Глава 1. Первые проекты телевизионных систем (до первой мировой войны).

История телевидения

Предисловие

Подобно тому, как воплощенная в мифе об Икаре мысль о полете человека возникла за тысячи лет до появления аэроплана, мысль о видении на расстоянии возникла на заре человечества. Но прошли века и века, пока прогресс науки, техники и культуры создал возможности для воплощения этой идеи в реальность. Два достижения человеческого гения — «великий немой», как называли кино, и «великий невидимка» — радио — должны были соединиться, чтобы возникло телевидение. Путь к нему был долгим и сложным.

В истории зарубежного, равно как и отечественного телевидения, прослеживается несколько этапов. Первый — экспериментальный, на котором главными фигурами выступают изобретатели и инженеры. Второй — этап начала и становления регулярного вещания на стандартах, близких к сегодняшним, поиск оптимальных организационных форм и распространение телеприемников среди населения. Этот затянувшийся на многие годы период зарождения телевидения относится к нескольким промышленно развитым государствам. Для остальных стран его можно считать «нулевым»: вся подготовительная работа занимала у них несколько месяцев и сводилась к обкатке импортного оборудования и пробным передачам. Третий этап характеризуется превращением телевидения в главное средство массовой информации и господством в эфире той или иной страны нескольких крупных общенациональных программ. Ряд государств вступил в четвертый, современный этап – время «телеизобилия», внедрения спутникового и кабельного ТВ, дробления некогда единой телеаудитории и индивидуализации зрительского выбора.

Не надо так же забывать, что телевидение имеет много ипостасей: вещательное, военное, космическое, разведывательное, охранное, научно-исследовательское и др. Естественно, что мы будем рассматривать, в основном, вещательное телевидение, как наиболее популярное.

Глава 1. Первые проекты телевизионных систем (до первой мировой войны).

Слово телевидение (television) впервые прозвучало 24 августа 1900 г. в докладе Константина Дмитриевича Перского (ученика и соратника Бориса Львовича Розинга) на IV Международном электротехническом конгрессе в Париже, проводившемся в рамках Всемирной промышленной выставки. Доклад под названием «Телевидение как электрическое кино» был опубликован на французском языке, и некоторые историки считают, что это слово ввел в оборот «frenchman Perskyi». Однако К.Д.Перский (1854-1906) был русским. Он принадлежал к старинному дворянскому роду, основатель которого прибыл к московскому князю Дмитрию Донскому из Персии (отсюда и фамилия).

Термин, как и идея, появился задолго до самого телевидения. Еще в 1880-м, например, проскользнуло сообщение о том, что Александер Белл изобретает «фотофон», который пресса охарактеризовала как «визуальный телеграф». В 20-е годы ТВ предлагали называть «витафоном», «дальновидением», но в большинстве языков стало фигурировать именно слово «телевидение» или прямой его перевод («фернзеен» в немецком, «дурдаршан» в хинди и т. д.). Между 1890 и 1920 годами ряд отечественных и зарубежных ученых предлагали всевозможные способы показа изображения путем его развертки, т. е. последовательной и быстрой передачи большого числа элементов, точек. Развитие идей электрической передачи изображений с самого начала было интернациональным. К началу ХХ в. в одиннадцати странах было выдвинуто не менее двадцати пяти проектов (из них пять - в России) под названиями «телефотограф», «электрический телескоп», «телефот» и т.п. В основе их лежали три физических процесса: 1) деление передаваемой картинки на элементарные участки и последующее преобразование их в последовательность электрических сигналов; 2) передача этой последовательности на приемный пункт; 3) восстановление из принятого сигнала видимого изображения. Возможность осуществления этих процессов была подготовлена фундаментальными физическими открытиями, такими, как фотоэлектрический эффект (Г.Герц, А.Г.Столетов), электромагнитные волны (Дж.Максвелл, Г.Герц), «светоносные явления» - преобразование электричества в свет (В.В.Петров и др.).

Первый в мире проект «электрического телескопа» поступил в редакцию научного журнала 20 февраля 1878 г. от профессора физики Адриано де Пайва из г. Порту (Португалия). К этому же периоду относится проект Порфирия Ивановича Бахметьева (1860-1913). Реферат о «телефотографе», как он назвал свой прибор для передачи изображения, был прочитан в Цюрихе на собрании общества «Славия» в 1880 г., а спустя пять лет напечатан в русском техническом журнале «Электричество». Заслуга Бахметьева перед наукой состоит в том, что он хотя и не построил аппарат, но выдвинул первый из основополагающих принципов телевидения — разложение изображения на отдельные элементы для последовательной их передачи на расстояние. Зарождение телевидения относится к 70-м годам позапрошлого столетия. Оно неразрывно связано с развитием электротехники и ее практическими применениями, в частности для связи на большие расстояния. Возможность быстрой передачи сообщений на большие расстояния в виде электрических сигналов наводила на мысль об использовании аналогичных принципов для передачи изображение на расстояние. Первые проекты систем для электрической передачи изображений были предложены вскоре после изобретения телеграфа и относились еще не к телевидению в современном понимании этого слова, а к фототелеграфии, т. е. передаче единичных неподвижных изображений (чертежей, рисунков и т. п.). Они основывались на использовании химического действия тока и применении различных механических устройств в передающем и приемном аппаратах. Передача сигналов осуществлялась по проводам, принимаемые изображения фиксировать на бумаге. Начало развития фототелеграфии связано с проектами А. Бейна (1842 г.), Ф. Бэйкуелла (1847 г.) и Дж. Казелли (1862г.). Фототелеграфия не давала возможности наблюдать удаленные объекты в движении в момент передачи независимо от расстояния и оптических препятствий, т. е. не решала в полной мере задачу видения на расстоянии. Различие между фототелеграфией и телевидением примерно такое же, как между фотографией и кино. Первые успехи в передаче неподвижных изображений по линиям связи привлекли внимание ученых и изобретателей к проблеме телевидения. Но для перехода от фототелеграфии к телевидению, т. е. к непосредственной передаче движущихся изображений, требовались новые методы и технические средства, необходимо было преодолеть огромные технические трудности. Телевидение, или видение на расстоянии за пределами непосредственного зрительного восприятия объектов человеком, могло быть осуществлено на основе преобразования света в электрические сигналы. Принципиальная возможность осуществления телевидения появилась после того, как в 1873 г. английские ученые Дж. Мей и У. Смит открыли светочувствительность химического элемента селена, т. е. изменение его сопротивления под действием света. В результате изучения этого явления вскоре в различных странах были предложены многочисленные проекты «видения на расстоянии при помощи электричества», в которых использовались свойства селена для светоэлектрического преобразования. В большинстве случаев эти проекты основывались не на каких-либо теоретических исследованиях и практических опытах, а на догадках и зачастую на неверных исходных положениях и поэтому не могли быть практически осуществлены. В некоторых проектах и предложениях содержалось рациональное зерно, но необходимые для их реализации элементы и приборы были еще несовершенны или вообще отсутствовали. Отдельные изобретатели пошли по известному в истории техники пути простого копирования явлений природы и пытались построить телевизионную систему по аналогии с устройством зрительного аппарата человека. Такая система была предложена в 1875 г. американцем Дж. Керн. Светочувствительной сетчатке глаза в ней соответствовала панель с большим количеством миниатюрных селеновых фотосопротивлений, составлявшая основу передающего устройства. Центры коры головного мозга, где создаются зрительные восприятия, представлялись источниками света (например, лампочками накаливания), расположенными на второй панели в месте приема. Каждое фотосопротивление па панели передатчика было связано с соответствующим источником света на панели приемника парой электрических проводов, выполнявших роль зрительных нервов. Преобразование оптического изображения в электрические сигналы в системе Кери должно было осуществляться одновременно и непрерывно всеми фотосопротивлениями. Все изменения передаваемого изображения отражались бы в изменении яркости свечения источников света в приемном устройстве, что позволяло в принципе производить передачу движущихся изображений. Эта система, получившая название многоканальной, не могла быть осуществлена практически вследствие ее сложности даже при небольшом числе элементов изображения. Для практического решения проблемы телевидения нужно было найти такой способ передачи изображений, который позволял бы заменить большое количество линий связи между передающим и приемным устройствами одной линией, т. е. перейти от сложной многоканальной системы к более простой, одноканальной. Этот переход означал замену одновременной передачи всех элементов изображения поочередной. Такая замена оказалась возможной на основе применения развертки изображения и использования инерционности зрительного восприятия. Первые одноканальные системы передачи, основанные на этих принципах, были предложены в 1877-1878 гг. независимо французским инженером М. Санлеком, португальским физиком А. де Пайва и русским студентом, впоследствии известным физиком и биологом П. И. Бахметьевым. Переход от многоканальной системы передачи изображений к одноканальной был связан с введением в телевизионную систему механических элементов. В отличие от чисто электрической статической системы Кери, не содержавшей никаких механических движущихся частей, в системы Санлека, де Пайва и Бахметьева требовалось применение более или менее сложных механизмов для развертки или разложения изображения на элементы. В последующие годы было предложено еще много проектов телевизионных систем, основанных на использовании светочувствительности селена и применении различных механических устройств. Передающее устройство в большинстве этих систем представляло собой сочетание селенового светоэлектрического преобразователя и механизма для развертки изображения. Такое направление в построении телевизионных систем не случайно. Оно было обусловлено общей тенденцией промышленно-технического развития во второй половине прошлого века, характеризующегося изобретением остроумных механизмов и совершенствованием машин, и опиралось на хорошо развитые отрасли науки, техники и промышленности. Известно более ста проектов систем передачи изображений, появившихся в разных странах в период с 1880 по 1900 г. Однако лишь немногие из этих проектов имели практическое значение для развития телевидения. В 1888 — 1889 годах профессор Московского университета Александр Григорьевич Столетов, изучив так называемый «внешний фотоэффект» (способность некоторых металлов под воздействием света испускать электроны), создал фотоэлемент. Достижение Столетова открыло принципиальную возможность непосредственного преобразования световой энергии в электрическую.

В 1884 г. немецкий студент Пауль Нипков запатентовал Площадь изображения остроумный способ разложения передаваемого изображения на участки вращением перед ним диска с особым образом расположенными отверстиями, однако реализовать это изобретение удалось не скоро. Основным элементом в передатчике и приемнике его системы был развертывающий диск, получивший название диска Нипкова. Он представлял собой непрозрачный круг большого диаметра, у внешнего края которого расположены по спирали небольшие круглые отверстия на одинаковом угловом расстоянии одно от другого. Каждое последующее отверстие смещено на величину своего диаметра к центру диска. В передатчике диск находился между передаваемым объектом и селеновым фотосопротивлением. Изображение передаваемого объекта фокусировалось объективом на плоскость диска. При вращении диска сквозь его отверстия свет проходил на фотосопротивление поочередно Развертывающие отверстия от отдельных элементов изображения. Таким образом осуществлялось разложение светового потока изображения на элементарные световые потоки. Каждое отверстие давало одну строку изображения. За один оборот диска на фотосопротивление последовательно воздействовал свет от всех элементов изображения, что соответствовало передаче одного кадра. Число строк в кадре равнялось числу отверстий в диске. В приемке такой же диск располагался между глазом наблюдателя и источником света, модулируемым фототоком передатчика; этот диск вращался синхронно и синфазно с диском передатчика. При наблюдении источника света через отверстия вращающегося диска наблюдатель мог видеть передаваемое изображение в плоскости диска. Для модуляции источника света Нипков предполагал использовать открытое Фарадеем вращение плоскости поляризации света в магнитном поле, а также колебания мембраны телефона. Телевизионная система с дисками Нипкова содержит в себе основные элементы оптико-механических телевизионных систем. Проект Нипкова относится к немногим проектам начального периода истории телевидения, в которых имелись оригинальные идеи, приблизившие решение задачи видения на расстоянии, но он был неосуществим в то время из-за несовершенства отдельных элементов системы. Основная трудность состояла в невозможности получить достаточно сильный сигнал изображения вследствие невысокой чувствительности селенового фотосопротивления. Диск Нипкова почти полвека привлекал изобретателей и ученых. Сам Нипков только в 1928 г. на выставке в Берлине впервые увидел дисковый телевизор, воспроизводивший изображение с четкостью 30 строк. Заглянув в окошечко аппарата, он не без иронии произнес: «Наконец могу успокоиться, я увидел то, что изобрел 45 лет тому назад: что-то неясное мерцало и двигалось...»

В конце 1899 г. преподаватель Казанского технического училища Александр Аполлонович Полумордвинов (1874-1942) запатентовал систему с передачей сигналов трех основных цветов. Он предлагал использовать два диска, вращающихся на параллельных осях с разными скоростями. В дисках прорезались щели: в одном - по радиусам, а в другом - в форме «логарифмической или архимедовой спирали». Число щелей было кратно трем - по числу основных цветов. На пересечении щелей получалось сквозное ромбическое отверстие, которое и служило развертывающим элементом. Для получения сигнала цветоделенного изображения предлагалось закрывать щели в одном из дисков последовательно красным, зеленым и фиолетовым светофильтрами. Прошедший через ромбическое отверстие свет преобразовывался в электрический сигнал с помощью фотоэлемента. Между оптической проекцией передаваемого изображения и фотоэлементом в каждый момент времени находилось только одно отверстие, закрытое светофильтром только одного цвета. Когда это отверстие сдвигалось за рамку изображения, с противоположной стороны набегало следующее отверстие, закрытое светофильтром другого цвета и смещенное на ширину щели, и т.д. Таким образом, ромбическое отверстие как бы обегало все передаваемое изображение, элемент за элементом, строка за строкой. Светораспределитель представлял собой оптико-механическую систему с последовательной передачей цветов по строкам (когда светофильтрами закрывались кривые щели) или по кадрам (когда светофильтры были на радиальных щелях). Электрический сигнал от фотоэлемента предполагалось передавать на приемный пункт и использовать для управления яркостью источника света на аналогичном развертывающем устройстве. Этот принцип цветопередачи используется до сих пор. В следующем году Полумордвинов переехал в Петербург, чтобы продолжить образование, и поступил на 3-й курс Электротехнического института. В автобиографии он сообщил, что получил от военного министерства 2000 рублей на осуществление своего изобретения. Однако создать действующую установку ему не удалось.

Системы цветного ТВимеют историю, уходящую корнями в 1670-е годы, когда Исаак Ньютон изобрел призму, разлагавшую свет на составляющие цвета, и провидчески доказал, что белый свет образован смешением различных цветов. Работы над монохромным и цветным телевидением шли параллельно, можно назвать имена ученых, вклад которых в разработку цветного ТВ особенно весом. Это, прежде всего О. Адамян, Дж. Берд и П. Голдмарк. Наш соотечественник Ованес Абгарович Адамян (1879-1932) родился в Баку, получил образование за рубежом, имел свою лабораторию в Берлине, где экспериментировал с передачей неподвижного изображения на расстояние, и в 1907 году получил патент на изобретение аппарата двухцветного ТВ. Адамян использовал метод последовательной передачи цветовых кадров с помощью механической системы. Цветное (красно-белое) изображение передавалось по проводам на 600 километров. Вернувшись перед первой мировой войной в Петербург, ученый продолжил эксперименты с фототелеграфом и ТВ.

Нельзя не отметить молодость изобретателей. Полумордвинову исполнилось 25 лет, он только что получил диплом инженера-технолога, Бахметьев и Нипков не вышли из студенческого возраста. А Мечислав Вольфке из польского города Ченстохова еще учился в гимназии, когда в 1898 г. послал заявку на изобретение «телектроскопа» в Петербург (Польша в то время входила в состав России), а затем и в Берлин. 15-летний гимназист впервые предложил сигнал изображения передавать не по проводам, как его предшественники, а по радио. В приемном устройстве Вольфке предлагал использовать газосветную лампу, т.е. электронный прибор. Значит, изобретатель внимательно изучал техническую литературу, опирался на научные достижения своих современников. Впоследствии М.Вольфке прославился работами по голографии.

К началу ХХ в. сложились предпосылки для электронного телевидения. В 1907 г. преподаватель Петербургского технологического института Борис Львович Розинг патентует в России, Англии и Германии «Способ электрической передачи изображений», отличающийся применением электронно-лучевой трубки для воспроизведения изображения в приемном устройстве. Он впервые ввел регулировку интенсивности электронного луча (модуляцию) и развертку по двум координатам для образования прямоугольного растра. Так был создан прототип кинескопа, до сих пор применяемого в телевизорах и мониторах. Хотя передающее устройство у Розинга оставалось механическим, он положил начало новому - электронному - направлению развития телевизионной (ТВ) техники. Через год английский инженер А.А. Кемпбелл-Суинтон выдвинул идею, а в 1911 г. предложил схему устройства с приемной и передающей трубками. Однако попытка осуществить эту схему ему не удалась. Успешнее шла работа у Розинга, который при финансовой помощи Леденцовского общества (основанного на средства мецената Х.С.Леденцова) завершил постройку макета и 22 мая 1911 г. продемонстрировал передачу и прием изображения в виде решетки из четырех светлых полос на темном фоне. При закрывании одного из просветов решетки на передающей стороне соответствующая ему полоса немедленно исчезала с экрана: в приемнике отражалось действие, происходившее в тот же момент на передающей стороне. Это была первая в мире телевизионная передача. В последующие дни Розинг проводил публичные демонстрации, передавая изображения простых геометрических фигур, ладони и т.п. Несомненный успех Розинга был отмечен присуждением ему в 1912 г. премии и золотой медали им. К.Ф.Сименса - почетного члена Русского технического общества. Но, несмотря на все это, работой Розинга не заинтересовались ни правительственные учреждения, ни военное ведомство, очевидно потому, что она не могла сразу дать конкретно ощутимые результаты. Поэтому ученому пришлось проводить свои эксперименты, не получая никакой поддержки. После первых успешных опытов передачи изображений Борис Львович продолжает кропотливую работу по усовершенствованию своей системы. Полученные результаты не удовлетворяли его. Он ясно отдавал себе отчет в том, что они только подтверждали правильность принципов построения системы, но не могли считаться приемлемыми с практической точки зрения. «Однако эти результаты оказались настолько грубыми, - писал он, - что я решил вновь подвергнуть переработке на этот раз все части прибора: оптическую систему, фотоэлектрическую цепь, синхронные приспособления и брауновскую трубку». Большое внимание было обращено на совершенствование оптической системы передающего устройства. Нужно было добиться того, чтобы на зеркальную грань падал световой луч минимального сечения, а переход его с одной строки на другую совершался практически мгновенно. Оказалось, что эту задачу можно решить, направляя свет от передаваемого предмета на зеркало через оптическую трубу Кеплера с большой светосилой. Важным шагом в усовершенствовании приемного устройства, имевшим большое значение для дальнейшего развития электронного телевидения, был переход от газонаполненной трубки с холодным катодом к вакуумной трубке с накаливаемым катодом и магнитной фокусировкой электронного пучка. Б.Л. Розинга по справедливости следует считать отцом электронного телевидения. Но у телевидения нет единственного изобретателя: многие и многие ученые и инженеры должны были объединить свои усилия, должны были наследовать друг другу, должны были обмениваться идеями и открытиями, для того чтобы телевидение спустя десятилетия после опытов Розинга стало тем, что оно есть.