Tässä blogikirjoituksessa tarjoamme intuitiivisen selityksen mekaanisten televisioiden historiasta ja toimintaperiaatteista.
Johdanto: Television synty ja aikalaisten reaktiot
George Orwellin vuonna 1949 julkaistu romaani ”1984” kuvasi synkkää tulevaisuutta, jossa ihmisiä valvottiin jatkuvasti ruutujen avulla. Vaikka jotkut saattavat muistaa romaanin pahaenteisen näyn nähdessään modernin yhteiskunnan erilaisten näyttöjen ympäröimänä, on mielenkiintoista huomata, että tällaisia huolenaiheita oli jo television alkuaikoina.
Yksi yleisimmistä television alkuaikoja koskevista anekdooteista on John Logie Bairdin pojan kertoma. Kun ensimmäiset televisiolähetykset alkoivat BBC:n kautta Isossa-Britanniassa, ihmisillä oli kaksi pääasiallista huolta. Toinen oli käytännön huoli siitä, että ruudun välkkyvä valo saattaisi vahingoittaa heidän silmiään, ja toinen oli pelko siitä, että joku saattaisi katsoa heitä ruudun takaa. Voidaan siis sanoa, että valppaus "Isoveljeä" vastaan alkoi television tulon myötä.
Kuten ihmisten tuolloin hieman liioitelluista reaktioista käy ilmi, television keksiminen oli vallankumous. Usein 20-luvun merkittävimpinä keksintöinä pidetty televisio kehittyi vain muutaman vuosikymmenen takaisista paksuista ja kömpelöistä kuvaputkitelevisioista (CRT) LCD-, PDP- ja LED-tekniikoiden kautta ohuiksi, teräväpiirtoisiksi suuriksi näytöiksi ja on viime aikoina pystynyt jopa näyttämään 3D-kuvia.
Mekaanisen television ja Nipco-levyn syntymä
Kuten kaiken teknologian kohdalla, ensimmäinen televisio ei kuitenkaan ollut täydellinen. Vaikka monet ihmiset muistavat ensimmäisen television elektronisena kuvaputkitelevisiona, aivan ensimmäinen televisio toimi itse asiassa mekaanisesti, ei elektronisesti. Sana "televisio" on yhdyssana sanoista "tele" ("kaukana") ja "vision" ("nähdä"), ja se edustaa viestintä- ja näyttötekniikoiden fuusiota. Tarkkaan ottaen varhaisia mekaanisia televisioita kutsutaan joskus "sähkömekaanisiksi televisioiksi", koska niissä käytettiin elektronisia järjestelmiä viestintään ja mekaanisia järjestelmiä näyttöön.
Saksalaisen keksijän Paul Nipkowin vuonna 1884 keksimää Nipkow-levyä pidetään televisiotekniikan edeltäjänä. Laite toimii poraamalla reikiä spiraalimaiseen kuvioon metallilevyyn ja pyörittämällä sitä. Periaatteena on, että kun levyn reikien läpi tulevaa valoa moduloidaan sähköisen signaalin mukaisesti, reikien läpi kulkeva valo heijastuu vastakkaisella puolella olevalle näytölle.
Tämä saattaa herättää kysymyksen: "Kuinka reikien läpi kulkeva valo luo liikkuvan kuvan?", ja tämä on juuri keskeinen pointti. Nipkow-kiekon periaate on samanlainen kuin varhaisessa elokuvassa. Elokuvat heijastavat nopean sarjan still-kuvia, jotka silmämme havaitsevat liikkeenä. Mekaaniset televisiot käyttivät samanlaista jatkuvuuden periaatetta, mutta erosivat siinä, että niiden piti "lähettää kuvainformaatiota pitkiä matkoja käyttämällä vain sähköisiä signaaleja".
Tuolloin viestintätekniikalla ei ollut riittävästi kaistanleveyttä yhden kuvan koko lähettämiseen sähköisenä signaalina. Koska dataa ei voitu lähettää digitaalisen viestinnän kautta gigatavun sekuntinopeudella kuten nykyään, kokonaisten kuvien lähettäminen ei ollut käytännöllinen ratkaisu. Nipco-levy ratkaisi tämän ongelman.
Nipco-levyllä on useita samankeskisiä raitoja, jotka on jaettu tiettyihin kulmiin ja rei'itetty. Tämä rakenne on helppo ymmärtää verrattuna massapeliin. Jokainen raita vastaa yhtä viivaa näytöllä, ja kun kunkin raidan reiät pyörivät, valo heijastuu näytölle rivi riviltä liikkuen peräkkäin näytön ylhäältä alas. Säätämällä valon kirkkautta sähköisten signaalien mukaan, kunkin viivan kontrasti saadaan aikaan.
Tarkkaan ottaen näytöllä näkyy vain yksi piste kerrallaan, mutta ihmissilmällä on taipumus havaita sarja pisteitä yhtenä viivana. Tämä on sama periaate kuin perinteisen korealaisen ilotulitusnäytöksen aikana, jossa hiilillä täytettyä astiaa pyöritetään nopeasti, jolloin se näyttää silmällemme ympyrältä. Jos kiekkoa pyöritetään riittävän nopeasti, jokainen viiva näkyy peräkkäin, jolloin se lopulta näkyy yhtenä kuvana.
Resoluutio, tiedon määrä ja toiminnan esimerkit
Mekaanisen television resoluutio määräytyy raitojen (tai viivojen) lukumäärän mukaan. John Logie Bairdin esittelemässä mekaanisessa televisiossa oli noin 30 raitaa, jotka jakoivat näytön käytännössä 30 ohueen viivaan, jolloin resoluutio oli juuri ja juuri riittävä ihmiskasvojen tuskin erottamiseen.
Tämän menetelmän etuna on, että se vähentää tarvittavan tiedon määrää merkittävästi. Koska pelkkä reiän läpi kulkevan yksittäisen pisteen kirkkaus riittää esittämään yhden näytön viivan, tiedonsiirto oli mahdollista käyttämällä vain ajan kuluessa muuttuvaa kirkkaussignaalia (jänniteaaltomuotoa). Yksinkertainen jännitesignaali kuljettaa juuri sen verran tietoa, että se voidaan lähettää yhden johtimen kautta ilman erillistä pakkausta, mikä mahdollistaa etuliitteen "tele" edellyttämän pitkän matkan tiedonsiirtokyvyn.
Esimerkki helpottaa asian ymmärtämistä. Olettaen, että levyllä on 30 raitaa ja se pyörii 600 kertaa minuutissa, levy tekee yhden kierroksen 0.1 sekunnissa. Tämä 0.1 sekunnin aikaväli jakautuu tasaisesti 30 raidan kesken, joten jokainen raita näyttää yhden rivin noin 0.0033 sekunnin ajan. Esimerkiksi 0 sekunnista 0.0033 sekuntiin valaistus kirkastuu ja himmenee jännitteen mukaan havainnollistaen henkilön kulmakarvaa, ja 0.0033 sekunnista 0.0066 sekuntiin se siirtyy seuraavalle riville havainnollistamaan silmää.
Koko kasvokuva ei tietenkään näy ruudulla kerrallaan. Kuitenkin 0.1 sekunnissa kaikki raidat täyttävät näytön peräkkäin, ja koska tämä prosessi toistuu 10 kertaa sekunnissa, ihmissilmä havaitsee sen yhtenä jatkuvana kuvana ja tunnistaa sen liikkuvaksi videoksi.
Rajoitukset ja historiallinen merkitys
Vaikka se oli ensimmäinen televisio, jolla oli näin intuitiivinen toimintaperiaate, mekaaninen televisio ei pystynyt voittamaan sen kohtalokkaita puutteita: heikkoa resoluutiota ja jatkuvaa välkkymistä. Verrattuna nykyteknologiaan, joka jakaa näytön miljooniin pikseleihin luonnollisen näköisen kuvan tuottamiseksi, vain muutaman kymmenen rivin resoluutio oli tuolloin erittäin rajallinen. Lisäksi laitteen luonteen vuoksi valon piti vilkkua jatkuvasti, mikä sai näytön näyttämään luonnottomalta.
Vuonna 1926 esitelty mekaaninen televisio ei lopulta kestänyt kauan, ja se korvattiin elektronisella kuvaputkitelevisiojärjestelmällä noin vuonna 1930. Nykyään mekaanisia televisioita löytyy vain museoista tai historiallisista arkistoista, mutta niiden keksiminen enteili selvästi uuden median syntyä ja sillä oli syvällinen vaikutus koko moderniin yhteiskuntaan. Bairdin jälkeen lukemattomien keksijöiden, tutkijoiden ja yrittäjien ponnistelut jatkuivat, mikä johti televisioteknologian vähitellen monimutkaistumiseen ja nykyisen hienostuneisuuden saavuttamiseen.
