Hadmut Danisch

Ansichten eines Informatikers

Über Bildfrequenzen, Zeilensprünge und Schwarzschultern

Hadmut
6.10.2021 22:59

Eine Menge Leute schreiben mir gerade, meine Aussage über die von der Netzfrequenz abgeleitete Bildfrequenz beim Fernsehen sei falsch.

Kleine Korrektur. Aber nur eine kleine. So falsch war es nämlich nicht.

Eine ganze Reihe von Leuten, die sich teils auch als „gelernten Rundfunk- und Fernsehmechaniker“ ausweisen, schreibt mir. Zwei zur Auswahl

Sehr geehrter Herr Danisch,

da juckt´s mich schon, den Schlaumeier zu geben:

Man hat niemals, auch nicht in der grauen Vorzeit des Schwarz-Weiß-Fernsehens die Zeilen- oder Bildfrequenz aus der Netzfrequenz abgeleitet. Das kriegt man ncht stabil.

Die Synchronisation der Empfänger erfolgt immer über im Bildsignal (FBAS-Signal: Farb-Bildaustast- und Synchron-Signal) eingebettete Zeilen- und Bildsynchron-Impulse.

Oder

Bild- und Zeilenwechselfrequenz wurden senderseitig erzeugt. Empfängerseitig wurden die Oszillatoren mit dem Sendesignal synchronisiert. Siehe “Schwarzschulter”.

https://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzschulter

Bei zu großer Abweichung von der Netzfrequenz hätten sich schnell wandernde und somit wahrnehmbare Schwebungen ergeben. Entsprechende Filterschaltungen, um eine sehr saubere Versorgungsspannung hinzubekommen, womit diese Effekte hätten vermieden werden können, wären (anfangs – 50er Jahre – die NS-Fernsehstuben zählen nicht) schlicht zu teuer geworden.

“Meinung” eines gelernten Rundfunk- und Fernsehmechanikers.

Ich habe es vielleicht etwas unglücklich ausgedrückt, aber dass der Fernseher auf den Sender synchronisiert wird, schließt ja nicht aus, dass der Sender sich an die Netzfrequenz hängt.

Außerdem überseht Ihr ein Detail: Fernsehen wurde Anfang der 1930er erfunden, erste Ausstrahlungen der BBC 1931, bekannt die Übertragung der olympischen Spiele 1936 aus Berlin, mit der Synchronisation haben sie aber bis Anfang der 1940er gebastelt, bis sie die richtig und zuverlässig laufen hatten. Es ist ja nicht so, dass es *Plopp* machte und ein fertig entwickeltes Fernsehsystem vom Himmel fiel. Das musste man ja über Jahre erst entwickeln und die Probleme lösen. Auch Telefon, Auto, Flugzeug wurden nicht in einem Rutsch fertig entwickelt erfunden.

Und die durch das Bild wandernden Streifen als Schwebungseffekte hab es zur Zeit meiner Kindheit noch.

Sonderlich gute Quellen habe ich im Netz jetzt gerade nicht gefunden, ein paar immerhin.

Wikipedia, Geschichte des Fernsehens.

Bundesarchiv, Übertragung des ersten Fernsehbildes in Deutschland.

Fernsehmuseum

50 Hertz, an unserem Haushaltsstrom angelehnt

Diese Bildwechselzahl wurde in Übereinstimmung mit der Netzfrequenz des technischen Haushalts-Wechselstroms gewählt, die in Europa ebenfalls 5o Perioden pro Sekunde beträgt. Diese Übereinstimmung wurde seinerzeit für wichtig erachtet, um Störungen des Fernsehbildes durch die Netzfrequenz gering zu halten.

Da die Empfangsgeräte aus dem Lichtnetz mit Strom versorgt werden, so besitzen auch die aus dem Netzstrom abgeleiteten Betriebsspannungen des Fernsehempfängers einen kleinen Wechselstromanteil mit Netzfrequenz. Diese Ungleichmäßigkeiten der Betriebsspannungen, die sich im Radioempfänger als Netzton oder Brumm manchmal störend bemerkbar machen, verursachen im Fernsehbild eine Krümmung gerader senkrechter Linien. Das Auge würde solche auch sehr kleinen Krümmungen sofort als sehr störend empfinden, wenn sie sich im Bild bewegen. Stimmt dagegen die Bildwechselzahl mit der Netzfrequenz überein, so stehen diese Bildverzerrungen ruhig und fallen kaum störend auf.

Und die haben auch eine Seite darüber, wie man sich bis 1945 mit der Synchronisation herumschlug. Zugegeben, schon Nipkow hatte gemerkt, dass der Synchronbetrieb nur funktioniert, wenn Sender und Empfänger im selben Stromnetz hängen, weil nur dann die Frequenz gleich ist, aber das heißt ja nicht, dass sie gleich eine Lösung hatten:

Eine Zwischenlösung – Handregelung

Es mußte deshalb bei diesen Gleichlaufverfahren die Bildphase entsprechend den Laständerungen des Netzes von Hand durch Verschieben der modulierten Lichtquelle längs der Peripherie des Bildschreibers oder durch Verdrehen des Motor-Stators ständig nachgeregelt werden. Die Methode wurde bis zum Jahre 1932 für Bildraster von höchstens 60 Zeilen und 25 Bildwechseln/s benutzt [302].

1929 – Regelung über die Trägerfrequenz des Senders

Um beim drahtlosen Fernseh-Empfang von den nicht genügend frequenzkonstanten örtlichen Taktgebern und von den Zufälligkeiten einer Synchronisation über das Wechselstrom-Netz unabhängig zu werden, ging man bereits Ende 1929 dazu über, die Trägerfrequenz des Senders nicht nur mit dem Bildstrom, sondern auch noch mit einem für den Antrieb des Bildschreibermotors geeigneten Wechselstrom zu modulieren und diesen am Empfänger durch Siebketten wieder auszusieben.

Man nutzte vor allem die im Bildstrom stark ausgeprägte Zeilenfrequenz – verstärkt durch je einen am Anfang jeder Zeile von einem besonderen Kommutator zugesetzten Stromstoß oder durch einen Resonanzkreis in Verbindung mit einem Verstärker – entweder unmittelbar zum Antrieb des La Cour-schen Rades beim Bildschreiber aus [303], oder man ließ einen örtlichen Röhrengenerator durch die Zeilenfrequenz des Bildstpoms „mitziehen”.

Also es ist schon so, dass der Fernseher den Takt vom Sender bekam. Trotzdem hing die an der Netzfrequenz:

1931 – Ardenne nutzt einen Trick

Bei Benutzung einer Braunschen Bildschreibröhre in Verbindung mit einem ebenfalls elektronischen Filmabtaster umging M. v. Ardenne 1931 die Synchronisierschwierigkeiten im Kurzschlußbetrieb dadurch, daß er die entsprechenden Ablenkplattenpaare beider Röhren parallel schaltete [194].

Wegen der beschränkten, vermutlich auf den Versorgungsbereich eines einzigen Elektrizitätswerkes sich erstreckenden Reichweite ultrakurzer Wellen glaubte er, für den drahtlosen Empfang die Synchronisierung von Bildabtaster und Bildschreiber über das gemeinsame Netz beibehalten zu können [324].

und

1932 – Synchronisation über Kippschwingungen

1932 hatte sich für die elektronischen Bildschreiber allgemein das Verfahren der durch Zeilen- und Bildimpulse erzwungenen Kippschwingungen durchgesetzt. Beim drahtlosen Empfang der Fernsehbilder mußten diese Gleichlaufzeichen allerdings bis Ende 1933 – weil der erste UKW-Sender Berlin-Witzleben zunächst noch keine Synchronisierimpulse mit dem Bildstrom übertrug – örtlich durch eine Schlitzscheibe erzeugt werden, die durch einen Synchronmotor vom Wechselstromnetz angetrieben wurde. Die Steuerimpulse von 25 Hz für die Bildablenkgeräte der Empfänger entnahm man entweder unmittelbar dem Wechselstromnetz oder man erzeugte sie ebenfalls mit einer Schlitzscheibe. Dieser Aufwand war allerdings nur so lange gerechtfertigt, als es sich um vorbereitende Versuche handelte.

Erst 1934/35 hatte man überhaupt ein erstes störarmes Synchronisationsverfahren.

Und auch 1939 wurde das noch mit der Netzfrequenz gekoppelt:

1939 – Der zentrale elektronische Taktgeber im Studio

Sämtliche Impulse wurden in einer zentralen Taktgeber-Anlage des Studios aus der doppelten Zeilenfrequenz von 22.050Hz durch Frequenzteilung im Verhältnis 1:2; 1:3 und 1:7 in einer Reihe von hintereinander geschalteten, synchronisierten Generatoren für Ströme von nichtsinusförmiger Kurvenform erzeugt, die nach dem Multivibrator-Prinzip arbeiteten. Die auf diese Weise gewonnene Rasterfrequenz von 50 Hz (für 25 gerad- und 25 ungeradzahlige Teilraster) wurde zur Vermeidung wandernder, durch Restwelligkeiten der Speisespannungen verursachter Bildstörungen ständig mit der Netzfrequenz verglichen.

Die aus diesem Vergleich gewonnene Regelspannung korrigierte die Frequenz des 22.050Hz-Muttergenerators. Die Anlage lieferte nicht nur die Impulse für den Zeilen- und Rasterwechsel, sondern auch noch die zur Unterdrückung der Zeilenrückläufe erforderlichen, auf den Schwarzwert herunterregelnden Austastimpulse für den Kathodenstrahl [315].

1939 – Fernseh-G.m.b.H. entwickelt mechanischen Taktgeber

Neben diesem elektronischen Taktgeber gab es noch eine 1939 von der Fernseh-G.m.b.H. entwickelte mechanische Ausführungform: Eine von einem Synchronmotor angetriebene Scheibe enthielt auf 3 Radien einmal 441 Schlitze für die Zeilenimpulse, ferner zweimal einen Schlitz für die Raster-Gleichlaufzeichen und einen dritten Schlitz für den „Trabanten”.

Die von diesen Öffnungen erzeugten Unterbrechungen eines Lichtstrahls lieferten bei Ausmittlung des mechanischen Teilungsfehlers durch Integration über einen Steilheitsverstärker einen exakten zeitlichen Einsatz des Impulses von 2.10 hoch-7 Sekunde oder etwa 1/10 Bildpunkt bei absolut phasenstarrer Kopplung von Netzfrequenz, Raster- und Zeilenimpulsen [316]. Der mechanische Taktgeber wurde als leicht tragbare Einheit vor allem für Außen-Übertragungen benutzt [317].

Und ich hatte ja geschrieben, dass man die Analogschaltungen noch nicht frequenzstabil genug hinbekam. Zu 1941 schreiben sie:

1940/41 – Eine Reihe wenig störanfälliger Synchronisierverfahren

Für die während des Krieges entwickelten ortsbeweglichen Fernseh-Anlagen, bei denen mit starken Schwankungen der Empfangs-Feldstärke gerechnet werden mußte, entwickelte die Fernseh-G.m.b.H. in den Jahren 1940/41 eine Reihe besonders wenig störanfälliger Synchronisierverfahren:

1. Möglichst genau übereinstimmende, thermostatisch geregelte Steuerquarze erzeugten auf der Sender- und Empfängerseite die Zeilenfrequenz. Nach einem phasengleichen Lauf von einigen Minuten mußten Frequenz und Phase von Hand nachgeregelt werden.
[…]

Es ist zwar richtig, dass man die Bildfrequenz nicht auf der Empfängerseite aus dem Netz entnommen , sondern – zunächst nur mäßig erfolgreich – aus dem Fernsehsignal synchronisiert hatte, nachdem man das erfunden hatte.

Aber nicht von Anfang an.

Und auf Senderseite wurde sie aber sehr wohl für einige Zeit aus der Netzfrequenz abgeleitet.

Und: Wie ich schrieb, waren die Fernseher damaliger Zeit nicht in der Lage, solche Frequenzen stabil selbst zu erzeugen. Damals war einfach alles temperatur- und alterungsabhängig.

Und: Es ging in meinem Artikel ja weniger darum, warum eigentlich die Bildfrequenz aus der Netzfrequenz abgeleitet wurde, sondern dass man das tat, und das der Grund ist, warum sich in Europa die 50 und in den USA die 60 (Halb-)Bilder pro Sekunde etabliert haben, nämlich weil sie an die jeweilige Netzfrequenz gebunden waren.

Wir haben deshalb unterschiedliche Bildfrequenzen, weil wir unterschiedliche Stromnetzfrequenzen haben.

Und das ist mir aus meiner eigenen Elektronik-Jugend bekannt, dass man auch in den 1970er Jahren Funkgeräte nur schwer stabil hinbekam, das wesentliche Bauteil der Quarz war, und diese Schwingquarze hat man erst ab den 1950er Jahren praxistauglich hinbekommen. Und selbst in meiner Jugend in den 1970er und 1980er Jahren hatte man zwar Quarze in den Funkgeräten, aber noch jede Menge analoges Abstimmzeugs, damals hatte man noch das Abstimmbesteck in der Werkzeugkiste.

Aber: Zumindest in meiner früheren Jugend war das noch so, dass man am Fernseher nicht nur den Sender eingestellt hat, sondern auch noch Bildlauf und den ganzen Kram, und dass man genau zu diesem Zweck tagsüber das Testbild sendete. Und das wäre ja nicht erforderlich gewesen, wenn das alles so schön automatisch und synchronisiert gegangen wäre. Wir hatten noch Fernseher, die man bei jedem Programmumschalten neu einstellen musste.