Toen de mechanische televisie eenmaal had plaatsgemaakt voor volledig elektronische systemen, begon de echte doorbraak van de televisie. Ingenieurs hoefden niet langer rekening te houden met ronddraaiende schijven, tandwielen en motoren. Voortaan werd het beeld opgebouwd door iets dat onzichtbaar was voor het menselijk oog: een bundel elektronen.
Bijna een eeuw lang zou de beeldbuis – officieel de Cathode Ray Tube of CRT – het hart vormen van vrijwel iedere televisie. Generaties groeiden ermee op, zonder ooit te beseffen wat zich achter het glas afspeelde. Achter het scherm voltrok zich namelijk duizenden keren per seconde een indrukwekkend natuurkundig schouwspel.
Wie begrijpt hoe een beeldbuis werkt, begrijpt ook waarom televisies jarenlang zo groot en zwaar waren, waarom het beeld soms flikkerde, waarom een tik tegen de kast soms wonderen deed en waarom de overstap naar lcd- en OLED-schermen zo revolutionair was.
Een televisiescherm is eigenlijk een lege glazen fles
Hoewel een beeldbuis van buiten oogt als een dik stuk glas, is de binnenkant vrijwel volledig luchtledig. Dat vacuüm is essentieel: elektronen kunnen zich alleen ongehinderd verplaatsen wanneer zij niet voortdurend botsen tegen luchtmoleculen. Aan de achterkant van de beeldbuis bevindt zich het elektronenkanon. Dat bestaat uit een verhitte kathode die elektronen vrijmaakt. Door een hoge spanning aan te leggen worden deze elektronen met enorme snelheid naar voren geschoten. Aan de voorkant bevindt zich het beeldscherm, waarvan de binnenzijde is bedekt met een dun laagje fosfor. Zodra een elektron dit fosfor raakt, licht het heel even op. Eén elektron veroorzaakt slechts een minuscuul lichtpuntje. Maar doordat miljoenen elektronen per seconde precies op de juiste plaats terechtkomen, ontstaat een compleet televisiebeeld. Eigenlijk is een beeldbuis dus niets meer – of minder – dan een uiterst nauwkeurig elektronengeweer dat voortdurend op een glazen scherm schiet.
Waarom een beeldbuis vacuüm moet zijn
Een beeldbuis bevat vrijwel geen lucht. Zou de buis wel gevuld zijn met gewone lucht, dan zouden de elektronen voortdurend tegen zuurstof- en stikstofmoleculen botsen. Zij zouden daardoor hun snelheid verliezen en het scherm nooit bereiken.
Het vacuüm heeft nog een tweede voordeel: de elektronen kunnen vrijwel ongehinderd worden afgebogen door magnetische velden. Juist daardoor kan één enkele elektronenbundel het complete scherm afzoeken.
Het maken van een grote vacuümglazen beeldbuis was jarenlang een technisch hoogstandje. Een kleine beschadiging of productiefout kon ervoor zorgen dat de enorme luchtdruk van buiten de buis deed imploderen.
Van links naar rechts, van boven naar beneden
Misschien wel het meest geniale onderdeel van de televisie is de manier waarop een compleet beeld wordt opgebouwd. De elektronenbundel tekent namelijk helemaal geen volledig beeld in één keer. Net als een printer werkt hij regel voor regel. De bundel begint linksboven in beeld en beweegt razendsnel naar rechts. Daarna springt hij terug naar het begin van de volgende regel. Dat proces herhaalt zich honderden keren totdat de onderste beeldregel is bereikt. Vervolgens begint alles opnieuw. Dit proces heet scannen. Wie wel eens een boek leest, doet eigenlijk precies hetzelfde: regel voor regel wordt de pagina afgewerkt. Alleen gebeurt dat bij een televisie duizenden keren sneller.
Het menselijk oog is niet in staat deze afzonderlijke bewegingen waar te nemen. Dankzij de zogenaamde persistentie van het zicht blijven beelden een fractie van een seconde op ons netvlies aanwezig. Daardoor lijkt het alsof we één stabiel beeld zien. Hetzelfde principe wordt ook gebruikt bij filmprojectoren en moderne beeldschermen.
Hoeveel beeldlijnen zijn genoeg?
De eerste elektronische televisies gebruikten slechts enkele honderden beeldlijnen. Dat lijkt weinig, maar betekende al een enorme verbetering ten opzichte van de mechanische televisie. Elke beeldlijn bevat informatie over een smalle horizontale strook van het beeld. Hoe meer lijnen beschikbaar zijn, hoe scherper het uiteindelijke beeld wordt. Dat principe kennen we tegenwoordig nog steeds. Bij moderne televisies spreken we over Full HD (1.080 beeldlijnen), 4K (2.160 beeldlijnen) of zelfs 8K. Hoewel de techniek volledig is veranderd, is het basisidee identiek gebleven aan dat van Paul Nipkow: een compleet beeld wordt regel voor regel opgebouwd.
Afbuigspoelen sturen de elektronen
De elektronen verlaten het elektronenkanon altijd in een rechte lijn. Toch moeten zij uiteindelijk elk hoekje van het scherm bereiken. Dat gebeurt met behulp van elektromagneten. Rond de hals van de beeldbuis bevinden zich twee stel afbuigspoelen. Het ene stel beweegt de elektronenbundel horizontaal, het andere verticaal. Door de stroomsterkte in deze spoelen voortdurend te veranderen, wordt de elektronenbundel uiterst nauwkeurig bestuurd.
Eigenlijk is de bundel voortdurend onderweg. Terwijl hij van links naar rechts beweegt, verandert tegelijkertijd ook zijn helderheid. Daardoor ontstaan donkere en lichte delen van het beeld.
De televisie die eigenlijk een oscilloscoop is
Wie naar de werking van een beeldbuis kijkt, ontdekt opvallende overeenkomsten met een oscilloscoop. Ook daarin wordt een elektronenbundel met behulp van magnetische of elektrische velden over een fosforscherm gestuurd.
Veel elektronicahobbyisten ontdekten vroeger de werking van televisiebeeldbuizen juist dankzij oscilloscopen. Het verschil is vooral dat een oscilloscoop meetgegevens tekent, terwijl een televisie complete beelden opbouwt. Niet voor niets gebruikten veel televisiefabrikanten bij de ontwikkeling van nieuwe toestellen meetapparatuur die sterk leek op een gespecialiseerde televisie.
Het geheim zit in het fosfor
Het glas aan de voorkant van een beeldbuis is aan de binnenzijde bedekt met een uiterst dun laagje fosfor. Wanneer een elektron daarop botst, licht het materiaal heel even op. Dat “heel even” is cruciaal. Verdween het licht onmiddellijk, dan zou het beeld voortdurend flikkeren. Bleef het juist te lang zichtbaar, dan zouden bewegende beelden veranderen in één grote waas. Ingenieurs ontwikkelden daarom tientallen verschillende soorten fosfor met uiteenlopende eigenschappen.
Zelfs de kleur van het fosfor speelde een belangrijke rol. Bij zwart-wittelevisies werd meestal wit fosfor gebruikt. Voor kleurentelevisies werden rode, groene en blauwe fosforpuntjes ontwikkeld, waar we later uitgebreider op terugkomen.
Resolutie: meer dan alleen beeldlijnen
Veel mensen denken dat de scherpte van een televisie uitsluitend wordt bepaald door het aantal beeldlijnen. Dat is maar een deel van het verhaal. Ook de grootte van de lichtpuntjes, de nauwkeurigheid van de elektronenbundel en de kwaliteit van de elektronica spelen een belangrijke rol. Een hoogwaardige televisie uit de jaren tachtig kon daardoor zichtbaar scherper ogen dan een goedkoop toestel, ondanks het feit dat beide hetzelfde aantal beeldlijnen gebruikten. Hetzelfde zien we tegenwoordig nog steeds bij moderne televisies. Twee 4K-schermen hebben op papier dezelfde resolutie, maar kunnen in de praktijk toch een heel verschillend beeld leveren.
Waarom een tik tegen de televisie soms hielp
Iedereen kent het cliché uit oude films: iemand geeft de televisie een ferme tik tegen de zijkant en plotseling verschijnt het beeld weer. Hoe vreemd dat ook klinkt, soms werkte het echt. In oudere televisies zorgden slechte soldeerverbindingen, losgeraakte connectoren of versleten elektronenbuizen ervoor dat een elektrisch contact tijdelijk wegviel. Een tik tegen de kast kon zo’n verbinding heel even herstellen. Voor reparateurs was dit overigens geen oplossing, maar juist een aanwijzing dat ergens een slecht contact aanwezig was.
{/info)
Interlacing: een slimme oplossing voor een hardnekkig probleem
Toen televisies steeds groter werden, ontstond een nieuw probleem. Een volledig beeld bestond uit honderden beeldlijnen. Wilde men alle lijnen vijftig keer per seconde opnieuw tekenen, dan was daarvoor veel meer bandbreedte nodig dan destijds beschikbaar was. Ingenieurs bedachten daarom een uiterst slimme oplossing: interlacing.
In plaats van eerst alle beeldlijnen achter elkaar weer te geven, werd het beeld opgesplitst in twee halve beelden. Eerst verschenen alle oneven beeldlijnen, daarna alle even beeldlijnen. Voor het menselijk oog vloeiden deze twee halve beelden samen tot één volledig beeld. Deze techniek maakte een rustiger beeld mogelijk zonder dat er extra zendcapaciteit nodig was. Interlacing zou tientallen jaren de standaard blijven voor analoge televisie en vormde een van de belangrijkste technische innovaties uit de geschiedenis van de televisie.
Een televisie bevatte duizenden onderdelen
Wie een moderne smart-tv opent, ziet vooral printplaten en geïntegreerde schakelingen. Een televisie uit de jaren zestig of zeventig zag er totaal anders uit.
Zo’n toestel bevatte tientallen elektronenbuizen of later honderden transistoren, honderden weerstanden, condensatoren, spoelen, transformatoren en een wirwar aan bedrading. Daar kwam de beeldbuis zelf nog bij, samen met de hoogspanningsvoeding, de tuner en de afbuigelektronica.
Dat verklaart waarom televisiemonteur vroeger een gerespecteerd beroep was. Een defect toestel vereiste niet alleen meetapparatuur en technische kennis, maar ook een goed begrip van elektronica.
In het volgende deel bekijken we waarom Europa uiteindelijk koos voor 625 beeldlijnen, hoe de PAL-standaard ontstond en waarom Noord-Amerika vasthield aan NTSC. Ook zien we hoe kleurentelevisie werkte en waarom juist het Nederlandse Philips daarin een hoofdrol speelde.
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.
