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Televisione
Nel 1947 i delegati di 60 paesi presenti alla Conferenza mondiale delle radiocomunicazioni ad Atlantic City decidono di chiamare televisione,
in sigla TV, la trasmissione a distanza delle immagini in movimento.
Dopo la Radio, l'evoluzione naturale delle comunicazioni, destinata alla pluralità delle persone, è rappresentata dalla Televisione. Un apparecchio
televisivo ha la proprietà di riprodurre le immagini oltre ai suoni, ripresentando a distanza la quasi totalità delle informazioni del luogo di
ripresa, se si eccettuano gli odori (sono allo studio dei nasi elettronici da utilizzare in campo enologico e in quello della produzione dei profumi)
e gli altri parametri ambientali. Scopo del presente lavoro è quello di esplicare nel modo più comprensibile possibile come si riesce a effettuare
tale trasmissione, rimandando alla pagina "principio di funzionamento della radio" per i
concetti di base riguardo alla frequenza, portante, modulazione, etc.
Un pò di storia
Tralasciando gli albori degli esperimenti effettuati con dischi forati rotanti dei primi illuminati (o di geni inseguenti sogni irrealizzabili,
vuoi per la mancanza di risorse o semplicemente perchè l'idea concepita non era realizzabile per la tecnologia del tempo), direi che le basi per
la televisione sono state poste con la scoperta (da parte dello svedese Jacob Berzelius ) della proprietà che certi materiali (metalloidi) hanno
quando sono colpiti dalla luce. Questi materiali (fosforo, selenio, silicio) in pratica diminuiscono la loro resistenza elettrica quando sono
illuminati, facendo circolare di conseguenza una maggiore quantità di corrente se essi sono sottoposti ad una differenza di potenziale (tensione,
espressa in Volt). Questa è in sostanza la legge di Ohm di cui si riporta di seguito la formula matematica:
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V = R * I
dove:
- V = tensione espressa in Volt (V)
- R = resistenza elettrica espressa in Ohm (Ω)
- I = intensità di corrente espressa in Ampere (A)
e quindi, inversamente;
I = V / R
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Ovviamente se la luce che colpisce il sensore varia, varierà conseguentemente la corrente elettrica circolante. Abbiamo così ottenuto la conversione
di un segnale luminoso variabile in un segnale elettrico che varia con la stessa legge. Parecchi ricercatori compresero che questa era la strada per la
riproduzione delle immagini a distanza. Nell'impresa si cimentarono in molti, dal francese Selencq all'americano Carey e, un già famoso inventore, Thomas
Alva Edison, ma senza ottenere grandi risultati.
E' al 1909 che si fa risalire la prima trasmissione televisiva ad opera del tedesco Ernst Rhumer, nel senso che riprodusse un'immagine ad una certa
distanza rispetto al luogo dove si trovava l'originale. Si trattava semplicemente di alcune figure geometriche sfocate ed approssimative. Ma la cosa
importante era la nascita della televisione.
Rhumer ottenne questo risultato per mezzo di una piastra verticale, costellata da molti buchi contenenti del selenio a cui era collegato un filo elettrico.
L'immagine posta davanti alla piastra, illuminava più o meno intensamente i singoli buchi, ai cui capi dei vari fili si formava evidentemente una “matrice”
elettrica che corrisponde (buco per buco) alla luce che cade sulla piastra. Senza alcun marchingegno, Rhumer ha semplicemente collegato ciascun elemento di
selenio della piastra, diciamo telecamera, a ciascun elemento della piastra ricevente (schermo), quest'ultima composta in maniera speculare alla piastra
telecamera, con lo stesso numero di elementi nella medesima posizione. In Italia è il 3 gennaio del 1954 la data ufficiale a cui si fa riferimento come inizio
delle regolari trasmissioni televisive, ma la sperimentazione partì nel 1939, abbandonata nel periodo della seconda guerra mondiale.
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Principio di funzionamento
La trasmissione televisiva si differenzia da quella radio dalle informazioni da trasmettere. Infatti, oltre al suono si deve trasferire anche l'immagine
(successivamente anche il colore). Come è possibile immaginare, il segnale irradiato è molto più complesso di quello della radio, è la conferma ci viene dalla
larghezza di banda di questo segnale, che risulta essere di 7 MHz. Ovviamente, maggiori sono le informazioni da trasferire maggiori sono le difficoltà che i
tecnici e gli sviluppatori hanno dovuto superare, già solo nella trasmissione televisiva in bianco e nero. Anche illustrare il principio di funzionamento presenta
le sue difficoltà, specialmente se ci si rivolge alla più ampia platea possibile. Preferisco iniziare dalla descrizione dall'anello finale della catena di
dispositivi che rendono possibile la televisione: il cinescopio conosciuto anche con il nome di tubo catodico, in sigla CRT. Il tubo catodico è l'elemento
elettronico dell'apparecchio televisivo preposto alla visualizzazione delle immagini. Quindi, il tubo catodico ha, in altri termini, il compito di convertire
il segnale elettrico contenenti le informazioni, trasferite per mezzo di radio frequenze, in immagini. Per la tv in bianco e nero il tubo catodico è composto
da una ampolla di vetro sottovuoto, dove da un lato è posto lo schermo dove si formano le immagini, e dal lato opposto il cosidetto cannone elettronico.
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La grandezza fisica del tubo catodico dipende da due parametri: valore della diagonale, espresso in pollici (misura inglese), del rettangolo di visualizzazione,
e dal valore dell'angolo di deflessione massima del fascio di elettroni emesso dal cannone elettronico, espresso in gradi. Questo secondo valore in pratica
influisce sulla lunghezza, orizzontale, del tubo catodico e quindi sulla profondità dell'apparecchio televisivo. Valori tipici di deflessione sono 90° e 110°.
In poche parole il cannone elettronico proietta un flusso di elettroni che colpendo i fosfori di cui è ricoperto il lato interno dello schermo, visualizza un
punto luminoso di intensità variabile, in relazione al segnale applicato. Per mezzo di campi magnetici generati da avvolgimenti pilotati da tensioni oscillanti
verticali e orizzontali, si deflette questo punto da sinistra a destra (riga), partendo dal vertice in alto a sinistra componendo una riga per volta fino a
coprire tutto lo schermo (vedi figura). Nel mondo vi sono più standard televisivi, e fino all'avvento della tv a colori, in Italia lo standard in uso prevedeva
625 linee ripetute 50 volte al secondo. Di questo processo di composizione dell'immagine, il telespettatore non si accorge per il duplice fenomeno della alta
velocità del pennello elettronico e della persistenza dell'immagine sulla retina dell'occhio umano (1/16 di secondo).
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costruzione immagine video
segnale video
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Deflessione
Scendendo nei dettagli, il catodo, rappresentato da un filamento incandescente, emette un fascio di elettroni che vengono accelerati da una alta tensione
applicata al cinescopio (decine di KV). Aperta parentesi, questo è il motivo per cui vedete il simbolo dell'alta tensione sul coperchio con l'avvertimento di
non aprire il televisore, ricordando che è possibile ricevere una forte scossa anche con l'apparecchio spento e con la spina staccata, per via dei condensatori
che, per chi non lo sapesse, sono degli accumulatori di energia, chiusa parentesi. Se non ci fosse alcun gioco di deflessione, vedremmo solamente un punto al
centro dello schermo, ma con campi magnetici generati da avvolgimenti pilotati da opportuni segnali (orizzontale e verticale) riusciamo a
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cinescopio
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riprodurre sullo schermo l'immagine catturata dalla telecamera. La frequenza orizzontale, che è quella che fa spostare il pennello elettronico in senso orizzontale, ed è di
valore risultante dal prodotto delle linee da comporre per il numero di quadri da produrre in un secondo. La frequenza verticale o frequenza di quadro, è il
numero di quadri che il pennello elettronico riproduce in un secondo: di solito corrisponde alla frequenza di rete (energia elettrica). Abbiamo visto come
viene pilotato il pennello elettronico per coprire tutto lo schermo, non ci rimane che descrivere come otteniamo l'immagine. Il flusso di elettroni emesso dal
filamento è sempre uguale perciò se non variassimo la sua intensità in base al segnale trasmesso avremmo lo schermo sempre completamente bianco. Il flusso
elettronico, invece, viene attenuato con delle placche poste davanti al filamento a cui viene applicato il segnale ricevuto. Come vedete nella figura che
riproduce un segnale televisivo di una riga completa, questo segnale è di segno negativo. Proseguendo nella descrizione, si nota che il segnale contenente
l'informazione dell'immagine è compreso tra il 10% e il 75% della modulazione, mentre il resto è utilizzato per il segnale di sincronismo. Per finire, la
linea tratteggiata del 10% rappresenta il livello del bianco, mentre quella del 75% rappresenta il livello del nero, il blanking è il periodo durante il
quale il pennello elettronico ritorna ad inizio riga e non può essere che a livello del nero.
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Suono
Il suono, trasmesso in modulazione di frequenza, è aggiunto al segnale composito (immagine + sincronismi) spostato di 5,5 MHz dalla portante, quindi
oltre la larghezza di banda del predetto segnale in modo da non interferire con questo. Potete constatare lo scostamento del suono dal video quando provate
a sintonizzare manualmente una trasmissione che arriva con segnale debole. Anche se vedete le immagini non riuscite a sentire il relativo suono finchè non
centrate esattamente il canale. Da qualche tempo è stata introdotta la stereofonia, che significa avere due canali, destro e sinistro, in modo da avere un suono spaziale.
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cassa acustica
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Il Colore
Passiamo ora alla descrizione del sistema televisivo a colori, che in sostanza è una evoluzione della trasmissione in bianco e nero. Come per la tv in bianco e nero iniziamo
con l'anello finale della catena, il cinescopio. Un cinescopio per tv a colori si differenzia, da uno in bianco e nero, per il numero di pennelli elettronici. In un cinescopio
per tv a colori i pennelli elettronici sono tre. A questo punto è necessario aprire una parentesi sui colori. Bisogna sapere che se proiettasimo tre fasci di luce di eguale
intensità dei colori primari, Rosso, Verde e Blu in un punto, otterremmo come risultato uno spot di colore bianco. Notorio è l'esperimento del cerchio diviso in tre settori di
uguale superficie, uno colorato di rosso, uno colorato di verde e uno colorato di blu che messo in rotazione a sufficiente velocità, fa apparire il disco completamente bianco.
Dalla miscelazione dei colori primari Rosso, Verde e Blu possiamo ottenere qualsiasi altro colore agendo sulla intensità di uno o più colori. In particolare, miscelando il rosso
e il verde, e azzerando il blu, otteniamo il giallo. Allo stesso modo, miscelando il rosso e il blu, azzerando il verde, otteniamo il magenta. Miscelando il verde e il blu, senza
rosso, otteniamo il ciano. I colori giallo, magenta e ciano sono detti colori secondari. Ritornando al nostro cinescopio, avrete certamente intuito che i tre pennelli elettronici
riproducono il rosso, il verde e il blu. Altra differenza tra un cinescopio per tv bianco e nero e uno per tv a colori, sono i fosfori che ricoprono l'interno dello schermo, e da
una maschera forata posta immediatamente prima dello strato. La foggia dei fori della maschera dipende dalla tecnica costruttiva adottata dal produttore del tubo catodico. Starete
forse pensando che il segnale televisivo a colori è composto dai segnali dei tre colori primari più i soliti del sincronismo, ma non è così. Il segnale televisivo di una trasmissione
a colori è composto sempre dal segnale in bianco e nero, chiamato Luminanza, più la cosidetta Crominanza. La crominanza è il segnale che trasporta le informazioni del colore,
ma solo del rosso e del blu. Il verde è ottenuto, attraverso dei circuiti elettronici, per differenza tra la luminanza e la crominanza. Senza entrare nei dettagli, ricordate,
come abbiamo visto in precedenza, che con la somma dei tre colori primari otteniamo il bianco! Con questo sistema preserviamo la compatibilità degli apparecchi televisivi, nel senso
che anche possedendo un tv in bianco e nero possiamo seguire una trasmissione a colori.
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Lo standard
Nel mondo esistono 3 sistemi televisivi a colori: l'americano NTSC, il tedesco PAL, il francese SECAM. In Italia, dopo un periodo di sperimentazione, si è adottato il PAL (Phase Alternating Line).
Come suggerisce la denominazione del sistema, la trasmissione di un quadro è ottenuta attraverso la serializzazione dell'immagine a linee alternate; prima tutte le linee dispari, seguite
da tutte le linee pari. La frequenza verticale è sempre di 50 Hz, per cui abbiamo 50 semiquadri al secondo, e quindi 25 immagini sempre al secondo. Si è scelta questa strada delle linee
alternate per ovviare ai problemi introdotti dai disturbi al segnale. Se nella tv in bianco e nero questi disturbi sono ininfluenti e non notati, nella riproduzione del colore provoca
delle variazioni di tinta notevoli, con effetti veramente sgradevoli. In sintesi il sistema prevede la variazione di fase di 180 gradi tra due righe contigue compensando così l'eventuale
disturbo riprodotto su una linea con una riproduzione del disturbo ma di segno opposto nella linea successiva, l'occhio poi fa il resto.
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Come vedesi in figura il segnale di una trasmissione a colori non si differenzia di molto da quello di una trasmissione in bianco e nero se non per il segnale di crominanza inserito nel
segnale di sincronismo. Questo segnale, oscillante ad una frequenza di 4,43 MHz, porta le informazioni sul colore che, in un apparecchio a colori, un circuito apposito filtra. Un'altra
serie di circuiti, con operazioni di miscelazioni e sottrazioni, ottengono, con il segnale di luminanza e quello di crominanza, i segnali dei tre colori primari che andranno a pilotare i tre pennelli elettronici.
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segnale video colore
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