Mechanisches Fernsehen

Prinzip nach Logie Baird

Der international übliche Begriff mechanisches Fernsehen ist eine historische Bezeichnung für alle anderen Verfahren des Fernsehens und seiner Technik vom Aufnehmen bzw. Abtasten, Ton- und Bildzerlegen, Übertragen, Senden, Empfangen bis zur Aufbereitung für das Endgerät, die nicht auf Techniken vom vollelektronischen Fernsehen basieren.

Dieser - deshalb nur als Abgrenzung zu verstehende Gattungsbegriff, ist jedoch bisher nicht aktualisiert worden. Obwohl er schon 1929, mit der Einführung reiner optischer Fernsehverfahren auch teilweise bereits mit ersten optoelektronischen Bauelementen, nicht mehr ausreichend war. Eine einwandfreie Zuordnung von seither entwickelten Technologien ist daher oft problematisch.

Geschichte

Das Bild zeigt das Testbild der NBTVA, aufgenommen durch Klaas Robers von einem von ihm gebauten Fernseher mit Nipkow-Scheibe.

Um Fernsehen vom Studio bis zur heimischen "Mattscheibe" zu ermöglichen sind viele Arbeitsschritte notwendig. Das mechanische Fernsehen umfasst die ersten Versuche dieses umzusetzen. Die Grundlage dafür legten die Pioniere der Bildtelegraphie (historisch: Kopiertelegraphie) mit ihren Arbeiten um unbewegliche Bilder zu übertragen. So entwickelte bereits in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts u.a. Frederick Collier Bakewell eine rotierende Trommel, ummantelt mit einer Folie aus Metall und einem elektrischen Kontakt, der ein darauf angebrachtes Bild spiralförmig abtastet. Die Weiterentwicklung dieses Trommel-Prinzips für bewegte Bilder war ein wichtiger Weg des mechanischen Fernsehens, das zu diesem Zeitpunkt "electrisches Fernsehen" hieß.

Von Pendeln, Trommeln und Scheiben

Zeichnung einer optischen Bildzerlegungscheibe mit 30 Bohrungen in Spiralform

Die erste brauchbare Realisierung des wichtigen Schrittes des Prozesses Fernsehen, der Bildzerlegung, erfand 1883 Paul Nipkow. Zuvor stellte er sich 3 Aufgaben:

• 1. das mit nicht leitender Tinte gezeichnete Bild ersetzen wollen durch ein Lichtbild, wie es direkt von einem Gegenstande mittels einer Linse oder eines Hohlspiegels auf seinem Schirme entworfen wird; man könnte
• 2. ein mit nicht leitender Tinte gezeichnetes Bild in der Weise übermitteln wollen, daß der Empfangsapparat eine Kopie des Originales in Form eines Lichtbildes auf einen Schirm projiziert; oder man könnte endlich
• 3. die beiden genannten Verbesserungen an demselben Apparat anbringen wollen

Die Ausgangslage beschreibt er so: "Apparate, die etwas derartiges leisteten, hatte man bereits in den Kopirtelegraphen; man konnte in der That mit Hülfe derselben ein unter gewissen Umständen gezeichnetes Bild in die Ferne übertragen." Auf dem Weg zu seiner eigenen Erfindung waren für ihn das auch auf einer Drehscheibe basierende (und später mehrfach weiterentwickelte) Telectroscope von 1877 sowie Constantin Selencq´s d'Ardres und Shelford Bidwell´s 1881´er "Tele-Photography" mit einem Zylinder als drehendes Bauteil die wichtigsten Erfindungen.

Nipkows nach ihm benannte rotierende Scheibe ist das Herzstück seines "Elektrischen Teleskopes". Allerdings ist dies schon strenggenommen kein mechanisches Bauteil mehr, sondern ein optisches. An ein wirkliches "Fern-Sehen" war damit aber noch nicht zu denken, denn die sich drehende bildzerlegende Scheibe des Senders und die bildzusammensetzende Scheibe des Empfängers liegen noch auf ein und der selben Achse. Eine Synchronisierung beider Scheiben war zwar mit dieser Apparatur auf Entfernung noch nicht möglich, doch das Revolutionäre daran war, dass ein Bild, mit Hilfe der Technik in elektrischen Strom umgewandelt, durch einen Draht "floss" um wieder als Bild zu erscheinen. Unter dem Namen „Elektrisches Teleskop“, meldete Paul Nipkow 1884 sein Patent beim Kaiserlichen Patentamt an, das dann am 15. Januar 1885 erteilt wurde. Aus Geldmangel jedoch verfiel das Patent schon ein Jahr später und konnte deshalb zahlreichen Fernsehpionieren als Grundlage für eigene Entwicklungen dienen.

Büste in L.Baird´s Heimatstadt Helensburgh

Hierbei ist insbesondere die Pionierarbeit des ungarischen Ingenieurs Dénes von Mihály und des schottischen Erfinders John Logie Baird zu erwähnen. Dénes von Mihály entwickelte ebenfalls ein vollkommen anderes Verfahren, bei dem ein Spiegel zwischen einem Hufeisenmagneten schnell oszillierte. In einem verbesserten Verfahren wurde ein Spiegel auf Drahtsaiten befestigt, welche nach Stromdurchleitung in eine schnelle Schwingung versetzt wurden. Nach nur geringen Erfolgen verwendete auch Dénes von Mihály Nipkow-Scheiben; die ersten kommerziellen wurden um 1929 in Zusammenarbeit mit John Logie Baird gebaut. Ein wieder anderes Verfahren entwickelte August Karolus bei Telefunken, wo mit schnell rotierenden Spiegeln gearbeitet wurde. Durch Karolus wurden auch beide Systeme miteinander kombiniert; sprich das Spiegelrad für die horizontale Abtastung und der oszillierende Spiegel für die vertikale Abtastung. John Logie Baird gehört das Verdienst, den ersten voll funktionierenden Fernseher (mit passender Kamera), basierend auf einer Nipkow-Scheibe, im Jahre 1926 vorgestellt zu haben.

Dennoch sollte beim mechanischen Fernsehen insbesondere die Nipkow-Scheibe Verwendung finden, welche auf der Senderseite bis in die frühen 1940er Jahre zur Bildzerlegung von Filmen Verwendung fand. Auf Empfängerseite wurden bis ca. 1935 Fernseher mit Nipkow-Scheibe verkauft, auch bei Bastlern erfreuten sich diese relativ einfachen Geräte großer Beliebtheit. Es wurden Bausätze und Bauanleitungen verkauft, praktisch ausschließlich mit Nipkow-Scheibe. Besonders erfolgreich waren diese Geräte in den USA, wo allerdings nach einem kurzen Boom aufgrund der zahlreichen verschiedenen Normen und der weiteren Entwicklung zu hochauflösendem Fernsehen das mechanische Fernsehen bis 1933 schnell wieder an Bedeutung verloren hatte. In London sendete der Fernsehdienst der BBC bis 1935 mit 30 Zeilen, praktisch alle Empfänger hierfür funktionierten mechanisch. In Deutschland waren bis zur Norm mit 180 Zeilen (verwendet bis 1938) auch viele mechanische Empfänger im Einsatz, allerdings war das Fernsehen in Deutschland für den Privatmenschen kaum verbreitet. In den Niederlanden wurden bis September 1939 noch Sendungen in der britischen Norm mit 30 Zeilen ausgestrahlt.

Während auch beim niedrigauflösenden Fernsehen mit mechanischen Bildzerlegern überwiegend ein Bildseitenverhältnis von 1:1 oder 4:3 (wie heute noch üblich) und horizontalen Zeilen eingesetzt wurden, verwendete Baird eine vertikale Abtastung mit Bildern im Portraitformat. Seine Überlegung war, dass das Fernsehen ohnehin nicht die notwendige Leistung zur Übertragung von Filmen und Landschaftsaufnahmen bietet, aber bestens zur Übertragung von Nahaufnahmen, also in der Regel Menschen, geeignet sei. Die Tatsache, dass die Norm Bairds sich länger behaupten konnte als andere niedrigauflösende Systeme und auch heute in abgewandelter Form beim Narrow Bandwidth Television weit verbreitet ist, spricht für die Richtigkeit dieser Überlegung.

Mechanisches Fernsehen heute

Bilderzeugung mit Leuchtdiodenleisten: Das verbesserte Modell der Fernsehbildmaschine von 1989 arbeitet mit vier Leisten.

Auch heute ist das mechanische Fernsehen nicht bedeutungslos. Die Nipkow-Scheibe und Spiegelsysteme finden heute wieder Verwendung beim Bau von Konfokalmikroskopen oder Videoprojektoren. Eine besondere Anwendung des mechanischen Fernsehens gab es auf der amerikanischen Weltraumsonde Pioneer 11: Da die Sonde sich um die eigene Achse dreht, wurde an der Außenseite eine einzelne lichtempfindliche Zelle angebracht, welche durch die Drehung der Sonde eine Zeile abtastet. Da die Sonde sich selbst ebenfalls bewegt, können so komplette Bilder abgetastet werden. Vom Funktionsprinzip ist diese Art der Bildabtastung also durchaus der Nipkow-Scheibe vergleichbar. Der Virtual Boy von Nintendo verwendete lediglich eine Bildzeile, zusammengesetzt aus 240 LEDs, durch einen rotierenden Spiegel entsteht der Eindruck eines kompletten Bildes. Als Vorläufer moderner Werbetafeln kann ein von Peter Schmalenbach entwickeltes Gerät gelten. Vier rotierende Leuchtdiodenleisten mit jeweils 232 Leuchtdioden schreiben alle 625 Zeilen der heutigen Fernsehnorm in die Luft. Dadurch entsteht ein vollständiges Fernsehbild. Die Maschine zeigt also z.B. das eingespeiste laufende Fernsehprogramm oder Videos auf einer virtuellen Bildtrommel. Knapp 122.000 Bildpunkte bewirken eine bemerkenswerte Auflösung. Die eigentliche Fortsetzung des mechanischen Fernsehens aber sind Projekte wie NBTV.org, durch die aufgrund der erheblichen Verbesserung und Miniaturisierung von Bauelementen seit den Zeiten Nipkows und Bairds, Repliken ebenso wie völlige Neukonstruktionen angefertigt und dabei immer wieder erstaunliche Erfolge erzielt werden.

Begriffsbildung

Die Begriffsbildung „Mechanisches Fernsehen“ beruht auf der laienhaften Anschauung, die sichtbar drehende Nipkow-Lochscheibe als wesentlichstes Funktionselement oder anders ausgedrückt, den Vorgang der Bildpunkt-Zerlegung als Hauptteil des Fernseh-Gesamtsystems wahrzunehmen.

Demgegenüber besteht die Nipkowsche Vorrichtung größtenteils aus elektrisch betriebenen Bauteilen, von denen mindestens eines – die Selenzelle – bereits ein elektronisches Bauelement darstellt. Des Weiteren erfolgt die Übertragung vom Sender zum Empfänger elektrisch.

Auf der Empfänger-Seite wird bei der Nipkowschen Ausführung ein polarisierter Lichtstrahl von dem Magnetfeld einer Spule in Abhängigkeit von dem Signal der Sender-Selenzelle soweit gedreht und durch nachfolgende Linsen gefiltert, dass für das Auge der gleiche Helligkeits-Eindruck hervorgerufen wird, wie er auf der Sender-Seite besteht.

Dieser polarisierte Lichtstrahl wurde mit Hilfe eines speziellen optischen Glases, dem sogenannten „Nicolschem Prisma“, erzeugt. Alternativ wurde zur Sichtbarmachung der Helligkeitsschwankungen auch eine mit Schwefelkohlenstoff oder Neon gefüllten Röhre (eine „Glimmlampe“) verwendet. Eine Bildröhre war somit nicht erforderlich.

Damit wird sichtbar, dass der Begriff des „mechanischen Fernsehens“ weitgehend irreführend ist. Nipkow selbst nannte seinen Apparat in der Patentschrift etwas treffender ein „Elektrisches Teleskop“. Allenfalls korrekt wäre noch die Begriffsbildung „mechanische Bildzerlegung“.

Baird selbst vermarktete seine Fernseher unter dem Kunstwort „Televisor“, welches bis in die 1950er Jahre im Vereinigten Königreich ein gängiger Ausdruck für einen Fernsehempfänger selbst war. Dieses Wort fand auch Eingang in andere Sprachen, beispielsweise im Russischen ist Televisor das Wort für Fernseher. Unterschieden wird hierbei nicht zwischen mechanischer oder elektronischer Bildzerlegung.

Grundsätzlich ist durchaus ein vollmechanisches Fernsehen denkbar. Die Zerlegung würde auf beschriebene Weise mittels Nipkowscheibe oder Spiegelsystem erfolgen, die Übertragung des Bildpunktes würde dabei aber nicht elektrisch, sondern mittels Glasfaserkabel erfolgen. Hierzu wäre kein einziges elektrisches Bauteil notwendig, für den Antrieb würden Federwerke oder Dampfmaschinen eingesetzt werden, als Lichtquelle dient Tageslicht, Kerzen- oder Gaslicht. Mehrere Mitglieder der Narrow Bandwidth Television Association arbeiten derzeit an einem solchen Projekt, welches beweisen soll, dass zumindest grundsätzlich schon im 19. Jahrhundert Fernsehen möglich gewesen wäre.

Weblinks

• Mechanisches Fernsehen: Schaltungen, Funktionsweise
• Anfänge des Fernsehens: Technische Grundsatzentscheidungen
• Anfänge und Grundlagen mit Animation
• Fernseher mit 4 rotierenden Leuchtdiodenleisten