2 Ергономічні характеристики моніторів

Монітор - дуже важлива частина комп'ютерної системи. Саме від нього залежить комфорт, зручність і продуктивність роботи за комп'ютером, разом з тим робота за «поганим» монітором може негативно позначитися на здоров'ї.

Директива ЕС 90/270 ЕЕС в розділі «Мінімальні вимоги з охорони праці» жорстко регламентує безпечні умови роботи і вимоги по захисту здоров'я осіб, що працюють з комп'ютерами, висуваючи такі п'ять вимог до роботи з монітором:

• символи на екрані мають бути чіткими і добре розрізнятися;

• зображення повинно бути позбавлене блимання;

• яскравість та / або контрастність повинні легко регулюватися;

• екрани мають бути вільними від відблисків і відбиття;

• випромінювання повинні бути знижені до надзвичайно малих рівнів.

Технічні характеристики моніторів (розмір екрана, роздільна здатність, зернистість зображення, значення частот вертикальної та горизонтальної розгорток, смуга пропускання відеосигналу, можливості регулювання, мікропроцесорне управління, динамічне фокусування, наявність інварової маски та розмагнічування, антивідблискове покриття, захист від електростатичних та електромагнітних полів, система управління енергоспоживанням), якщо на них не звертають уваги при виборі монітора або неправильно його встановлюють, можуть негативно вплинути на зір та на здоров'я загалом.

Головним елементом будь-якого монітора є електронно-променева трубка (ЕПТ). Принцип її дії такий. Електронний промінь, що генерується електронною гарматою (катодом), потрапляє на екран, укритий люмінофором, і викликає його світіння. Модулятор регулює інтенсивність променя, отже, і яскравість світіння люмінофора. Відхиляюча система здійснює сканування променя по поверхні екрана, тобто його рух по зигзагоподібній траєкторії від лівого верхнього кута екрана до нижнього правого і повернення у вихідну позицію спеціальним сигналом зворотного ходу. У процесі сканування промінь послідовно збуджує дискретні точки люмінофора, які називаються пікселями (pixel - picture element), і утворює близько розташовані рядки розгортки. У кольоровому моніторі є три електронні гармати з окремими схемами керування, а на поверхню екрана нанесені люмінофорні елементи трьох типів, що дають люмінесценцію червоного (Red), зеленого (Green) і синього (Blue) спектральних діапазонів (рис. 2.4). Кожний електронний промінь збуджує люмінофор «свого» кольору.

Рис. 2.4. Види люмінофорних елементів:

а) дельтоподібна тріада; б) смуга; R (red) - червоний; G (green) - зелений; B (blue) - синій

У ЕПТ застосовуються переважно два види люмінофорних елементів - круглої форми з дельтоподібною тріадою і у вигляді смуг.

Для того щоб «червоний» промінь точно потрапляв на червоний люмінофор, не зачіпаючи сусідні точки зеленого або синього люмінофорів і не підсвічуючи їх, цей промінь спочатку скеровується на тонкий лист перфорованого матеріалу (тіньову, щілинну маску або апертурну гратку - залежно від конструкції монітора), розташований на близькій відстані перед люмінофором (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Види ЕПТ: а) ЕПТ з апертурною граткою; б) ЕПТ з тіньовою маскою

Апертурна гратка використовується в ЕПТ із люмінофорними смугастими елементами і являє собою сітку із натягнутих з малим кроком тонких дротів. Вона застосовується компаніями Sony, Mitsubishi, Radius, Nokia, Nanao, CTX у моніторах високого класу, сконструйованих на основі ЕПТ Trinitron, Diamondtron або PanaFlat.

Тіньова маска - це суцільний металевий лист з круглими отворами. Як матеріал маски використовується, як правило, інвар-залізо-нікелевий сплав, що має малий коефіцієнт теплового розширення. Тіньова маска застосовується в більшості моніторів з круглими люмінофорами. Щілинна маска, нова розробка фірми NEC, займає проміжне місце між тіньовою маскою й апертурною граткою. У ній застосовуються еліптичні отвори, що, на думку спеціалістів NEC, дозволяє одержати більш чітке зображення.

Таким чином, якість зображення на екрані монітора є результатом сумарної дії найважливіших чинників, закладених у конструкції монітора.

Розмір видимої частини монітора. Однією з основних характеристик монітора є розмір його екрана по діагоналі. Термін «розмір монітора» визначає зовнішній діагональний розмір кінескопа. Саме цей розмір і вказується, коли говорять про 14-, 15-, 17-, 20- і 21- дюймові монітори. Реальний розмір зображення дещо менший і залежить від технологічних особливостей виготовлення ЕПТ. Більш інформативним параметром є корисна площа екрана, яка визначає реальну площу, укриту люмінофором і на якій може створюватися зображення. Але і це не є повною геометричною характеристикою монітора. Річ у тому, що виробники моніторів не завжди забезпечують повне використання площі екрана, укритої люмінофором, що пов'язано з обробкою сигналів синхронізації і формуванням відповідних напруг, що подаються на електроди кінескопа. Усі сучасні дисплеї мають органи управління, які дозволяють розтягнути зображення до країв екрана (точніше, до меж корисної площі), що позначається в специфікаціях на монітори терміном Overscan. Але саме по краях екрана найважче забезпечити необхідне фокусування і зведення променів, а також повністю компенсувати спотворення геометричних розмірів зображення, тому розмір чіткого і «не кривого» зображення, яке влаштовує користувача, звичайно трохи менший від розміру корисної площі.

Площинність екрана. Важливою характеристикою монітора є також площинність екрана. Чим плоскіший екран, тим менше викривляються на ньому геометричні фігури. В моніторах використовуються ЕПТ чотирьох типів:  сферичні;

 циліндричні;

 трубки малої кривизни;

 плоскі.

Спочатку випускалися два основні типи кінескопів, екран яких мав сферичну або циліндричну кривизну. Поверхня кінескопа у першому випадку - це сегмент, вирізаний зі сфери, а в другому - із вертикального циліндра. На 14-дюймових моніторах використовувалися сферичні екрани, які мають досить велику кривизну (R = 0,5 м) з двох боків. Потім з'явились сферичні кінескопи з меншою кривизною (15 дюймів - R = 1 м), які порівняно з їх попередниками виглядали майже ідеально плоскими. Такі ЕПТ називають трубками з плоским квадратним екраном, або FST (Flat Square Tube).

Трубки з апертурною граткою (Trinitron, Diamondtron) справді плоскі по вертикалі, а по горизонталі радіус їх кривизни приблизно дорівнює радіусу кривизни трубок FST. Зовсім плоскі кінескопи PanaFlat компанії Panasonic.

Крім зменшення геометричних викривлень, плоскіші екрани мають кращі анти відблискові властивості у зв'язку з дією звичайних законів відбиття світла сторонніх джерел.

Недоліком моніторів зі сферичними трубками є те, що зображення може бути спотворено в кутках і в межах екрана. Циліндричні ЕПТ типу Trinitron та Diamondtron мають плоскі вертикальні і закруглені горизонтальні грані. На відміну від трубок з тіньовою маскою, в ЕПТ типу Trinitron встановлена маска з вертикальними щілинами, що забезпечує кращу яскравість і контрастність зображення, але погіршує різкість.

Наступний тип ЕПТ - AIO, - екрани з малою кривизною поверхні - також є сферичними, але радіус сфери настільки великий, що виглядають вони майже плоскими. Це зменшує спотворення зображення, на екрані утворюється менше відблисків від відбитого світла. Багато моніторів, що сьогодні випускаються (15-, 17- і 21-дюймові), комплектуються ЕПТ саме цього типу. Останнім часом набули поширення ЕПТ з абсолютно плоским екраном (DynaFlat фірми Samsung Electronics, FD Trinitron фірми Sony, трубки Diamondtron фірми Mitsubishi і PanaFlat; фірми Viewsonic).

Роздільна здатність. Важливою характеристикою монітора є його роздільна здатність - кількість точок (пікселів) по горизонталі і по вертикалі, яку він може показати. Чим більша роздільна здатність, тим точніше і чіткіше зображення на екрані, тим легшим є воно для сприйняття, тим менше стомлює зорову систему. При низькій роздільній здатності можливі помилки при зчитуванні символів (два різних символи при малій кількості елементів, що їх складають, можуть сприйматися як однакові). Існують стандартні значення роздільної здатності (у дужках наведено назву стандарту для РС):

• 640 х 480 (VGA);

• 800 х 600 (SVGA);

• 1024 х 768 (XGA);

• 1280 х 1024 (EVGA);

• 1600 х 1200 (не позначений) - максимальне значення для сучасних моніторів.

Для кожного монітора існує фізичне обмеження на максимальну роздільну здатність, яку він може підтримувати. Це пов'язано з частотою розміщення люмінесцентних точок на поверхні ЕПТ. Чим більша роздільна здатність потрібна, тим більший за розміром діагоналі монітор необхідно обрати.

Для 15-дюймових моніторів цілком достатня роздільна здатність 800 х 600, більш висока роздільна здатність недоцільна, тому що шрифти і піктограми будуть виглядати занадто дрібними.

Для 17-дюймових моніторів оптимальною є роздільна здатність 1024 х 768.

Великі монітори (з розміром діагоналі > 17") повинні забезпечувати роздільну здатність 1280 х 1024 і вище. Максимальне значення - 1600 х 1200.

Відстань між точками. Головною характеристикою тіньової маски є мінімальна відстань між люмінофорними елементами одного кольору. Для дельтоподібної маски цей параметр називають розміром зерна (dot pitch), відстань між точками - кроком тріад, розміром точки або кроком точок, а для апертурної ґратки - відстанню між смугами або кроком смуг. Для тіньової маски лінія мінімальної відстані між точками одного кольору складає з горизонталлю кут 30 °С. У різноманітних моделей моніторів крок люмінофора лежить у діапазоні від 0,25 до 0,41 мм. На сучасних 15-і 17-дюймових моніторах використовуються кінескопи з розміром зерна від 0,25 до 0,28 мм. На трубках Trinitron і Diamondtron крок смуг становить 0,25-0,26 мм, а на PanaFlat -0,24 мм. Звичайно, чим менший розмір елемента роздільної здатності, тим менша зернистість і тим чіткіше зображення можна одержати на моніторі. Після розміру монітора по діагоналі це є другою важливою величиною.

Стандартне значення зернистості 0,28 мм відповідає приблизно 1024 точкам в рядку для 14-дюймового екрана, що забезпечує чітке і різке зображення. При великому зерні зображення починає розпливатися, а очі дуже швидко втомлюються.

Частота кадрової розгортки. Частота кадрової розгортки визначає, скільки разів на секунду електронний промінь пробігає весь екран, тобто це частота зміни зображення на екрані. Для одержання стійкого зображення, яке добре сприймається оком, необхідно, щоб кадр оновлювався досить часто - частіше, ніж у кінематографі, оскільки відстань від користувача до монітора значно менша від відстані до екрана телевізора. Електронна система монітора забезпечує горизонтальну (рядкову - рух по рядках) та вертикальну (кадрову - зміна кадру) розгортки сигналу.

Чим вища ця частота, тим менш помітне блимання і тим менше втомлюються очі. Декілька років тому асоціація VESA встановила мінімальну частоту кадрової розгортки для виконання ергономічних вимог при роботі з монітором 70 Гц в «прогресивному» режимі горизонтальної розгортки. Потім з'явилося значення 72 Гц. Стандарт ErgoVGA, запропонований VESA, визначає мінімум цієї частоти на рівні 75 Гц для роздільної здатності 1024 х 768.

Оцінка мінімального значення ергономічної кадрової розгортки показала межу 75 Гц, яка визначена фізіологічними особливостями організму. Шведський стандарт ТСО'99 визначає частоту кадрової розгортки для монітора не менше 85 Гц. Рекомендована частота 100 Гц. Новий стандарт ТСО'03 встановлює частоту кадрової розгортки 85 Гц для 22 дюймових (і більших розмірів) моніторів, яка повинна підтримуватися на роздільній здатності 1600 х 1200 (в ТСО'99 для моніторів з діагоналлю 21 дюйм і більше вимагалося підтримування частоти 85 Гц для режиму 1280 х 1024).

Якщо монітор при обраній роздільній здатності не забезпечує такої швидкості оновлення кадрів, то краще вибрати режим з меншою роздільною здатністю, на якій значення 75-85 Гц досягається. В іншому випадку робота за комп'ютером буде небезпечною для зору. Деякі монітори мають верхню межу діапазону кадрової розгортки - 120-160 Гц. Звичайно такі частоти можливі на роздільних здатностях, що значно нижчі від ефективних.

Тип розгортки. При звичайному (non-interlaced) способі розгортки електронний промінь пробігає весь кадр за один період вертикальної розгортки. При розгортці через рядок (interlaced) промінь спочатку проходить по парних рядках, потім по непарних, весь екран оновлюється у два рази рідше, горизонтальні лінії і краї починають сильно блимати. Розгортка через рядок використовується при високих роздільних здатностях, коли монітор або відео адаптер не встигає вивести все зображення за один кадр. Тому важливе значення має максимальна роздільна здатність монітора без використання розгортки через рядок. Потрібно звернути увагу на той факт, що деякі моделі моніторів забезпечують прогресивну розгортку для низьких роздільних здатностей, а при високих - переходять на розгортку через рядок, що істотно погіршує стабільність і якість зображення.

Смуга частот відеопідсилювача. Правильніше було б її назвати верхньою межею частотної характеристики відео тракту, оскільки для смуги необхідно визначити і нижню межу. У паспортах ця характеристика позначається як Bandwidth. Вона визначає верхню межу смуги пропускання відеопідсилювача. Вимірюють її в мегагерцах за спадом характеристики на 3 децибели від максимального значення. Зміст цієї величини полягає ось у чому: на монітор від відео адаптера, крім синхроімпульсів кадрової і рядкової розгорток, подаються також сигнали інтенсивності кожного зі складових кольорів для кожного піксела зображення, які являють послідовність відео імпульсів різної амплітуди. Вона і визначає інтенсивність електронного пучка (а отже, і інтенсивність світіння люмінофора) в даній точці. Можна підрахувати, що інтенсивність променя повинна змінюватися з частотою, яка дорівнює (в першому наближенні) добутку кількості рядків на кількість вертикальних смуг обраної роздільної здатності і на частоту оновлення кадрів. Так, для режиму XGA при частоті кадрової синхронізації 75 Гц цей добуток дорівнює 1024 х 768 х 75 Гц = 59 МГц. Тактова частота відеосигналу (відео імпульсів) – Pixel Rate - в 1,33-1,40 рази вища від цієї оцінки, що пов'язано з перехідними процесами і зворотним ходом променя. Відео адаптер виробляє низьковольтні відеосигнали, їх максимальна амплітуда не перевищує 0,7-1 В. Цей сигнал потім підсилюється відео підсилювачем і подається на моделюючі електроди кінескопа. Для того щоб відеосигнал проходив без спотворень, необхідно, щоб межа смуги пропускання відео тракту перевищувала тактову частоту сигналу. Максимальне значення частоти відео імпульсів, при якому ще можливе одержання якісного зображення, відповідає значенню верхньої межі смуги відео тракту.

При різних режимах точки виводяться на екран з різною швидкістю. Чим вища частота розгортки, більша кількість відтворюваних кольорів, більша роздільна здатність, тим більшою є швидкість виводу даних на екран і вищою частота відеосигналу, що викликає необхідність розширення смуги пропускання монітора. Якщо смуга пропускання недостатня, виникають спотворення відеосигналу, порушується чіткість зображення по горизонталі. У високоякісних моніторах значення смуги частот становлять 110 МГц, у звичайних - 70-85 МГц.

Органи управління. Важливим чинником загальної ергономіки монітора є можливість його регулювання. Сучасний монітор дозволяє працювати з різними відео адаптерами і в різних режимах. Тому інколи необхідне ручне регулювання геометричних розмірів і положення зображення на екрані, а також корекція спотворень.

Обов'язковими органами управління є мережний вимикач, поряд з яким звичайно розташований мережний індикатор, а також регулятори яскравості (Brightness) і контрастності (Contrast). Вони можуть бути аналоговими (у вигляді звичайних потенціометрів) або цифровими (кнопки).

У сучасних моніторах передбачена компенсація багатьох типів геометричних викривлень.

Усі без винятку монітори мають регулятори розміру і положення зображення.

Крім вищезгаданих регуляторів передбачені кнопки відновлення, які використовуються, якщо поверх заводської установки записали значення користувача. Передбачені також кнопки ручного розмагнічування для тих випадків, коли під час роботи відбувається намагнічування різних вузлів.

На деяких моніторах передбачене регулювання кольорової палітри. Найбільші можливості забезпечує регулювання, яке дозволяє плавно змінювати основні складові кольорів.

Чим ширші можливості регулювання, тим кращу якість зображення, що займає практично всю корисну площу екрана, демонструє монітор.

Слід відзначити, що певного поліпшення в таких випадках (збільшення розміру зображення, фіксація його положення на екрані, збільшення частот розгорток) можна спробувати досягти за допомогою спеціального програмного забезпечення (як наприклад, утилітна System Display Doctor фірми SciTech Software Inc. та різноманітних універсальних відео драйверів). Крім того, існує можливість оновлення фірмових відео драйверів через Internet.

Управління монітором. Використання мікропроцесорного управління різко поліпшує можливості і зручність роботи з монітором, що дозволяє реалізувати такі функції:

• авто сканування (монітори з авто скануванням самі визначають параметри сигналу від відео адаптера і підстроюються під нього);

• пам'ять режимів (монітор запам'ятовує параметри сигналу і стан регулювань, завдяки цьому непотрібна ручна підстройка при кожній зміні режиму);

• індикація на екрані (інформація про поточний режим роботи і положення регуляторів є на екрані в графічному вигляді);

• настроювання кольорів (дозволяє досягти повної відповідності оригіналу і зображення на екрані) та ін.

Динамічне фокусування. Сфокусований електронний промінь на виході із відхиляючої системи має круглий переріз, але внаслідок того, що у всі зони екрана, крім центру, він потрапляє під деяким кутом, відмінним від 90°, пляма, утворена ним на поверхні екрана, набуває форми еліпса. Це явище називається астигматизмом. Наслідком є погіршення чіткості зображення по краях екрана. Використання в моніторах системи динамічного фокусування, яку ще називають подвійним фокусуванням, тому що в ній використовуються дві системи відхиляючих лінз (Double Focus, Dynamic Focus, Dynamic Astigmatism Control), дозволяє підстроювати сумарну фокусну відстань і одержувати однаково добре фокусування в усіх частинах екрана, за рахунок чого забезпечується чіткіше зображення на краях екрана. Найчастіше динамічне фокусування використовується для 17-дюймових моніторів і меншою мірою - для 15-дюймових.

Екранне покриття. Для підвищення якості зображення, для зменшення відблисків, а також запобігання накопичення статичного заряду на поверхні екрана монітора на переднє скло ЕПТ наносяться спеціальні покриття.

Під час роботи монітора поверхня його екрана інтенсивно бомбардується електронами, в результаті чого може накопичуватися заряд статичної електрики. Це призводить до того, що поверхня екрана «притягує» велику кількість пилу, і, крім того, при дотику рукою до зарядженого екрана користувача може неприємно вразити слабкий коронний електричний розряд. Для зменшення потенціалу поверхні екрана на нього наносять спеціальні провідні антистатичні покриття, які в документації позначають скорочено AS (anti-static).

Інша мета нанесення покриття - усунення відбиття навколишніх предметів на склі екрана, які заважають при роботі. Це так звані анти відбиваючі покриття (anti-reflection, AR). Для зменшення ефекту відбиття поверхня повинна бути матовою. Останнім часом для одержання анти відбиваючого покриття використовують тонкий шар двооксиду кремнію, на якому травляться профільовані горизонтальні канавки, що перешкоджають попаданню відбиття зовнішніх предметів в поле зору користувача. При цьому підбирають такий профіль канавок, щоб послаблення і розсіювання корисного сигналу було мінімальним.

Ще один негативний чинник, з яким борються шляхом нанесення покриття на екран, - відблиски від зовнішніх джерел світла. Для зменшення цих ефектів краще, звичайно, розташувати монітор так, щоб на екран не падало світло від вікна і електричних ламп, але це не завжди можливо. З цією метою на поверхню монітора наносять шар діелектрика з малим показником заломлення, який має низький коефіцієнт відбиття. Такі покриття називаються антивідблисковими або антиореольними (anti-glare, AG). В принципі, для користувача різниця між ефектами, одержаними від антивідблискових і антивідбиваючих покриттів, досить умовна, тому в багатьох описах їх ототожнюють і називають узагальнено -антивідблисковими. Звичайно використовують комбіновані багатошарові покриття, які поєднують захист від багатьох чинників, що заважають у роботі. Відомі такі покриття, як AGRAS (anti-glare, anti-reflection, anti-static - антивідблискове, антивідбиваюче, антистатичне), ARAG (anti-reflection, anti-glare - антивідбиваюче, антивідблискове), ARAS (anti-reflection, anti-static - антивідбиваюче, антистатичне). У будь-якому випадку покриття дещо знижують яскравість і контрастність зображення і впливають на кольоропередачу, але збільшують зручність роботи з монітором.