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Nella gelida notte di Natale del 1883, rintanato della sua cameretta in un albergo di Berlino, uno studente provava e riprovava a far girare davanti al proprio volto un disco di cartone con dei fori... Sembra una favola, ed invece è la storia della televisione. Tutt'altra cosa rispetto all'evoluzione tecnologica propria dei nostri tempi. La storia della TV appartiene ancora a quel mondo di pionieri che dilapidano i propri soldi in invenzioni assurde, di personaggi geniali che rinunciano a realizzare i loro sogni perchè non hanno i ventimila franchi o i marchi che servono a realizzare un prototipo. E' fatta di liti sui brevetti, di idee avute in contemporanea, copiate e perfezionate. Il teatro è essenzialmente l' Europa del secolo scorso per i principi più remoti e l' Europa dei primi decenni del nostro secolo per i primi risultati concreti. Non manca qualche puntata nei laboratori degli USA, ma non sono così importanti come ciò che viene ottenuto in Germania, o In Francia, o in Inghilterra.
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L’idea di poter trasmettere a
distanza una immagine deve certamente aver affascinato tutti gli studiosi
dell’inizio del secolo scorso. Per poter realizzare un sistema del
genere, ai due estremi dell’apparato devono essere posti due dispositivi
con funzioni specifiche: uno deve essere sensibile alla luce e “catturare”
l’immagine, l’altro deve potersi “illuminare” per riproporre
l’immagine. I progenitori di
quelli che sarebbero diventati la Telecamera e la Televisione videro la
luce durante i primi esperimenti intorno ai dispositivi a vuoto, qualche
anno prima dell’invenzione della valvola di Fleming. Nel 1897 Karl
Ferdinand Braun presentò un “oscilloscopio a raggi catodici”, precursore
del moderno tubo catodico. Si trattava di un dispositivo a catodo freddo,
quindi il raggio catodico veniva formato grazie a una elevatissima
tensione anodica, che portava gli elettroni a impattare con una superficie
ricoperta di fosforo, che si attivava mostrando un punto luminoso. Una
rudimentale bobina di deflessione veniva attraversata dalla corrente
fornita dal dispositivo da analizzare, causando lo spostamento del raggio
lungo una linea verticale. La scoperta del fenomeno termoelettronico
portò Johnson e Weinhart nel 1922 a realizzare un tubo catodico a catodo
caldo, simile alle comuni valvole. Questo divenne a grandi linee il tubo
catodico della nascente televisione. Nel 1900, J. Elster e H. Geitel
sperimentarono un primo rudimentale “fotocatodo”, mentre Philipp
Lenard,
due anni dopo, definì in modo particolareggiato le emissioni
fotoelettriche. L’apparato di Lenard era costituito da due placchette
metalliche poste in una mpolla di vetro sotto vuoto e collegate con un
generatore di tensione, quando un raggio di luce colpiva la placchetta a
potenziale negativo, si poteva osservare un passaggio di corrente nel
collegamento esterno. Era quindi stato appurato che la luce poteva
attivare l’emissione di elettroni e la differenza di potenziale tra le
placchette innescava un flusso di corrente nel vuoto. Da questi studi
nacque la fotocellula nel 1910, mentre per arrivare al tubo elettronico
della telecamera bisognerà aspettare fino ai primi anni 20. Nel
1923 uno scienziato russo emigrato negli USA, Vladimir K. Zworykin,
depositò un brevetto per tubo di ripresa televisiva, chiamato Iconoscope,
mentre nel 1927 l’americano Philo T. Farnsworth, dimostrava un sistema
televisivo completamente elettronico. Quando, nei primi anni 30, la RCA
presentò un suo sistema televisivo basato sul lavoro di Zworykin, i due
inventori finirono per scontrarsi a livello legale per ottenere la
paternità dell’invenzione. In Italia la televisione in bianco e nero appare solo nel 1954. Nel 1953 nasce negli Stati Uniti il primo sistema televisivo a colori veramente moderno, funzionante secondo lo Standard NTSC (National Television System Committee = comitato per il sistema televisivo nazionale) che si diffuse anche in Giappone, Canada, e parte dell’America Latina. La televisione a colori appare in Europa dopo il 1967 sotto forma di due nuovi Standard: SECAM e PAL che tentavano su strade diverse di correggere i difetti che intanto si erano evidenziati nell’NTSC. Lo Standard SECAM (SEquentiel Couleur A Mémoire = sistema a colori sequenziale a memoria), inventato in Francia si diffuse nei paesi dell’EST europeo e in Russia. Lo Standard PAL (Phase Alternation Line = righe ad alternanza di fase) inventato in Germania dall’Ing. Walter Brunch della Telefunken fu accolto in Italia e nel resto dell’Europa. I tre sistemi televisivi sono incompatibili tra loro, perciò un televisore costruito negli Stati Uniti e previsto per il sistema NTSC, non può funzionare in Europa dove si trasmette in PAL o in SECAM e viceversa. Esistono però dei televisori oggi in cui è possibile scegliere il tipo di standard in quanto contengono, al loro interno, i tre tipi di decodificatori. |
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TRASMISSIONE DELLE IMMAGINI |
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Una telecamera riprende la scena trasformando l’immagine in un segnale elettrico televisivo che va a modulare una portante a radiofrequenza trasmessa poi via etere da un’antenna. Un’altra antenna opportunamente sintonizzata sulla frequenza della stazione trasmittente riceve il segnale a radiofrequenza che il televisore demodula ritrasformandolo in un’immagine uguale a quella di partenza. |
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TELECAMERA A
COLORI |
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La telecamera riprende una scena a colori trasformando quindi l’informazione racchiusa nell’immagine stessa in tre segnali elettrici secondo lo schema seguente. |
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La luce proveniente dalla scena da riprendere entra nell’obiettivo della telecamera che la raccoglie e la separa nei tre colori fondamentali per mezzo di tre lenti speciali, dette dicroiche, in grado di riflettere soltanto il colore rosso la prima, e il colore blu la seconda e di mandarle entro un tubo da ripresa in grado di trasformarle in un opportuno segnale elettrico. La luce verde, non deviata, entra direttamente nella telecamera del verde. I tre tubi da ripresa generano quindi tre distinti segnali elettrici che racchiudono l’informazione presente nell’immagine originaria, ma dopo averla scomposta nei tre colori fondamentali: rosso, blu e verde. |
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Risulta, infatti, che dalla somma di questi tre colori, opportunamente mescolati in varie proporzioni, si possono ottenere tutti i colori possibili ed in tutte le più svariate sfumature ottenendo pertanto qualunque immagine della realtà. |
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Sono prodotti dunque tre segnali elettrici corrispondenti ai tre colori primari rosso, blu e verde, segnali però che non sono trasmessi via etere indipendentemente. Per motivi di compatibilità con i televisori in bianco e nero, infatti, si trasmettono invece un segnale di Luminanza, che rappresenta l’intensità di luce complessiva della scena, somma dei tre colori primari, e poi il segnale del rosso e il segnale del blu. In questo modo un televisore in bianco e nero, pur ricevendo i tre suddetti segnali, utilizza solo il segnale di Luminanza e ignora i due segnali del colore, mentre un televisore a colori utilizza i segnali del rosso e del blu trasmessi e ricava il verde, terzo colore, sottraendo al segnale di Luminanza, l’informazione del rosso e del blu. |
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TUBI
DA RIPRESA |
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La telecamera a colori quindi contiene tre tubi da ripresa che generano tre segnali elettrici proporzionali alla intensità di luce scomposta nei tre colori e contenuta punto per punto nell’immagine. Esistono in commercio numerosi tipi di tubi da ripresa, quali VIDICON, ORTICON, PLUMBICON ecc. i quali rispondono in linea di principio allo schema di figura: |
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La superficie fotosensibile colpita dalla luce manifesta una maggiore o minore resistenza elettrica a seconda che sia stata poco o molto illuminata rispettivamente. Il tubo a vuoto, d’altra parte, per mezzo di un pennello elettronico emesso da un catodo dalla parte opposta, colpisce lo stesso punto più o meno illuminato determinando, a seconda della maggiore o minore resistenza determinata dalla superficie fotosensibile e quindi dalla maggiore o minore luminosità dell’immagine in quel punto, una corrente elettrica direttamente proporzionale all’intensità di luce. Vi sono poi tubi da ripresa più recenti realizzati allo stato solido, a CCD (Charge Coupled Device) che hanno il vantaggio, rispetto ai tubi a vuoto, della robustezza meccanica, delle dimensioni ridotte, della bassa tensione di alimentazione. Sono caratterizzati dall’avere una superficie ricoperta da fotosensori in grado di produrre cariche elettriche se colpiti dalla luce. Queste cariche vengono poi trasferite all’esterno a mezzo di lunghe file di registri a scorrimento integrati. |
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RIPRODUZIONE
DELL'IMMAGINE |
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Il segnale elettrico così prodotto, è trasmesso, al televisore che lo riceve. Ora il pennello elettronico va esplorando tutta la superficie illuminata per mezzo di righe orizzontali che nello Standard PAL sono 625. Si descrive pertanto un’immagine formata da 625 righe, venticinque volte al secondo suddivise però in due semiquadri alternati per evitare lo sfarfallamento. Sono descritte prima le righe dispari e poi le righe pari, cinquanta volte al secondo sia le prime sia le seconde ottenendo così venticinque immagini complete al secondo. Ciò perché in una successione più rapida di dieci immagini al secondo, per il fenomeno della permanenza dell’immagine sulla retina dell’occhio umano, si ha la sensazione del movimento, analogamente a quanto avviene per il cinema dove si proiettano ventiquattro immagini al secondo, ottenendo l’impressione del movimento mentre invece si tratta di immagini ben ferme, trasmesse però in rapida successione. |
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SEGNALE VIDEO
COMPOSITO |
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Il segnale video assume valori che vanno dal 10%, per il bianco, al 75 % per il nero, del valore del segnale composito totale determinando in questo modo punto per punto lungo ogni riga l’intensità del bianco o del nero che determinano la forma dell’immagine sullo schermo. L’impulso di sincronismo di riga è generato dalla telecamera che riprende la scena alla fine di ogni riga quando il pennello elettronico, deflesso dal segnale di deflessione orizzontale, va a capo per ridescrivere una nuova riga. Il televisore che lo riceve via etere, lo applica all’oscillatore di riga e quindi al giogo di deflessione orizzontale che, inversamente, manda a capo il pennello elettronico che sta descrivendo l’immagine sullo schermo consentendogli di descrivere una nuova riga in sincronismo con quella del trasmettitore. Il segnale televisivo composito comprende anche il BURST di colore, il segnale di sincronismo di colore cioè, che viene trasmesso anch’esso alla fine di ogni riga, subito dopo il sincronismo di riga come rappresentato schematicamente nella figura precedente e che è costituito da una decina di oscillazioni della portante cromatica, necessarie per rigenerare la portante cromatica in frequenza e in fase in ricezione essendo la trasmissione del segnale cromatico a portante soppressa. Le righe descritte in ogni quadro, nello Standard PAL sono 625, e poiché sono descritti 25 quadri al secondo, vengono trasmesse 625 x 25 = 15.625 righe al secondo. Questa è pure la frequenza dell’oscillatore a dente di sega di riga che le traccia. |
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SCHERMO TELEVISIVO | |
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Lo schermo televisivo, per convenzione internazionale, connessa ad una migliore visibilità dell’immagine, ha un rapporto base / altezza di 4 / 3 e la sua misura in pollici indica la lunghezza di una diagonale. Vengono descritte prima le righe dispari e poi quelle pari, alla frequenza di 50 semiquadri al secondo, quindi 25 quadri al secondo. |
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Il pennello elettronico è guidato nel suo movimento dal segnale di deflessione orizzontale e da quello verticale che gli consentono di descrivere tutto il quadro partendo dall’angolo in alto a sinistra e scendendo gradualmente fino a descrivere tutto il primo semiquadro e tornando poi a capo per descrivere il secondo semiquadro. Il segnale video, ricavato dalla telecamera, è trasmesso via etere e ricevuto da tutti i televisori sintonizzati sulla stessa stazione che disegnano la stessa riga, essendo sincronizzati con la telecamera della sala di regia per mezzo di opportuni segnali di sincronismo che sono aggiunti alla fine di ogni riga. Alla fine di ogni semiquadro, in pratica cinquanta volte al secondo, è trasmesso un impulso di sincronismo di quadro che consente al pennello elettronico di ritornare all’inizio del quadro. Il segnale di blanking invece serve per spegnere la traccia durante il ritorno del pennello elettronico a capo dopo ogni riga. Il segnale video, gli impulsi di sincronismo, e i segnali di blanking assumono il nome di segnale televisivo composito che ha la forma di seguito indicata. |
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CINESCOPIO TELEVISIVO | |
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Il cinescopio televisivo è essenzialmente un grosso tubo di vetro spesso, entro il quale è stato praticato il vuoto spinto ed al quale è stata applicata una differenza di potenziale di circa 15 KV per quelli in bianco e nero, e di circa 25 KV per quelli a colori, tra l’anodo, cioè la parte interna dello schermo, ed il catodo, costituito dal cannone elettronico. Il cannone elettronico, catodo, emette elettroni che, opportunamente deflessi dal giogo di deflessione magnetico, situato sul collo del tubo, arrivano sullo schermo colpendo particolari vernici che producono luce. |
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Le singole righe dell'immagine vengono descritte dal pennello elettronico, come indicato nell'animazione, partendo da sinistra verso destra al ritmo di 625 righe ogni venticinquesimo di secondo, cioè 15.625 righe al secondo. | |
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Gli elettroni devono anche attraversare un foglio trasparente metallizzato che funge da anodo e che ha anche la funzione di specchio riflettente per la luce perché essa, una volta prodotta, invece di rientrare nel tubo venga riflessa all’esterno. | |
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Nel cinescopio a colori, lo schermo è costituito da più di quattrocentomila fosfori che producono luce colorata dei tre colori rosso, blu e verde, quando vengono colpiti dagli elettroni, generati da tre cannoni elettronici. |
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La telecamera ha anche un microfono incorporato che, sensibile al segnale sonoro, produce i segnali elettrici audio. I segnali da trasmettere sono dunque nel complesso: 1) Y = R + B + V = SEGNALE DI LUMINANZA 2) R - Y = SEGNALE DEL ROSSO 3) B - Y = SEGNALE DEL BLU 4) SEGNALE AUDIO |
SPETTRO DEL SEGNALE
TELEVISIVO AM |
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Il segnale di luminanza è modulato in VSB ( VESTIGIAL SIDE BAND = BANDA LATERALE RESIDUA) e viene trasmesso con la portante ridotta di ampiezza, con la banda laterale destra per intero e una piccola parte della sinistra. Il segnale audio viene modulato in frequenza, (FM) e la sua portante è allocata a 5,5 MHz a destra della portante video, come in figura. |
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TRASMISSIONE DEL
COLORE |
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I segnali del colore, R - Y e B - Y modulati con due portanti della stessa frequenza, ma sfasate di 90° fra loro, sono trasmessi a portante soppressa e modulati sia in fase sia in ampiezza. Nella fase è racchiusa l’informazione della tinta del colore (tonalità), nell’ampiezza è racchiusa l’informazione della saturazione del colore (intensità). Dalla combinazione dei due segnali di colore, R - Y e B - Y si ottengono tutte le sfumature possibili di tonalità e di intensità di colori che possono esistere. In ricezione i televisori in bianco e nero ignorano il segnale di crominanza, utilizzando solo quello di luminanza che mandano all’unico cannone elettronico del cinescopio televisivo. I televisori a colori, invece, dalla combinazione fra i tre segnali Y, R - Y, B - Y, riottengono i tre segnali di colore di partenza R (rosso), B (blu), V (verde) che mandati ai tre cannoni elettronici dei tre corrispondenti colori riproducono sullo schermo con i fosfori un’immagine analoga a quella ripresa dalla telecamera in trasmissione. Una maschera forata, presente davanti allo schermo del cinescopio a colori consente al pennello elettronico del rosso di colpire solo i fosfori del rosso e non gli altri, e così anche per gli altri tre pennelli elettronici. Le gamme di frequenza impiegate in Italia per le trasmissioni televisive via etere oggi sono le VHF e le UHF e la larghezza di banda complessiva di un canale televisivo è di 7 MHz per i canali VHF e di 8 MHz per i canali UHF. |
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SCHEMA A BLOCCHI DEL RICEVITORE TELEVISIVO IN B/N | ||||||||||||||||
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MA VENIAMO A NOI E ALLA NOSTRA ATV ..... Le prime realizzazioni ATV sono state realizzate, come per la normale televisione commerciale, in AM principalmente su frequenze intorno ai 430 MHz. Anche attualmente ed in special modo negli U.S.A. il traffico ATV si svolge in UHF ma l'elevata linearità richiesta allo stadio finale per non impegnare una larghezza di canale eccessiva, non ha giocato certo alla diffusione dell' ATV in AM per la maggiore complessità circuitale e i conseguenti costi più elevati. Le recenti disponibilità di componentistica a basso costo per le frequenze più alte ( 1200-2400-10000 MHz ), dove è usufruibile una larghezza di banda ben maggiore, ha risvegliato l'interesse per l'ATV in FM dove una minore complessità circuitale permette risultati ottimi e che attualmente è alla portata di qualsiasi sperimentatore e ... del suo portafoglio ! Sicuramente in molti
conoscete la Modulazione di Frequenza e le relative bande laterali che
produce. Nell'ATV a colori è un po' più complesso comprendere ciò che succede.
Analizziamo ogni componente passo a passo. Sottoportante Audio La
larghezza di banda del canale risulta così 13 + 7 MHz = 20 MHz,
senza tener conto dei battimenti e prodotti armonici.
Un semplice preamplificatore d'antenna da 10 db in ricezione, logicamente a basso rumore, permette teoricamente un più che raddoppio della portata. Passare un Rapporto I Punti "P" vanno da P0 a P5 e sono equivalenti al concetto dei punti "R" della fonia, solo che vengono riferiti alla qualità dell'immagine.
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