Wie vandaag een moderne televisie aanzet, ziet een haarscherp 4K- of zelfs 8K-beeld, streamt moeiteloos films via internet en bedient alles met een afstandsbediening of zelfs een stemcommando. Een televisie is allang niet meer alleen een apparaat om naar uitzendingen te kijken. Het is bijna een computer, mediaspeler, internetterminal en spelcomputer in één. Toch begon de geschiedenis van de televisie verrassend eenvoudig: met een draaiende metalen schijf vol kleine gaatjes.
De ontwikkeling van de televisie behoort zonder twijfel tot de grootste technische prestaties van de twintigste eeuw. Ingenieurs moesten leren hoe zij bewegende beelden konden vastleggen, omzetten in elektrische signalen, via de ether of kabel konden verzenden en vervolgens weer zichtbaar konden maken op een scherm. Daarbij kwamen vrijwel alle technische disciplines samen: mechanica, elektronica, radiotechniek, natuurkunde, scheikunde en later ook informatica. Veel technieken die televisie mogelijk maakten, komen terug in andere onderwerpen uit deze serie, zoals telecommunicatie, computeropslag, datacompressie, de transistor, de weerstand en de webbrowser.
In dit eerste deel kijken we vooral naar de techniek achter de televisie. Hoe ontstond het idee om bewegende beelden op afstand te versturen? Waarom werkte de eerste televisie nog met een ronddraaiende schijf? En hoe groeide dat primitieve systeem uit tot de elektronische televisie die bijna een eeuw lang de standaard zou blijven?
Een droom die ouder is dan de televisie zelf
Lang voordat de eerste televisie verscheen, droomden wetenschappers al van het verzenden van beelden over grote afstanden. De telegraaf maakte het mogelijk om tekst te versturen, de telefoon bracht gesproken woorden over en de radio liet complete muziekuitvoeringen en nieuwsbulletins horen. De logische volgende stap was het verzenden van bewegende beelden.
Dat bleek echter aanzienlijk ingewikkelder. Geluid bestaat uit één enkele golf die eenvoudig kan worden omgezet in elektrische signalen. Een beeld bestaat uit miljoenen afzonderlijke lichtpunten die voortdurend veranderen. Om zo’n beeld te versturen, moest eerst een methode worden bedacht om een compleet beeld regel voor regel af te tasten. Dat idee ontstond al in de negentiende eeuw.
De Nipkow-schijf: een briljant idee
In 1884 vroeg de Duitse student Paul Nipkow een patent aan op een apparaat dat de geschiedenis zou ingaan als de Nipkowschijf. Op het eerste gezicht leek het nauwelijks indrukwekkend: een platte metalen schijf met een spiraal van kleine gaatjes. Toch was het principe revolutionair.
Wanneer de schijf snel ronddraait, beweegt elk gaatje over een andere horizontale lijn van een afbeelding. Samen “lezen” de gaatjes het volledige beeld regel voor regel uit. Achter de schijf bevindt zich een lichtgevoelige cel die de verschillende lichtsterktes omzet in elektrische signalen.
Aan de ontvangende kant draait een identieke schijf exact even snel. Achter die tweede schijf bevindt zich een lamp waarvan de helderheid voortdurend wordt aangepast aan het ontvangen signaal. Doordat beide schijven perfect synchroon draaien, ontstaat opnieuw het oorspronkelijke beeld.
Het klinkt eenvoudig, maar in de praktijk bleek het buitengewoon lastig. Beide schijven moesten met vrijwel perfecte precisie gelijk blijven lopen. Een minimale afwijking leidde al tot een vervormd of rollend beeld.
Bovendien kon een Nipkowschijf slechts een beperkt aantal beeldlijnen verwerken. De eerste systemen kwamen nauwelijks verder dan dertig lijnen. Ter vergelijking: de analoge televisies die veel lezers zich nog herinneren, gebruikten later 625 beeldlijnen, terwijl een moderne 4K-televisie meer dan 2.160 beeldlijnen bevat.
Toch vormde de Nipkowschijf de basis voor alle latere televisiesystemen. Het fundamentele principe – een beeld regel voor regel analyseren en opnieuw opbouwen – wordt zelfs vandaag de dag nog toegepast, zij het volledig elektronisch.
De Nipkowschijf leeft voort in de belangrijkste Nederlandse televisieprijs
Hoewel de mechanische televisie al bijna een eeuw geleden verdween, leeft de naam van uitvinder Paul Nipkow nog altijd voort. Sinds 1961 wordt jaarlijks de Zilveren Nipkowschijf uitgereikt aan het beste Nederlandse televisieprogramma of de meest bijzondere televisieproductie.
De prijs werd ingesteld door televisie- en mediacritici en geldt als een van de meest prestigieuze onderscheidingen binnen de Nederlandse televisie. Anders dan veel publieksprijzen wordt de winnaar niet bepaald door kijkcijfers of een stemming onder het publiek, maar door een vakjury van televisiejournalisten en recensenten.
In de loop der jaren ontvingen talloze iconische programma’s een Zilveren Nipkowschijf. De prijs groeide uit tot een kwaliteitskeurmerk voor vernieuwende en invloedrijke televisie.
Naast de Zilveren Nipkowschijf bestaat sinds 1964 ook de Zilveren Reissmicrofoon, de tegenhanger voor radio, vernoemd naar de Hongaarse uitvinder en radiopionier Eugen Reisz. Beide prijzen worden jaarlijks uitgereikt tijdens een gezamenlijke ceremonie.
Dat juist de naam van Paul Nipkow aan deze televisieprijs is verbonden, is veelzeggend. Zijn mechanische televisiesysteem werd al snel ingehaald door elektronische technieken, maar zonder zijn baanbrekende idee om een beeld regel voor regel af te tasten, had de ontwikkeling van de televisie er waarschijnlijk heel anders uitgezien. Zijn uitvinding vormde het fundament waarop latere generaties ingenieurs konden voortbouwen.
De eerste echte televisie-uitzendingen
Hoewel Paul Nipkow het principe bedacht, bouwde hij zelf nooit een werkend televisiesysteem. Daarvoor moest de techniek eerst tientallen jaren verder ontwikkelen. Die stap werd gezet door de Schotse uitvinder John Logie Baird.
In de jaren twintig slaagde Baird erin om een compleet werkend televisiesysteem te bouwen dat gebruikmaakte van draaiende Nipkowschijven. Zijn eerste demonstraties trokken onmiddellijk veel belangstelling. Voor het eerst konden mensen live bewegende beelden zien die zich ergens anders bevonden.
De kwaliteit was naar moderne maatstaven onvoorstelbaar slecht. De beelden waren klein, flikkerden voortdurend en bestonden uit slechts enkele tientallen beeldlijnen. Personen moesten fel worden belicht omdat de lichtgevoelige cellen nauwelijks gevoelig waren. Door de enorme hitte van de schijnwerpers hielden veel proefpersonen het slechts enkele minuten vol.
Toch was de sensatie enorm. Voor het eerst in de geschiedenis konden mensen iemand zien die zich kilometers verderop bevond.
In 1926 gaf Baird in Londen een openbare demonstratie van zijn televisiesysteem. Veel historici beschouwen dit als de eerste echte televisiepresentatie.
Van laboratorium naar omroep
Baird bleef zijn systeem voortdurend verbeteren. Enkele jaren later experimenteerde hij al met kleurentelevisie, stereoscopisch beeld en zelfs grote projectieschermen.
In 1929 begonnen de eerste proefuitzendingen van de Britse BBC met behulp van zijn mechanische systeem. Daarmee ontstond voor het eerst een echte televisiedienst, al konden slechts enkele tientallen mensen de uitzendingen daadwerkelijk bekijken.
Toen begonnen de beperkingen steeds duidelijker te worden. Mechanische onderdelen konden onmogelijk snel genoeg draaien om hogere resoluties te bereiken. Naarmate het aantal beeldlijnen toenam, moesten de schijven groter worden en steeds sneller draaien. Dat leidde tot trillingen, slijtage en uiteindelijk fysieke grenzen waar de techniek niet meer overheen kon. De toekomst lag daarom niet in mechanica, maar in elektronica.
Vladimir Zworykin en de elektronische revolutie
Terwijl Baird werkte aan mechanische televisie, ontwikkelde de Russisch-Amerikaanse ingenieur Vladimir Zworykin een compleet andere benadering. In plaats van een ronddraaiende schijf gebruikte hij elektronen.
Zworykin werkte aanvankelijk voor Westinghouse en later voor het Amerikaanse RCA, dat uitgroeide tot een van de grootste elektronicabedrijven ter wereld. Hij ontwikkelde een camera waarin een elektronenbundel het beeld elektronisch kon aftasten. Zijn bekendste uitvinding werd de Iconoscope, een van de eerste praktisch bruikbare televisiecamera’s.
Aan de ontvangende kant gebruikte hij een kathodestraalbuis. Daarin werd een uiterst dunne elektronenbundel razendsnel over een met fosfor bekleed scherm gestuurd. Overal waar de bundel het scherm raakte, lichtte een klein puntje op. Door duizenden regels per seconde af te tasten ontstond een compleet beeld.
Het principe leek verrassend veel op de Nipkowschijf: ook hier werd het beeld regel voor regel opgebouwd. Alleen gebeurde dat niet meer met mechanische onderdelen, maar met een vrijwel gewichtloze elektronenbundel die zich met enorme snelheid kon verplaatsen. Dat betekende een enorme sprong voorwaarts in beeldkwaliteit.
Philo Farnsworth: de jonge uitvinder
Vrijwel gelijktijdig werkte aan de andere kant van de Verenigde Staten een jonge uitvinder aan een vergelijkbaar idee. Philo Farnsworth was nog maar veertien jaar oud toen hij tijdens het ploegen van een akker een ingeving kreeg. Terwijl hij de rechte lijnen in het land zag ontstaan, bedacht hij dat een beeld eveneens regel voor regel kon worden opgebouwd.
Het idee liet hem niet meer los. Enkele jaren later ontwikkelde hij een volledig elektronische televisiecamera die zonder bewegende onderdelen werkte. In 1927 slaagde hij erin om voor het eerst een volledig elektronisch televisiebeeld te verzenden. Dat was een historische mijlpaal.
Er ontstond vervolgens een langdurige juridische strijd tussen Farnsworth en RCA over de vraag wie de belangrijkste uitvinder van de elektronische televisie was. Uiteindelijk kreeg Farnsworth op belangrijke onderdelen gelijk, al zou RCA dankzij zijn enorme financiële slagkracht de markt jarenlang domineren.
De werkelijkheid is dat de moderne televisie niet door één genie werd uitgevonden. Zoals zo vaak in de techniek bouwden verschillende wetenschappers gelijktijdig voort op elkaars ideeën.
Waarom elektronica won
Aan het begin van de jaren dertig was duidelijk geworden dat de mechanische televisie haar grenzen had bereikt. Elektronische systemen leverden een veel hogere resolutie, een stabieler beeld, hogere beeldfrequenties en aanzienlijk grotere schermen. Bovendien waren zij betrouwbaarder omdat er vrijwel geen bewegende onderdelen meer aanwezig waren.
Omroepen begonnen daarom massaal over te stappen op elektronische televisie. De mechanische systemen verdwenen binnen enkele jaren vrijwel volledig uit beeld. Daarmee brak een nieuw tijdperk aan. Ingenieurs stonden nu voor een volgende uitdaging: hoe bouw je een televisietoestel dat miljoenen huishoudens dagelijks kunnen gebruiken?
Het antwoord op die vraag zou worden gevonden in een apparaat dat tientallen jaren het gezicht van de televisie zou bepalen: de kathodestraalbuis, beter bekend als de beeldbuis.
In het volgende deel kijken we hoe de beeldbuis werkt, waarom televisies jarenlang 625 beeldlijnen gebruikten, hoe interlacing ontstond en waarom Europa koos voor het PAL-systeem, terwijl andere delen van de wereld werkten met NTSC en SECAM.
Meer artikelen in de serie De geschiedenis van vind je hier
De bij dit artikel gebruikte (hoofd)afbeeldingen zijn digitaal gegenereerd met behulp van kunstmatige intelligentie en vertegenwoordigen geen daadwerkelijk gefotografeerde situaties. Ook is er in het artikel mogelijk gebruikgemaakt van stockafbeeldingen van bijvoorbeeld Pixabay.
Over de auteur
Marco Mekenkamp is eindredacteur van PC-Active. Dit 108 pagina's tellende magazine verschijnt elke twee maanden en is te koop in de winkel. Leden van HCC krijgen PC-Active zes keer per jaar thuisgestuurd als onderdeel van het HCC-lidmaatschap.
