Новое в телевидении

Инж. Н. ДОЗОРОВ. Из заграничных впечатлений

Во все эпохи техника имела свои передовые позиции, форпосты, выдвинутые в будущее. Это —  те ее отрасли, которые еще не вошли прочно в быт и в производство. Лихорадка первых открытий и первых настоящих успехов охватывает людей. Изобретение уже проверено, уже стало реальностью. Но будущее его настолько огромно, что реальность эта кажется фантастичнее утопии.

Телевидение — один из таких форпостов техники нашего времени.

Заглянем в лаборатории и на установки ведущих мировых фирм в области телевидения. Это «Радиокорпорация» в США и компания «Маркони» в Англии. Их установки технически весьма похожи друг на друга. Телецентр «Радиокорпорации» передан в опытную эксплуатацию американской национальной радиовещательной компании. Помещается он в двух крупнейших зданиях Нью-Йорка. В одном из них — телестудии, в другом, высочайшем здании мира «Эмпайр Стэйт Билдинг», — радиопередатчики. Это небоскреб высотой в 380 м. Отсюда радиопередача ультракоротких волн охватывает большой район радиусом свыше 100 км. Радиус передач лондонской станции тоже достаточно велик — 50—60 км.

Телевизионные системы различаются по качеству передаваемых изображений. Известно, что изображение передается на расстояние не все сразу, а последовательно, элемент за элементом. Изображение как бы разделяется на много строк, которые развертываются последовательно, но из-за большой быстроты передачи воспринимаются человеческим глазом слитно. Точно так же слитно воспринимаются движения, потому что «кадры» в телепередаче, как в кинематографе, сменяются настолько быстро, что человеческий глаз не способен расчленить движение на отдельные его элементы. Самые первые телевизионные системы были рассчитаны на четкость изображений в 30—60 строк при 12—25 кадрах (сменах изображений) в секунду. Такие системы и теперь применяются в некоторых городах, и единственное их преимущество — большая дальность передач, так как сигналы передаются на волнах обычного радиовещательного диапазона. Однако, с точки зрения качества изображений, такие системы весьма несовершенны. С усовершенствованием техники число строк возрастало до 120, 240, 340 и больше. Вместе с тем повышалось и качество передаваемых изображений.

Изображение с четкостью шестидесяти строк. Такое изображение можно передавать на длинных волнах как угодно далеко.

Изображение, разложенное на сто восемьдесят строк.

Четкость этого изображения уже четыреста строк. Оно значительно лучше предыдущих, не менее ясно, чем изображение на экране кино, но передавать его можно лишь в ограниченных пределах какого-либо города или района.

Аппаратура, установленная в Лондоне, рассчитана на четкость четырехсот пяти строк, а в Нью-Йорке — на четыреста сорок одну строку при тридцати кадрах в секунду.

Такие четкости дают весьма совершенную передачу: на небольшом экране телеприемника 18 × 20 см можно отчетливо видеть даже массовые сцены, не говоря уже о студийных передачах с небольшим числом актеров.

Главный прибор телепередачи — знаменитый «иконоскоп» доктора Зворыкина (США). Этот иконоскоп, или «электрический глаз», превращает видимое изображение в электрические токи. Радиопередатчик усиливает их и передает в эфир. Эти токи несут в себе изображение так же, как токи микрофона несут звук. В электротехнике приборы, преобразующие световые лучи в электрический ток, называются «фотоэлементами». Иконоскоп, по существу, тот же фотоэлемент, но более сложного типа. Его светочувствительную пластинку образует микроскопически мелкая мозаика из крупинок серебра, нанесенных на лист слюды. С другой стороны слюды помещена сплошная металлическая пластинка. Мозаика образует множество микроскопических конденсаторов, у которых нижняя обкладка (металлическая пластинка) общая. Проводничок от пластинки выходит наружу стеклянной колбы, в которую помещена вся система. Верхние же микроскопические обкладки, не соединенные ни с чем, очень светочувствительны, так как обработаны парами цезия. Пары цезия в виде тонкой пленки (толщина ее не больше одной молекулы цезия) оседают на крупинках серебра.

Что получится, если через обычный объектив спроектировать на мозаику светлое изображение? Световые лучи вызовут на поверхности мозаики электрические заряды, и все освещенные маленькие конденсаторы зарядятся. Заряды будут больше в тех участках, которые были сильнее освещены. Они в точности повторят картину, спроектированную на мозаику, образуя, так сказать, «электрическое изображение».

Теперь, чтобы получить электрический ток, надо конденсаторы разрядить, и притом не все сразу, а последовательно — строчка за строчкой, по всей площади мозаики. Для этого нужен какой-то контакт, который скользил бы по мозаике в направлении строк и разряжал все конденсаторы. Конечно, невозможно сделать такой механический контакт, который в течение секунды тридцать раз пробегал бы по всем четырем сотням строк мозаики и при этом не портил ее поверхности. Таким контактом может служить только катодный луч — тонкий пучок электронов, излучаемый электронным прожектором (нить накала). Электронный луч обегает мозаику и разряжает все конденсаторы, или, как говорят, «развертывает изображение». В проводе, соединяющем пластинку мозаики с электронным прожектором, появляется ток. Называется он «током изображения», потому что несет в себе ту картину, которая была спроектирована на мозаику. Здесь большие амплитуды тока будут соответствовать более ярким местам передаваемого изображения. Усиленный ламповыми усилителями ток передается на радиопередатчик так же, как токи микрофона на обычных радиовещательных станциях.

Для того чтобы электронный луч иконоскопа не размывался, а концентрировался в тонкий пучок, внутри колбы имеются особые так называемые «фокусирующие» электроды, на которые подается постоянное напряжение определенной величины. Чтобы заставить луч двигаться точно в направлении строк, применяются особые отклоняющие катушки. По катушкам протекают токи треугольной формы, или, как говорят американцы, «пилозубчатые токи». Волны таких токов имеют не синусоидальную форму, а треугольную, вернее — угловую, форму зубьев пилы. Катушки строк, по которым протекает ток с частотой 13230 герц (периодов в секунду), отклоняют луч в направлении строк, а катушки кадров, расположенные под углом 90° к катушкам строк, отклоняют луч в перпендикулярном направлении.

Схема иконоскопа.

Катушки строк заставляют луч двигаться по горизонтальной линии, линии строки. Представим себе, что луч пробежал по одной строке изображения. Для того чтобы он не пошел в обратном направлении по той же линии, нужно слегка сдвинуть его. Эту функцию и выполняют катушки кадров. Они сдвигают луч в вертикальном направлении примерно на 0,3 мм. Токи катушек строк снова гонят луч в горизонтальном направлении. Так обегает луч триста сорок три, четыреста пять или четыреста сорок одну строку кадра, в зависимости от системы передачи. В этот момент катушка кадров возвращает луч в первоначальное положение. Луч опять пробегает все строки кадра. Это повторяется двадцать пять или тридцать раз в секунду. Затем, так же по строчкам, луч начинает развертывать следующий кадр и т. д.

Время пробега луча по одной строке весьма мало: при 441 строке и 30 кадрах в секунду это время будет равно \(\frac1{441\times30}\), т. е. 0,000075 секунды. Однако каждая строчка может иметь еще до трехсот изменений в освещенности, или, как говорят, «элементов изображения». Время пробега луча по одному такому элементу будет совсем ничтожно малым — примерно одна четверть миллионной доли секунды.

При таком большом числе строк, естественно, толщина электронного луча должна быть небольшой: ее легко определить, зная величину площади мозаики. При числе строк 441 и ширине мозаики, равной, скажем, 80 мм, толщина, или диаметр, электронного луча должна быть меньше чем \(\frac{80}{441}=0,18\) мм.

Иконоскоп вместе с первым усилителем помещен в камеру на штативе, похожую на камеру большого фотоаппарата. Токи изображения отводятся отсюда по специальному кабелю. По этому же кабелю к иконоскопу подводятся постоянные электрические напряжения и отклоняющие токи. Камеру можно переносить с места на место на расстояние около 300 м в зависимости от длины кабеля. Для наводки иконоскопа служат фотообъектив и приспособления для поворота камеры в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Телепередача игры в гольф. Слева — оператор у переносной камеры иконоскопа.

Несколько таких камер стоят в специальных студиях, где снимаются передаваемые сцены. Эти студии оборудованы мощными прожекторами, так как иконоскоп требует сильного освещения. Кроме того, над сценой установлены микрофоны, чтобы звуковая программа передавалась одновременно с телевизионной.

Телестудия «Маркони». Над передвижной камерой — осветительные приборы. Микрофон помещен на рычаге над головой скрипача, игру которого передают на расстояние.

Телекинопередатчик «Маркони». Слева —  кинопроекционная часть, справа — камера иконоскопа.

Кроме студийных сцен, передаются звуковые кинофильмы. Для этой цели камера иконоскопа совмещается с кинопроекционным аппаратом, и на мозаику иконоскопа проектируется кинофильм.

Для передачи уличных сцен, процессий, состязаний и т. д. камеры иконоскопов выносят на улицу, на расстояние до 300 и от станции. Чтобы передавать более отдаленные сцены, создают специальные передвижные телестанции на двух-трех автомашинах. Электрические сигналы передвижной станции передаются на телецентр и уже оттуда транслируются главными радиопередатчиками.

Такая установка на двух автомашинах с тремя камерами была использована в Лондоне для передачи процессии коронации 12 мая 1937 г. Качество передачи заслужило самые восторженные отзывы.

Если от камеры пойти вдоль кабеля, то мы придем в помещение аппаратной телецентра. Здесь в нескольких шкафах заключено множество электрических устройств для преобразования различных электрических сигналов и их распределения. Из машинного отделения сюда подается обычное напряжение переменного тока, выравненное потенциал-регуляторами. Ток — после трансформации и выпрямления — питает нити и аноды ламп, которых здесь несколько сотен.

Аппаратный зал лондонского телецентра.

В студии Нью-Йорка одновременно работают три камеры иконоскопов, а в студии Лондона — шесть. Токи изображений, исходящие из камер, надо усиливать и распределять так, чтобы разные передачи для разнообразия программы чередовались между собой. Ряд специальных ламповых генераторов дает токи синхронизации, которые смешиваются с сигналами изображений, перед тем как поступить на радиопередатчик. Отклоняющие токи, имеющие треугольную форму волны, также генерируются здесь при помощи генераторов развертки и посылаются по кабелям ко всем камерам и контрольным приемникам. Наконец, на отдельных панелях вмонтированы катодные трубки, на экранах которых можно наблюдать передаваемое изображение и, таким образом, контролировать передачи. Все шкафы обильно снабжены регулирующими кнопками управления и измерительными приборами. Каждый из многочисленных электрических сигналов можно проверить на всем пути его и быстро найти неисправность.

Перейдем теперь в помещение радиопередатчиков. Мы уже знаем, что должны быть два передатчика: один — для передачи сигналов изображений и второй — для передачи сигналов звукового сопровождения.

Антенны передатчика подняты в виде треугольной призматической башни над самой верхушкой небоскреба «Эмпайр Стэйт Билдинг». В самом помещении станции нас уже ничто не удивляет. Мощные радиолампы с водяным охлаждением, ртутные выпрямители, модуляторы — все это мы можем увидеть на любой большой радиостанции Союза. Нас удивляет только одно — это выбор длины волны для телепередач.

Высочайшее здание мира «Эмпайр Стэйт Билдинг» в Нью-Йорке, над которым высятся антенны радиопередатчиков.

В Нью-Йорке для передачи звука и изображения приняты волны длиной 5,77 и 6,03 м, а в Лондоне — 7, 23 и 6,67 м. Такие ультракороткие волны распространяются только на близких расстояниях, в пределах видимости. Нельзя ли передавать сигналы телевидения на обычных волнах 500—1000 и или хотя бы на волнах 20—40 м? Ведь тогда можно будет принимать телепередачи на расстоянии сотен и тысяч километров от передатчика. Оказывается, этого сделать нельзя. Это можно понять, если задуматься над тем, что представляет собой длина радиоволны и какие сигналы она должна передавать.

Как известно из физики, радиоволны распространяются со скоростью света — 300 тыс. км в секунду. Если бы передатчик посылал по одной волне в секунду, то длина волны была бы равна 300 тыс. км; если он будет посылать в каждую секунду 300 тыс. волн, или, как говорят, его несущая частота будет равна 300 тыс. герц, то длина волны будет равна 1 км. Несущую частоту мы всегда можем определить путем деления скорости света на длину волны. Для волны 6 м несущая частота будет равна: 300 млн. м : 6 = 50 млн. герц, или 50 мегагерц.

Теперь посмотрим, какие частоты имеют передаваемые телевизионные сигналы. Мы знаем, что изображения сменяются при передаче каждую тридцатую долю секунды: этому соответствует частота 30 герц. Частота строк 30 × 441 составит 13230 герц. Наконец, на протяжении каждой строчки может случиться до трехсот изменений в освещенности изображения, или, иначе говоря, каждая строка будет содержать триста двойных элементов. Частота, соответствующая этим элементам, будет равна 13230 × 300, т. е. 4 млн. герц. Практически, в нашем сигнале будет очень много разных частот в промежутке между 30 герц и 4 млн. герц.

Эту, как говорят, полосу частот нужно передать без больших искажений. Естественно, что такие телевизионные сигналы можно передавать только на волнах, частота которых значительно превышает 4 млн. герц. Таковы волны короче 75 м. Значит, весь диапазон длинных волн для телепередач не существует.

Попробуем осуществить нашу передачу на более короткой волне, скажем, 20 м. Если мы посчитаем полосу частот, или волн, которую такая передача займет в эфире, то убедимся, что весь диапазон волн от 15 до 30 м будет занят одной нашей телепередачей. Она одна заглушит работу более чем тысячи радиопередатчиков в разных концах земного шара. Конечно, этого допустить нельзя, и приходится отказаться от применения коротких волн для телевидения. Остается только диапазон ультракоротких волн, примерно от 3 до 8 м, в котором и размещаются передачи высококачественного телевидения.

Передачу на этих волнах можно видеть только в одном городе или районе радиусом от 30 до 100 км.

Чтобы зрители одного города смотрели передачи других городов на расстояниях, больших чем 100 км, за границей предполагают соединять эти города специальными кабельными линиями. Так, в Англии уже проложен кабель между Лондоном, Ливерпулем и Манчестером. В США такой кабель проложен между Нью-Йорком, Чикаго и Филадельфией. Кроме кабеля можно строить промежуточные так называемые «ретрансляционные» станции. Располагаются они на расстоянии 50—60 км друг от друга. Такие станции должны работать на еще более коротких волнах, чем телевещательные. Здания «Радио-Сити» и «Эмпайр» в Нью-Йорке связаны между собой и кабелем и радиолинией, работающей на волне 1,7 м. Ретрансляционная линия между Нью-Йорком и Филадельфией, используемая теперь для передачи бильда — неподвижных изображений, — работает на волне 2,85 и.

Теперь мы уже можем представить себе схему телепередачи будущего. Все крупные города будут иметь мощные телецентры с радиусом действия 70—120 км. Все они будут соединены между собой специальными кабелями или радиолиниями на УКВ. Обычно станции передают местную программу, линии же между городами используются для многочисленных одновременных телефонных переговоров. В случае необходимости телепередача может транслироваться из одного города в другой и даже передаваться по всей стране из одного пункта.

*

До сих пор мы вели речь только о передаче телевидения. Не менее интересна и техника приема телеизображений. На следующей странице показан телеприемник, применяемый в Нью-Йорке; такой телеприемник увидят жители Москвы. Здесь же — другой, более портативный приемник. Аналогичный и еще более удешевленный тип приемников будет пущен в массовое производство на заводах Союза.

*

Основная часть телеприемника — катодная трубка, или «кинескоп». Электронный поток, излучаемый накаливаемой нитью (электронным прожектором), падает на экран, заставляя его светиться в одной точке. Кинескоп, подобно иконоскопу, снабжен отклоняющими катушками.

Когда через катушки пропускается ток треугольной формы, светлая точка на экране начинает чертить линии, точно совпадающие со строчками на мозаике иконоскопа.

Примерно такие строки прочерчивает электронный луч ни экране кинескопа.

Предотвращению сбоев сигналов при передаче и приеме помогают сигналы синхронизации, посылаемые от передатчика в конце каждой строки и кадра.

Сигналы изображения и звука передаются в эфир двумя передатчиками. Принимаются же они на одну антенну и уже в приемнике разделяются: первые направляются к кинескопу, вторые — к громкоговорителю. Промежуточные частоты для каналов изображения и звука равны соответственно 11,0 и 8,76 мегагерц.

Усиленные электрические сигналы изображения подводятся к модулирующей сетке кинескопа и модулируют световую точку на экране: затемняют ее или делают более яркой. В результате на экране появляется изображение, воспроизводящее то, которое появилось на мозаике иконоскопа.

Катодная трубка в шкафу приемника расположена в вертикальном положении. Для просмотра изображений в откидывающуюся крышку шкафа вделано металлическое зеркало. При работе эта крышка устанавливается под углом 45°.

*

Приемник имеет восемнадцать ручек управления: семь из них размещены на передней панели шкафа, семь — наверху, под крышкой, и остальные четыре — внутри шкафа. Ручки регулируются при помощи отвертки. Эти органы управления позволяют производить настройку по диапазону радиочастот от 40 до 84 мегагерц. Кроме того, они меняют яркость, контрастность и фокусировку изображения, перемещают изображение в любом направлении по экрану трубки, меняют его размеры, регулируют силу и качество звука и производят ряд более специальных регулировок.

Телевизионный приемник «Радиокорпорации», рассчитанный на четкость в триста сорок три строки.

Верхняя часть телеприемника.

Телевизионный приемник «Радиокорпорации» США.

Все эти данные относятся к американскому телеприемнику. Точные данные английского приемника фирмы «Маркони» нам еще неизвестны. Можно только сказать, что по своему электрическому устройству он очень близко подходит к описанному типу.

*

Каждый приемник должен иметь свою антенну в форме диполя или же в форме простого одиночного провода. Чтобы удешевить установки, возможно применять целые телеузлы, на подобие современных радиоузлов. Такой телерадиоузел будет иметь один приемник с антенной, поднятой на достаточную высоту, и мощным усилителем на выходе. Отсюда сигналы изображения и звука пойдут к многочисленным кинескопам и громкоговорителям, расставленным в разных помещениях дома или нескольких домов. Такие узлы, вероятно, будут очень распространены в будущей системе телевещания.