Независимый бостонский альманах

Происхождение глаза, телевизионного вещания и дисплея (Почти по Энгельсу)

26-12-1999

 

 

Анатолий Смирнов

Anatoliy Smirnov

Началось все почти с недоразумения.

В "Лебеде" была заменена гостевая книга, и нужно было проверить ее каким-нибудь большим сообщением. Под руку мне попалась моя собственная статья, уже к этому времени опубликованная в "Заневском летописце". Я поставил ее в книгу, написав редактору, что она послана только для проверки работоспособности книги и лучше из книги ее потом убрать. Но редактор решил по-другому... На то он и редактор.

К моему огромному удивлению страсти вокруг сугубо технических вопросов не утихали две недели. Что и заставило меня взять на себя огромный и неблагодарный труд написания популярного очерка из истории техники и истории исследования зрения. Не знаю, что из этого у меня получилось.

Примерно сто лет назад в Европе стало развиваться электрическое машиностроение... Впрочем, начать надо с более раннего периода.

Миллионы лет назад природа изобрела глаз. Как это произошло - никому не ведомо. "Как появился первый глаз?" - спрашивал Иван Дронов, приятель детства Клима Самгина. И лихорадочно догадывался: "Наверное ползал слепой червяк, на все мордой натыкался, больно ему было, вот и вырастил себе глаза..." (цитата неточная). Кроме Горького, такого вопроса никто и не задавал. Я, во всяком случае, не слышал. Но прошло довольно много времени, пока глаз стал объектом внимания науки. Произошло это, как ни странно, уже после изобретения кино, которое успешно паразитировало на некоторых особенностях его функционирования. Кино изобреталось чисто интуитивно, а не основывалось на точном знании работы органа зрения.

А исследование глаза сразу же дало несколько очень любопытных фактов. Например выяснилось, что неподвижный глаз ничего не видит! "Как это так! - возмутитесь вы, - я все вижу, даже если смотрю в одну точку". Ошибочка! Человеческий глаз не бывает неподвижным. Глазное яблоко постоянно совершает колебания, имеет так называемый тремор, так что изображение через хрусталик попадает в каждый момент на другое место сетчатки. А у лягушки, например, глазное яблоко неподвижно. От этого она видит только движущиеся предметы, и при ловле мошкары ее не отвлекает постоянный неподвижный пейзаж. Я читал в достаточно серьезных источниках, что с человеком тоже проделывали такой опыт: закрепляли картинку перед зрачком непосредственно на глазном яблоке. Таким образом, чтобы она проектировалась постоянно на одно и то же место глазного дна. И человек переставал ее видеть! (Техническую сторону этого достаточно изуверского опыта я уже не помню).

Если не вдаваться в излишние подробности биохимии и других многочисленных и сложных наук, то объясняется это довольно просто: клетки реагируют не на раздражение как таковое, а на перепады раздражения, то есть возбуждение постоянно раздражаемой клетки постепенно спадает. Уколите себе палец иголкой - вы подскочите от боли. Но если вы (не дай бог!) проткнете палец насквозь, то во второй и последующие моменты боль будет все-таки не столь сильной, как в момент протыкания.

Поэтому, собственно говоря, кино построено не на специфическом свойстве инерционности зрения, а на этом общем свойстве нервной системы. Возбуждение сетчатки глаза вызванное короткой вспышкой света исчезает примерно за одну шестнадцатую секунды. Определили эту величину физиологи очень просто: непрерывный свет (не обязательно электрический) перекрывался вращающейся крыльчаткой вроде вентилятора, а испытуемый отмечал момент, когда переставал различать отдельные вспышки. Для большинства людей это происходило при 16-18 вспышках в секунду. Эта величина была названа "критической частотой чувствительности глаза".

Разумеется, "герцами" эту величину можно назвать только условно. Но, повторяю, кино к моменту проведения этих экспериментов уже вполне функционировало, хотя, возможно, и считалось вполне просвещенными людьми балаганом и фокусом, не достойным высокого искусства.

Запомним из всего этого одну крайне важную вещь (подражать основоположникам, так уж подражать): глаз с его свойствами "инерционности" - это объективная реальность, появившаяся много раньше электричества и потому не имеющая к электричеству никакого отношения.

Вернемся теперь к электрическим машинам начала века. Под электрическими машинами я в данный момент подразумеваю электродвигатели, электрогенераторы и трансформаторы. К тому времени, то есть к началу ХХ века, усилиями крупных ученых-инженеров-электриков, таких как Графтио, Тесла и других, было неоспоримо установлены многие преимущества переменного тока перед постоянным. Одна из них, важная для нашего дальнейшего рассмотрения, это частота. При помощи математики, физики и электротехники было найдено и вычислено, что масса необходимого для генератора-двигателя-трансформатора железа (статора-ротора-сердечника) обратнопропорциональна частоте применяемого электричества. В переводе на общечеловеческий язык это означает, что если мы увеличим частоту тока вдвое, то электродвигатель (или трансформатор) той же мощности будет вчетверо легче. (На самом деле не вчетверо, а немного меньше, за счет потерь и конструкторских требований, но это не существенно). Поэтому частота промышленного электричества выбиралась специалистами как можно большей.

Скорее всего ее предельная величина ограничивалась чисто технологическими возможностями производства, которые не могли обеспечить в то время требуемых допусков, скажем, для производства четырехсотгерцовых двигателей. Видимо, поэтому и только поэтому частота промышленного (подчеркиваю - промышленного) электричества была установлена в 50 герц. Устанавливала Америка свой электрический стандарт на десяток лет позже, или она всегда имела некоторый технологический перевес перед старушкой-Европой - мне неизвестно. Но совершенно очевидно, что за счет своих используемых повсеместно 60-ти герц Америка экономит сотни, а может быть, тысячи тонн высококачественного электротехнического железа.

Запомним отсюда еще одну важную вещь: частота промышленного электричества связана с критической частотой мельканий только одним - словом "частота", которое имеет к тому же разный смысл.

Потом изобрели телевидение. Но если кино еще можно представить совсем без электричества: лентопротяжка на пружинном двигателе и керосиновая лампа, как источник света - то телевидение без электричества жить не могло. И сочленить 24 кадра в секунду с 50-ю герцами никак не удавалось.

Дело в том, что электронные лампы для накала использовали переменный ток напряжением 6,3 вольта. И этот "накал", незаметный сам по себе, складываясь с 24-мя кадрами в секунду, образовывал так называемые "биения" - чередование медленно ползущих по экрану более светлых и более темных полос. Нечто подобное вы можете наблюдать и сейчас, когда по телевизору показывают экраны компьютеров, иногда изображение на "внутреннем" экране практически не удается разглядеть: полосы, биения, мигания... Это тоже проявление "смешивания" частот двух электронно-лучевых трубок.

Перевод накала на постоянный ток увеличивал габариты и стоимость телевизоров в несколько раз - пошли другим путем: сделали кадровую развертку равной 25-ти кадрам в секунду. Но тут объявилась другая напасть: люминофоры имели довольно большое время затухания. В результате, если за светлым кадром показывали темный, то зритель довольно долго видел остаточное свечение экрана. За человеком в темном костюме, идущем на фоне светлой стены, тянулся медленно затухающий хвост из предыдущих кадров.

Опять пришлось выкручиваться и изобретать обходные пути. Таким путем оказалось создание чересстрочной развертки: кадр как бы разбили на два полукадра и показывали дважды - сначала четные строки, потом нечетные. Этим маневром удалось добиться приемлемой резкозти изображения. Кроме того у чересстрочной развертки были и еще некоторые (труднообъяснимые неспециалистам) выгоды.

На все это написали соответствующий стандарт, который успешно существует и сейчас. Цветное телевидение никаких существенных изменений в стандарт телевизионного сигнала не внесло. Разумеется, за последние 60-70 лет ни радиотехника, ни светохимия на месте не стояли. Ушли в прошлое лампы с их "накалом", резко снизилась мощность электронных трубок, что позволяет питать их постоянным током (честно сказать, не знаю каким током запитываются сейчас электронные трубки, но считал бы целесообразным использовать именно постоянный ток), в области источников питания реализовано несколько принципиально новых идей, которые позволили снизить их габариты, стоимость и практически отказаться от громоздких трансформаторов. Были разработаны новые типы люминофоров, не только цветных, но и с очень небольшим временем затухания. В результате, как говорится, в старые мехи было влито новое вино: телевизионное изображение формально соответствующее очень старым стандартам во много раз четче, ярче и красочнее, чем когда-то.

И тут появились компьютеры... Удивительно, что имея практически "перед носом" довольно уже развитую телевизионную промышленность, инженеры почти двадцать лет не пытались ее использовать в вычислительной технике. А может быть, пытались... Но недостатки телевизионного изображения, которые легко скрадывались глазом при движущихся картинках, были настолько неприемлемы при статистических изображениях (особенно при показе текстов), что первые более-менее удачные экземпляры дисплеев появились только в начале 70-х годов.

От телевизионного стандарта с его чересстрочной разверткой отказались сразу же, это чисто телевизионное ухищрение 30-40-х годов оказалось уже ненужным. И вообще поначалу, поскольку на ЭВМ важно было показывать буквы и цифры, была разработана так называемая структура микрорастра, когда электронный луч не пробегал построчно весь экран, а рисовал одну за другой маленькие картинки величиной в одну букву. При малых объемах оперативной памяти (а измерялась она тогда не Мегабайтами и даже не десятками, а единицами Килобайт) технически это давало определенные преимущества.

Для повышения четкости изображения-текста были разработаны новые люминофоры с укороченным "хвостом" затухания. И все было хорошо. Пока память компьютеров не достигла примерно полмиллиона байт (500 килобайт), что позволило держать в ней по крайней мере один полноценный кадр. Очень захотелось не только читать тексты, но и смотреть картинки.

Система микрорастров тут же умерла: не было никакого смысла держать в мониторе две развертки - микрорастровую для текстов и обычную для иллюстраций - и снова перешли к полноценной покадровой развертке... Но тут инженеров снова ждала неприятность. К этому времени повсеместно стали использовать люминофоры со временем затухания 10 (и менее) миллисекунд. Только такие люминофоры обеспечивают достаточную четкость самых маленьких букв, которые вы читаете на экране. Но при таком сверхбыстром затухании и при развертке 50 кадров в секунду экран монитора никогда не светится одновременно. Пока луч добежит до правого нижнего угла левый верхний угол экрана уже успевает погаснуть.

Казалось бы, какая разница? Все равно человеческий глаз этого не видит - время его реакции (грубо говоря, "затухания" раздражения сетчатки) по крайней мере в 60 раз больше. Но начались разговоры о том, что это влияет на работоспособность, приводит к головным болям, ухудшает зрение... Так это или не так, я сказать затрудняюсь. Поскольку этого "мерцания" глаз не видит определить его воздействие на организм можно только статистически - то есть получить статистически достоверные данные, что у ста тысяч машинисток при прочих равных условиях работоспособность выше, а головных болей меньше, чем у такого же количества машинисток, но работающих за дисплеями. Были ли проведены такие исследования и получены такие данные - мне неизвестно. Да и кто сможет обеспечить "равные условия" на принципиально разных работах?

Но явление это, названное условно "мерцанием" экрана, на самом деле существовало, специалисты про него знали, и я вполне допускаю, что попытки заставить работать глаз практически в растровом режиме могли дать некоторые побочные (и неприятные) последствия для самочувствия человека. Но я допускаю также, что вынесение этого специфического вопроса на технически неграмотную публику было инспирировано самими разработчиками с целью заставить эту публику поменять старую, но работоспособную, технику на работоспособную же, но новую.

Вот и вся отгадка этой загадки: почему в кино достаточно 16 кадров в секунду, в телевидении используется - 25, а для компьютеров потребовалось 80 ( а теперь и 120). Совершенно не потому, что изменился глаз...

И если вам кажется, что вы видите пятидесятигерцовое мигание экрана, лампочки или утюга, то вам следует обратиться к исследователям зрения: а вдруг и правда вы феномен, и они откроют нечто похожее на "кожное зрение" Розы Кулешовой? Но я готов поставить 100 против одного, что у вас повышенная мнительность, вызванная неправильно понятой статьей какого-нибудь полуграмотного журналиста. Потому что чудес на свете не бывает.

Так что же делать нам, юзерам и "чайникам", если даже специалисты спекулируют на нашей неграмотности, заставляя покупать то, что нам не совсем нужно? Только одно. Как говорил Аркадий Райкин: "Думать надо, сыбражать!"

И тогда нам не будут страшны никакие "грязные" методы "промывки" мозгов. Чего я нам всем и желаю.

Комментарии

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?