1926年的电视还是机械式的！尼普科夫圆盘如何奠定现代电视基础

约翰·洛吉·贝尔德在早期实验中使用了腹语娃娃的头，因为它们不会介意他电视机实验中的高温和强光。——Science History Images/Alamy左侧的小图显示了电视机如何将图像（在此例中为一个人的脸）分割成垂直的线条。——Bettmann/Getty Images1926年，贝尔德将他在塞尔福里奇百货公司展示中使用的部分电视机设备借给了伦敦科学博物馆。——PA Images/Getty Images在贝尔德电视机的接收端，电信号调节了氖灯的亮度〔左〕，并由旋转的尼普科夫圆盘〔后方〕捕捉，从而重现图像。——Science Museum Group

艾莉森·马许是南卡罗来纳大学教授，也是该大学Ann Johnson科学、技术与社会研究所的联合主任。

苏格兰发明家约翰·洛吉·贝尔德（John Logie Baird）有很多很有创意的想法，但并非所有想法都能实现。 他的“音像”（phonovision）是一种早期录像的尝试，信号保存在留声机唱片上。他的“夜视仪”（noctovision）使用红外线来观察黑暗中的物体，一些专家认为这是雷达的前身。

但贝尔德凭借“电视机”（televisor）在历史上赢得了一席之地。 1926年1月26日，皇家学会的部分成员聚集在贝尔德位于伦敦苏活区的实验室，见证了从电视机的机电发射器到其接收器发送的一个小而清晰的腹语人偶图像的广播。 他还用真人展示了电视机，观察者可以看到屏幕上的人在说话和移动。 为此，贝尔德常被认为是电视的首次公开演示。

需要说清楚的是，贝尔德并没有发明电视。 电视是受益于许多贡献者、合作者和竞争者的发明之一。 贝尔德的出发点是德国工程师保罗·尼普科夫 （Paul Nipkow） 于1885年获得专利的“电子望远镜”的想法。

尼普科夫的设备通过将图像分割成一系列垂直线来捕捉图像，使用一个边缘有穿孔的旋转圆盘。这些穿孔以螺旋形偏移排列，使每个孔依次捕捉图像的一个切片——现在称为扫描线。每条线都被编码为电信号。接收设备将信号转换成光，以重建图像。然而，尼普科夫从未将他的电子望远镜商业化，15年后专利过期。

贝尔德在1926年展示的系统使用了两个尼普科夫圆盘，一个在发射设备中，另一个在接收设备中。 每个圆盘有30个孔。 他在圆盘上安装了玻璃透镜，将反射光聚焦到光电管上。 当发射盘旋转时，光电管检测到通过各个透镜的亮度变化，并将光转换为电信号。

然后该信号被发送到接收系统。（接收设备的一部分，现在存放在伦敦科学博物馆）在那里，过程被逆转，电信号首先被放大，然后调制氖气放电灯。 光通过一个矩形槽聚焦到接收尼普科夫圆盘上，该圆盘以与发射器相同的速度旋转。 图像可以在毛玻璃板增至到。

早期实验使用人偶，是因为提供足够照明所需的大量白炽灯，而人无法忍受炽灯的热度和亮度。 圆盘上的每个孔仅捕获整体图像的一小部分，但只要圆盘旋转得足够快，大脑就可以将完整的图像拼凑在一起，这种现象称为视觉暂留。 （在2022年的Hands On专栏中，Markus Mierse解释了如何使用3D打印机、LED模块和Arduino Mega单片机构建现代尼普科夫圆盘机电电视。）

本专栏的忠实读者都知道记录历史“第一”的挑战——第一台收音机、第一台电报、第一台高科技义肢。 贝尔德对电视首次公开广播的主张也不例外。 更复杂的是，他的电视机的第一次实际演示并不是1926年1月26日在皇家学会的那些受人尊敬的成员面前进行的。 相反，它发生在1925年3月，在塞尔福里奇（Selfridges）百货公司好奇的购物者面前。

正如唐纳德·F·麦克莱恩 （Donald F. McLean） 在他2022年6月的出色的文章《“真正的电视”之前：调查约翰·洛吉·贝尔德 （John Logie Baird） 1925年的原始电视设备》中所述，贝尔德在塞尔福里奇百货公司示范中使用了类似的设备，但它只有16个孔，分为两组，每组8个，因此它的绰号为“双8”（Double-8）。 分辨率与高清晰电视相差甚远，显示的是运动中的阴影轮廓。 正如麦克莱恩在他的IEEE会刊文章中指出的那样，贝尔德并不认为这是“真正的电视”。

贝尔德在1926年12月的《实验无线电与无线电工程师》杂志上撰文时，将真正的电视定义为“传输具有所有光线、阴影和细节层次的物体图像，以便在接收屏幕增至到它就像一个实际观察者眼中的样子一样。”将塞尔福里奇百货公司的示范视为Beta测试，将皇家学会的展示视为正式亮相。 （2017年，IEEE选择将后者而非前者作为里程碑。）

1926年的展示活动是贝尔德职业生涯的转折点。 1927年，他成立了贝尔德电视开发公司，一年后，他完成了第一次跨大西洋电视传输，从伦敦到纽约哈茨代尔。 1929年，英国广播公司决定试用贝尔德的系统，在正时常间之外进行了一些实验性广播。 之后，机械电视在英国和其他一些欧洲国家开始流行。

英国广播公司从1929年到1937年使用了贝尔德机械系统的各种版本，从30线系统开始，升级到240线系统。 但最终英国广播公司转向了由Marconi-EMI开发的全电子系统。 贝尔德随后转向研究最早的电子彩色电视系统之一，称为Telechrome。 （贝尔德早在1928年就已经展示了一个成功的机械彩色电视系统，但它从未流行起来。）与此同时，在美国，哥伦比亚广播系统 （CBS） 试图开发基于贝尔德原始色彩理念的机械彩色电视系统车轮，但最终在1953年让位于电子标准。

贝尔德还尝试了立体或3D电视以及1,000线显示器，类似于今天的高清晰度电视。 不幸的是，他于1946年去世，未能说服任何人接受这项技术。

在1969年接受《电视时报》采访时，约翰的遗孀玛格丽特·贝尔德 （Margaret Baird） 回顾了电视的一些发展，这些发展会让她的丈夫感到高兴。 她说，他会喜欢大量的体育报道。 （贝尔德在1931年首次直播了Epsom Derby。）他会对时事节目感到兴奋。 而且，我最喜欢的是，她认为他会喜欢一年一度的欧洲电视歌唱大赛。

但正如我所说，电视是一项有很多贡献者的发明。 在大西洋彼岸，菲洛·法恩斯沃斯（Philo Farnsworth）正在试验一种全电气系统，他早在1922年就读高中时就已经设想过这种系统。到1926年，法恩斯沃斯已经获得了足够的资金支持来全职工作他的想法。

他的主要发明之一是图像分解器，也称为分解管。 该形象摄影管创建一个临时电子图像，可以将其转换为电信号。 1927年9月7日，法恩斯沃斯和他的团队成功地传输了一条单一的黑色线条，随后是其他简单形状的图像。 但该系统只能处理轮廓，不能处理3D物体。

同时，弗拉基米尔·佐里金也在试验电子电视。 1923年，他为一种称为光电摄影管的形象管申请了专利。 但直到1931年，在他加入RCA之后，他的团队才开发出了一个工作版本，这是在佐里金参观了法恩斯沃斯位于加利福尼亚的实验室之后可疑地出现的。 光电摄影管克服了分解管的一些缺陷，特别是存储容量。 它也更灵敏且更容易制造。 但图像分解器和光电摄影管的一个主要缺点是，与贝尔德的原始电视机一样，它们需要非常明亮的灯光。

每个人都在努力开发更好的电子管，但法恩斯沃斯声称他发明了电子图像在真空管中移动的概念以及存储型摄影管的想法。 光电摄影管和任何未来的改进都依赖于这些祖先专利。 RCA知道这一点，并提出购买法恩斯沃斯的专利，但法恩斯沃斯拒绝出售。 随后发生了多年的专利干扰案件，最终在1935年判决法恩斯沃斯胜诉。

在案件诉讼期间，法恩斯沃斯于1934年8月25日在费城的富兰克林研究所首次公开展示了全电子电视系统。 1939年，RCA终于同意向法恩斯沃斯支付专利使用费以使用他的专利技术。 但法恩斯沃斯从来没有能够与RCA及其全电子电视系统在商业上竞争，后者继续主导美国电视市场。

最终，哈罗德·劳（Harold Law）、保罗·魏默（Paul Weimer）和拉塞尔·劳（Russell Law）在他们位于普林斯顿的实验室开发出了一种更好的电子管，即光电正析像管。 它专为美国军方的电视制导导弹而设计，其灵敏度是光电摄影管的100至1,000倍。 第二次世界大战后，RCA迅速采用该电子管作为其电视摄像机。 到1947年，光电正析像管成为行业标准，并一直保持到1968年彩色电视的出现。

我的希腊语老师讨厌“电视”（television）这个词。 他认为这是将希腊语前缀telos（远程）与拉丁语词根videre（看见）结合在一起的畸形词。 但早期的电视有点畸形——没有人真正知道它会变成什么样子。 正如克里斯·霍洛克斯 （Chris Horrocks） 在他那本标题令人愉快的书《电视机之乐》（The Joy of Sets）（2017） 中所述，电视是在与之前的媒体——电报、电话、广播和电影——的关系中发展起来的。

电视会像电报一样，在两点之间进行通信，然后慢慢地重新组装图像吗？ 它会像电话一样，两端直接、即时地对话吗？ 它会像电影一样，将预先录制的形象播放给广大观众吗？ 还是会更像广播，当时主要是现场直播？ 一开始，人们甚至不知道他们想要一台电视；制造商必须说服他们。

从技术上讲，也有许多相互竞争的愿景——贝尔德、法恩斯沃斯、佐里金和其他人的愿景。 难怪电视花了这么多年，经历了许多错误的开端和死胡同，才最终站稳脚跟。