Šiandien mūsų svetainėse kabo ploni, vos kelis milimetrus siekiantys išmanieji ekranai, gebantys atkurti neįtikėtinai ryškų, itin didelės raiškos vaizdą, generuoti milijardus spalvų atspalvių ir akimirksniu prisijungti prie pasaulinio interneto tinklo. Prie šio vizualinio komforto, minimalizmo bei ergonomikos pripratome taip greitai, kad darosi sunku patikėti, jog vos prieš kelis dešimtmečius standartinis televizorius buvo masyvi, sunki ir nepaprastai gili dėžė, užimanti kone garbingiausią ir didžiausią kambario dalį. Kiekvienas vyresnės kartos atstovas puikiai atsimena tą unikalų jausmą: kietai spragtelintį mechaninį įjungimo mygtuką, keliolika sekundžių trunkantį ekrano „įšilimą“, kol iš tamsos lėtai išnirdavo vaizdas, specifinį ir ne visiems girdimą aukšto dažnio cypimą bei statinės elektros krūvį, kuris akimirksniu pritraukdavo rankų plaukelius, vos tik prilietus išgaubtą stiklinį paviršių. Namuose šis prietaisas dažnai būdavo traktuojamas ne tik kaip elektronikos gaminys, bet ir kaip svarbus baldas – jį neretai uždengdavo specialiomis nertomis servetėlėmis, saugant nuo dulkių, o ant viršaus statydavo dekoratyvines vazas ar šeimos nuotraukas. Tai buvo visiškai kitokia technologinė era, reikalavusi ne tik inžinerinio išradingumo gamyklose, bet ir fizinės kantrybės bei pastangų ieškant geriausio televizijos signalo namuose. Technologijų istorija yra pilna stulbinančių atradimų, o senųjų televizorių veikimo principas išlieka vienu iš įspūdingiausių dvidešimtojo amžiaus taikomosios fizikos ir inžinerijos pasiekimų. Norint suprasti, kokį milžinišką šuolį per palyginti trumpą laiką padarė šiuolaikinė plataus vartojimo elektronika, verta bent trumpam atsigręžti atgal ir detaliai panagrinėti, kaip iš tiesų, fizikos dėsnių pagalba, veikė šie milžiniški analoginiai prietaisai.
Kas buvo kineskopas ir kodėl senieji televizoriai buvo tokie sunkūs?
Pagrindinis senojo televizoriaus komponentas, lėmęs jo didžiulį svorį, gabaritus ir gylį, buvo kineskopas, moksliškai dažniausiai vadinamas elektronų spindulio vamzdžiu (angl. CRT – Cathode Ray Tube). Skirtingai nei šiuolaikiniai skystųjų kristalų (LCD) ar organinių šviesos diodų (OLED) plokštieji ekranai, kuriuose skaitmeninį vaizdą lyg mozaiką formuoja tūkstančiai ar net milijonai mažyčių nepriklausomų ir savarankiškai šviečiančių pikselių, kineskopinis televizorius veikė visiškai kitokiu, kur kas sudėtingesniu fizikos dėsniu grįstu principu.
Kineskopas iš esmės buvo didžiulė, netaisyklingo piltuvo formos vakuuminė kolba, pagaminta iš itin storo stiklo. Vakuumas (oro trūkumas) vamzdžio viduje buvo kritiškai svarbus tam, kad išspinduliuoti elektronai galėtų netrukdomai skrieti nuo vieno kolbos galo iki kito, neatsimušdami į oro molekules, kurios išsklaidytų jų srautą. Šios sudėtingos sistemos veikimą galima suskirstyti į kelis pagrindinius ir nuoseklius etapus:
- Elektronų šaltinis (katodas): Vamzdžio gale, pačioje siauriausioje kineskopo dalyje, kuri slėpėsi televizoriaus galinėje korpuso dalyje, buvo įmontuota speciali elektronų patranka. Įjungus televizorių, ji buvo stipriai kaitinama elektros srove ir dėl to į vakuumą emitavo nuolatinį elektronų srautą.
- Srauto fokusavimas ir elektromagnetinis valdymas: Išspinduliuoti elektronai buvo pagreitinami milžiniška, dešimtis tūkstančių voltų siekiančia aukšta įtampa ir nukreipiami tiesiai link priekinio stiklo per specialias, ant vamzdžio kaklelio užmautas elektromagnetines nukreipiamąsias rites. Šios ritės nuolat keitė savo kuriamus magnetinius laukus, kurie it nematomi pirštai lankstė elektronų spindulį, priversdami jį piešti vaizdą ekrane juda iš kairės į dešinę ir iš viršaus į apačią. Šis judėjimas buvo toks greitas, kad spindulys visą ekraną pereidavo dešimtis kartų per vieną sekundę.
- Susidūrimas su ekranu ir šviesos gimimas: Priekinė vidinė televizoriaus stiklo dalis buvo padengta specialia, į elektronų smūgius reaguojančia chemine medžiaga – liuminoforu (dažnai vadinamu tiesiog fosforu). Kai nematomas elektronų spindulys milžinišku greičiu atsimušdavo į šią dangą, liuminoforas toje vietoje akimirksniu nušvisdavo, taip sukurdamas žmogaus akiai matomą šviesos tašką. Keičiant elektronų srauto stiprumą, taškas šviesdavo ryškiau arba tamsiau.
Dėl to, kad prietaiso viduje buvo sukurtas visiškas vakuumas, išorinis atmosferos slėgis milžiniška, tonas siekiančia jėga iš visų pusių spaudė televizoriaus ekraną į vidų. Kad stiklas atlaikytų šį slėgį ir apsaugotų žiūrovus nuo staigaus ir pavojingo susprogimo į vidų (šis reiškinys moksliškai vadinamas implozija), kineskopo stiklas turėjo būti nepaprastai storas, sumaišytas su švinu (kuris papildomai saugojo nuo rentgeno spinduliuotės) ir labai tvirtas. Būtent dėl šio storo stiklo, masės ir pačios vakuuminės kolbos fizinio tūrio, net ir sąlyginai mažos įstrižainės televizoriai svėrė dešimtis kilogramų ir dažnai reikalavo dviejų žmonių pastangų juos pernešti.
Vaizdo ir garso perdavimo magija: nuo antenos iki ekrano
Šiandien televizijos ir vaizdo turinio signalas mus pasiekia tvarkingu skaitmeniniu pavidalu per optinius šviesolaidinius kabelius, palydovus arba belaidį interneto ryšį, užtikrindamas tobulą, nuspėjamą vaizdo kokybę be jokių trikdžių. Tačiau senieji televizoriai buvo visiškai priklausomi nuo analoginio signalo, kuris buvo transliuojamas elektromagnetinėmis radijo bangomis per didžiulius atstumus atviroje erdvėje. Šis signalo perdavimo ir priėmimo būdas turėjo savitą, šiek tiek romantišką žavesį, bet kartu ir gausybę techninių iššūkių, dažnai reikalavusių tiesioginio ir nuolatinio žiūrovo fizinio įsitraukimo.
Televizijos transliavimo stotis vaizdo ir garso informaciją paversdavo analoginėmis radijo bangomis ir išsiųsdavo jas per aukštus, galingus siųstuvus (Lietuvoje puikus to pavyzdys – Vilniaus televizijos bokštas). Namuose esanti televizijos antena turėjo fiziškai šias bangas „pagauti“ ore. Tai galėjo būti didžiulė, ant namo stogo iškelta daugiakryptė lauko antena, reikalaujanti tikslaus orientavimo, arba nedideli ištraukiami „ragai“ (kambarinė antena), montuojami ant paties televizoriaus korpuso. Televizoriaus viduje esantis imtuvas sugaudavo šias bangas, jas sustiprindavo ir atskirdavo vaizdo signalą nuo garso signalo. Garso dalis buvo siunčiama į integruotus garsiakalbius, o vaizdo informacija buvo paverčiama instrukcijomis, valdančiomis anksčiau minėtą elektronų patranką.
Dėl to, kad signalas buvo analoginis, jo kokybę ir vaizdą ekrane dramatiškai veikė daugybė aplinkos veiksnių. Lietus, stiprus sniegas, medžių lapija, dideli pastatai, pravažiuojantys sunkiasvoriai automobiliai su prastomis uždegimo sistemomis ar net žemai skrendantys lėktuvai galėjo iškreipti ar atspindėti radijo bangas. Todėl ieškant gero vaizdo, namuose dažnai vykdavo komandinis darbas: vienas žmogus sukiodavo anteną kambaryje ar ant stogo, o kitas, sėdėdamas prie ekrano, šaukdavo, ar vaizdas pagerėjo. Ekrane dažnai pasitaikydavo šie unikalūs analoginės televizijos defektai:
- „Sniegas“ (baltasis triukšmas): Kai signalas iš transliavimo bokšto būdavo per silpnas arba antena nustatyta netinkamai, televizorius negalėdavo suformuoti jokio aiškaus vaizdo. Vietoj to ekrane matydavosi atsitiktinai mirgantys ir judantys balti ir juodi taškai, lydimi garsaus ir nemalonaus šnypščiančio garso.
- Dvejinimasis (vaizdo „vaiduokliai“): Šis erzinantis efektas atsirasdavo tuomet, kai imtuvas priimdavo tą patį televizijos signalą kelis kartus su mikrosekundžių skirtumu – vieną tiesioginį nuo bokšto, o kitą – šiek tiek vėluojantį, nes jis atsimušė nuo netoliese esančio kalno ar aukšto betoninio pastato. Ekrane tuomet matydavosi pagrindinis vaizdas, o šalia jo – skaidrus, pasislinkęs jo dublikatas.
- Bangavimas, kadrų šokinėjimas ir iškraipymai: Prastas ryšys, elektros tinklo svyravimai ar netiksliai suderintas kanalų dažnio ratukas lemia tai, kad vaizdas prarasdavo sinchronizaciją. Dėl to visas vaizdas galėjo nesustabdomai slinkti ekrane iš viršaus į apačią (arba atvirkščiai), o vertikalios linijos pasidarydavo banguotos.
Nespalvotas pasaulis ir spalvų revoliucija
Pirmieji dešimtmečiai masinės televizijos istorijoje buvo išimtinai nespalvoti. Ankstyvųjų juodai baltų televizorių veikimo principas buvo reliatyviai paprastesnis: elektronų spindulys vienodu intensyvumu bombardavo ištisinį, vienalytį balto fosforo sluoksnį, esantį stiklo viduje. Kintanti elektros srovė patrankoje lėmė tik spindulio stiprumą – nuo to priklausė, ar konkretus taškas ekrane tamsiame fone švies ryškiai baltai, šiek tiek pilkšvai, ar liks visiškai juodas. Žmogaus smegenys, stebėdamos šių greitai besikeičiančių šviesių ir tamsių taškų visumą, natūraliai sujungdavo juos į vientisą, atpažįstamą pilkų atspalvių judantį vaizdą.
Tikroji technologinė inžinerijos revoliucija įvyko tada, kai mokslininkai sugebėjo į namų ekranus atnešti spalvotą vaizdą. Tai padaryti buvo nepaprastai sudėtinga, ypač todėl, kad inžinieriai turėjo išspręsti suderinamumo problemą: naujieji transliuojami spalvoti signalai turėjo būti tokie, kad senieji nespalvoti televizoriai, kuriuos vis dar naudojo milijonai žmonių, juos vis tiek galėtų priimti ir rodyti (nors ir juodai baltai). Sprendimas buvo genialus – spalvos informacija į signalą buvo įterpta papildomai, o pačių televizorių konstrukcija iš esmės pasikeitė. Vietoj vienos elektronų patrankos spalvotuose kineskopuose buvo sumontuotos net trys atskiros patrankos, o liuminoforo sluoksnis padalintas į milijonus akiai vos įžiūrimų mikroskopinių taškelių ar juostelių.
Spalvoto kineskopo ekrano vidus buvo preciziškai padengtas trijų pagrindinių šviesos spalvų – raudonos, žalios ir mėlynos (vadinamas RGB standartu iš angl. Red, Green, Blue) – liuminoforais. Sudėtingas spalvoto vaizdo kūrimo procesas vyko taip:
- Trys elektronų patrankos vienu metu šaudė tris atskirus elektronų spindulius. Vienas spindulys nešė informaciją apie raudoną vaizdo dalį, kitas – apie žalią, trečias – apie mėlyną.
- Prieš pat fosforo ekraną, vamzdžio viduje, buvo sumontuota speciali plonytė metalinė plokštelė su šimtais tūkstančių mažyčių skylučių, vadinama šešėline kauke (angl. shadow mask) arba, priklausomai nuo gamintojo, grotelėmis (angl. aperture grille). Ji užtikrino, kad, pavyzdžiui, raudonai spalvai skirtas elektronų spindulys kristų ir apšviestų išskirtinai tik raudono liuminoforo taškelius, uždengdamas jam kelią į kitų spalvų taškus.
- Keičiant kiekvieno iš trijų spindulių intensyvumą pagal gautą televizijos signalą, šie mikroskopiniai raudoni, žali ir mėlyni taškeliai šviesdavo skirtingu ryškumu. Stovint normaliu atstumu nuo televizoriaus, žmogaus akis dėl savo fizologinių ribojimų šių taškelių neatskirdavo ir optiškai sujungdavo juos į vieną ištisinį, pilno spalvų spektro atspalvį. Būtent taip iš trijų spalvų buvo sukuriamas visas realistiškas pasaulio vaizdas.
Senųjų televizorių valdymas ir unikalūs fiziniai pojūčiai
Prieš išrandant, išpopuliarinant ir į masinę gamybą paleidžiant patogius nuotolinio valdymo pultelius, televizoriaus žiūrėjimas neabejotinai reikalavo fizinio aktyvumo. Norint pakeisti neįdomų kanalą, padidinti garsą ar pakeisti vaizdo kontrastą, tekdavo pakilti nuo patogios sofos, prieiti prie aparato ir pasukti sunkų, pasipriešinimą turintį mechaninį ratuką. Šis ratukas, vadinamas kanalų perjungikliu (selektoriumi), garsiai ir kietai spragtelėdavo kiekvienoje pozicijoje. Pats perjungimo procesas tiesiogine to žodžio prasme mechaniškai perjungdavo vidinius elektroninius vario kontaktus prie skirtingų radijo dažnių ričių. Kartais, susidėvėjus mechanizmui, kanalą tekdavo perjunginėti po kelis kartus ar ratuką paremti degtuku, kad kontaktas būtų stabilus. Tarp to meto žiūrovų taip pat buvo plačiai paplitęs ir kitas neformalus taisymo būdas: stiprus smūgis delnu per televizoriaus medinį ar plastikinį šoną, kuris laikinai „pataisydavo“ prastą vidinių detalių kontaktą.
Dar vienas unikalus tų laikų aspektas buvo privalomas televizoriaus „įšilimo“ laikas. Kadangi senieji įrenginiai savo grandinėse naudojo vakuumines radijo lempas, o kineskopas turėjo termiškai kaitinamą katodą, įjungus prietaisą tekdavo kantriai palaukti nuo keliolikos sekundžių iki beveik minutės, kol ekranas nušvisdavo ir galiausiai pasigirsdavo laidų vedėjo balsas. Procesui vykstant, didžiulis ekrano stiklas stipriai įsielektrindavo. Daugelis vaikų, augusių CRT televizorių eroje, mėgo savotišką pramogą braukti ranka ar rankove per nelygų ekraną, klausantis tylaus statinės elektros iškrovų traškėjimo ir jaučiant, kaip elektra silpnai, bet juntamai kutena odą. Be to, baigus žiūrėti ir išjungus televizorių mygtuku, vaizdas nedingdavo akimirksniu lyg nukirpus laidą – visas ekrano vaizdas greitai susitraukdavo į vieną mažą, labai ryškų šviesų tašką pačiame ekrano viduryje. Šis taškas pamažu, per kelias sekundes ar net minutes išblėsdavo tamsoje, palikdamas kambarį visiškoje tyloje.
Dažniausiai užduodami klausimai (DUK)
Kiek laiko tarnaudavo senas kineskopinis televizorius?
Vidutinė kineskopinio televizoriaus (ypač gaminto patikimose Vakarų ar Japonijos gamyklose) tarnavimo trukmė buvo išties įspūdinga ir dažnai siekė nuo 15 iki net 25 metų, priklausomai nuo naudojimo intensyvumo ir detalių surinkimo kokybės. Tačiau šie įrenginiai dėvėjosi natūraliai: su laiku liuminoforas (fosforo sluoksnis) ekrano viduje nuo nuolatinio elektronų bombardavimo tiesiog išdegdavo, todėl vaizdas darydavosi vis tamsesnis, prarasdavo kontrastą, o spalvos darydavosi blankios, prarasdavo savo pradinį ryškumą ir tikslumą. Taip pat dažnai perdegdavo vidinės vakuuminės lempos ar išsipūsdavo elektrolitiniai kondensatoriai. Laimei, televizorių meistrai šiuos gedimus galėdavo diagnozuoti ir sėkmingai sulituoti ar pakeisti detales naujomis net ir paties kliento namų sąlygomis, nusiveždami pilnus lagaminus atsarginių dalių.
Kodėl senieji televizoriai skleisdavo aukšto dažnio garsą?
Tas specifinis, erzinantis ir tolygus cypimas, kurį geriausiai girdėdavo vaikai, paaugliai ir net naminiai gyvūnai, kildavo dėl vienos esminės detalės – vadinamojo eilutinės skleistinės transformatoriaus (dažnai meistrų vadinamo „kaskada“ arba angl. flyback transformer). Šis komponentas veikė griežtu ir specifiniu dažniu – maždaug 15,6 kilohertzų (kHz) Europos ir Australijos PAL televizijos sistemoje arba 15,7 kHz Šiaurės Amerikos NTSC sistemoje. Jo tikslas buvo suformuoti milžinišką aukštą įtampą, reikalingą elektronų spinduliui nukreipti ir ubrėžti kiekvieną horizontalią vaizdo liniją. Dėl elektromagnetinio rezonanso ir milžiniškos apkrovos pačios transformatoriaus ritės ir feritinės šerdys imdavo fiziškai vibruoti šiuo aukštu dažniu, skleisdamos erzinančią garso bangą. Vyresnio amžiaus žmonėms šis garsas dažnai būdavo visiškai negirdimas dėl natūralaus klausos jautrumo aukštiems dažniams silpnėjimo.
Ar tiesa, kad sėdėjimas per arti senojo ekrano gadina akis?
Šis bene garsiausias mamos ar močiutės perspėjimas turi labai įdomią istorinę kilmę. Praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje JAV rinkoje viena didelė elektronikos gamykla išleido brokuotų spalvotų televizorių partiją, kuri dėl blogai apskaičiuotos įtampos reguliavimo sistemos iš tiesų į aplinką skleidė šiek tiek per didelį rentgeno spinduliuotės kiekį. Nors šie pavojingi prietaisai buvo labai greitai atšaukti iš prekybos ir sutaisyti, visuomenėje kilusi panika ir tėvų įspėjimai vaikams griežtai atsitraukti nuo ekrano išliko ištisus dešimtmečius. Kalbant bendrai, nors ilgas nepertraukiamas žiūrėjimas į bet kokį – seną ar modernų – ekraną iš labai arti gali sukelti laikiną akių raumenų nuovargį, sausumą ir diskomfortą, standartiniai teisingai veikiantys CRT televizoriai nekėlė absoliučiai jokio ilgalaikio pavojaus regėjimui dėl radiacijos. Storas ir specialia sudėtimi (įskaitant šviną) pasižymintis stiklas itin efektyviai sulaikydavo bet kokią pavojingą spinduliuotę, kylančią kineskopo viduje greitinant elektronus.
Kineskopinių ekranų renesansas retro vaizdo žaidimų bendruomenėse
Nors šiuolaikinės pažangios technologijos, atnešusios išmaniuosius televizorius, visiškai ir negrįžtamai išstūmė senuosius kineskopinius televizorius iš masinės prekybos ir kasdienio vartojimo, šie nepatogūs prietaisai toli gražu neatsidūrė visiškame užmarštyje, šiukšlynuose ar vien tik perdirbimo centruose. Priešingai – pastaraisiais metais stebimas neįtikėtinas ir vis augantis senųjų CRT ekranų populiarumo šuolis specifinėse entuziastų grupėse. Ši tendencija ypač ryški tarp retro vaizdo žaidimų mylėtojų, kolekcionierių ir net profesionalių e-sporto senųjų žaidimų žaidėjų, kurie atkakliai medžioja geriausiai išsilaikiusius modelius antrinėje rinkoje.
Senosios kultinės žaidimų konsolės, tokios kaip aštuntojo ir devintojo dešimtmečio „Nintendo Entertainment System“ (NES), legendinė „Super Nintendo“, „Sega Mega Drive“ ar pirmoji, trimačius pasaulius atnešusi „Sony PlayStation“, buvo sukurtos specialiai išimtinai analoginiams kineskopams. Žaidimų kūrėjai puikiai žinojo, kaip veikia šie televizoriai, ir jų pikselinė grafika (angl. pixel art) rėmėsi išskirtinėmis technologinėmis CRT savybėmis. Horizontalios nuskaitymo linijos (angl. scanlines), natūralus spalvų susiliejimas dėl ne visai tobulos liuminoforo ir šešėlinės kaukės geometrijos padėdavo optiškai sušvelninti aštrius pikselių kampus ir sukurti iliuziją, kad vaizdas turi kur kas daugiau atspalvių ir gylio, nei leido tų laikų konsolių atmintis. Šiuolaikiniai itin didelės raiškos skystųjų kristalų ekranai be kompromisų parodo žaidimo kodą per daug aštriai, todėl senųjų žaidimų grafika atrodo grubesnė ir mažiau detali, atidengdama visus trūkumus, kuriuos senieji CRT ekranai tiesiog natūraliai ir tobulai paslėpdavo dėl savo fizinių savybių.
Be nostalgiško ir autentiško estetinio vaizdo, kurį bando atkartoti net modernūs programiniai filtrai, CRT televizoriai turi vieną objektyvų ir nepaneigiamą techninį pranašumą prieš pačius moderniausius LCD ar OLED ekranus: juose praktiškai nėra jokio apčiuopiamo įvesties vėlavimo (angl. input lag). Kadangi analoginis vaizdas piešiamas tiesiogiai elektronų spinduliu šviesos greičiu realiuoju laiku, nenaudojant jokių sudėtingų vaizdo procesorių, buferio ar mastelio keitimo algoritmų, mygtuko paspaudimas žaidimų pultelyje tiesiogine prasme atsispindi ekrane akimirksniu. Būtent dėl šios priežasties itin didelio tikslumo ir greitos reakcijos reikalaujantys retro žaidimų, tokių kaip „Super Smash Bros. Melee“, pasauliniai turnyrai iki pat šiol oficialiai organizuojami naudojant būtent tas sunkias, storas ir nepatogias stiklines dėžes, kurios tapo neatsiejama ir garbinga pasaulio technologijų istorijos dalimi.
