Устройства ввода информации - камера, микрофон

Размещено на http://www.allbest.ru/

МБОУ "Лицей № 14"

Реферат на тему: "Устройства ввода информации - камера, микрофон"

Выполнила: ученица 8 "Л"

класса Сулейманова Э.Р.

Проверила: учительница

по информатике

Абдувалиева М. Р.

микрофон электроакустический камера сетевой

г. Нижнекамск

2011-2012

Существуют камеры, транслирующие через Интернет изображения птичьих гнёзд, городских улиц, частных жилищ, сельской местности, офисов, городских панорам, извергающихся вулканов, канатных дорог, пекарен и т. п. На сегодняшний день веб-камеры есть даже в космосе (например, на Международной космической станции).

Микрофомн (от греч. мйксьт -- маленький, цщнз -- звук) -- электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

В начале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Г.Махальский в 1878 и П. М. Голубицкий в 1883. Угольный микрофон до сих пор используется в аппаратах аналоговой телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён американским учёным Э. Венте в 1917 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Более массовыми стали динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных -- более приемлемыми электрическими свойствами.

Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Э. Герлахом и В. Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (ок. 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной записи благодаря чрезвычайно высоким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли Ома), что значительно осложняло проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют большие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

В 1931 году американские учёные Э. Венте и А. Терас изобрели динамический микрофон с катушкой, приклееной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки Ом и сотни кило Ом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым.

Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку. Благодаря отсутствию жёстких требований к массе катушки (характерном для динамических микрофонов) такие микрофоны делались высокоомными, а также порой имели многоотводные катушки, что делало их более универсальными. Такие микрофоны, наряду с пьезоэлектрическими, позволили создать эффективные слуховые аппараты, а также ларингофоны.

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 20-х гг. XX века по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаОм и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы.

Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

Устройство микрофона

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой. Конденсаторный микрофон Октава МК-319 внутри

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую -- прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Функциональные виды микрофонов

Студийный микрофон

Измерительный микрофон ("искусственное ухо")

Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов

Микрофон для применения в радиогарнитурах

Микрофон для скрытого ношения

Ларингофон

Гидрофон

Характеристики микрофонов

Схематическое обозначение микрофона

Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками:

1.чувствительность

2.амплитудно-частотная характеристика

3.акустическая характеристика микрофона

4.характеристика направленности

5.уровень собственных шумов микрофона

Чувствительность

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р₀ в свободном звуковом поле, т. е. при отсутствии сигнала. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении акустической оси микрофона, это направление называется осевой чувствительностью: M₀ = U / P₀(мВ/н/м?)

Акустическая ось совпадает с осью симметрии микрофона. Если конструкция микрофона не имеет оси симметрии, то направление акустической оси указывается в технических условиях. Чувствительность современных микрофонов составляет от 1-2 (динамические микрофоны) до 10-15 (конденсаторные микрофоны) мВ/Па

Амплитудно-частотная характеристика

АЧХ микрофонов Октава МК-319 и Shure SM58

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), или просто частотная характеристика - это зависимость осевой чувствительности от частоты звуковых колебаний. Эта характеристика связана с зависимостью чувствительности микрофона от частоты звуковых колебаний. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики измеряют в децибелах как отношение чувствительности микрофона на определенной частоте к чувствительности на средней частоте, например 1000 Гц.

Акустическая характеристика

Влияние звукового поля микрофона оценивается акустической характеристикой, которая определяется отношением силы, действующей на диафрагму микрофона, и звуковым давлением в свободном звуковом поле: A = F/P, а потому, что чувствительность микрофона M = U/P можно представить как U/P = U/F * F/P и выразить через А. Тогда получим: M = A * U / F. Отношение напряжения на выходе микрофона к силе, действующей на диафрагму U/F, характеризует микрофон как электромеханический преобразователь. Акустическая характеристика определяет характеристику направленности микрофона. По виду акустической характеристики, а следовательно и характеристики направленности, отличают три типа микрофонов, как приемников звука: приемники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленности

Характеристикой направленности называют зависимость чувствительности микрофона от направления падения звуковой волны по отношению к оси микрофона. Она определяется отношением чувствительности Мб при падении звуковой волны под углом б относительно акустической оси микрофона к его осевой чувствительности:

ц = M_б/M₀

Направленность микрофона означает его возможное расположение относительно источников звука. Если чувствительность не зависит от угла падения звуковой волны, т. е. ц = 1, то микрофон называют ненаправленным, и источники звука могут располагаться вокруг него. А если чувствительность зависит от угла, то источники звука должны располагаться в пространственном угле, в пределах которого чувствительность микрофона мало отличается от осевой чувствительности.

Ненаправленные микрофоны

Уровень собственных шумов микрофона N_ш определяется отношением эффективного напряжения на выходе микрофона при отсутствии звукового поля U_ш к напряжению U₁ при наличии звукового поля с эффективным давлением в 0,1 н/м?:

N_ш = 20 lg U_ш/U₁, дБ.

Напряжение U_ш обусловлено главным образом тепловыми шумами в опорах электрической схемы микрофона.

Веб-камера (также вебкамера) -- цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (в программах типа Skype, Instant Messenger или в любом другом видеоприложении).

Веб-камеры, доставляющие изображения через интернет, закачивают изображения на веб-сервер либо по запросу, либо непрерывно, либо через регулярные промежутки времени. Это достигается путём подключения камеры к компьютеру или благодаря возможностям самой камеры. Некоторые современные модели обладают аппаратным и программным обеспечением, которое позволяет камере самостоятельно работать в качестве веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента и (или) отсылать изображения электронной почтой.

Веб-камеры, предназначенные для видеоконференций, -- это, как правило, простые модели камер, подключаемые к компьютеру, на котором запущена программа типа Instant Messenger.

Модели камер, используемые в охранных целях, могут снабжаться дополнительными устройствами и функциями (такими, как детекторы движения, подключение внешних датчиков и т. п.)

История

Первая в истории веб-камера была запущена в 1991 году и показывала кофеварку в Троянской комнате Кембриджского университета. Сейчас она не работает, поскольку была отключена 22 августа 2001 года. Последний фотоснимок, сделанный этой камерой, ещё можно видеть на её домашней странице в Интернете.

Подобно многим сетевым технологиям, веб-камеры и видеочаты приобрели массовую популярность. Необходимость в "живых" видеоизображениях породила вебкамеры, способные вещать через интернет в формате видеопотока, не требующего от зрителя необходимости вручную обновлять изображение; а вскоре, ненужными в современных браузерах стали специальные плагины.

Устройство веб-камеры

Плата веб-камеры Sweex с объективом.

Веб-камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС или КМОП матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения и опционально веб-сервер для подключения к сети.

Камеры с доступом через Интернет

Помимо очевидного применения в видеоконференцсвязи, вебкамеры быстро обрели популярность в качестве средства, позволяющего одним и пользователям Интернета созерцать мир через камеры, подключённые к Интернету другими пользователями.

Существуют камеры, транслирующие через Интернет изображения птичьих гнёзд, городских улиц, частных жилищ, сельской местности, офисов, городских панорам, извергающихся вулканов, канатных дорог, пекарен и т. п. На сегодняшний день веб-камеры есть даже в космосе (например, на Международной космической станции).

Часто веб-камеры используют для демонстрации качества или условий предоставляемого коммерческого сервиса -- например, на веб-сайте горнолыжного курорта можно увидеть изображение горнолыжного склона, снятое именно в тот момент, когда его пожелает просмотреть посетитель веб-сайта. Некоторые веб-камеры могут удаленно управляться и в этом случае с помощью кнопок навигации на странице, отображаемой в браузере, можно повернуть веб камеру вправо или влево или изменить угол наклона -- чтобы лучше рассмотреть место съемки. Существуют веб-камеры, на страницах которых можно управлять не самой веб-камерой, а устройством, которое она (веб-камера) показывает^[1].

Видеотелефония, видеоконференции

По мере того, как возможности работы с вебкамерами появлялись в приложениях, изначально предназначенных для текстового чата (в программах типа Instant Messenger) -- в том числе в Skype, Yahoo Messenger, AOL Instant Messenger, Windows Live Messenger -- миллионы обычных пользователей по всему миру получили возможность общения друг с другом по видеофону. Улучшение качества видеоданных позволило вебкамерам конкурировать с существовавшими до этого системами видеоконференцсвязи. Некоторые вебкамеры снабжаются новыми функциями, направленными специально на увеличение популярности и удобства видеосвязи (в том числе функциями, обеспечивающими автоматическое ретуширование снимка, сглаживание морщин, и т. п.)

Охранные системы

Иногда^[2] вебкамеры применяются в системах охраны. Предприятия используют вебкамеры для наблюдения и видеозаписи происходящего в конторах, в прихожих и на складах. Домовладельцы при помощи вебкамер наблюдают что угодно -- от детской и до заднего двора.

Сама по себе вебкамера, как правило, не способна хранить видеозапись, а просто делает снимки; для сохранения видеозаписи используется специальное программное обеспечение на компьютере, к которому вебкамера подключена.

Применение в играх

Камеры для игровых приставок

EyeToy -- цифровая цветная видеокамера для PlayStation 2, позволяющая игрокам взаимодействовать с играми при помощи движений, цветораспознавания и других подобных средств.

PlayStation Eye -- Усовершенствованный EyeToy для PlayStation 3, позволяющая игрокам взаимодействовать с играми при помощи движений, цветораспознавания и других подобных средств.

Xbox Live Vision -- видеокамера для Xbox 360 и Xbox Live, которая также может использоваться в играх.

Kinect - камера для компьютеров и приставок с ик лазером и массивом микрофонов для получения информации о 3х измерениях

Камеры для PC

PC-вебкамеры также могут использоваться в играх, использующих простые алгоритмы распознавания движений. Игры, использующие вебкамеры, бывают двух типов:

1.игры, которые являются отдельными программами,

2.игры, которые запускаются в окне браузера при помощи технологии Flash, или какого-нибудь другого плагина.

Сетевая веб-камера (IP-камера)

Сетевая веб-камера Axis

Современная IP-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. В отличие от обычной веб-камеры сетевая камера функционирует как вебсервер и имеет свой собственный IP-адрес. Таким образом, возможно непосредственное подключение камеры к интернету, что позволяет получать видео и аудиосигнал и обеспечивать управление камерой посредством интернета через браузер.

Размещено на Allbest.ru