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🌡️ 📆 令和6年4月18日
無機工業化学 戻る 進む 別窓で開く

スマホがなくなったら―インターネットと光と音―

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  🔋 C1 伊藤智博 📛 立花和宏


English korea 簡体 繁体

家電機器

  1 住宅 で使われる電化製品
分類 項目 注釈
給湯 エコキュート 🔥熱
暖房 🚂 エアコン(家電リサイクル法対象品) 🔥熱
厨房 🚂 冷蔵庫(家電リサイクル法対象品)
電子レンジ 🌟光
湯沸かしポット
炊飯器
照明ほか 照明器具(LED・蛍光灯・白熱電球)
テレビ(家電リサイクル法対象品)
パソコンスマホ
動力 洗濯機

家電で、生活に必須と思われているのは、冷蔵庫、洗濯機、 スマホなどです。 家庭で使われるエネルギーは、 電気が最も多く、 平均世帯あたり 400~500kWh程度となっています。 次いで、都市ガス、LPガス、灯油となっています。 冷暖房が最も多くなっています。 電気は、そのまま 備蓄ができません。今使っている電気は、今、作っている電気です。

電気機械器具は、 家庭用品品質表示法 で、 品質表示が義務付けられています。


インターネットと光と音

オンラインのリモート講義だって、映像と音声の配信がなければ実現できない。

鷹山 メディアと技術の発達

  2 メディアの歴史
項目 注釈
郵便 文字 紙 配達
電信 文字 無線 通信
19世紀 新聞 * * 文字 配達
電話 * 音声 アナログ 通信
1887 蓄音機 * 音声 のアナログ 記録
1880 写真フィルム 画像 のアナログ 記録
ラジオ 音声 のアナログ 放送
1953 テレビ 動画のアナログ 放送
1956 VTR 動画のアナログ 記録
1960 カラーテレビ 動画のアナログ 放送
1971 FDD * 文字 のデジタル記録
1977 LD 動画 のデジタル記録
1979 電子辞書 * 文字 のデジタル記録
1982 CD 音声 のデジタル記録
1990~ デジタルカメラ * 画像 のデジタル記録
1982 MD 音声 のデジタル記録
1995~ デジタルビデオ * 動画 のデジタル記録
1996 DVD * 動画 のデジタル記録
1995 HTML2.0 文字 のデジタル配信
1999 HDD録画機 動画 のデジタル記録
1999 Napstar 音声の配信
2000 Google検索 文字と画像の配信
2005 YouTube 動画 の配信
2011 デジタルテレビ 動画 のアナログ 放送終了
12.無機工業化学 05.情報処理概論 メディアに記録できる情報

文字や絵画、楽譜などの 情報の記録媒体としてもっとも古くから使われているのは紙でしょう。 視覚によって情報を人が直接 認識できるうえ、 遅延もありません。

しかし、音声や動画といった情報を記録するようになり、人は、磁気的記録や電子的記録といった、直接認識できない方法での記録をするようになりました。

さらにデジタルコンピュータとインターネットを使って、大量のデータをクラウドにデジタル記録するようになりました。


第三次産業革命(インターネットとコンピュータ)

インターネットでラジオが聞ける時代。 http://radiko.jp/

インターネット で動画が見られる時代。
https://abema.tv/

電信が発明されてからというもの、電話、メール、SNS,電子会議システム、電子書籍、電子出版と電子メディアの発達は大きく変化した。 符号を伝える、文字を伝える、音声を伝える、写真を伝える、動画を伝える、リアルタイムの双方向コミニュケーションも。 2020年のコロナウイルス禍で、電子会議システムやウェビナーが一気に普及した。

に墨で文字を書いた時代があった。 動力を使って紙に印刷できた時代が訪れた。 手紙を郵便で届けた時代があった。 電気が使えるようになって、 電信で情報を遠くまで一瞬で送れるようになった。 電話で肉声を遠くまで届けられるようになった。 その肉声を記録できるようになった。 写真ができた。ラジオができた。テレビができた。 FAX ができた。 そしてインターネットの時代がやってきた。 今、見ている画面は液晶ディスプレイ。半導体の技術を応用して作られる。

顔料
  3 テレワークのためのビデオ会議サービス
サービス説明
ズーム (Zoom) google アカウント で連携可能
スカイプ (Skype) Microsoftアカウント で連携可能
ヴィキューブ (V-Cube)
タームズ (Terms) Microsoftアカウント で連携可能
ミート (Meet) googleアカウント で連携可能
ウェベックス (Webex) google アカウント facebook Microsoft Apple で連携可能
📷 カメラ、 🎤マイク、 📱ディスプレイ、 🔊スピーカーなどが必要

  4 45 電子書籍紙の本
項目電子
電子書籍、メール 書籍、図書、雑誌、新聞、 文書、 論文、手紙、電報
記録媒体 半導体メモリ、 磁気ディスク、

認知不能(電磁的記録(電子的方式、磁気的方式その他人の知覚によっては認識することができない方式で作られる記録)

、モノ(石碑や木簡)
出力 ディスプレイ 、スピーカー
階調表現 輝度、デューティ 網点
カラー表現 RGB CMYK
質感など スワイプ? 風合い、匂い、手触り、重さ
デバイス パソコン、スマホ
通信 光回線、WiFi
伝達 メール、SNS 手紙、論文
プロセス 入稿、公開 入稿、刷版、校正、印刷
速報性 数ミリ秒 当日(電報)、1日(速達)から数か月(論文)
イマーシブ 可能 不可
インタラクティブ 可能 不可
レスポンシブ 可能 不可
マシンリーダブル クローラ OCR
動画 音声 の併用 可能 不可
発祥 21世紀、インターネット革命 16世紀、宗教革命
エネルギー 1600W/100TB 不要
サステナビリティ 廃熱 木材

紙媒体の文書より電子文書が普及しています 1 )


情報とエネルギー

  5 情報を維持するのに必要な エネルギー
種類説明
情報 100TB 動画(約120分)×1000本×100人ぐらい
2TB×40+4TB×12+600GB×17, キャッシュ用SSD
最大電力 1600W 設計最大消費電力,家庭用 電子レンジ2台分
実測電力 1600W ←設計最大消費電力(DB接続不可のため)
年間電力量
(電気エネルギー)
14025.6kWh
年間電気代 420768円 1kWhあたり30円で算出
年間排二酸化炭素 7.2792864t 東北電力の基礎排出係数0.000519tCO2/kWhより算出
ソーラーパネル面積 24㎡ 1kWあたりに必要なおおよその面積を15㎡として算出
リチウムイオン電池 15kWh 家庭用蓄電池1台分
学術情報基盤センター https://ftp.yz.yamagata-u.ac.jp/運用実績より。 通信速度は、実質1Gbps平均です。設計上の最大速度は5Gbpsです.

キャンパスのユーティリティとしての 学術情報基盤センターが消費する電力。

備忘。 7号館のパネルの面積は,忘れました.図面見て計算します. 10kW分のパネルです.7号館は,10kWのシステムが4台,並列でつながっています<パワコン4台 そのうちの1台が 学術情報基盤センター 米沢分室に送電されています.太陽光の電池は, リチウム電池15kWhです44,730,000円


スマートディスプレイ

20世紀。アボガドロ数からの離陸。

ディスプレイ

  1 電子ディスプレイ

画像や動画を 出力 するには、 ディスプレイが必要です。 テレワークや電話に必須。

廃棄するときは、 粗大ごみ 2 ) 3 )

液晶ディスプレイ

  2 液晶ディスプレイ
© 2010 K.Tachibana , C1 Lab. HPC, NCV

(液晶ディスプレイを磨きながら感慨深げな楡木くん) ナレーション(ぼくの名前は、楡木・・・山形大学大学院の2年生。 栃木県出身の僕が この山形に来て、もう6年かぁ…。  いろんなことがあったな・・・。 へへっ… ちょっとセンチメンタルになっちゃったぜっ) (様子を伺う感じで)こんにちは~ あぁ、須貝さんですか。こんにちは。 なんだか感慨深げでしたね? 無事、研究論文も書き上げて、あとは卒業式を待つばかりですからねー お世話になったこの液晶ディスプレイともあと少しでお別れかと思うとね… そっか。もうすぐ卒業だもんね。(しみじみ・・・) ところで楡木君、大学ではいったい何の研究してたんですか? え?だからこの液晶ディスプレイ・・・ へ?このフツーにお店で売ってる液晶ディスプレイ? そ!このフツーにお店で売ってる液晶ディスプレイ。

ピカッとさいえんす「 液晶ディスプレイ

8Kが来た。オリンピック、医療、アニメ、ゲーム、自然、高精細を活かす市場は何か?

4 )

5 )

🚂液晶ディスプレイ・モニター 広色域


  3 TANOKAGA! 銀塩写真

ビット深度と解像度

  4 ビット深度と解像度


  5 アイマス・デレステ 8K60fps MV


  6 ノスタルジックトレイン(実況)

  7 米坂線前面展望


  8 色空間 )
✍ 平常演習

8Kディスプレイの色域の規格について調べ、8Kディスプレイを活かす用途について書きなさい。

染料と顔料


色素材料

  6 色素材料
分類 用途
染料 紅花
  • 繊維の染色剤
  • 繊維の漂白剤
  • 食品、化粧品、医薬品の着色剤
  • pH指示薬
顔料 炭素
  • 塗料・ 印刷インキ・絵具の着色剤
  • プラスチック・ゴムの着色剤
  • レザー・紙・繊維の着色剤
  • 化粧品などの着色剤

6 ) 7 )


色度座標

  9 色度座標
色度図 8 )

スペクトル

  10 スペクトル

色の名前

  7 色の名前
項目 注釈
動物 ベージュ、セピア
植物

ピンク pink 石竹色 #FFC0CB

常磐色 #00664d #006428 forestgreen ロゴの色

鉱物 #e94709 #EF454A
銀色、水色
物理現象

赤(明るい)red,#FF0000

青(青い)blue,#00FFFF 緑も青と言った。青信号は本来緑。

黒(暗い)

黄色いに加えてピンクいなどの形容詞活用も。

の名前は、材料の名前に由来することが多いです。

htmlのstyleやcssでは、colorやbackground-colorに色名が使用可能。

python matplotlibでは、 r g b w m y c k は一文字の 名前で指定可能。


天然染料


植物染料

アイ、ベニバナ、アカネ、シコン 紅花資料館

動物染料

カイムラサキ、コチニール

合成染料

モーブ、アリザニン 染色 保土ヶ谷化学の色素材料

スマホのボディーにはアルミニウムに着色した着色アルマイトが使われています。

ベニバナ
小野寺先生

本学卒業間際に全く思いがけぬことから急に大学に残ることになってしまった。とは言うものの大学の教員は自分には似合わないし、折を見て逃げ出そうと考えていた。しかし恩師小原平太郎教授とベニバナとの出会いがその決意を鈍らせ、とうとう定年まで母校で過ごさせていただくことになってしまった。小原教授と山形県に関係の深い仕事を、と始めたのがベニバナの色素成分に関する研究で、研究を始めた当初は数年で終るものと安易に考えていた。しかしベニバナの色素成分は予想をはるかに上まわる難物であった。意欲十分な研究室スタッフ、多くの修士、学部の学生さんと日夜実験に励み、分析機器の発達にも助けられてようやくその全貌が明らかになったのは研究を始めてから40年近くも経ってからであった。炎天下でのベニバナ摘み、徹夜での合成実験や分離作業で苦労に苦労を重ねた卒業生達は全員、卒業後企業人としてすばらしい活躍をしている。若い時の苦労と情熱が人を育てることを実感していると同時に、ベニバナという一つの植物研究を通して培われた固い絆は私達研究室スタッフにとっても、卒業生にとっても何にも変えがたい貴重な財産となっている。

小野寺準一

岩絵の具や油絵の具に使われる歴史的な顔料または染料と色の組み合わせを選び、顔料または染料に含まれる無機化合物とバインダーの性質について調べ、どのような用途で使われたか書きなさい。医薬品として使われたマーキュロクロム液のように有機金属錯体も無機化合物の顔料または染料に含めてよい。

課題: シャチハタがビジネスの現場で敬遠される理由は印影のユニーク性に問題があることに由来するが、その前に朱肉を使わないということの意味について考えてみよう。

色度座標

墨汁、漆、朱肉、絵の具、クレタケ、みくに

  8
種類 RGB HSB /HSL CMYK
概念 加法混色 光源色 色相環 通信 減法混色 物体色(表面色、透過色)
蛍光色、金属光沢を除く
表現 Red ff0000
green 00ff00
blue 0000ff
cyan 00ffff
magenta ff00ff
yellow ffff00
用途 ディスプレイ HTML、CSS、 SVG 通信 印刷 プリンター、カメラ
ジャンル エネルギー 情報 材料
図形 配色 12 無機工業化学 05 情報処理概論 色度座標 スペクトル

  11 R G B 加法混色

加法混色には、DLPに使うカラーホイールなどによる時分割方式と、カラーLCDのカラーフィルターによる空間分割方式があります。 ダイクロイックミラーを使った3LCDでは、投影時に光が直接混合されます。


  12 ニュートンのコマ

  13 C M Y K 減法混色

印刷の色数

  14 印刷の色数


  15 4色オフセット印刷

  16 色相環 (HSL色空間)
12 無機工業化学 q.097 15 工業技術概論 05 情報処理概論 配色
https://www.i-ryo.com/entry/2019/02/24/211711

余色の関係は、J.Griffithsによって提案されたカラーサークルによって、よく理解できる 。 11 ) 12 )


顔料とインク

  17 物質の三態と可塑性と弾性
物質の状態

分子が自由に動き回っているのが気体です。

元素が秩序正しく格子点に固定されているのが固体の 結晶です。

温度や圧力 によって、物質が固体、液体、気体、 超臨界流体のいずれの 状態を示した図を 状態図と言います。 分子結晶は、昇華しやすく、 イオン結晶は、融点や沸点が高いです。

乳濁液(エマルション)や懸濁液(サスペンション)などの コロイド溶液 を安定化するのに、 界面活性剤が使われます。

p V = n R T


  18 顔料をアラビアガムに分散した絵の具( 出典: ホルベイン 透明水彩絵具


  19 LEDと照明
✍ 平常演習

岩絵の具や油絵の具に使われる歴史的な顔料または染料と色の組み合わせを選び、顔料または染料に含まれる無機化合物とバインダーの性質について調べ、どのような用途で使われたか書きなさい。医薬品として使われたマーキュロクロム液のように有機金属錯体も無機化合物の顔料または染料に含めてよい。
  1. 図7.29 液晶ディスプレイの原理
    野村正勝・鈴鹿輝男, 最新工業化学―持続的社会に向けて― , 講談社サイエンティフィク , p.200 (2004).
  2. 6.2.4. 接着剤 c.重合型
    野村正勝・鈴鹿輝男, 最新工業化学―持続的社会に向けて― , 講談社サイエンティフィク , p.156 (2004).
  3. 液晶パネルの作り方
    松林光男/渡部弘 著, イラスト図解 工場のしくみ , 日本実業出版 , p. (2013).


先生:「さて、接着剤を硬化させるのに必要な紫外線。どうやって作るか?」
学生:「太陽の光じゃだめなんですか?」
先生:「夜になったら操業できなくなるじゃないか?」
学生:「その方がエコでは?」
先生:「確かにエコだけど、製品の品質を一定にするのに一定の品質の紫外線があった方がいいでしょ?」
学生:「なるほど、そうですね!電球からも紫外線が出るんですか?」
先生:「電球からも出ないわけではないけど、もっと効率的にするにはどうしたらいいと思う?」
先生:「紫外線を取り扱うときはUVゴーグルを忘れずにね!でないと目がうさぎさんになっちゃうよ」
学生:「はい」
先生:「では、今日特別に紫外線硬化型の接着剤を使って硬化実験を行ってくださる 共立化学産業 の__さんと、 ウシオ電機 の___さんです!」

http://www.kyoritsu-chem.com/about/news/report/150717.html
  20 この赤いバラの花は、赤く見えますか?

ほかの人のディスプレイと色の鮮やかさが同じかどうか見較べてみましょう。 また色覚には個性があります。 色覚異常を持つ方も、できれば積極的にコミュニケーションをとってディスプレイと色についての議論を交わしましょう。 ビット深度と解像度が上がれば、より鮮明になります。


情報記録材料

  9 記録メディア
メディア 方式
アナログ(絵画)/デジタル(文字) 光学記録(認知可能) 天然材料
1839 銀塩写真 アナログ 光学記録(認知可能) 感光材料
1877レコード(円筒) アナログ 形状記録 樹脂
1887レコード(ディスク) アナログ 形状記録 樹脂
1928磁気テープ(独) アナログ 磁気的記録 磁性体
1963カセットテープ アナログ 磁気的記録 磁性体
磁気テープ アナログ/デジタル 磁気的記録 磁性体
磁気ストライプ デジタル 磁気的記録 磁性体
ハードディスク デジタル 磁気的記録 磁性体
デジタル 電子的記録 半導体
01 情報処理概論 12 無機工業化学 メディア

情報は、記録材料を情報記録媒体として記録されます。 記録材料には、天然記録材料(紙、木、石)(インクジェットプリンタ、コピー、木簡、石碑)、 磁気記録材料(ハードディスク)、光記録材料(DVD、CD、BD)、半導体記録材料(SSD、USBメモリ、microSD)などに記録されます。 14 )

画像音声(音楽)、 動画は、記録されることで、アップロード、ダウンロード、配信ができるようになります。


ビッグデータと人工知能


音楽と音声

ライブコンサートをライブ配信で楽しむことを考えてみましょう。

音声 🎤 マイク アンプ AD変換 通信回線
  21 音声 から 通信回線

ライブの音声は、もともとは空気の圧力変化です。 この圧力の変化量をマイクを使って電圧の変化量に変えます。 このようにからへの変換をアナログ処理と言ったりします。 次に、電圧の変化量を数字にします。電圧と時間を数字にします。 このを数字にする変換をアナログデジタル変換(AD変換)と言います。

この数字を通信回線を使って送ります。

通信回線 DA変換 アンプ 🔊 スピーカー 音声
  22 通信回線 から 音声

今度は数字を、電圧の変化量にします。数字を電圧と時間にします。 この数字を量にする変換をデジタルアナログ変換(DA変換)と言います。 そしてその電圧でスピーカーを駆動し、空気の圧力変化にします。 これで、視聴者がライブを聞けるわけです。

ここでマイクなどをセンサー、スピーカーなどをアクチュエータと言います。


13.情報処理概論 12.無機工業化学 8.工業概論

🎤マイク

🎤マイクは、音声(力学エネルギー)を、電気信号(電気エネルギー)に変換します。 電圧をAD変換すれば、デジタル情報として記録できます。

  10 🎤 マイク ( 入力装置 圧力センサー )
項目コンデンサマイク (エレクトレット)ダイナミックマイク
感音材料 誘電体(圧電体) セラミックス 磁性体(金属)
原理 コンデンサによる静電容量の変化を捕らえます。 コイルによる起電力を捉えます。
用途 スマホ、PC スマートスピーカー
歴史 昭和(戦後) 平成(スマホ)、昭和(イヤホン)

テレワークや電話に必須。

test test スペクトル MUSIC LAB

🔊スピーカー

🔊スピーカーは、電気信号(電気エネルギー)を、音声(力学エネルギー)を、に変換します。 記録されたデジタル情報をDA変換すれば、電圧としてスピーカーを駆動できます。

  11 🔊 スピーカー とヘッドホン ( 出力装置 )
項目圧電スピーカーダイナミックスピーカー
発音材料 圧電体 セラミックス 磁性体(金属)
用途 スマホ、PC スマートスピーカー
歴史 昭和(戦後) 平成(スマホ)、昭和(イヤホン)
13 無機工業化学 q.99 13 情報処理概論 08 工業技術概論 🎵オーディオファイル形式 🎵米沢高等工業学校校歌 工業技術概論

テレワークや電話に必須。

84
交流の大きさと周波数(正弦波の振幅)
©K. Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_14/Amplitude.asp

ブドウ酒から作られた酒石酸で、クリスタルイヤホンを作った戦争中。

圧電素子を使ったスマホのスピーカー

磁性材料を活用したボイスコイルを持つスピーカー。スマートスピーカーまで。


音楽とスピーカー

  24 317
楽譜の縦軸と横軸
©M.Sekiguchi,C1

音階

A A# B C C# D D# E F F# G G#
  25 音階
©2023 K.Tachibana

平均律では、音階は、2の12乗根です。 iを虚数単位とすると、k番目の音階は、複素平面で、exp(2πki/12)の点で表されます。 ハ長調は、水平軸に来ます。イ短調が、垂直軸に来ます。 どの長でも 平行調 は、直交します。 トニック 、サブドミナント、ドミナントは、二等辺三角形になります。


  12 楽器と楽譜の歴史
形式デバイス
🎵 リュート
チェンバロ
1750 古典(バロック)
ギター
🎵 🚂 ピアノ
1820 ロマン
エレキギター
1973アナログ音源電子ピアノ
1981FM音源電子ピアノ *
1983MIDI * *
1988 カラオケBOX *
1989DTMミュージくんFM音源 *
1988
1991 mp3
1992 サウンドブラスター * 16bit 44.1KHzのPCM音源
1993 通信カラオケ *
1999 DVDオーディオ * 24bit 192KHzのPCM音源
2007VOCALOID2 初音ミク *
2015 MusicXML *
オタマトーン
12 無機工業化学 07 技術者倫理 10 化学・バイオ工学英語 記録メディアの歴史

参考文献


無機工業化学


QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/public/53202/53202_12.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 学術情報基盤センター

🎄🎂🌃🕯🎉
名称: サイバーキャンパス「鷹山」
URL: 🔗 http://amenity.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 データベースアメニティ研究会
〒992-8510 山形県米沢市城南4丁目3-16

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