Как сделать механический телевизор

Обновлено: 25.04.2024

Дело вовсе не в сложности его устройства: усилители высокочастотного и низкочастотного сигнала, генераторы строчной и кадровой развертки — это по сути все те же магнитофоны и звонки. Просто собирать телевизор неинтересно и обидно. Каким бы искусным мастером ты ни был, все равно центральное место в его конструкции занимает Его Величество Кинескоп — загадочная обитель грозной электронной пушки, вечного странника сканирующего луча и магического люминофорного экрана, которые могут быть собраны воедино и заключены в вакуумную трубку только в промышленных условиях. Все электронные блоки телевизора, которые можно собрать своими руками, — лишь его верная свита.

На самом деле первые телевизоры обходились без всяких вакуумных трубок. Телекамеры и телеприемники с механической разверткой, которые впервые продемонстрировал публике британец Джон Лоджи Бэйрд в 1926 году, применялись для организации эфирного телевещания в течение 11 лет — с 1928 по 1939 год. В последние три года механические телевизоры на равных сосуществовали с первыми кинескопными. Чтобы разобраться, как работали первые телевизоры, а заодно осуществить свою заветную детскую мечту, мы решили построить передатчик и приемник движущегося изображения своими руками, буквально из того, что попалось под руку. Предлагаем и вам повторить наш опыт, учтя наши ошибки.

Сканирующая спираль

Сердце телевизора с механической разверткой — это сканирующий диск. Его придумал немецкий изобретатель Пауль Нипков в 1884 году. Это тонкий круг из любого непрозрачного материала (алюминия, пластика, картона), диаметр которого в серийных телевизорах составлял от 30 до 50 см. В диске проделаны сканирующие отверстия, количество которых соответствует количеству строк развертки (в телевизорах Бэйрда было тридцать строк, мы решили ограничиться двадцатью). Отверстия расположены определенным образом. Мысленно разделим диск радиусами на двадцать частей. На каждом радиусе будет по одному отверстию. Каждое последующее отверстие располагается чуть ближе к центру окружности, чем предыдущее. Если соединить все отверстия плавной линией, получится спираль в один оборот. Расстояние между соседними дырочками примерно равняется высоте экрана. Разница между расстояниями от центра до первого и последнего отверстий — это его ширина. Расстояние между первым и последним отверстиями — диагональ экрана.

Представим себе, что объектив камеры проецирует изображение на поверхность сканирующего диска, а позади диска располагается фотоэлемент. В каждый момент по экрану движется только одно отверстие, сканируя строку. Фотоэлемент воспринимает колебания освещенности. Затем по изображению проходит следующее отверстие, сканируя следующую строку. Двадцать таких проходов (один оборот диска) формируют кадр. В телеприемнике вращается точно такой же диск, только за ним располагается мощная лампа, а перед ним — экран или линза. Лампа воспроизводит колебания освещенности, зафиксированные фотоэлементом. Если передающий и принимающий диски вращаются абсолютно синхронно, на принимающем формируется изображение. Диски крутятся со скоростью не менее 15 об/с (что соответствует 15 кадрам в секунду), и в силу инерции зрения человек воспринимает изображение не как движущиеся отверстия или спираль, а как монолитную картинку.

Сканирующий диск — это уже практически телевизор. Тем не менее сам Нипков его так и не построил. Распространенным в те времена селеновым фотоэлементам не хватало чувствительности, чтобы сформировать мощный сигнал из света, поступающего через маленькое отверстие. Электронный усилитель мощности еще не изобрели. Диск Нипкова применялся для факсимильной передачи статичных изображений. Из-за низкой чувствительности каждое изображение приходилось сканировать по несколько минут.

Телевидение без рекламы

Процесс изготовления нашего собственного механического телевизора запечатлен на фотографиях. Честно говоря, мы отнюдь не были полностью удовлетворены результатом своей работы. Концепция доказала свою работоспособность, но истинного наслаждения от просмотра получить не удалось. Помешала нам та же проблема, с которой в свое время столкнулся Нипков: слишком низкая чувствительность селенового фотоэлемента. В итоге, чтобы заставить лампочку хоть как-то реагировать на колебания, нам пришлось подносить к объективу зажженную энергосберегающую лампу. Только ее мы и могли наблюдать, изо всех сил вглядываясь в тусклый экран в темноте.

Чтобы решить эту проблему, Бэйрд использовал для съема изображения диск не с отверстиями, а с линзами. Каждая линза фокусировала пучок света точно на фотоэлементе. Если бы мы не заботились об исторической достоверности, то могли бы заменить архаичный селеновый элемент современными фототранзисторами видимого спектра. Или, как вариант, использовали бы большой усилитель мощности вместо скромного микрофонного преампа.

Круглые столы ОДР по воскресеньям!
7144 кГц — 08:00 UTC (11:00 MSK)
14144 кГц — 08:30 UTC (11:30 MSK)

Фотографии из альбомов пользователей

Приглашаем на Круглые столы ОДР!

7144 кГц — 08:00 UTC (11:00 MSK)
14144 кГц — 08:30 UTC (11:30 MSK)

Автор

Тема: Эксперимент. Механический телевизор своими руками. Диск Нипкова (Прочитано 1657 раз)

0 Пользователей и 2 Гостей просматривают эту тему.

Проверка позывного

Фотогалерея

Антенные решетки КВ диапазона — Кубанский радиоцентр

Фото © L!FE/Владимир Суворов

Два человека без всякого опыта в электротехнике пытались собрать телевизор по детской книге 1937 года, когда не было ни телеканалов, ни даже привычных экранов.

Это было чудовищной идеей с самого начала.

1 октября исполнилось 85 лет советскому телевещанию. Удивительно, что меньше века назад, в 1931 году, появилась технология, про которую уже сейчас можно презрительно говорить: "Ой, да я и не смотрю телевизор этот". Тогда вещание шло полчаса в день. Телевизоров никто не производил на заводах ещё минимум два года: это было всего лишь развлечение для радиолюбителей, которые делали аппараты руками. Никаких телеканалов, рекламы, сериалов: показывали что-то понятное. Например, кошку.

Телевизоры продолжали собирать дома почти всё десятилетие. Так, в 1937 году в серии "Библиотека юного конструктора" выходит брошюрка "Самодельный телевизор" за авторством Б. Шефера. Книжка не очень толстая, всего 33 страницы. И в ней подробно и скрупулёзно описывается, как и из чего можно сделать телевизор. Самый настоящий. Вокруг которого собирались всей семьёй радиолюбители в 30-е годы и смотрели на кошку.

Вообще вся серия книг "Библиотека юного конструктора" заражает детским эйфорическим энтузиазмом. С её помощью за 40 страниц столярничанья можно собрать что угодно: например, там есть руководство " Простейшая ветроэлектростанция КД — 2". Хочется сесть и просто собирать. Поэтому сразу было решено, что мы за вечер сделаем телевизор и непременно покажем по нему художественный фильм "Безумный Макс. Дорога ярости" и клип PPAP.

Примерно так и выглядит известный мем на механическом телевизоре. Только намного хуже. Это изображение 30 на 30 точек.

Чего там делать, казалось бы? Нужно всего лишь внимательно прочитать 32 страницы, дословно выполнить указания Шефера, запустить — и готово.

Но брошюрку в итоге мы читали н есколько часов. Видимо, юные конструкторы тех лет превосходили сегодняшнее человечество абсолютно во всём, даже в чтении. А тут за дело взялись двое журналистов, вообще не имеющих никакого отношения ни к электротехнике, ни к телевидению, ни вообще к работе руками. Каждому из нас не больше 25 лет, всё, что мы умеем, — писать тексты, а один из нас, например, даже не может по линейке прямую линию провести.

В общем, изначально мы пытались понять, что именно нам делать. Здесь нужно пояснить, как вообще устроен телевизор времён 30-х годов. В нём, например, не было ничего похожего на квадратный экран. Фактически телевизор состоит из:

круга с дырками по спирали;
одной лампочки;
моторчика.

Такая технология называется диск Нипкова. Вкратце она работает так. Круг с дырками крутится мотором со скоростью, скажем, 750 оборотов в минуту. Сзади в такт мигает лампочка. Если лампочка в момент просвета через дырку не светила, то это чёрный цвет в изображении, если светила — белый, остальные варианты — 50 оттенков серого.

Так как человеческий глаз воспринимает окружающий мир с некоторой инерцией, то получившиеся "цвета" лампочки, просвечивающей сквозь дырки, он видит как линию из отдельных "пикселей". А дырки расположены по спирали, поэтому линий ещё и несколько. В результате, если к краю круга подставить лупу, а за кругом включить мигающую лампочку, видно малюсенькое изображение.

Почти сразу выяснилось, что сделать всё, как в книжке, у нас не получится (никто и не сомневался). Например, собирать самим моторчик не имело никакого смысла: вся инструкция была заточена на электрическую сеть Москвы 1937 года. Более того, в книжке предлагалось взять для него "жесть от старых консервных банок" (у нас не было даже новых банок), стягивать детали "штепсельным гнездом", что бы это ни значило. В общем, мы сразу поняли, что это не наш случай, и пошли в специализированный магазин.

Рассказывает Егор, который никогда не делал руками ничего сложнее, чем замена лампы в люстре:

— Для журналиста магазин радиодеталей — дивный новый мир. На стене висят титанические мотки проводов, изоляторов и других загадочных шнуров. Вокруг ходят пожухлые грустные мужчины и ищут нужные транзисторы в бесконечных стеллажах до потолка с неизвестными буквами на ящиках. За стеной находится отрада для посетителей — кафе "Припой" с паяльниками и пивом.

Я встал посередине магазина и мучительно осознал, что не знаю, как объяснить, что мне нужно. Спустя час сложнейшего разговора с продавцом, во время которого он безуспешно пытался обучить меня основам электротехники, мне удалось достать целый пакет каких-то клемм, проводов, батареек и несколько малюсеньких светодиодных лампочек.

В другом магазине, который находится в отдалённом районе без фонарей вообще, нашёлся миниатюрный моторчик. Дружелюбный консультант, радующийся, кажется, уже тому факту, что хоть кто-то до него доехал, рассказал, что такие моторчики целыми ящиками закупают неизвестные украинцы. Они делают из них игрушки: какие-то пистолеты с крутящимися элементами и так далее.

Наконец, мы решили начать собирать. Предвещался самый странный вечер пятницы в нашей жизни.

На первый взгляд, сделать диск Нипкова — самая простая задача. Но, разумеется, никаких простых задач перед нами в принципе не стояло, все они были сложными.

Если вас не убедит этот текст и вы захотите повторить наш тяжело давшийся жизненный опыт, то всё будет происходить так. У вас будет сбиваться циркуль, вам придётся стирать ластиком кривые круги и чертить их заново, а спина будет адски болеть.

Рассказывает Юлия, которая как раз умеет проводить по линейке прямую линию:

Я взяла ватман, нарисовала циркулем три окружности радиусом 7,5 см, 10,5 см и 13,5 см. После вырезала круг по периметру самой большой окружности. Далее началась самая кропотливая работа: между окружностями с радиусом 10,5 и 13,5 см нужно было начертить 30 окружностей на расстоянии 1 мм одна от другой. На восьмой окружности я поняла, для чего в комплекте с циркулем продаётся мини-точилка: для заточки грифеля.

Потом на линейке циркулем я отмерила 1,6 см и с его помощью на окружности радиусом 10,5 см сделала засечки. Так я поделила окружность на 30 равных частей. После этого по линеечке от центра через засечки я провела линии до последней окружности.

Далее ответственный момент: аккуратно иголкой циркуля по спирали я сделала отверстия на пересечении окружностей и линий. И вуаля — у меня получился диск Нипкова!

Наконец, требовалось собрать оставшуюся часть. Мы примотали оголённые проводки батарейного блока к лампочке и к моторчику, что было нетрудно даже для нас. Хотя всё висело на соплях и отваливалось. В сумме это заняло несколько часов.

Настал волнительный момент запуска. Мы выключили свет, загадали желание, раскрутили моторчик, на который накололи наш диск Нипкова, и подсветили сзади лампочкой. Под внимательным, испытующим взглядом редактора мы взглянули на получившееся изображение.

И увидели лампочку. Больше ничего.

Фото: © L!FE

Помощь пришла, откуда не ждали. Внезапно обнаружилось, что в стране есть другие люди, которые пытались собрать механический телевизор. В частности, существует целая подробная инструкция энтузиаста на технарском сайте. Она, к сожалению, также не идеальна: в ней есть такие сложные приколы, как "любой транзистор n-p-n типа" и электросхема по сборке усилителя. Но зато благодаря такому подходу мы поняли: наш телевизор наконец-то сможет показать что-то кроме лампочки.

Когда-то телепередачи нужно было получать по радио при помощи тёплого лампового приёмника. Даже двух: по одному транслировался звук, а другой "мигал" "неонкой". Теперь провернуть такое невозможно: те ламповые приёмники, которые описаны в книжке "Юный конструктор", стоят в музеях. Да и работать они не будут, потому что на волнах, которые они принимают, трансляций не ведётся.

Поэтому сегодняшние ретрорадиолюбители применяют самые современные технологии. Радио для передачи звука больше не нужно. Можно просто воткнуть в обычный аудиоразъём ноутбука провод и замкнуть его на лампочке. Более того, любое видео можно перевести с помощью специальной программы в аудиоформат и таким образом "промигать" на лампочке всё, что нужно.

Программу, кстати, разрабатывал член Ассоциации узкополосного телевидения (да, такая организация реально существует). То есть люди действительно собирают доисторические телевизоры, перекодируют для них фильмы и даже ведут друг для друга трансляции в Великобритании.

В недрах редакции Лайфа нашлись и резистор, и транзистор, и прочие детали, предназначение которых до сих пор остаётся для нас загадкой. Мы, в общем-то, наугад соединяли проволочки, торчащие из деталей, пока лампочка действительно не замигала в такт любимой песне PPAP.

Совершенно удивительно, что нам действительно удалось показать кино с помощью собственноручно созданного механического телевизора. Результат превзошёл все наши ожидания. Оказалось, качество изображения, которое можно получить с помощью круга, вырезанного из ватмана, и лампочки может быть намного лучше, чем на широкоформатном телевизоре. Самое удивительное, что технология предусматривает даже потрясающе яркие цвета! Смотрите сами:

Шутка. На самом деле у нас ничего не получилось.

Редакция благодарит Михаила Шапеченкова, Матвея Филиппова и Антона Панкратова за помощь в подготовке этого материала. Без вас мы бы даже этого не сделали.

Самые первые телевизионные системы были механическими. Как все было устроено и почему изобретателя сочли сумасшедшим?

Пионер телевидения

Официально первым человеком, который передал черно-белое изображение объекта на расстояние, считается шотландский инженер Джон Бэрд. В феврале 1924 года он впервые продемонстрировал механическую телевизионную систему, способную передавать и отображать движущиеся изображения. Все, что можно было увидеть, — лишь силуэты предметов, например изгибание пальцев.

В марте 1925 года в одном из крупнейших универмагов в Лондоне Selfridges была организована трехнедельная демонстрация телевидения. Посетители магазина могли разглядеть на экране приемника свои силуэты. В октябре того же года Бэрд транслировал изображение куклы-чревовещателя, а чуть позже смог впервые передать изображение человеческого лица. Честь быть первым человеком на экране телевизора выпала случайно подвернувшемуся 20-летнему курьеру Уильяму Тэйнтону.

В январе 1926 года Бэрд вел трансляцию из своей лаборатории в Лондоне для членов Королевского института Великобритании и журналистов газеты The Times. Ему удалось увеличить скорость сканирования до 12 с половиной изображений за секунду.

Движущееся изображение первые зрители смотрели по радио, без звука. Когда Бэрд впервые пришел к журналистам и хотел рассказать о своем изобретении, редактор газеты Daily Express принял его за сумасшедшего.

Что такое механическое телевидение?

Самые первые телевизионные системы были механическими. Для передачи сигнала требовалось наличие в передающем и приемном устройстве движущегося механизма для сканирования изображения и его воспроизведения. В своих первых телевизионных экспериментах Бэрд использовал диск Нипкова — механическое устройство для сканирования изображений, изобретенное немцем Паулем Нипковым еще в 1884 году. Вращающийся диск с одинаковыми отверстиями, расположенными на равном угловом расстоянии друг от друга по спирали, служил для разделения изображения на отдельные элементы. Объектив, находящийся перед диском, проецировал изображение объекта съемки прямо на диск. Свет, проходя через отверстия, попадал на фотоприемник. Диск сканирующего устройства должен крутиться с той же скоростью, что и диск приемника. Первым зрителям механического телевидения, состоящего из бумажного диска с дырочками и лампочкой, требовалось два радиоприемника, чтобы в одном смотреть изображение, а в другом — ловить звуковое сопровождение. Естественно, это была неидеальная картинка, ведь на диске можно разместить ограниченное количество отверстий. В первых телевизорах использовались диски диаметром 30–50 см с 30–50 отверстиями. Это было мерцающее черно-белое изображение размером с почтовую марку, тем не менее устройство быстро распространилось по миру. Механическое телевидение также называется малострочным из-за низкого разрешения: оно у передаваемого при помощи диска изображения было достаточно низким — от 30 до 120 линий.

От первых опытов до регулярного вещания

В 1928 году было организовано регулярное телевещание в Чикаго, а в следующем году в США начались трансляции со звуком, для чего использовалась отдельная радиостанция. В 1929 году в продажу впервые поступили серийные приемники Visionette, выпускаемые компанией Western Television. В СССР регулярное механическое телевещание запустили в октябре 1931 года. Студия располагалась в храме на Никольской улице, а антенна была закреплена на колокольне. Принимать сигнал можно было с помощью радио, специальных приемников Б-2 было мало, но в научных журналах публиковались инструкции для самостоятельного их изготовления. Сигнал можно было ловить даже в Германии. Первым человеком, попавшим на экран, стал председатель Совета народных комиссаров СССР Вячеслав Молотов.

В 1930-х годах телевизор состоял из десятка деталей, и его мог изготовить начинающий радиолюбитель. А для создания первого работающего телевизионного устройства в 1923 году Бэрд использовал подручные материалы: старую шляпную коробку, ножницы, несколько иголок для шитья, воск и клей, сундучок из-под чая и несколько рассеивателей от велосипедных фар.

Русский след

Когда Бэрд следом за черно-белым изображением научился передавать цветное, он воплотил задумку Полумордвинова, основываясь на трехкомпонентной теории света, в опытах 1928 года. Весь мир заговорил о Бэрде как об изобретателе цветного телевидения, а он в своих публикациях честно ссылался на русского инженера и неоднократно обращался в Россию, чтобы найти его, но это так и не удалось сделать.

Телевидение на Луне

Эта статья расскажет, как сделать видеоплеер из предметов, которые можно найти в кладовке любого айтишника. Ардуино, журнал Vogue, и дисплей от Нокиа 3310 можно оставить в покое — они нам не понадобятся. Наличие паяльника приветствуется, но можно обойтись и без него.

Судя по тенденциям развития технологий, лет через десять появится поколение, никогда не видевшее электронно-лучевых трубок. А между тем, история видео дисплеев начиналась с совершенно других устройств…

История

На передающей стороне, за диском располагался фотоэлемент, оценивающий яркость каждой точки изображения. Сегнетовые фотодетекторы того времени имели низкую чувствительность, поэтому студию приходилось заливать ярким светом, а лица дикторов гримировать фиолетовой краской — лишь бы улучшить качество изображения. В другом варианте, источники и детекторы света менялись местами: за диском ставилась яркая дуговая лампа, и светящаяся точка затемнённую студию; отражённый свет улавливался набором фотоэлементов.

Сборка механического телевизора

Хотя наше устройство будет работать на записанных сигналах, и его уместнее называть видеоплеером, — тем не менее, его вполне можно использовать и для показа NBTV телепередач, вещаемых некоторыми радиолюбителями.

Диск Нипкова
Двигатель для вращения диска
Регулируемый источник света
Источник видеосигнала

Диск Нипкова

В тридцатых годах диски делали из картона, тонкого алюминия, или вообще из бумажного кольца на проволочной рамке. Мы же воспользуемся прелестями прогресса и возьмём ненужный компакт-диск, благо их навалом. Если есть выбор, лучше взять диск с тёмной поверхностью — это улучшит контрастность изображения.

В прошлом веке разметка отверстий требовала большой аккуратности, умения управляться с транспортиром, и специального циркуля для вычерчивания спирали. Мы же разметим диск виртуально в графическом редакторе (например, Inkscape) и распечатаем готовый чертёж на принтере. Затем загибаем бумагу вдоль краёв напечатанной окружности (см. фото), и заворачиваем диск в получившийся бумажный конверт. Распечатанное изображение должно остаться снаружи, оно будет служить ориентиром для сверления. Счастливые обладатели приводов с поддержкой технологий LightScribe/LabelFlash могут распечатать маску с отверстиями прямо на поверхности диска.

Наконец, берём микродрель со сверлом 0.6–0.8 мм и сверлим диск согласно разметке. Нет микродрели? Не беда! Дело в том, что у CD-дисков (но не DVD!) алюминиевый слой с данными защищён только тонким слоем лака, так что их можно аккуратно процарапать острым металлическим предметом, например отвёрткой. Насквозь цапарать не нужно, подложка диска прозрачна.

Двигатель

Честно говоря, изначально эта статья задумывалась как способ хоть как-то использовать валяющийся без дела старый DVD-ROM: там и двигатель, и держатель диска удобный. Однако копание темы показало, что двигатель привода далеко не так прост, как хотелось бы: он и многофазный, и использует датчики Холла для обратной связи, и управляется специальной микросхемой. Поэтому эксперименты с приводом было решено оставить на будущее, а использовать что-то более простое и понятное: компьютерный вентилятор, он же кулер.

Внимание: несмотря на гладкую форму и небольшой вес, сорвавшийся диск может доставить неприятностей. А если переборщить с мощностью двигателя — диск может лопнуть, и осколки придётся не только собирать по комнате, но, возможно, и выковыривать из тела. Так что консультируйтесь со здравым смыслом, — автор за возможные увечья ответственности не несёт.

Источник света

Как ни странно, в 2011 году неоновую лампу достать ничуть не легче, чем в 1930: их уже практически не используют. К счастью, нам вполне подойдёт один из светодиодов, которые можно найти в любом старом периферийном устройстве, от мышки до принтера.

К сожалению, напрямую в аудиовыход светодиод включить не получится: даже на максимальной громкости свечения, скорее всего, не будет. Поэтому придётся соорудить простейший усилитель на одном транзисторе (см. схему). Источником питания может быть либо пара обычных батареек (тогда резистор можно убрать), либо USB (красный провод — плюс, чёрный — минус; резистор от 500 Ом и меньше, подбирается по яркости). Транзистор — любой n-p-n типа.

Если транзистор выковырян из какого-то устройства, определить его тип и расположение выводов можно с помощью мультиметра: пробуйте разные комбинации выводов, пока прибор не покажет число в диапазоне 30–1000. Когда это произойдёт — по буквам рядом с выводами определите расположение ног транзистора.

Если длина выводов позволяет, схему можно выполнить на скрутках, хотя, конечно, для надёжности и эстетичности соединения лучше пропаять. В любом случае, оголённые выводы сто́ит стянуть термоусадкой или обернуть синей изолентой™ для придания долговечности.

В сборе оптическая система выглядит так:

Источник видеосигнала

Самый доступный для айтишника генератор сигналов — звуковая карта компьютера. Ею мы и воспользуемся. Разумеется, никто не мешает затем записать сгенерированный файл на MP3-плеер и поспорить с друзьями, что ваш однокнопочный айпод может воспроизводить видео.

Для отладки системы я написал простенькую Java-программу, которая выводит на звуковую карту изображение 22 на 32 пикселя. Исходник можно взять на pastebin, а готовый аудиофайл — здесь.

Результат

Основная сложность при просмотре — синхронизация скорости вращения диска с поступающим видеосигналом. В тридцатых годах для этого использовались синхроимпульсы и специальные схемы. Любителям, впрочем, предлагался гораздо более простой и доступный способ: притормаживать диск рукой. Понятно, что получение устойчивого изображения таким способом требует определённого навыка…

Ну вот, теперь вы с полным правом можете сказать, что собрали телевизор на коленке :)

Андрей Поплетеев
11 ноября 2011

Статья распространяется на условиях Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.

Сканирующая спираль