Mechanisches Fernsehen - oder: Die tollkühnen Männer und ihre flimmernden Kisten

"To invent, you need a good imagination and a pile of junk." Thomas Alva Edison.

Einleitung:

Mechanisches Fernsehen? Was soll das denn sein? Wenn man heute an Fernsehen denkt, dann meint man hochkomplizierte technische Geräte mit Bildröhre, TFT oder Plasmaschirm. Ein mechanischer Fernseher ist natürlich nicht wirklich mechanisch, sondern lediglich die Bildzerlegung funktioniert mechanisch. Auf diese Weise konnte man schon vor über 80 Jahren Fernsehbilder übertragen. Dass das Fernsehen fast so alt ist wie das Radio, ist wenig bekannt. Für unsere Generation war das Fernsehen einfach "schon immer" da, und auch die älteren Mitbürger (zumindest in Deutschland) werden das Fernsehen erst nach dem zweiten Weltkrieg bewusst wahrgenommen haben. Tatsächlich waren Pioniere schon seit dem 19. Jahrhundert mit dem Problem des Fernsehens beschäftigt.

So funktioniert Fernsehen:

An dieser Stelle ist es angebracht, ein wenig auszuholen und zu beschreiben, wie das Fernsehen eigentlich funktioniert. Ein Bild kann nicht als Ganzes übertragen werden, es sei denn durch Spiegel, Teleskope, usw.. Man muss ein Bild irgendwie in elektrischen Strom umwandeln, und dann auf Empfängerseite wieder in Licht umwandeln. Bekannt war schon seit Anfang des 19. Jahrhunderts die Selenzelle, ein Material, welches mehr Strom durchlässt, je mehr Licht darauf fällt. Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts kennt man auch die Glühlampe, welche Strom wieder in Licht umwandelt. Das Problem: Damit kann man nur einen einzigen Lichtpunkt, aber kein ganzes Bild übertragen. Es sei denn, man teilt ein Bild in ganz viele einzelne Punkte auf, und überträgt jeden einzelnen dieser Bildpunkte. Das gäbe ein ziemliches Kabelgewirr, und die Stromrechnung wäre auch immens, denn das Bild wird umso schärfer, in je mehr Punkte man es aufteilt. Abgesehen davon müsste man für jede einzelne dieser Verbindungen einen eigenen Verstärker, bei drahtloser Übertragung sogar jeweils einen eigenen Sender um Empfänger haben! Ein moderner Fernseher beispielsweise teilt das Bild in 500.000 Bildpunkte, bei HDTV sogar noch sehr viel mehr! In der Praxis ist somit Fernsehen auf diese Weise nicht durchführbar.

Aber der Gedanke mit den Bildpunkten ist schon richtig, man muss sie nur nacheinander senden, damit man mit nur einer Leitung auskommt.

Fernsehen gelöst: und zwar mechanisch!

Für stehende Bilder hatte man dieses Problem dem Grunde nach schon im 19. Jahrhundert gelöst: Durch ein Pendel, an dem eine Selenzelle befestigt ist, tastet man eine Papiervorlage ab. Am Ende jeder Zeile wird ein Vorschub, ähnlich einer alten Schreibmaschine, ausgelöst, und das Pendel tastet eine Zeile tiefer das Bild ab. Auf der Empfängerseite läuft ein anderes Pendel völlig synchron, und senkt im Rhythmus der Stromimpule einen Stift auf ein Papier, und schreibt das abgetastete Bild so wieder auf. Das System wurde freilich bis in die heutige Zeit verfeinert und verbessert, insbesondere der Gleichlauf zwischen Sender und Empfänger bereitete Schwierigkeiten. Heute werden diese "Bildtelegraphen", wie man damals sagte, als "Fax" bezeichnet, und sind in prinzipiell ähnlich funktionierender Weise noch immer in Gebrauch.

Aber das ist noch kein Fernsehen, dazu müsste die Übertragung sehr viel schneller erfolgen, so schnell, dass das Auge getäuscht wird, und die schnelle Folge von Bildpunkten als ein einzigen Bild wahrnimmt, und nicht nur dass, die Bilder müssen so schnell abwechseln, dass der Eindruck eines bewegten Bildes erscheint.

Die erste brauchbare Erfindung hierzu machte der preussische Student Paul Nipkow am Heiligen Abend des Jahres 1883 in seiner Studentenbude in Berlin. Zu Weihnachten bekam er von seinem Vater ein Teleskop, und er träumte davon, damit seine Eltern wenigstens sehen zu können, wenn er schon nicht da sein konnte. Er sah mit dem Teleskop aus dem Fenster, und dabei fiel sein Blick auf die Speichenräder eines Pferdefuhrwerks. Ihm fiel auf, dass die einzelnen Speichen gar nicht mehr zu sehen sind, und der Eindruck eines durchscheinenden, speichenlosen Rades erscheint. Dabei kam ihm der Gedanke, eine schnell drehende Scheibe zu verwenden, wo anstelle der Speichen kleinste Löcher eingestanzt sind, jedes Loch um exakt eine Lochesbreite tiefer als das vorhergehende. Das Bildfenster hat die größe des Abstandes zwischen zwei Löchern. Bei dieser Anordnung ist immer nur ein Loch zu sehen, welches sich schnell von links nach rechts bewegt. Kaum ist das Loch rechts hinter dem Bildfenster verschwunden, kommt von links das nächste Loch, etwas tiefer als das vorherige, und so weiter. Auf diese Weise kann das ganze Bild zeilenweise, Punkt für Punkt abgetastet werden!

Eine Methode der mechanischen Bildzerlegung (daher mechanisches Fernsehen) war erfunden! Um aus dieser Scheibe einen kompletten Fernseher zu bauen, dachte Nipkow daran, die Nipkowscheibe in eine Kamera einzubauen, anstelle des Films wird eine Selenzelle befestigt. Im Empfänger wird anstelle der Selenzelle eine Glühlampe angeschlossen, der Betrachter schaut durch die Scheibe auf die Lampe, und sieht so ein (schwarzweißes) Bild.



Dies ist die schematische Zeichnung einer Nipkow-Scheibe mit nur 12 Löchern für 12 Zeilen. Diese Scheibe läuft entgegen dem Uhrzeigersinn, die Zeilen sind senkrecht angeordnet, folglich Abtastung von rechts nach links.

Im rechten Bild sieht man das sichtbare Bildfenster, welches die nicht benötigten Löcher abdeckt, da ja immer nur ein ein Loch im Bildfenster zu sehen sein darf.

Im Bild links sieht man die schematische Zeichnung eines Monitors von oben gesehen. Die Nipkowscheibe wird von dem Motor in Drehung versetzt, hinter der Scheibe steht ein Array von LEDs (früher war es natürlich eine Glimmlampe, Neonlampe oder sogenannte Kerr-Zelle, einem durch Elektromagnetismus gesteuertem Polarisationsfilter). Durch die Vergrößerungslinse betrachtet der Zuschauer das "Programm".

Die Idee war genial, und Paul Nipkow beantragte im Januar 1884 ein Patent auf seine Erfindung. Leider gab es damals massive Probleme, die einer Verwirklichung noch im Wege standen: Die Selenzelle ist viel zu träge, wollte man so schnelle Helligkeitswechsel übertragen, standen keine ausreichenden Ströme zur Verfügung. Die Verstärkerröhre wurde erst 1907 erfunden. Und auch die Glühlampe erwies sich als viel zu träge, um damit einen Fernseher bauen zu können. Hinzu kamen Geldprobleme und eine Ehefrau, welche von "Erfinden" gar nichts hielt. So hat Nipkow sein Patent schon im folgenden Jahr nicht mehr verlängert, damit standen seine Ideen anderen Bastlern und Erfindern offen.

In der Folgezeit kam man Dank vieler Einzelerfindungen, wie der Verstärkerröhre, der Fotozelle, der Kerrzelle und später der Glimmlampe als schnell reagiernde Lichtquelle der Realisierung des Fernsehens näher.

Die praktische Realisierung:

Erst im Jahr 1926 gelang es dem schottischen Erfinder John Logie Baird einen wirklich funktionierenden mechanischen Fernseher und auch eine Kamera zu bauen, mit der Fernsehen übertragen werden konnte. Um diese Zeit waren die technischen Möglichkeiten ausgereifter, und zahlreiche Firmen in der ganzen Welt versuchten sich am Fernsehen. Doch nur Baird gelang es, auch gute Bilder zu erzeugen. Er machte zunächst ein großes Geheimnis um seine Erfindung, da er das Problem der mangelnden Empfindlichkeit der Selenzelle durch einen Trick umgangen hatte: Hinter der Nipkowscheibe befand sich eine sehr starke Lichtquelle, das zu sendene Objekt war in völliger Dunkelheit, und wurde von dem gleißend hellen Lichtpunkt abgetastet. Die Selenzelle befand sich mitten im Raum, und konnte so mehr Licht auffangen.

Bis 1928 verfeinerte Baird das System soweit, dass er damit an die Öffentlichkeit gehen konnte. Sehr publikumswirksam inszenierte er Auftritte in Kaufhäusern, und stellte Rekorde auf, wie die erste Fernsehübertragung von London bis New York. (Es wurde damals auf Kurzwelle gesendet, was solche Reichweiten möglich machte). Die BBC wollte trotzdem nichts von ihm wissen, und stellte ihm keinen Sender zur Verfügung. Baird sprach daraufhin mit der deutschen "Fernseh A.G.", einem, heute würde man es "Joint Venture" nennen, Zusammenschluss der Firmen Telehor des ungarischen Fernsehioniers Dennis von Milhaly, Bosch, Zeiss Icon und der Loewe A.G., wo auch massiv am Fernsehen entwickelt wurde. Zusammen mit der Deutschen Reichspost konnte man in der Tat bereits 1929 die ersten öffentlichen Fernsehsendungen durchführen! Als Fernsehnorm wurden 30 Zeilen, horizontal von oben nach unten abgetastet, bei 12,5 Bildern pro Sekunde (12 Bilder ist das Minimum für eine flüssige Bewegung) festgelegt. Das Bild war in einem Seitenverhältnis von 1 zu 1, später von 3 zu 2, was ungefähr einer Postkarte entspricht. Da für die 30 Zeilen entsprechend 30 Löcher auf der Nipkowscheibe erforderlich sind, musste man einen Kompromiss finden zwischen Bildgröße und Größe der Nipkowscheibe. Das Bild war somit gerade mal so groß wie eine Briefmarke, mit einer Lupe davor erreichte man fast Postkartenformat.

Zurück in England wollte man natürlich den Deutschen in nichts nachstehen, und auf Druck des Postministers wurde Baird durch die BBC Sendezeit eingerämt. Baird verfeinerte sein System noch weiter. Ihm war klar, dass die Bildauflösung viel zu gering ist, um beispielsweise Kinofilme abzutasten und zu senden, die Stärke des System liegt bei Nahaufnahmen. Baird kippte das Bild daher auf die Seite, und ließ die Scheibe entgegen dem Uhrzeigersinn laufen. Gleichzeitig machte er das Bild noch höher (bis ins heute sehr exotisch wirkende Seitenverhältnis 3 zu 7!), so dass man ganze Portraits übertragen konnte. Durch die senkrechten Zeilen wirkte das Bild trotz der niedrigen Bildrate von ebenfalls nur 12,5 Bildern pro Sekunde wesentlich ruhiger als das deutsche System. Während in Deutschland das System fortlaufend verbessert wurde (1930: Erhöhung auf 25 Bilder pro Sekunde, 1931 Erhöhung auf 60 Zeilen, ein Jahr später 90 Zeilen und 1934 bereits 180 Zeilen!), wurde das englische System bis September 1935 beibehalten. Einige tausend Empfänger dürften in dieser Zeit verkauft worden sein. In den Niederlanden, wo die BBC auch empfangen werden konnte, wurden sogar bis 1939 noch Versuchssendungen mit nur 30 Zeilen nach der englischen Norm ausgestrahlt!

Auch in anderen Ländern waren die Entwickler am Werk, in den USA entstanden ab 1928 in zahlreichen Städten die ersten Fernsehsender, von den leider jeder seine eigene Norm zwischen 24 und 60 Zeilen einsetzte. Diese Uneinigkeit, und die weitere Entwicklung des elektronischen Fernsehens stoppte die öffentlichen Sendungen in den USA bis 1933 komplett.

Neben dem Fernsehen mit Nipkoscheiben entstanden auch noch zahlreiche andere mechanische Systeme, unter Einsatz von Spiegelrädern, Spiegelschrauben, Bildscannern mit Löchern in Trommelform, und auch schon erste Empfänger mit Bildröhre (wobei auf Senderseite zunächst weiterhin mechanische Bildzerleger eingesetzt wurden.)

Erst ab Mitte der 30er Jahre verdrängte die Bildröhre, welche zwar auch schon 1906 durch Max Dieckmann erstmalig für Fernsehexperimente eingesetzt wurde, die mechanischen Fernseher. Zuvor wurde die "Braunsche Röhre, wie man sie nach dem Erfinder nannte, als "zu kompliziert" und "zu teuer" als für das Fernsehen ungeeignet abqualifiziert. Erst mit den höheren Zeilenzahlen (in Deutschland ab ca. 1934 180 Zeilen, ab 1938 bereits 441 Zeilen, ebenso in den USA, und in Großbritannien 405 Zeilen, wo man ab 1936 als erstes Land der Welt einen hochzeiligen Fernsehdienst einführte) verdrängte die Bildröhre die mechanischen Bildzerleger weitestgehend. Nur für die Abtastung von Kinofilmen wurden noch bis 1940 Nipkowscheiben eingesetzt, sogar mit bis zu 441 Zeilen! Das Fernsehen konnte mit Beginn des zweiten Weltkrieges als technisch ausgereift bezeichnet werden, der Krieg verhinderte jedoch weltweit eine Einführung als Massenmedium.

Alternative Bauform: Die Trommel

Um die komische Bildform, resultierend aus der Form der Nipkowscheibe, zu einem Rechteck zu verändern, kam man recht schnell auf die Idee, statt in eine Scheibe die Löcher in eine Trommel zu stanzen. Eine solche Trommel wurde bis in die 1940er Jahre zur Abtastung von Filmen eingesetzt, und zwar mit einer Auflösung von 441 Zeilen! Anstelle einfacher Löcher waren Linsen kranzförmig in den Scanner eingesetzt, daher auch die Bezeichnung "Linsenkranzadapter".

Auf der NBTVA-Convention in Loughborough im April 2010 stellte jemand einen neuen Ansatz für eine solche Trommel vor: Im gutsortierten LED-Fachhandel, wie beispielsweise der Firma LED24.de gibt es flexible LED-Leisten mit 30 LEDs (Beispielsweise diese hier: flexible LED-Leiste 30 SMD-LEDS). 30 LEDs entsprechen hierbei 30 Zeilen, dem Standard des original Baird Fernsehbildes. Bei einer Länge von 50 cm braucht man folglich eine Trommel mit einem Durchmesser von nur 16,05 cm. Ein Einzelbild ist somit 1,66 cm hoch, und run 1,cm breit. Die LEDs werden über einen Schleifkontakt mit dem Bildsignal versorgt. Die rotierende Trommer zeigt somit 30 Bilder gleichzeitig an, allerdings ist nur ein Bild korrekt synchronisiert. Der Youtube-Film von mir zeigt den Versuchsaufbau. Das Bild ist zwar sehr klein, aber Dank der LEDs sehr lichtstark. Man könnte das Bild also leicht auf eine Mattscheibe projezieren, und so eine gute Bildgröße erreichen.

Mechanisches Fernsehen heute:

Damit ist die Geschichte des mechanischen Fernsehen noch nicht zu Ende, denn auch ein normaler Videorekorder ist technisch gesehen ein mechanischer Fernseher! Anstelle der Nipkowscheibe rotieren in der Kopftrommel Elektromagneten, welche die Bildinformationen auf ein Band schreiben, welches an der Kopftrommel vorbei bewegt wird. Und auch die allerneueste Generation von Videobeamern, die sogenannten DLP-Beamer, verwenden kleinste Spiegel, welche durch Mikromotoren bewegt werden, um so das Licht in unterschiedlichen Helligkeiten auf die Leinwand zu bringen. Farbe wird durch ein schnell rotierendes Rad erzeugt, in dem sich drei Farbfilter in den Grundfarben rot grün und blau befinden. Ein System zur Erzeugung von Farbbildern, welches Baird schon 1929 vorführte, mit seinem mechanischen Fernseher mit nur 30 Zeilen!

Wie sieht ein "mechanisches Fernsehbild aus?

An dieser Stelle ein gutes Beispiel in der NBTV-Norm mit 32 Zeilen, gefunden bei Youtube:

Oder ein klassisches Beispiel: "The Man with a Flower in his Mouth". Das erste Fernsehspiel, ausgestrahlt 1930 von der BBC in einem Remake aus den 60er Jahren, abgespielt auf einem Originalfernseher nach dem System Baird:

Historische Technik heute

Und heute? Das mechanische Fernsehen hat auch heute noch zahlreiche Liebhaber! Es gibt Sammler historischer Fernseher, und es gibt noch mehr Leute, welche mechanische Fernseher nachbauen! Einerseits aus Interesse am Basteln, aber vor allem auch an der simplen Technik. Es ist doch immer wieder verblüffend, nur mit einer rotierenden Scheibe Fernsehbilder erzeugen zu können. Heute haben wir es natürlich viel einfacher als Fernsehbastler zu Zeiten Bairds: Es gibt das Internet zur gegenseitigen Hilfe, statt Neonlampen wie in historischen Fernsehern können normale LEDs als Lichtquelle eingesetzt werden, und die Röhrenschaltungen können leicht mit Transistoren oder sogar ICs nachgebaut werden. Fertige Nipkowscheiben konnte man zwar damals wie heute kaufen, nur dass diese heute aus Kunststoff oder Aluminium sauber mit einem Laser geschnitten werden können, früher war dies schwere Handarbeit.


Auf den nachfolgenden Seiten werden verschiedene dieser Selbstbaufernseher beschrieben. Dabei wird auch immer darauf eingegangen, wie man früher verfahren ist, Puristen können gerne Röhrenschaltungen verwenden. Um nur das Prinzip zu verstehen, geht es auch einfacher! Für den Anfang gibt es Schablonen zum Selbermachen der Nipkowscheibe, zum Beispiel einfach nur aus Pappe oder einer alten LP. Als Motoren kommen recyclete Modelle aus alten Kassettenrekordern in Frage, die restlichen Bauteile sind preiswert. Wer es luxuriöser mag, das kann natürlich auch. Und wer zwei linke Hände hat, der kann auch für knapp 30 britische Pfund einen Bausatz kaufen, der in rund 10 Minuten einsatzbereit montiert ist.

Links zu anderen Bastlern mechanischer Fernseher, sowie zu historischen Geräten:

NBTVA, the Narrow Bandwidth Television Association Ein Verein mit dem Thema mechanisches Fernsehen. Der Club und das dortige Forum sind Gold wert, wenn man Hilfe bei seinen eigenen Projekten braucht, für Anregungen und natürlich zur Materialbeschaffung!
Seite von Eckardt Etzold Dokumentation des Baus eines Fernsehers mit 32 Zeilen mit Nipkowscheibe. Auf Deutsch.
Peter Yancer Homepage eines sehr erfolgreichen Bastlers, nicht nur von Fernsehern mit Nipkowscheibe, sondern auch anderer mechanischer Fernseher. Auch Versand von hochwertigen Nipkowscheiben aus Aluminium.
Early Television Foundation Online Museum mit vielen mechanischen Fernsehern aus aller Welt.
Avi zu 32 Zeilen Windows-Software zur Konvertierung von Videos zu 32 Zeilen für den mechanischen Fernseher, außerdem Software zur Darstellung von 32-Zeilen-Fernsehen am Computer.
KD6CJI Downloadseite vergleichbare Software für MacOS X
Hawes mechanical TV archive Schaltpläne für Video-Treiber und andere interessante Informationen.
Visual Media Webmuseum zu visuellen Medien, mit schöner Abteilung zu mechanischem Fernsehen.
The World's earliest Television Recordings Videoaufnahmen auf Schellackplatte! Alte Fernsehbilder aus den dreißer Jahren wieder restauriert!
Hawes mechanical TV archive Schaltpläne für Video-Treiber und andere interessante Informationen.
TV-History Fernsehmuseum zu den ersten 75 Jahren.
Fools on the Hill, ein PC mittels Linux eingesetzt als Konverter zu niedrigen Zeilenzahlen.

andere interessante Links:

www.retrocom.de Alles über mein Buch "Der Amiga", außerdem Amiga-Basteleien.
Brassgoggles Eine Steampunk Website, mit großer Linkliste und Forum. Ideal für Designideen und zum Treffen interessanter Leute.
LED-Tech, Webshop und Laden in Moers für LEDs. Mit hilfreichem Forum.
Vintage Radio Englisches Forum über antike Radios und Fernsehen. Viele Hinweise auch zu mechanischem Fernsehen!
www.teleseum.org Fernsehgeschichte, wie sie hätte sein können ;-)