатого покупателя. Сейчас за рубежом все популярнее становятся 17-дюймовые устройства.
Подробнее рассмотрим, что подразумевается под различными англоязычными терминами, имеющими отношение к размеру диагонали кинескопа. Под термином “размер” (Size) монитора производителями обычно понимается внешний диагональный размер кинескопа. Именно этот размер и указывается в паспорте дисплея, когда говорят о 14-,15-,17-,20- и 21-дюймовых мониторах. Реальный размер изображения несколько меньше и зависит от технологических особенностей изготовления ЭЛТ. Более информативным параметром является полезная площадь экрана — Viewable Size, Nominal Display Size, Video Image Area, Full Screen, Viewable Image Size(VIS), или Maximum Display Area. Она определяет реальную площадь, покрытую люминофором, на которой в принципе может создаваться изображение. Сегодня этот параметр ЭЛТ указывается большинством изготовителей мониторов.
Но и этот параметр не является полной геометрической характеристикой дисплея. Все дело в том, что производители мониторов не всегда обеспечивают полное использование площади экрана, покрытой люминофором, что связано с обработкой сигналов синхронизации и формированием соответствующих напряжений, подаваемых на электроды кинескопа.
Современные мониторы имеют органы управления, позволяющие растянуть изображение до экрана (точнее, до границ полезной площади). Это указывается в паспорте на мониторы термином Overscan. Но именно на краях экрана труднее всего обеспечивать необходимую фокусировку и сведение лучей, а также полностью компенсировать искажения геометрических размеров искажения геометрических размеров изображения, поэтому размер изображения, устраивающий пользователя, четкий и “некривой”, обычно немного меньше размера полезной площади. Нужно заметить, что в режиме предельного разрешения и частоты кадровой развертки размер изображения может быть меньше, чем в других режимах.
Дисплеи с цифровым управлением имеют заводские установки (Preset Modes) размера изображения и компенсации геометрических изображений. В общем, эти установки определяют размер изображения на 15 – 20 мм по горизонтали и на 10 – 15 мм по вертикали для 15-дюймовых мониторов (соответственно, для 17-дюймовых: 20 – 25 и 15 – 20 мм) меньше размера полезной площади. В большинстве описаний изготовители мониторов приводят размер изображения, называемый Active Display Size, Standard Display Area, Recommended Display Area и т. д.
Наилучшее разрешение
Главным аргументом в пользу покупки монитора с большой диагональю является большой объем обзора редактируемого в текстовом редакторе документа, большое количество ячеек электронной таблицы, возможность иметь работы одновременно с несколькими окнами (например, в Internet) и т. д.
Поэтому важна “вместимость” экрана монитора, определяемая его разрешением, при котором с аппаратом можно долго работать без утомления и напряжения. Обычно в паспортных данных приводится такой параметр, как предельное или максимальное разрешение, которое для 15-дюймовых мониторов не превышает 1280 х 1024 пикселов, а для 17-дюймовых — 1600 х 1200 пикселов. На предельном разрешении мониторы обеспечивают частоту смены кадров около 60 Гц, что не является удовлетворительной величиной для нормальной работы.
При наличии хорошей видеокарты, соответствующих драйверов и минимальной сноровки пользователь может любой монитор “заставить” работать с предельным разрешением для данного типоразмера, даже если в паспорте указана меньшая величина. Однако вопрос “комфортности” работы с тем или иным разрешением остается за пределами паспортных характеристик.
Режим большего разрешения позволяет выводить страницу большей площади, однако экранный интерфейс (кнопки, пиктограммы, меню и т. д.) при этом также уменьшается, что не всегда удобно для работы, вследствие размытости изображений, напряжения зрения и т. д. Поэтому монитор лучше характеризовать параметром, который следует назвать эффективное разрешение. Эта величина различна для разных моделей, но именно она является истинной характеристикой информационной емкости. Эффективное разрешение — величина достаточно субъективная для каждого пользователя и определяется остротой его зрения, возрастом и отношением к своему здоровью. Для 15-дюймовых устройств оно должно быть равно 1024 х 768 пикселов. Соответственно, для аппаратов 17 дюймов эффективное разрешение должно быть 1280 х 1024. Предлагаемые критерии рассчитаны на пользователей не преклонного возраста.
Эффективное разрешение следует отнести к разряду исключительно важных параметров.
Схема создания изображения
Цвета на экране цветного монитора (в монохромных кинескопах все обстоит иначе) образуются в результате смешения красной, зеленой и синей (Red, Green, Blue — RGB) составляющих, имеющих различные интенсивности. Поэтому на внутреннюю поверхность экрана кинескопа наносятся три типа люминофорных элементов, дающих люминесценцию соответствующего спектрального диапазона. В кинескопах, используемых для мониторов, в основном применяются два вида люминофорных элементов — круглой формы и в виде полос.
Люминофорные элементы светятся под действием попадающих на них электронов. В кинескопе формируются три электронных пучка — каждый на свой цвет. Пучок имеет конечные размеры, поэтому, чтобы он не попадал на края соседних точек люминофора другого цвета и не “подсвечивал” их, применяется теневая маска (Shadow Mask), ограничивающая размеры пучков. Для получения качественного изображения отверстия маски должны быть расположены строго напротив люминофорных элементов, нанесенных на экран. Задача осложняется тем, что диаметр отверстий составляет всего около 1,15 мм (ширина полос приблизительно 0,08 мм). В процессе работы часть мощности пучков поглощается теневой маской, приводя к ее тепловой деформации и ухудшению совмещения маски и люминофора. Для уменьшения этого эффекта в современных кинескопах применяются маски из специального железоникелевого сплава — инвара (от латинского invariabilis — неизменный), обладающего малым коэффициентом теплового расширения. Материал маски обычно указывается в паспортных данных.
По форме размещения элементов разного вида различают дельтовидные теневые маски и щелевые. В кинескопах с люминофорными элементами в виде полос теневая маска представляет собой решетку из тонких вертикально натянутых проволочек, поэтому ее называют апертурной решеткой.
Кинескоп с апертурной решеткой был запатентован фирмой Sony, выпускающей ЭЛТ Trinitron. Для уменьшения колебаний решетки проволочки скреплены горизонтальными демпфирующими нитями. На кинескопах размером 15 дюймов используется одна нить, на 17 и более — две. Эти нити дают на экране тонкие тени, слегка заметные при работе. Некоторые пользователи видят в этом недостаток трубок Trinitron, однако, есть и такие, кто использует эти естественные “линейки” с пользой, например для выравнивания элементов при графических работах. Срок действия патента Sony уже истек, поэтому сейчас трубки с апертурной решеткой выпускают также компания Mitsubishi (Diamondtron) и Panasonic (17 дюймов ЭЛТ PanaFlat). Кроме того, фирма Sony выпускает кинескопы SonicTron с шагом сетки 0,26 мм, которыми оснащаются мониторы компании ViewSonic.
На некоторых моделях 14-дюймовых мониторов и на многих телевизионных кинескопах применяются прямоугольные люминофорные элементы, однако они не позволяют получить хорошее качество изображения, так как электронный пучок имеет все же не прямоугольное сечение. Разрабатываются кинескопы, отверстия теневой маски которых имеют эллиптическую форму (кинескопы CromaClear фирмы NEC). Это позволяет получить эффективное соотношение разрешений по вертикали и горизонтали, что будет понятно из дальнейшего рассмотрения. По утверждениям разработчиков, такие меры создают более резкое изображение, чем в масках с круглыми отверстиями.
Расстояние между точками и разрешение
Главной характеристикой теневой маски является минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета. Для дельтовидной маски этот параметр называют зерна, расстояние между точками, шагом триад, размером точки или шагом точек (dot pitch, dotted pitch), а для апертурной решетки — расстоянием между полосами или шагом полос (aperture grille (AG) pitch, Stripe pitch). Для дельтовидной маски линия минимального расстояния между точками одного цвета составляет с горизонталью угол 30 градусов. Иногда говорят о размере элемента разрешения, не конкретизируя тип маски, т. к. этот термин относится к обоим типам. На современных 15- и 17-дюймовых мониторах применяются кинескопы с размером зерна от 0,26 до 0,28 мм. На трубках Trinitron и Diamondtron шаг полос составляет 0,25 – 0,26 мм, а на PanaFlat — 0,24 мм. Для дельтовидной маски расстояние между точками по горизонтали составляет S • Ц 3/2 » 0,87 • S, где S — шаг точек. Для S = 0,28 мм эта величина равна » 0,24 мм.
Некоторые изготовители указывают в рекламе не шаг точек, а именно расстояние между точками по горизонтали. Заметим, что шаг точек по вертикали для дельтовидной маски составляет 0,5 • S, в то время как для апертурной решетки эквивалент этой величины равен нулю.
Конечно, чем меньше размер элемента разрешения, тем более четкое изображение можно получить на мониторе.
Как видно из таблицы1, даже при минимальном размере полезной площади, которая встречается в выбранном типоразмере, и максимальном размере элемента изображения 15-дюймовые мониторы позволяют разместить по горизонтали чуть более 1024 триад (но никак не 1280), а 17-дюймовые — 1280 (но не1600), что соответствует определенным ранее эффективным разрешениям для этих размеров аппаратов. Таким образом, указанное разрешение можно назвать физическим параметром разрешения, или просто физическим разрешением монитора.
В документации на некоторые мониторы говорится, что их максимальное разрешение на класс выше физического. Например, для 15 дюймов оно соответствует разрешению 1280 х 1024, а для 17 — 1600 х 1200. Конечно, на экране нет такого количества элементов разрешения, поэтому этот параметр можно назвать логическим разрешением, характеризующем скорее качество систем развертки, видеоусилителя и фокусировки луча.
Монитор эмулирует логическое разрешение в пределах физических возможностей, при этом размер пикселя становится меньше триады. Поэтому, если пытаться воспроизвести последовательность черных и белых вертикальных полос толщиной в один пиксель на разрешении, следующем за физическим пределом кинескопа, на экране появится равномерное серое поле. Одиночная диагональная линия толщиной в один пиксель также будет не без недостатков (нерезкая, с разрывами) при таком разрешении. Геометрические особенности различных теневых масок таковы, что на дельтовидной маске обеспечивается лучшее перекрытие триад на вертикальной линии, проведенной в произвольном месте экрана за счет горизонтального смещения люминофорных элементов соседних рядах. Поэтому потенциально возможности эмуляции логического разрешения для этих кинескопов несколько выше, чем для мониторов с апертурной сеткой при используемых сегодня размерах элементов изображения. Обычно все же с разрешением, превышающем эффективное, работают крайне редко, поэтому поддержку монитором высокого максимального разрешения, указанную в паспорте, стоит рассматривать как своеобразную заявку на то, что монитор может обеспечить хорошие характеристики изображения на своем физическом пределе, или, что его эффективное разрешение будет равно физическому.
Приведенные оценки позволяют понять разницу между пикселем — логическим элементом изображения, выводимого на экран, который формируется видеоадаптером в результате выполнения той или иной программы, — и цветовой триадой, являющейся физическим элементом изображения кинескопа.
Часто в характеристиках режим разрешения монитора указывается в не пикселях, а в условных обозначениях разработанных стандартов. В таблице 2 указано соответствие этих обозначений в различных применяемых вариантах для стандартов IBM PC.
Для вертикального разрешения ситуация с физическим количеством точек выглядит менее критично. Для 15-дюймового монитора с шагом зерна 0,28 мм на вертикали 210 мм располагается 1500 триад, а ля 17-дюймового (вертикаль 240 мм) — 1714, т. е. физическое разрешение не ограничивает “разумных” потребностей в логическом разрешении.
Некоторая несбалансированность в вертикальном и горизонтальном разрешениях при принятых стандартах связана с ориентацией дельтовидной маски. Фирма NEC выпускает кинескопы ChromaClear с овальными отверстиями теневой маски, вытянутыми в вертикальном направлении. Это позволяет уменьшить указанное несоответствие и эффективнее использовать поверхность экрана, однако возникают проблемы формирования электронных пучков соответствующего сечения. Поэтому существенные изменения вносятся в систему фокусировки.
Шаг точек кинескопа ChromaClear — 0,25 мм. Новые трубки ставятся на 15-дюймовые мониторы MultiSync М500, которые появились на российском рынке в 1996 году. Отмечается высокое качество воспроизведения изображения как графических, так и текстовых объектов на этих мониторах. Выпущена 17-дюймовая модель монитора MultiSync (М700) с трубкой ChromaClear.
Если в “будущем” удастся существенно уменьшить шаг триад (например, на 15 – 20 %, т. е. довести его до значения не более 0,20 мм для апертурных кинескопов и не более 0,23 мм для дельтовидных), чтобы физически перейти в следующий класс разрешения, а также соответствующим образом “подтянуть” электронику устройств с целью повышения частоты кадровой развертки, то это может ощутимо повысить качество изображения.
Экранные покрытия
Во время работы монитора поверхность его экрана подвергается интенсивной электронной бомбардировке, в результате чего может накапливаться заряд статического электричества. Это приводит к тому, что поверхность экрана “притягивает” большое количество пыли, а кроме того, при прикосновении рукой к заряженному экрану пользователя может неприятно “щелкнуть” слабый электрический разряд. Для уменьшения потенциала поверхности экрана на него наносят специальные проводящие антистатические покрытия, которые в документации обозначают сокращением AS — anti-static.
Следующая цель нанесения покрытий — устранение отражений окружающих предметов в стекле экрана, которые мешают при работе. Это так называемые антиотражающие покрытия (anti-reflection, AR). Для уменьшения эффекта отражения поверхность экрана должна быть матовой. Один из способов получения такой поверхности — травление стекла для получения не зеркального, а диффузного отражения (Диффузным называют отражение, при котором падающий свет отражается не под углом падения, а во все стороны). Однако при этом свет от люминофорных элементов также диффузно рассеивается, изображение становится расплывчатым и теряет яркость. В последнее время для получения антиотражающих покрытий используют тонкий слой двуокиси кремния (Silica — кварц), на котором травятся профилированные горизонтальные канавки, препятствующие попаданию отражения внешних предметов в поле зрения пользователя (при нормальном положении его около монитора). При этом подбирают такой профиль канавок, чтобы ослабление и рассеивание полезного сигнала было максимальным.
Еще один неблагоприятный фактор, с которым борются путем обработки экрана, — блики от внешних источников света. Для уменьшения этих эффектов на поверхность монитора наносится слой диэлектрика с малым показателем преломления, имеющим низкий коэффициент отражения. Такие покрытия называются антибликовыми или антиореольными (anti-glare, AG).Обычно применяют комбинированные многослойные покрытия, сочетающие защиту от нескольких мешающих факторов. Фирмой Panasonic разработано покрытие, в котором применены все описанные виды покрытий, и оно имеет название AGRAS (anti-glare, anti-reflection, anti-static).
Для увеличения интенсивности проходящего полезного света между экранным стеклом и слоем с низким коэффициентом отражения наносится переходной слой, имеющий коэффициент преломления, средний между стеклом и внешним слоем (эффект просветления), обладающий еще и проводящими свойствами для снятия статического заряда.
Иногда используются другие комбинации покрытий — ARAG(anti-reflection, anti-glare) или ARAS (anti-reflection, anti-static). В любом случае покрытия несколько снижают яркость и контрастность изображения и влияют на цветопередачу, однако удобство работы с монитором, получаемое от применения покрытий, окупает эти недостатки. Проверить наличие антибликового покрытия можно визуально, рассматривая отражение от внешнего источника света при выключенном мониторе и сравнивая его с отражением от обычного стекла.
Наличие антибликовых и антистатических покрытий стало нормой для современных мониторов, а некоторые различия в качестве покрытий, определяющие их эффективность и степень искажения изображения, связанные с технологическими особенностями, практически не влияют на выбор модели.
Есть мнение, что для устранения бликов и защиты от статического электрического целесообразно применять дополнительный защитный экран. При этом обычно используются не очень дорогие экраны, которые настолько уступают по своему эффекту тем покрытиям, которые наносятся на современные кинескопы, что их применение не только нецелесообразно, но и вредно для глаз из-за собственных экранных бликов. Как правило, защиты от электромагнитного излучения они почти не обеспечивают. Хорошие же фильтры с поляризацией бликов и максимальной защитой от излучений стоят около 100 дол. Однако если монитор удовлетворяет спецификации Low Radiation, то необходимость использования такого фильтра также сомнительна. Таким образом, фильтр на современный монитор ставить не следует.
Плоскостность экрана
Следующей характеристикой монитора является спецификация плоскостности экрана. Чем “площе” экран, тем меньше искажаются на нем геометрические фигуры. Сейчас выпускаются два основных типа кинескопов, у которых экран имеет сферическую и цилиндрическую кривизну. Поверхность экрана кинескопа в первом случае представляет собой сегмент, вырезанный из сферы, а во втором — из вертикального цилиндра. На 14-дюймовых мониторах применяются сферические экраны, которые имеют довольно большую кривизну (R — 0,5 м) по обоим направлениям.
Затем появились сферические кинескопы с меньшей кривизной (для 15 дюймов — R = 1 м), которые по сравнению с их предшественниками выглядели почти идеально плоскими. Такие ЭЛТ стали называть трубками с плоским квадратным экраном, ил FST (Flat Square Tube). Происхождение названия связано с тем, что углы кинескопа не закругленные, а прямые. Трубки с апертурной решеткой (Trinitron, Diamondtron, SonicTron) делают действительно плоским по вертикали. При этом радиус их кривизны по горизонтали примерно равен радиусу кривизны трубок FST. Из-за привычки глаза к сферическому экрану первое впечатление от изображения, получаемого на трубке Trinitron, такое, будто оно вогнуто в другую сторону.
И, наконец, появились совершенно плоские кинескопы (по всем направления) — PanaFlat компании Panasonic.
Кроме уменьшения геометрических искажений более плоские экраны обладают лучшими антибликовыми свойствами в силу действия обычных законов отражения.
Прочие характеристики кинескопа
Полезным новшеством в некоторых моделях трубок является использование системы динамической фокусировки, которую также называют двойной фокусировкой, так как в ней используются две системы отклоняющихся линз (Double Focus, Dynamic Focus, Dynamic Astigmatism Control).
Электронный луч, имеющий круглое сечение на выходе из отклоняющей системы, во всех частях экрана, кроме центра, попадает на поверхность кинескопа под некоторым углом, вследствие чего образуемое им пятно имеет форму эллипса, ориентация, которого зависит от точки падения на экран. Это явление называется астигматизмом.
Кроме того, различаются расстояния от электронной пушки до разных точек экрана, поэтому фокусное расстояние электрической линзы должно меняться в зависимости от того, в какую часть экрана направлен электронный пучок. Для уменьшения астигматизма в отклоняющей системе применяются специальные квадроугольные линзы, которые могут изменять фокусное расстояние по горизонтали и вертикали и делать их независимыми друг от друга, в результате чего пучок на выходе из отклоняющей системы имеет эллиптическое сечение, а на экране образуется круглое пятно. Применение двух систем фокусирующих линз позволяет подстраивать суммарное фокусное расстояние и получать одинаково хорошую фокусировку во всех частях экрана, за счет чего обеспечивается более четкое изображение на краях экрана. Применение двойной фокусировки действительно улучшает возможности монитора.
Следует отметить, что двойной фокус применяется на очень небольшом количестве 15-дюймовых аппаратов (Sony и NEC); чаще он применяется на мониторах с размером экрана не менее 17 дюймов, на которых эффект астигматизма и отличие длины пучка от положения точки выражены сильнее.
Еще одним параметром монитора является материал люминофора. Обычно это фосфор Р22 со средне-короткой длительностью послесвечения. Часто упоминается максимальный угол отклонения луча (Deflection), который составляет 90 градусов и определяет отношение ширины кинескопа к его глубине. Практически все мониторы имеют темный экран (Darkface), повышающий контрастность изображения и улучшающий качество цветопередачи. Для этой цели при изготовлении кинескопа применяют стекло с низким коэффициентом пропускания (Transmission Rate, TM), что делает изображение отдельных точек люминофора, видимое через экран, более отчетливым и препятствует нежелательному смещению цветов при прохождении лучей через экранное стекло. Правда, при этом понижается яркость изображения, поэтому выбирают некоторый компромиссный коэффициент прозрачности, который находится в пределах 40 – 50 %.
Частотные характеристики монитора
Частоты синхронизации
При формировании одного кадра изображения каждый из трех электронных пучков проходит от одного края экрана до другого (рисует строку), подсвечивая нужные точки с требуемой интенсивностью, и делает это столько раз, каков режим разрешения по вертикали (количество строк). Процессом развертки луча управляют сигналы синхронизации, вырабатываемые видеоадаптером. Для получения устойчивого изображения, хорошо воспринимаемого глазом, необходимо, чтобы кадр обновлялся достаточно часто — в несколько раз чаще, чем в кинематографе. Это связано с тем, что расстояние между монитором и пользователем меньше, чем между экраном и зрителем в кинотеатре. Электронная система монитора обеспечивает строчную (движение по строкам, или горизонтальную) и кадровую (смена кадра, или вертикальную) развертки, которые характеризуются соответствующими частотами, называемыми Scanning Frequency, Synchronization, Deflection Frequency, с обязательным указанием направления (Horizontal или Vertical).
Частота вертикальной синхронизации иногда обозначается как Refresh Rate. Частота горизонтальной развертки может быть приближенно оценена как произведение числа строк на частоту обновления кадров. Реально она немного (на 3 – 10 %, в зависимости от режима) выше такой оценки, что связано с переходными процессами при обратном ходе пучка в верхнюю часть экрана во время смены кадра.
Автоматический выбор частот
В самых первых моделях мониторов, предназначенных для работы в одной видеомоде, применялась единственная комбинация частот вертикальной и горизонтальной синхронизаций, причем частота обновления кадров была невелика — не более 60 Гц. Такие мониторы назывались одночастотными. Ввиду несовершенства системы развертки на этих устройствах была даже предусмотрена подстройка частоты горизонтальной синхронизации.
Увеличение графических приложений потребовало увеличения кадровой частоты, кроме того, новые приложения начали использовать более высокие разрешения. Поэтому, чтобы можно было работать с новыми пакетами, не отказываясь от привычных старых, потребовались мониторы, способные поддерживать несколько фиксированных частот синхронизации. Так появились многочастотные мониторы.
Для псевдоувеличения частоты кадровой развертки был внедрен режим Interlaced — чересстрочной развертки, формирующий кадр за два прохода. При первом проходе воспроизводятся только нечетные строки кадра, при втором — только четные. При этом говорилось о повышении частоты кадровой синхронизации, которая обычно равнялась 87 Гц. Однако реальная частота была вдвое ниже, что было явно неудовлетворительно для работы и утомительно для глаз, поэтому сразу же после появления мониторов с режимом Interlaced посыпались отрицательные отзывы о качестве их изображения, а наряду с Interlaced-мониторами выпускались аппараты, которые обеспечивали высокую частоту смены кадров без применения способов чередования. Чтобы отличить более качественные мониторы, их назвали Non-Interlaced. Развертка Non-interlaced называется также “прогрессивной”.
Дальнейшее развитие программных продуктов и прогресс в области радиоэлектроники позволили отказаться от фиксированных частот синхронизации. В современных мониторах частота и горизонтальной, и вертикальной разверток может быть выбрана любой из диапазона частот, поддерживаемых монитором, что дает широкий простор для создания различных приложений. Эта особенность современных мониторов обозначается в документации термином “автоматическое сканирование” или “мультисканирование” (Autoscan, Multiscan, Multifrecuensy, или MultiSync), а также отражается в их названии (серии мониторов MultiSync фирмы NEC, Multiscan фирмы Sony, SyncMaster от Samsung).
Полоса частот видеоусилителя и тактовая частота видеосигнала
Есть еще одна частотная характеристика, называемая полосой частот, хотя правильнее было бы назвать ее верхней границей частотной характеристики видеотракта, поскольку для полосы надо определять и нижнюю границу.
Эта характеристика обозначается как Bandwidth. Она определяет верхнюю границу полосы пропускания видеоусилителя. Обычно ее измеряют в мегагерцах по спаду характеристики на — 3 децибела от максимального значения.
На монитор от видеоадаптера, кроме синхроимпульсов кадровой и строчной разверток, подаются также сигналы интенсивности каждого из составляющих цветов для каждого пикселя изображения, которые представляют собой последовательность видеоимпульсов различной амплитуды. Она и определяет интенсивность электронного пучка (а значит, и интенсивность свечения люминофора) в данной точке. Нетрудно посчитать, что интенсивность луча должна меняться с частотой, равной (в первом приближении) произведению числа строк на число вертикальных полос выбранного разрешения и на частоту обновления кадров.
Так, для режима XGA при частоте кадровой развертки 1024 х 769 х 75Гц”59 Мгц. Тактовая частота видеосигнала (видеоимпульсов) — Dot Rate, Pixel Rate, Pixel Clock — в 1,33 — 1,40 раза выше этой оценки, что связано с переходными процессами и обратным ходом луча.
Видеоадаптер вырабатывает низковольтные видеосигналы, их максимальная амплитуда не превышает 0,7 — 1 В. Этот сигнал затем усиливается видеоусилителем и подается на модулирующие электроды кинескопа. Для того чтобы видеосигнал проходил без искажения, необходимо, чтобы граница полосы пропускания видеотракта превышала тактовую частоту сигнала. Максимальное значение частоты видеоимпульсов, при котором еще и возможно получение качественного изображения, соответствует значению верхней границы полосы видеотракта. Если реализуется режим, требующий частоты видеоимпульсов, превышающий Bandwidth (это возможно, если требуемые частоты синхронизации поддерживаются монитором), то изображение на экране будет расплывчатым.
Требования к частотным характеристикам
Для того чтобы нагляднее представлять себе масштабы указанных величин, в таблице 3 приведены приблизительные (округленные) частоты синхронизации и тактовые частоты видеоимпульсов для некоторых опорных режимов IBM-совместимых компьютеров, соответствующие стандартам VGA и VESA (Video Electronics Standard Association — Ассоциация стандартов в области видеоэлектроники, которая определяет подавляющее большинство стандартов видеосистем для IBM-совместимых компьютеров, в частности, стандарты на разрешения частоты синхронизации, уровни сигналов, компьютерные шины и т. д.).
Главным и наиболее наглядным частотным параметром монитора является частота кадровой развертки, указанная для определенного разрешения. Именно эта характеристика определяет уровень мерцания изображения и утомляемость при работе и наряду с качеством фокусировки влияет на эффективное разрешение, т. е., в конечном счете, на эффективный размер экрана.
Пару лет назад ассоциация VESA установила минимальную частоту кадровой развертки для выполнения эргономических требований при работе с монитором, которая составляла 70 Гц в “прогрессивном” режиме горизонтальной развертки. Затем планка поднялась до значения 72 Гц. Новый стандарт ErgoVga предложенный VESA определяет минимум этой частоты на уровне 75 Гц для разрешения 1024 х 768; есть сообщения о следующих шагах — 80 и 85 Гц.
Если монитор при выбранном разрешении не обеспечивает такой скорости обновления кадров, то лучше выбрать режим с меньшим разрешением, на котором, тем не менее, значение 75 – 80 Гц достигается. В противном случае работа за компьютером будет опасна для зрения. Некоторые мониторы имеют верхнюю границу диапазона частот кадровой развертки порядка 120 – 160 Гц. Такие частоты возможны на разрешениях, которые существенно ниже эффективного.
К другим частотным характеристикам монитора относится диапазон частот строчной развертки. Поскольку компьютер должен иметь возможность работать под DOS, на всех мониторах предусмотрен режим 640 х 480 при частоте кадровой развертки 60 или 70 Гц, что определяет нижнюю границу диапазона частот строчной развертки (порядка 30 – 31 кГц), которая стандартна для всех мониторов любого размера. Для удовлетворения эргономических требований верхняя граница для 15-дюймовых мониторов должна быть не ниже 60 – 64 кГц, а для 17-дюймовых — 80 – 86 кГц. Если монитор 15 дюймов имеет максимальную частоту строчной развертки 50 кГц, то на разрешении 1024 х 768 он сможет обеспечить частоту смены кадров всего лишь около 60 Гц, поэтому на этом разрешении его лучше не использовать.
Аналогично обстоят дела и с полосой видеотракта. Исходя из эргономических норм на частоту вертикальной развертки, монитор, предназначенный для работы с разрешением 1024 х 768, должен иметь границу полосы видеотракта не ниже 80 – 85 МГц, а для разрешения 1280 – 1024 — не ниже 135 – 150 МГц.
Управление монитором
Цифровое управление
В отличие от старых 14-дюймовых устройств современные мониторы имеют довольно большое число различных регулировок. Это связано с тем, что они могут поддерживать множество различных видеомод, каждая из которых определяется комбинацией частот синхронизации горизонтальной и вертикальной развертки. Монитор не имеет ни малейшего представления о том, какое на него выводят разрешение. Для монитора главными управляющими сигналами являются именно частоты синхронизации, выдаваемые видеоадаптером, т. е. количество строк, выводимое на экран в каждом кадре, и количество обновлений кадра за секунду (задаваемое соответствующими частотами). А частота изменения интенсивности импульсов в строке (определяющая разрешение по горизонтали) — компетенция исключительно видеоадаптера.
Правда, монитор должен без искажений усилить видеосигналы и подать их на модуляторы. Некоторые мониторы выводят в экранном меню разрешение моды, соответствующее заводским установкам. Но это зависит от способности управляющего микропроцессора “приписать” индицируемое разрешение определенной конфигурации подаваемых частот синхронизации.
Каждая мода требует индивидуальной настройки размеров и положения изображения, а также компенсации геометрических искажений.
Важным достоинством современных аппаратов является наличие в их архитектуре микропроцессора, осуществляющего цифровое управление устройством, и регистров памяти, в которых хранятся параметры установки после выключения монитора.
Таким образом, после начальной настройки изображения в выбранной моде монитор в дальнейшем (после возвращения в тот же режим) сам устанавливает все регулировки в нужное положение. Если происходит новая подстройка параметров моды, то запоминаются последние значения. Кроме того, имеется несколько фиксированных заводских установок (Factory Preset Modes, Preset Memory), которые соответствуют наиболее часто встречающимся режимам. Обычно это не самые предельные режимы. Если сигналы синхронизации соответствуют заводским установкам (или имеют отличия в пределах некоторого интервала ошибок), монитор определяет это как стандартную моду и может выставить заданные на заводе параметры.
В документации обычно указываются число заводских установок и их характеристики (частоты синхронизации и соответствующее им разрешение), а также число установок, доступных пользователю (User Memory). Обычно их насчитывается от 10 до 20, что является достаточным для работы с разумным количеством используемых мод.
Говоря о цифровом управлении монитором, стоит упомянуть еще один параметр, который может быть цифровым или аналоговым, — это способ передачи видеосигнала от видеоадаптера. На старых моделях применялась цифровая кодировка интенсивности луча (в ней назначение интенсивности будущего луча оцифровывалось, и каждый разряд передавался либо нулем, либо единицей по всему проводнику), которая позволяла предавать очень небольшое количество цветов (равное количеству проводников), обычно 16. Сейчас в термин “цифровой” вкладывается совсем иной смысл. На современных аппаратах видеосигнал передается в аналоговом виде (т. е. передается последовательность импульсов, а интенсивность луча определяется амплитудами импульсов), что указывается в соответствующем разделе документации и позволяет передавать огромное количество цветов.
Индикация рабочих характеристик
На некоторых мониторах возможна наглядная индикация процесса регулировки. Это позволяет уменьшить количество органов управления, а на ряде устройств — визуально контролировать величину регулируемого параметра. Индикация осуществляется либо при помощи специального окна, появляющегося на экране во время работы с регулировочными органами (OSD — On Screen Display, экранный дисплей), либо на специальном жидкокристаллическом (ЖК) табло, расположенном на передней панели аппаратов с диагональю экрана не менее 17 дюймов. Экранный дисплей многим хорошо знаком по телевизорам с дистанционным управлением, и он получил большое распространение по сравнению с ЖК.
Средства индикации некоторых моделей выводят информацию о текущих частотах синхронизации монитора. Наличие такого индикатора очень облегчает процесс настройки и дальнейший контроль за работой монитора. Есть интеллектуальные OSD, выводящие диагностику о неисправностях видеосистемы, они, например, сообщают об отсутствии управляющих сигналов, что свидетельствует о неисправностях соединительного кабеля или видеоадаптера, или дают знать о том, что частота сигнала синхронизации выходит за пределы возможностей монитора (при попытке вручную установить видеомоду). На некоторых мониторах можно даже выбрать язык экранного меню. Обычно на выбор предлагается несколько европейских языков, среди которых нет русского.