Создание цветного телевидения

Что касается первой проблемы, то она была связана с тем, что существовавшая механическая развертка предполагала поочередную передачу телевизионных сигналов от «отдельных элементов изображения», в результате чего световой поток от отдельных точек этого изображения поочередно проецировался на фотоэлемент[743]. Иначе говоря, в каждый данный момент на фотоэлемент поступал свет только от одной его точки, поэтому основная масса отражаемой от предметов световой энергии в этом процессе не участвовала[744].

Несмотря на то, что Б. Л. Розинг сумел вывести изображение на экран, ему не удалось передать его в движении. Характеризуя позднее те проблемы, с которыми ему пришлось столкнуться, он особо отмечал две: недостаточную чувствительность фотоэлемента и отсутствие необходимой синхронности действия передающего и приемного устройств[742].

Чтобы представить себе, что это значит, воспользуемся примером, который в свое время приводил Дионис Михали. Если взять изображение размером 5´5 см, т. е. 50´50 мм, это даст примерно 2500 точек. А если исходить из того, что развертка осуществляется со скоростью не менее 10 точек в секунду, мы получим, как минимум, 25 тыс. световых импульсов. Это значит, что при поочередном проецировании отдельных точек изображения в каждый данный момент на фотоэлемент воздействовала 1/25-тысячная доля отражаемой от объекта световой энергии[745].

Возникавшая в селене (при подобном воздействии на него света) ЭДС была настолько мала, что происходившие в фотоэлементе под влиянием световых колебаний изменения силы тока не могли изменять яркость свечения дуговой лампы так, чтобы можно было передать оттенки изображения в динамике[746].

В таких условиях не давал желаемого эффекта и тот прием, который давно использовался в фотографии. Речь идет о специальном освещении фотографируемого объекта.

Следующая проблема заключалась в том, что скорость световых импульсов зависела от скорости движения развертывающего устройства, например, скорости вращения диска П. Нипкова, а скорость изменения ЭДС селена – от скорости протекающих в нем физико-химических процессов.

К середине 20-х годов было опубликовано более 200 исследований, посвященных изучению селена[747]. Их итоги подвел Chr. Reis, издавший в 1918 г. капитальную обощающую работу «Селен»[748]. В результате было установлено, что хотя селен и способен изменять под влиянием света проводимость электрического тока более чем в 20 раз[749], скорость этих изменений не поспевала за скоростью развертки. В связи с этим началось изучение фотоэлектрических свойств других веществ.

Казалось бы, если возникающие в селене под влиянием света изменения ЭДС слишком малы, чтобы заметно отразиться на изменении яркости электрической лампочки, необходимо усилить изменение яркости свечения лампочки другим путем. Такую возможность открыло изобре-тение радиолампы[750].

Другой проблемой, которая стояла на пути создания телевидения и которую долгое время не удавалось решить, была проблема достижения синхронности и синхфазности работы передающего и приемного устройств[751].

Создавая свой проект, П. Нипков предложил использовать для синхронизации процесса передачи и приема изображения тот метод, который к середине 80-х годов XIX в. существовал в телеграфии («der Methode von P. la Cour und Delany»)[752]. Так в проектах телевизионного аппарата появилось «колесо Лакура»[753].

Все это вместе взятое открыло возможность для практической реализации идеи электромеханического телевидения.

В вопросе о том, кто сумел передать на расстояние движущееся изображение первым, нет единства. Одни авторы называют шотландца Джона Бэйрда (Baird) (1888–1946)[754], другие американца Чарльз Дженкинса (Charles Jenkins) (1867–1934)[755], третьи пишут, что они сделали это «почти одновременно» в 1925 г.[756]

В 1925 г. в Германии сумел передать движущееся изображение Дионис Михали[757]. В самом общем виде его телевизионный проект был создан к 1918 г. В 1922 г. автор подготовил его популярное изложение и в 1923 г. опубликовал[758]. Но реализовать свой замысел практически ему удалось только через два года.

В СССР первая передача движущегося изображения на расстояние была продемонстрирована студентом Ленинградского электротехнического института Л.С. Терменом (1896–1993) в 1926 г.[759].

Характеризуя качество первых телевизионных передач, один из историков связи С.В. Новаковский пишет: «В телевизоре передаваемое изображение имело размер спичечной коробки, на красном фоне (неоновая лампа) передвигались черные фигуры»[760].

Поэтому если первоначально публика встретила появление телевидения с восторгом, то «когда перестал действовать фактор новизны, раздались возгласы разочарования маленьким, тусклым и нечетким изображением, а слово «телевидение» стали произносить без первой буквы «елевидение»[761].

Одна из причин невысокого качества передаваемого изображения заключалась в том, что первоначально оно развертывалось только на 30 строк. Для сравнения – сейчас развертка составляет более 600 строк. Между тем если бы на диске Нипкова размещалось 600 отверстий с диаметром в 0,1 мм, он должен был бы иметь в диаметре 28 м и при вращении с необходимой скоростью разлетелся под действием центробежных сил.

Существует мнение, что первая удачная передача движущегося изображения на расстояние была произведена в апреле 1927 года, когда компания Bell Telephone осуществила трансляцию выступления президента США Герберта Гувера из Вашингтона в Нью-Йорк[762]. В 1928 г. Д. Бэйрд осуществил первую трансатлантическую телевизионную передачу из Лондона в Нью-Йорк[763].

Предпринимавшиеся в дальнейшем попытки увеличить экран и повысить качество изображения вели к тому, что телевизор становился более дорогим и громоздким. Так, если в телевизионном аппарате Л. Бэйрда 20-х годов было 2100 ламп, то выпущенный в 30-е годы немецкий телевизор А. Каролуса насчитывал 10 тыс. ламп, а аппарат телевизор германской фирмы «Фернзее» – 123 тыс.[764].

Одно это свидетельствует, что развитие электромеханического телевидения имело тупиковый характер.

6.3. От электромеханического телевидения к электронному

Автором первого, правда, неосуществленного, проекта полностью электронной телевизионной системы был английский инженер Алан Арчибальд Кэмпбелл-Суинтон (Swinton). В 1908–1912 гг. он предложил использовать электронно-лучевую трубку и в качестве приемника, и в качестве передатчика[765].

В 1923 г. подобную систему телевидения запатентовал бывший ученик Б. Розинга В. К. Зворыкин, оказавшийся после революции в США. Однако на основании анализа ее технических данных П. К. Горохов показал, что предложенный В. К. Зворыкиным проект не мог быть практически реализован, точно так же, как невозможно было реализовать и его проект, запатентованный в 1925 г.[766]

По всей видимости, подобным же образом обстояло дело и с другими проектами электронного телевидения, появившимися в 20-е гг.[767].

Эти проекты остались на бумаге, так как они не решали одну из важнейших проблем – создание эффективной передающей трубки.

Поиски путей устранения недостатков селенового фотоэлемента привели к мысли о необходимости перейти «от принципа мгновенного действия», который использовался во всех телевизионных проектах до этого, «к принципу накопления энергии» на фотоэлементе и тем самым повышению его чувствительности [768].

Существует мнение, что впервые идею накопления энергии в 1928 г. выдвинул Ч. Дженкинс, который для повышения светочувствительности телевизионной аппаратуры решил, во-первых, раздробить фотоэлемент на множество мелких фотоэлементиков, а во-вторых, присоединить каждый из них к коммутатору через конденсатор[769].

Смысл этого вполне понятен. Если при поочередном проецировании света от отдельных точек изображения на фотоэлемент в этом участвовала совершенно ничтожная часть световой энергии, то увеличение количества фотоэлементов означало увеличение объема световой энергии, вовлекаемой в процесс передачи изображения на расстояние.

Что же касается конденсаторов, то их предназначение заключалось в том, чтобы усилить возникающие в фотоэлементе электрические сигналы. Предполагалось, что под воздействием света на фотоэлемент конденсатор будет заряжаться, а затем, когда возникающие в фотоэлементе электрические колебания начнут переходить на коммутатор, то конденсатор, разряжаясь, будет увеличивать силу электрического сигнала.

Это действительно способствовало повышению эффективности электромеханического телевидения, но Ч. Дженкинс не был оригинален. Имеются сведения, что английский инженер Г. Рауд выдвинул идею подобного накопления энергии, на 2 года раньше Ч. Дженкинса[770], а советский инженер М. А. Бонч-Бруевич уже в 1921 г. сконструировал «радиотелескоп», который имел 200 фотоэлементов и к каждому из них был подключен конденсатор[771].

Идея мозаичного фотоэлемента и принцип накопления зарядов не только открыли возможность существенного повышения чувствительности передающего устройства[772], но и натолкнул сторонников электронного телевидения на мысль, реализация которой привела к созданию «иконоскопа».

Иконоскоп – это «передающая электронно-лучевая трубка, в которой фотокатод разбит на большое число мельчайших фотоэлементиков (мозаичный фотокатод). Электрические заряды за счет фотоэлектрической эмиссии накапливаются на фотоэлементике непрерывно, а снимаются только при касании его электронным лучом»[773].

В связи с этим произошло принципиальное изменение развертки изображения. Если раньше его разными способами пытались разбить на множество световых сигналов, каждый из которых поочередно воздей-ствовал на фотоэлемент и в таком порядке передавался на приемное устройство, теперь весь поток света направлялся на мозаичный фотокатод и уже отдельные его конденсаторы сами заряжались в зависимости от яркости или же интенсивности падающих на него лучей света.

В результате изображение передаваемого объекта, распадаясь на отдельные точки, преобразовывалось в совокупность электрических зарядов разной силы, накапливающихся на отдельных конденсаторах. Поэтому когда электронный луч строка за строкой скользил по мозаичному фотокатоду, то, заставляя конденсаторы поочередно разряжаться, он снимал с них и направлял в сеть разнородные электрические сигналы. На приемном устройстве эти сигналы соответствующим образом воздей-ствовали на электронную лампу и заставляли ее с разной интенсивностью бомбардировать электронами покрытый люминофором экран, вызывая соответствующее свечение отдельных его точек.

Одна из первых попыток создания передающей электронной трубки с накоплением энергии была сделана венгерским инженером К. Тиханьи, за ним последовал канадский инженер Ф. Анрото. В 1930 г. появился проект советского инженера А. П. Константинова[774]. В сентябре 1931 г. ее усовершенствовал другой советский ученый С. И. Китаев, в ноябре того же года – В. К. Зворыкин[775].

В 1932–1933 гг. В. К. Зворыкин изготовил первый иконоскоп и 26 июня 1933 г. доложил о нем на съезде американских радиоинженеров[776].

И хотя в том же году советские ученые П. В. Шмаков и П. В. Тимофеев запатентовали более совершенный иконоскоп, а в 1934 г. его изготовили Б. В. Круссер и Н. М. Романов[777], поворотную роль в переходе от электромеханического телевидения к электронному сыграло изобретение В. К. Зворыкина, а той страной, которая первой начала переходить к электронному телевидению, стали США.

В США и Великобритании регулярное вещание с использованием электронного телевидения началась в 1936 г.[778], в СССР[779] и во Франции[780] – в 1938 г., в Канаде – в 1952 г.[781], в Японии – в 1953 г.[782]

Накануне Первой мировой войны телевизор был редкостью. К 1995 г. в мире на полтора миллиарда семей приходилось уже около миллиарда телевизоров[783]. Следовательно, к этому времени телевизор стал таким же обычным явлением, как радио и телефон.

Первоначально телевидение было черно-белым. Затем удалось добиться передачи на расстояние цветного изображения[784].

Идея передачи цветного изображения возникла еще в XIX в.

Но как это сделать, если в природе существуют десятки цветовых оттенков? В свое время И. Ньютону удалось разложить световой луч на семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Все другие цвета, которые нам известны, это результат сочетания названных цветов.

Позднее М. В. Ломоносов (1711–1765) высказал догадку, что свет делится на три цвета: красный, желтый и голубой, а все остальные являются результатом их комбинаций[785]. К такому же выводу пришел английский ученый Томас Юнг (1773–1829)[786], по мнению которого, в основе солнечного спектра лежат три цвета: красный, синий и зеленый[787].

Если М. В. Ломоносова и Т. Юнга интересовала физическая сторона этого вопроса, то немецкий ученый Герман Гельмгольц (1821–1894) подошел к нему с точки зрения физиологии и в 1859–866 гг. создал учение о цветовом зрении[788].

Г. Гельмгольц установил, что ощущение цвета возникает не просто в результате раздражения сетчатки глаза, а в результате раздражения находящихся внутри него рефлекторов, которые подразделяются на три вида. Таким образом, под физические наблюдения М. В. Ломоносова и Т. Юнга он подвел физиологическую основу[789].

Еще И. Ньютон констатировал, что свет разного цвета имеет разную скорость и разные углы преломления. Назвав зависимость показателя преломления света от его цвета дисперсией, он установил, что «показатель преломления зависит от скорости света в веществе»[790].

После того как был доказан волновой характер света, дисперсией стали называть «зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волн)»[791].

Следовательно, касаясь человеческого глаза, лучи света разного цвета воздействуют на него с разной частотой колебаний и, тем самым по-разному раздражая сетчатку глаза, вызывают разные цветовые ощу-щения[792].

В связи с этим родилась идея сохранить при преобразовании отдель-ных световых колебаний в электрические сигналы их индивидуальные особенности с тем, чтобы при обратном преобразовании электрических сигналов в световые колебания можно было бы восстановить их первоначальную частоту, а следовательно, способность вызывать у человека те же цветовые ощущения, которые возникают у него, когда он смотрит на сам предмет.

П. В. Шмаков так характеризовал эту технологию: «Сейчас уже найдены технические пути передачи телевизионных изображений в натуральных цветах. Физическая основа этого дела та же, что и в цветной печати или цветном кино. Разница лишь в том, что в последних случаях мы имеем дело со смешением красок или эмульсий, а телевидении – со смешением цветных лучей, т. е. непосредственно колебательных процессов»[793].

И далее: «В телевидении, – писал П. В. Шмаков, – под смешением цветов подразумевается смешение колебательных процессов, т. е. световых лучей с разной длиной волн, воздействующих на сетчатку нашего глаза»[794].

Цветное телевидение «основано на возможности разложения всех природных цветов на три основных цвета. В современной системе цветного телевидения изображение проецируется на экраны трех передающих телевизионных трубок через три светофильтра (красный, синий и зеленый). Электрические сигналы от этих трех трубок преобразуются в яркостный сигнал и два сигнала цветности. Суммарный сигнал модулирует передатчик телевизионного центра. В приемнике цветного телевидения сигналы трех основных цветов управляют интенсивностью трех электрон-ных лучей трехлучевой приемной телевизионной трубки, экран которой покрыт мельчайшими зернами люминофора красного, зеленого и синего свечения. Электронные лучи попадают каждый на зерна люминофора только своего цвета. В проекционной системе приема применяются три трубки с одноцветным (красным, зеленым, синим) свечением экрана; изображения с их экранов проецируются на один экран. Такая так называемая совместимая система цветного телевидения дает возможность принимать цветную передачу в виде черно-белой на обычный телевизор и, наоборот, на цветной телевизор принимать черно-белую программу»[795].

Существует мнение, что первая «реальная, пригодная для практичес-кого осуществления система цветного телевидения» была предложена А. А. Полумордвиновым. Она «базировалась на теории трехкомпонентного цветового зрения Ломоносова–Юнга–Гельмгольца и была представлена мировому сообществу на IV Международном электротехническом кон-грессе (Париж, 1900) в докладе К. Д. Перского»[796].

А. Ф. Орлова утверждает, правда без указания источника, что оставав-шийся до начала Первой мировой войны нереализованным патент А. А. Полумордвинова в 1915 г. приобрел Джон Бэйрд, который исполь-зовал его для создания цветного телевидения[797].

Но мы не имеем полного представления о проекте А. А. Полумордви-нова. Между тем в феврале 1925 г. подобный же проект 3-цветной телевизионной системы был предложен советским инженером О. А. Ада-мяном[798]

В связи с этим более правдоподобным является мнение, что, разра-батывая свою систему цветного телевидения, Д. Бэйрд опирался не столько на проект А. А. Полумордвинова, сколько на проект О. А. Адамяна[799]. Впервые Д. Бэйрд продемонстрировал передачу на расстояние цветного изображения в Глазго 3 июля 1928 г.[800]

До тех пор пока существовало электромеханическое телевидение, качество цветного изображения оставляло желать лучшего. Новые возможности в этом отношении открыло электронное телевидение.

Правда, в 1939 г. началась Вторая мировая война, которая, с одной стороны, затормозила работу в этом направлении, с другой стороны, привела к тому, что центр исследований по цветному телевидению переместился в США. Уже в 1940 г. фирма CBS осуществила передачу цветного изображения на расстояние, подготовленную П. Голдмарком[801].

Цветное телевещание началось в США в 1951 г. Вскоре CBS вынуждена была прекратить его. Причина этого заключалась в несовместимости цветного телевещания с черно-белым[802]. И только после того, как эта проблема была решена, с декабря 1953 г. в США началось регулярное цветное телевещание[803]. Затем оно появилось в других странах и вскоре заменило черно-белое.

Более полувека основу телевизора составляла электронно-лучевая трубка (кинеском). В 90-е годы был создан телевизор на жидких кристаллах[804], который быстро оттеснил своего предшественника на второй план[805]. Между тем появились конкуренты и у него. Ими стали плазменный[806] и лазерный телевизоры[807].

Тем временем на телевидение тоже распространилась цифровая революция. Начался переход от аналогового телевещания к цифровому.