Механическое телевидение

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Механическое телевидение — разновидность телевидения, использующая для разложения изображения на элементы и последующего синтеза электромеханические устройства вместо электронно-лучевых трубок или полупроводниковых приборов. Самые первые телевизионные системы были механическими и чаще всего не предусматривали звукового сопровождения. В отличие от современного, полностью электронного телевидения, механическое предполагает наличие в передающем и приемном устройствах специального механизма для сканирования изображения и его воспроизведения. Как правило, это диск Нипкова. Первая работоспособная система подобного типа была создана Джоном Бэрдом (англ. John Logie Baird) в 1920-е годы. Из-за небольшого количества передаваемых элементов изображения, механическое телевидение иногда называют малострочным.

Советская телеприставка «Б-2» с механической разверткой в экспозиции Музея нижегородской радиолаборатории

История[править | править вики-текст]

Ранние опыты[править | править вики-текст]

Первые опыты передачи изображений на расстояние проводились уже в XIX веке. Шелфорд Бидуэлл (англ. Shelford Bidwell) продемонстрировал систему передачи неподвижных фотографий в 1881 году, которая использовала механическое разложение на элементы. Эта технология быстро нашла применение в новостной фотожурналистике, но была неприменима для передачи движущегося изображения из-за крайне низкой светочувствительности селеновых фотоэлементов. Сканирование фотографии с качеством, приемлемым для газетной полиграфии, занимало несколько минут. Лишь в 1909 году удалось добиться мгновенного сканирования изображений, не содержащих полутонов. В 1923 году американец Чарльз Дженкинс (англ. Charles Francis Jenkins) передал первое движущееся силуэтное изображение, а 13 июня 1925 года состоялась демонстрация передачи полутонового движущегося изображения со звуком.

На рубеже XIX и XX веков русский изобретатель А. А. Полумордвинов работал над своим «телефотом», ключевым элементом которого был т. н. «светораспределитель»[1]. Это была первая в мире система цветного телевидения с диском Нипкова, ставшая прообразом современных систем на теории трёхкомпонентного цветового зрения. Она была предложена лаборантом Казанского университета Полумордвиновым 5 января 1900 года. В том же месяце изобретение получило высокую оценку на Первом электротехническом съезде в Петербурге. Однако систему собрать не удалось, и в 1925 году патент был продан английскому изобретателю Д. Бэрду[2].

Первые телестанции[править | править вики-текст]

Издатель Хьюго Гернсбек смотрит передачу собственной механической телестанции WRNY. Август 1928 года

Бэрду удалось создать первую в мире работоспособную систему телевидения, передающую движущееся полутоновое изображение. Первая передача состоялась 26 января 1926 года в его лондонской лаборатории. Первая телевизионная станция WCFL[3] вышла в эфир в Чикаго 12 июня 1928 года. Её создателем был Улисс Санабриа[4] (англ. Ulises Armand Sanabria), который впервые использовал для передачи изображения и звука один диапазон радиоволн, начав 19 мая 1929 года трансляцию звукового сопровождения радиостанцией WIBO, а видеосигнала — станцией WCFL. Первые серийные телевизионные приемники «Вижэнет» (англ. Visionette) с 45-строчной механической развёрткой начали выпускаться компанией Western Television в 1929 году по цене чуть меньше 100 долларов[5].

В СССР использовался немецкий стандарт механического телевидения с разложением на 30 строк и частотой кадров 12,5 к/сек[6][7]. Соотношение сторон кадра было принято близким к «классическому» — 4:3 с разрешением примерно 30×40 элементов. При помощи системы велись регулярные передачи кинофильмов и трансляции из студии первого московского телецентра на Никольской улице. Первая экспериментальная передача состоялась 1 мая 1931 года на волне 56,6 метров без звукового сопровождения[8]. Регулярное механическое вещание из телецентра началось 15 ноября 1934 года с передачи 25-минутного эстрадного концерта[8]. Изображение передавалось на волнах 1107 метров, а звук транслировался радиостанцией ВЦСПС на длине волны 726 метров с полуночи до часа ночи 12 раз в месяц[9]. С 1933 до 1936 года отечественной промышленностью было выпущено более 3000 телеприставок марки «Б-2»[10]. Механические телевизоры тех лет представляли собой приставку к обычному радиоприёмнику. Для приёма звукового сопровождения, при его наличии, требовался ещё один радиоприёмник[11]. С 1937 года звуковое сопровождение дублировалось по московской городской радиотрансляционной сети, как обычная радиопрограмма[12]. Одним из немногих достоинств механического телевидения (вытекающим из его главного недостатка — низкого разрешения) была относительно узкая полоса частот видеосигнала, что позволяло использовать для его передачи диапазон средних радиоволн. Это, в свою очередь, давало возможность принимать телепередачи на больших расстояниях (сотни и тысячи километров), как и обычное радиовещание[12][13]. В начале 1930-х годов среди советских радиолюбителей получило распространение конструирование самодельных телеприставок[14] для приёма телетрансляций, в том числе зарубежных[7]. В то же время, их иностранные коллеги имели возможность создания любительских телестанций[15]. После московского телецентра передачи механического телевидения начались из Одессы и Ленинграда[13]. Регулярные передачи механического телевидения из Москвы прекратились в апреле 1940 года после запуска нового телецентра на Шаболовке, основанного уже на электронных принципах[10].

Количество строк систем с диском было ограничено и составляло от 30 до 120. После 1935 года благодаря некоторым техническим достижениям появились механические системы, рассчитанные на 180 и более строк. Однако, качество изображения электронного телевидения для механического осталось недостижимым. Лучшей системой механического телевидения можно по праву назвать британскую «Скофони» (англ. Scophony)[16], которая воспроизводила 405 линий на экране размером до 2,8×3,7 метров (9×12 футов). Было собрано несколько аппаратов этой системы, в том числе для домашнего использования[17] с экраном 24×22 дюйма (56×61 см). В системе Scophony для создания изображения использовалось несколько барабанов[17], вращающихся с большой скоростью. Массовый выпуск телевизоров этого типа не состоялся из-за приближения мировой войны. Также известна американская система с 441 линией развёртки, использовавшая несколько барабанов, один из которых вращался со скоростью 39 690 об/мин, а другой — несколько сотен оборотов в минуту.

Механические системы телевидения существовали до начала Второй мировой войны, уступив своё место более технологичным и надежным электронным после её окончания.

Принцип действия[править | править вики-текст]

Устройство диска Нипкова
Зеркальный винт для механической развёртки

В основе механической части обычно лежит диск Нипкова, который имеет ряд отверстий, расположенных по спирали.

В передающей камере позади диска, расположенного в фокальной плоскости съёмочного объектива, установлен фотоэлемент для регистрации попадающего на него света. В приёмнике вместо фотоэлектрического элемента используется источник модулированного света, обычно неоновая лампа, обладающая малой инерционностью. Каждое отверстие в своём движении образует одну линию развёртки с переменной яркостью, соответствующей яркости передаваемых участков объекта съёмки. Для передачи сигнала яркости от камеры к приёмнику используется радио. Передающие камеры с диском обладали рядом существенных недостатков: в частности, они закреплялись неподвижно из-за риска нарушения развёртки при сотрясении. Панорамирование могло осуществляться только при помощи поворотного зеркала, установленного перед объективом, снимающим объекты отражёнными[18].

Помимо диска Нипкова существует ряд других технологий. Вместо диска может использоваться вращающийся барабан либо с отверстиями, либо с набором зеркал установленных на нём: например, так называемая конструкция с «зеркальным винтом»[19]. На вертикальной оси расположена стопка металлических полированных пластин, повернутых друг относительно друга на небольшой угол. Количество пластин соответствует количеству строк развёртки. При освещении щелевой неоновой лампой, её отражение на зеркальной поверхности перемещается за счёт вращения винта и в результате получается изображение, сопоставимое с размерами всей конструкции. В этом отношении зеркальный винт превосходит диск Нипкова, многократно более громоздкий, чем размер создаваемого кадра. Однако, винт применим только в приёмных устройствах.

Ещё один известный метод «бегущего луча» (англ. flying spot) был попыткой использования аналогичной технологии телекинопроекции, разработанной Манфредом фон Арденне в 1931 году. Объект съёмки находился в затемнённой студии и сканировался узким пучком света, проходящего через отверстия диска Нипкова, 16 раз в секунду. Отражённый от объекта свет попадал не на один фотоэлемент, а на целый блок таких элементов, позволяя суммировать сигнал для повышения светочувствительности системы. Метод «бегущего луча» использовался телекомпанией BBC до 1935 года и в Германии до 1938 года. К недостаткам этого метода стоит отнести условие съёмки — объект должен находиться в темноте, то есть метод не годится для внестудийного вещания. Несмотря на это, такие теледатчики широко использовались для вещания из студии в 30-х годах. При этом диктор усаживался в тёмной кабине и читал новости, а его изображение сканировалось бегущим лучом.

Некоторые из вышеописанных систем были в состоянии воспроизводить изображения размером до полуметра с качеством, сравнимым с электронно-лучевой трубкой, вытеснившей впоследствии механическое телевидение. Возможности электронного («катодного») телевидения в то время были ограничены маленькими экранами с весьма низкой яркостью малоконтрастного изображения.

Некоторые ранние механические системы сканировали строки не по горизонтали, как это происходит сейчас, а по вертикали. В качестве примера можно привести британскую 30-строчную систему Бэрда. Эта система создавала вертикальное прямоугольное изображение (книжная ориентация), вместо горизонтального (альбомная ориентация), распространённого в наши дни. Направление линий зависит от расположения маски кадра относительно диска Нипкова: при расположении слева или справа линии развёртки вертикальные, сверху или снизу — горизонтальные. Из-за низкого разрешения изображений в системе Бэрда, достаточной только для более-менее чёткого изображения одного человека, вертикальная (портретная) ориентация становилась предпочтительней, нежели горизонтальная. Однако, в конце концов победил горизонтальный кадр, совпадающий с кинематографическим, что и используется до сегодняшнего дня.

Развитие электронного телевидения (после появления иконоскопа для передающих камер и кинескопа для приёмников) означало завершение эры механического телевидения. Механическое телевидение годилось только для воспроизведения небольших изображений и было вне конкуренции до середины 1930-х. Но, перед началом Второй мировой войны развитие электронного телевидения ускорилось — появлялись электронные системы с 400 и даже 600 линиями и ещё более высокой чёткостью.

Запись передач[править | править вики-текст]

В дни коммерческой эксплуатации механического телевидения были разработаны системы для записи изображений (но не звука) с использованием модифицированного аппарата для записи граммофонных пластинок. Система, известная как «Фоновидение» не получила высокого распространения из-за высокой сложности, низкой надёжности и весьма внушительной цены. Но, тем не менее, благодаря этому аппарату до нас дошли записи широковещательных передач, которые могли бы быть утеряны.

В наши дни шотландский инженер Дональд Маклин (Donald F. McLean) создал оборудование для проигрывания этих пластинок и проводит лекции и демонстрации записей, сделанных в 19251933 годах[20].

В коллекции дисков Маклина есть серия тестовых записей, сделанных лично пионером телевидения Джоном Бэрдом. Один диск, датированный 28 марта 1928 года с пометкой «Мисс Паунсфорд» (англ. Miss Poundsford) представляет собой запись длиной в несколько минут изображения женского лица, ведущего оживлённую беседу с кем-то за кадром. В 1993 году личность женщины была установлена — это Мэйбл Паунсфорд, и её короткое появление на диске считается самой первой видеозаписью с участием человека[21].

Современное использование[править | править вики-текст]

Установка механического телевидения с четырьмя вращающимися светодиодными линейками может воспроизводить изображение телевидения стандартной чёткости

Системы механического телевидения применялись в фототелевизионных системах для передачи изображений с Луны и других планет автоматическими межпланетными станциями. 25 декабря 1966 года советская АМС «Луна-13» впервые передала панораму лунной поверхности при помощи механической развёртки. Кадр, состоящий из 1500 вертикальных строк, передавался в течение полутора часов. За счёт невысокой скорости передачи удалось использовать более надёжный диапазон радиоволн и получить изображение неподвижных объектов с высокой чёткостью[7].

C 1970-х годов некоторые радиолюбители экспериментировали с системами механического телевидения. Оборудование перепроектировалось с учётом новых технологий: старые неоновые лампы заменялись сверхъяркими светодиодами и т. п. В таких системах есть свои достоинства, важные для создания узкополосного телевидения, с шириной диапазона менее 40 килогерц (современные телевизионные системы используют радиоканал шириной порядка 6 мегагерц, в 150 раз шире). На практике, всё-таки чаще используется электронное, а не механическое оборудование (например, телевидение с медленной развёрткой).

В наше время, технологии механического телевидения нашли применение в DLP-проекторах. В них используется матрица маленьких (16 мм²) электростатически заряженных зеркал, которые выборочно отражают свет для создания изображения. Многие дешёвые DLP проекторы используют цветовое колесо для создания цветного изображения. Эта технология применялась также в электронном цветном телевидении до изобретения кинескопов с теневой маской.

Другая сфера применения опто-механических технологий — лазерные принтеры, где небольшое вращающееся зеркало используется для управления модулированным лазерным лучом по одной оси, в то время как движение барабана используется для управления по другим осям. Вариант данной схемы с применением мощных лазеров используется в лазерных проекторах с разрешением до 1024 линий (каждая линия насчитывает более 1500 точек). Такие системы отличаются высоким качеством изображения и используются, например, в планетариях.

См. также[править | править вики-текст]

Источники[править | править вики-текст]

  1. А.Л. Рашковский. Вятский изобретатель А.А. Полумордвинов (рус.). Герценка: Вятские записки. Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  2. Быховский М. А. Александр Аполлонович Полумордвинов (рус.). Изобретатели и ученые России в области телевидения. Персональный сайт Марка Быховского. Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  3. Chicago's Voice of Labor (англ.). The WCFL Chicago Radio Timeline Page. Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  4. Peter Yanczer. Ulises Armand Sanabria (англ.). Mechanical television. Музей раннего телевидения. Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  5. Western Television Visionette (англ.). Mechanical television. Музей раннего телевидения. Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  6. В. А. Урвалов Развитие телевидения и роль российских ученых (рус.) // «Физика» : газета. — 2003. — № 4. — ISSN 2077-6578.
  7. 1 2 3 В. Маковеев. От чёрно-белого телевидения к киберпространству (рус.). Музей телевидения и радио в Интернете. Проверено 31 августа 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  8. 1 2 Телевизионная журналистика (рус.). Сайт копирайтеров. Проверено 1 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  9. П. Шмаков Развитие телевидения в СССР (англ.) = The Development of Television in the USSR // Television Society Journal : журнал. — 1935. — № 2.
  10. 1 2 А. Юровский. От первых опытов — к регулярному телевещанию (рус.). Музей телевидения и радио в Интернете. Проверено 31 августа 2012. Архивировано из первоисточника 16 октября 2012.
  11. Первый серийный любительский механический телевизор Б-2 (рус.). Виртуальный музей отечественной радиотехники XX века. Проверено 14 февраля 2014.
  12. 1 2 Электросвязь, 2001, с. 22
  13. 1 2 История тележурналистики в России (рус.). Сайт копирайтеров. Проверено 1 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  14. Самодельный телевизор, 1937
  15. Phil Hunter Любители экспериментируют с телевидением (англ.) = Amateurs can experiment with Television // Radio News : газета. — 1936.
  16. Scophony (англ.). Mechanical television. Музей раннего телевидения. Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  17. 1 2 Peter F. Yanczer. The Scophony System (англ.). Scophony.com. Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  18. А. Юровский. Через пространство и время (рус.). Музей телевидения и радио в Интернете. Проверено 31 августа 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  19. Телевизор с зеркальным винтом, 1938, с. 75
  20. The World's Earliest Television Recordings (англ.) (19 May 2007). Проверено 3 сентября 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.
  21. Don McLean. The Recovered Images (англ.). Phonovision. Restoring Baird's TV Recordings (22 March 2006). Проверено 31 августа 2012. Архивировано из первоисточника 18 октября 2012.

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]