神奇的電學 電學小課堂：一個視頻讓你徹底瞭解電視機的前世今生。

發明天才的人真是臺大彩電 1958年 隨着大老美的手指一按 電視機顯像技術正式從黑白進入彩色時代 在接下來的時間裏 世界各國都相繼開始了對彩色電視的轉換 很快啊 這項技術就風靡全球 然而衆所周不知的是 其實早在30年前的1928年 彩色電視機就已經被人類發明出來了 那爲什麼這項技術在經歷了30年後 才真正普及呢 其實這一切要從電視機的發明說起 我們都知道 視頻這個東西 你首先要能記錄下畫面 然後通過信號傳導 才能將圖像傳輸到你的顯像設備上 這套流程在現如今是輕而易舉 但是在100多年前 那就是天方夜譚 直到1925年 一個名叫約翰·貝爾德的英國發明家出現 他讓拍攝對象坐在一個旋轉的圓盤前 圓盤上有30個等距排列成螺旋圖案的孔洞 當圓盤旋轉時 這些孔洞會掃描過一個窗口 並以30條近似垂直線的方式捕捉畫面 當每個孔洞經過窗口時 光線會通過小孔進入機器內部 隨即被聚焦在一個光電管上 這個管子由金屬鈦製作而成 它是一種能夠根據受光情況產生電能的材料 並且產生的電能會隨着光線的強弱發生變化 隨着孔洞掃描拍攝對象 光電管就開始記錄亮度的變化 並將其轉化爲電信號 接着將這個信號通過無線電波傳輸到顯示器上 在顯示器這端 電信號首先會被放大 併發送到一個燈泡上 這個燈泡的前面同樣有一個轉盤 當轉盤旋轉時 電信號會改變燈泡的高度 並將光線投射到箱子外側的玻璃屏幕上 雖然它只是一個光點 但當圓盤旋轉的足夠快時 就能在人眼中描繪出一幅完整的圖像 一幅由30根豎線組成的模糊動態圖像 雖然這個分辨率看上去弱到爆炸 且每秒鐘只能呈現5幀的斷層畫面 但就是這個破玩意兒 卻標誌了世界上第一臺機械電視機的誕生 隨後貝爾德試圖將色彩融入到這臺電視中 他首先修改了記錄畫面用的圓形轉盤 並將上面的孔洞分成了三組 分別用紅 綠 藍三種濾鏡覆蓋 當圓盤旋轉時 機器會一次一種顏色的掃描整個畫面 並記錄下每種特定顏色的光照強度 在顯像接收端同樣也有一個三色轉盤 紅光的輸入信號會在紅色區域控制燈泡強弱 到達綠色區域時則輸出綠色信號 然後再是藍色 這樣屏幕上就會依次顯示紅 綠 藍三種顏色的畫面 每個畫面的光線值略有不同 由於人類大腦具有保留瞬間畫面的功能 所以這種看似分割的顏色其實會被人眼完全融合 從而形成一幅完整的彩色畫面 貝爾德曾運用這項技術 展示了花朵與草莓的彩色畫面 儘管當時的屏幕尺寸只有5釐米 但這玩意兒確實可以稱得上世界上第一臺彩色電視機 然而好景不長 由於受到機械系統的限制 並且在這臺設備內部 永遠都運行着一個瘋狂旋轉的巨大輪盤 就在貝爾德繼續改進他的機械電視時 一種叫做電子顯像的新技術巧然誕生了 早在1857年 德國物理學家蓋森勒和普里克在用電和氣體做實驗時 將兩片金屬放入了一節玻璃管中 他們儘量抽走玻璃管中的空氣 使其接近真空 隨後給兩端的金屬片通上電 令他倆意外的是 眼前的玻璃管竟然發出了光芒 並且光線會隨着玻璃管內空氣的減少 而變得越來越集中 此時一旁的普里克用一塊磁鐵靠近他 竟然還造成了光線的偏轉 原理其實很簡單 通電電流會導致電子從陰極發射出來 當它們到達玻璃管末端時 就會以光的形式釋放出能量 根據這個原理 另一位德國科學家布勞恩 製造出了世界上第一臺陰極射線管 他在玻璃管的中間安裝了兩枚電磁鐵 發現通過改變磁性強弱 就能精準控制電子束在垂直與水平方向上的偏轉 並將光線引導到了末端的小屏幕上 與機械電視描繪線條的原理一樣 陰極射線管也是通過掃描成像 但是它的個頭小啊 而且沒有複雜的機械設備支撐 電子束可以在屏幕上形成更加精確的線條 並通過電信號改變線條的亮度 形成清晰的圖像 比機械電視那是強百倍 隨後這個試驗迅速被擴散 世界各地的發明家都開始嘗試 用陰極射線管來製造電視機 1927年 日本發明家高柳健四郎 首次製造出了一臺由CRT驅動的顯示器 分辨率高達100線程 但它的電視還是依賴機械轉盤來捕捉畫面 光線也只是黑白 所以此時 真正的難題是如何通過CRT來記錄畫面 光能放不能錄它也不行啊 直到1933年 俄裔發明家次沃雷基 終於掏出了自己的新發明 光電射線管 我們可以稱它爲世界上第一臺攝像機 它通過一個玻璃鏡片 將拍攝對象的光線聚焦到系統內部的一塊薄雲母片上 雲母片的背部覆蓋有一層銀膜 正面則塗有微小的光敏顆粒 就像是無數個微小的像素 當拍攝對象的光線擊中這些顆粒時 它們就會發射出電子並失去電荷 擊中顆粒的光線越多 釋放的電子就越多 其中暗區保留電荷 亮區失去電荷 這樣就會在雲母薄片上保存出一張反向的圖像底片 此時 玻璃管內的電子束會一次一行地掃描底片 當它擊中帶有電荷的區域時 電子束會反彈回來 並擊中一個探測器 探測器隨即讀取信息並轉換成電信號 然後這個信號就可以被傳輸並反向 最後生成視頻畫面 從此 CRT技術徹底成爲電視機的未來 但現在新的問題又出現了 要如何給這臺電視機增加色彩呢 美國無線電公司首先開發出了一種特殊的彩色攝像機 它將接受的光線通過棱鏡過濾後分離出紅綠藍三色光 隨後引導到單獨的光電攝像管上 爲每種顏色生成單獨的光信號 在電視接收端 這些光信號連接三個單獨的CRT 最後通過一系列鏡頭重新組合到屏幕上 這種方法看似合理 但想在屏幕上對齊圖像卻很困難 並且三個CRT的構造讓電視機的成本增加了三倍 更重要的是 增加的信號與原本單一的黑白電視機並不兼容 想看彩電 你還得高價購買新電視纔行 所以人們需要的是一種 既便宜又能與現有黑白電視兼容的彩色電視機 美國無線電公司的新想法 是製造一臺由三個電子樹組成的單一CRT 它們可以一起掃描屏幕 屏幕本身被精心噴塗了紅綠藍三色熒光粉 並以三角形形式排列 這樣當它們被電子樹擊中時 會一起跟着電信號的強度發光 通過這種方式 我們就可以精準控制每個像素點的顏色值了 遠遠看去 當這些顏色混合在一起時 就能產生真實的彩色圖像 從理論上講 這個方案沒問題 但當時的電子槍聚焦性差 根本無法擊中如此微小的目標 然而就在此時 一個簡單又天才的創意誕生了 我們在屏幕的後面增加了一塊金屬板 俗稱音罩 這塊板在每組熒光粉後面 戳了成千上萬個小孔 由於電子槍之間存在間隔 所以射出的三條電子樹 會以略微不同的角度穿過小孔 使它們只能擊中正確的熒光粉 即使射出的電子樹角度不夠準確 這些小孔也能精準修正它們的角度 使光束到達最佳落點 當電子樹掃描圖像時 它們會根據信號 將不同強度的三色光繪製在屏幕上 至此 一臺完美的彩色電視機就誕生了 很快 它就成爲了美國的標準廣播系統 並統治地球60年 隨着時代的進步 現如今電視機的發展已經今非昔比 數字電視早已成爲當今的主流 此刻 回首這條來時的路 你是否從中感受到了那種偉大的人類智慧呢 下課