Šajā emuāra ierakstā mēs sniegsim intuitīvu mehānisko televizoru vēstures un darbības principu skaidrojumu.

Ievads: TV rašanās un mūsdienu reakcijas

Džordža Orvela 1949. gadā publicētais romāns “1984” attēloja drūmu nākotni, kurā cilvēkus pastāvīgi uzraudzīs ekrāni visur. Lai gan daži var atcerēties romāna draudīgo vīziju, redzot mūsdienu sabiedrību, ko ieskauj dažādi ekrāni, ir interesanti atzīmēt, ka šādas bažas pastāvēja jau televīzijas pirmsākumos.
Viens no visbiežāk stāstītajiem stāstiem par televīzijas pirmsākumiem ir no Džona Logija Bērda dēla. Kad Apvienotajā Karalistē sākās pirmās televīzijas pārraides BBC kanālā, cilvēkiem bija divas galvenās bažas. Viena bija praktiskas bažas, ka mirgojošā gaisma no ekrāna varētu sabojāt acis, bet otra bija bailes, ka kāds varētu viņus vērot no aizmugures. Tādējādi var teikt, ka modrība pret "Lielo Brāli" sākās līdz ar televīzijas parādīšanos.
Kā liecina cilvēku toreizējās nedaudz pārspīlētās reakcijas, televīzijas izgudrošana bija revolūcija. Bieži uzskatīta par vienu no 20. gadsimta noteicošajiem izgudrojumiem, televīzija attīstījās no biezajiem, apjomīgajiem katodstaru lampu (CRT) televizoriem, kas bija pieejami tikai pirms dažām desmitgadēm, izmantojot LCD, PDP un LED tehnoloģijas, līdz plāniem, augstas izšķirtspējas lieliem ekrāniem un nesen pat spēj attēlot 3D attēlus.

Mehāniskās televīzijas un Nipco diska dzimšana

Tomēr, tāpat kā ar visām tehnoloģijām, arī pirmais televizors nebija perfekts. Lai gan daudzi cilvēki atceras pirmo televizoru kā elektronisku kineskopu, pats pirmais televizors patiesībā darbojās mehāniski, nevis elektroniski. Vārds "television" ir saliktenis no vārdiem "tele" (kas nozīmē "tālu") un "vision" (kas nozīmē "redzēt"), kas apzīmē komunikācijas un displeja tehnoloģiju saplūšanu. Stingri sakot, agrīnos mehāniskos televizorus dažreiz sauc par "elektromehāniskajiem televizoriem", jo tajos komunikācijai tika izmantotas elektroniskas sistēmas, bet displejam - mehāniskas sistēmas.
Nipkova disks, ko 1884. gadā izgudroja vācu izgudrotājs Pauls Nipkovs, tiek uzskatīts par televīzijas tehnoloģijas priekšteci. Šī ierīce darbojas, urbjot caurumus spirālveida rakstā metāla diskā un to rotējot. Princips ir tāds, ka, kad gaisma, kas ieplūst caur diska caurumiem, tiek modulēta atbilstoši elektriskajam signālam, gaisma, kas iet caur caurumiem, tiek projicēta uz ekrāna pretējā pusē.
Tas varētu radīt jautājumu: "Kā gaisma, kas iet caur caurumiem, rada kustīgu attēlu?", un tieši tas ir galvenais jautājums. Nipkova diska princips ir līdzīgs agrīnā kino principam. Filmas projicē ātru statisku attēlu secību, ko mūsu acis uztver kā kustību. Mehāniskie televizori izmantoja līdzīgu nepārtrauktības principu, taču atšķīrās ar to, ka tiem bija "jāpārraida attēla informācija lielos attālumos, izmantojot tikai elektriskos signālus".
Tolaik sakaru tehnoloģijām nebija pietiekama joslas platuma, lai pārraidītu visu viena kadra attēlu kā elektrisko signālu. Tā kā nebija iespējams pārraidīt datus ar gigabaitu sekundē ātrumu, izmantojot digitālo komunikāciju, kā tas ir mūsdienās, visu kadru pārraidīšana nebija praktisks risinājums. Nipco disks atrisināja šo problēmu.
Nipco diskam ir vairākas koncentriskas celiņi, katrs celiņš sadalīts noteiktos leņķos un perforēts ar caurumiem. Šo struktūru ir viegli saprast, salīdzinot ar masu spēli. Katrs celiņš atbilst vienai līnijai uz ekrāna, un, katra celiņa caurumiem rotējot, gaisma tiek projicēta uz ekrāna pa līnijai, secīgi pārvietojoties no ekrāna augšas uz leju. Pielāgojot gaismas spilgtumu atbilstoši elektriskajiem signāliem, tiek atveidots katras līnijas kontrasts.
Stingri sakot, jebkurā brīdī ekrānā ir redzams tikai viens punkts, bet cilvēka acij ir tendence uztvert punktu virkni kā vienu līniju. Šis ir tāds pats princips, kas tad, kad tradicionālā korejiešu uguņošanas laikā ar oglēm piepildīts trauks tiek ātri griezts, liekot tam mūsu acīm izskatīties kā aplim. Ja disks tiek griezts pietiekami ātri, katra līnija tiek parādīta secīgi, galu galā parādoties kā viens attēls.

Izšķirtspēja, informācijas apjoms un darbības piemēri

Mehāniskā televizora izšķirtspēju nosaka celiņu (vai līniju) skaits. Džona Logija Bērda demonstrētajam mehāniskajam televizoram bija aptuveni 30 celiņi, kas efektīvi sadalīja ekrānu 30 plānās līnijās, kā rezultātā izšķirtspēja bija tik tikko saskatāma, ka cilvēka seju varēja saskatīt.
Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tā ievērojami samazina nepieciešamās informācijas apjomu. Tā kā, zinot tikai viena caur caurumu izietoša punkta spilgtumu, pietiek, lai attēlotu vienu ekrāna līniju, pārraide bija iespējama, izmantojot tikai spilgtuma signālu (sprieguma viļņu formu), kas mainās laika gaitā. Vienkāršs sprieguma signāls pārraida tieši tik daudz informācijas, cik nepieciešams, lai to pārraidītu pa vienu vadu bez atsevišķas saspiešanas, tādējādi nodrošinot prefiksa "tele" norādīto pārraides iespēju lielos attālumos.
To ir vieglāk saprast ar piemēru. Pieņemot, ka diskā ir 30 celiņi un tas rotē 600 reizes minūtē, disks veic vienu apgriezienu 0.1 sekundē. Šis 0.1 sekundes intervāls ir vienmērīgi sadalīts starp 30 celiņiem, tāpēc katrs celiņš aptuveni 0.0033 sekundes rāda vienu rindu. Piemēram, no 0 sekundēm līdz 0.0033 sekundēm apgaismojums kļūst spilgtāks un blāvāks atkarībā no sprieguma, lai attēlotu cilvēka uzaci, un no 0.0033 sekundēm līdz 0.0066 sekundēm tas pāriet uz nākamo rindu, lai attēlotu aci.
Protams, visa seja nekad nevienā atsevišķā brīdī neparādās ekrānā. Tomēr 0.1 sekundē visas skaņas celiņi secīgi aizpilda ekrānu, un, tā kā šis process atkārtojas 10 reizes 1 sekundē, cilvēka acs to uztver kā vienu nepārtrauktu attēlu un atpazīst kā kustīgu video.

Ierobežojumi un vēsturiskā nozīme

Lai gan tas bija pirmais televizors ar tik intuitīvu darbības principu, mehāniskā televīzija nespēja pārvarēt tā liktenīgos trūkumus: slikto izšķirtspēju un pastāvīgo mirgošanu. Salīdzinot ar mūsdienu tehnoloģijām, kas sadala ekrānu miljonos pikseļu, lai radītu dabiska izskata attēlus, tolaik tikai dažu desmitu līniju izšķirtspēja bija ievērojami ierobežota. Turklāt ierīces rakstura dēļ gaismai bija nepārtraukti jāmirgo, padarot ekrānu nedabisku.
Galu galā mehāniskais televizors, kas debitēja 1926. gadā, ilgi nepastāvēja un ap 1930. gadu to aizstāja ar elektronisko kineskopu sistēmu. Mūsdienās mehāniskos televizorus var atrast tikai muzejos vai vēsturiskos ierakstos, taču to izgudrojums nepārprotami iezīmēja jauna medija dzimšanu un būtiski ietekmēja mūsdienu sabiedrību kopumā. Pēc Bērda darba turpinājās neskaitāmu izgudrotāju, zinātnieku un uzņēmēju centieni, kā rezultātā televīzijas tehnoloģijas pakāpeniski kļuva sarežģītākas un sasniedza mūsdienās redzamo izsmalcinātības līmeni.