Viele Zweige von Wissenschaft und Technik mußten zusammenwirken, um die Fernübertragung des Geschehenen überhaupt zu ermöglichen, und selbst bei Auswertung aller dieser staunenswerten Fortschritte hat sich in größerem Maßstab erst die Fernübertragung bewegter Schwarz-Weiß-Bilder in beschränkter Größe oder Helligkeit eingeführt.

Bis zum Aufbau eines weltumspannenden Fernsehnetzes für farbige und plastische Bilder ist es noch ein weiter Weg, die technischen Lösungen hierfür stehen zum größten Teil bereit, so daß hierfür nur wirtschaftliche und organisatorische Hemmnisse zu überwinden sind.

Um die grundlegenden Unterschiede der elektrischen Fernübertragung von Sprache und Musik einerseits und von bewegten Bildern andererseits zu zeigen, sei vorerst der Vorgang bei der Tonübertragung kurz ins Gedächtnis zurückgerufen. Sprache und Musik werden vom Sprecher bzw. vom Musikinstrument zum Ohr des Hörers durch Luftschwingungen übertragen,die je nach dem Laut oder Klang ein verschiedenes Schwingungsbild aufweisen. Man kann diese Luftschwingungen auch aufzeichnen. Hierzu läßt man sie auf eine Membrane einwirken; diese wird von der bewegten Luft mitgenommen und man kann ihre Schwingungen auf einem senkrecht zur Schwingungsrichtung bewegten Tonträger sichtbar machen oder festhalten, wie es bei der Schallplatte geschieht.

In einem Telefon, das wieder aus einer solchen Drahtspule, einem Elektromagneten, mit einer davor angeordneten Eisenmembrane besteht, verursacht der Strom eine wechselnde Magnetisierung, die die Membrane in gleichartige Schwingungen versetzt. Diese werden an die Luft weitergegeben und stellen so den ursprünglichen Ton wieder her.

An Stelle dieses einfachen Telefons verwendet man jetzt zur Umwandlung der Luftschwingungen in elektrische Wechselströme Mikrofone verschiedener Bauart und zur Tonwiedergabe beim Radio statt des einfachen Telefons einen Lautsprecher.

Das Prinzip der Übertragung ist aber immer das gleiche. Stets handelt es sich darum, die den Schallschwingungen entsprechenden Stromschwankungen, welche Schwingungszahlen entsprechend dem Hörbereich des Ohres von etwa 3o bis 15.ooo Schwingungen pro Sekunde enthalten können, über Draht oder drahtlos fortzuleiten. Dabei braucht nicht einmal dieser ganze Schwingungsbereich übertragen zu werden. Für reine Sprechübertragungen durch Telefon genügt schon ein Bereich von etwa 3oo bis 5ooo Hertz.

Bei der drahtlosen Übertragung, die zuerst einen Sprechverkehr zwischen den Kontinenten ermöglicht hat und im Radio eine neue Form der Unterhaltung und Belehrung für jedermann geworden ist, wird die Stärke einer raschen elektrischen Schwingung durch die Tonströme verändert.

Damit durch die einzelnen Wellen dieser hochfrequenten Trägerschwingung die Form der Tonschwingungen genügend exakt wiedergegeben werden kann, müssen auf eine Tonschwingung mehrere volle Schwingungen der Trägerschwingung entfallen. Die sekundliche Schwingungszahl oder Frequenz der sogenannten Trägerschwingung muß daher ein Mehrfaches der Frequenz der höchsten zu übertragenden Tonschwingungen betragen.

Da sich nur sehr rasche elektrische Schwingungen über größere Strecken drahtlos fortpflanzen, müssen die Trägerschwingungen eine sehr hohe Schwingungszahl haben, die zwischen etwa 100.000 und vielen Millionen Schwingungen in der Sekunde liegen kann. Bei der drahtlosen Telegrafie ist also die Frequenz der Trägerwelle auf jeden Fall ein Vielfaches der Tonfrequenz, auch bei den längsten zur Übertragung benutzten Wellenlängen von z. B. 2000m, entsprechend einer Trägerfrequenz von 150.000 Hz.

Anmerkung vom Verfasser des Artikels :
1 Hertz ist die Einheit der sekundlichen Schwingungszahl oder der Frequenz; 1 Hertz = 1 Schwingung/Sekunde.
Die elektrischen Schwingungen pflanzen sich mit der Lichtgeschwindigkeit von 3oo.ooo km/sek fort. Fallen auf diese Strecke z.B. 150.000 Schwingungen, so ist die Länge einer Schwingung, die Wellenlänge, 30.000.000m/sek dividiert durch 150.000 Schwingungen/sek ist dann 2000m.

Das Auge entwirft durch seine Linse ein Bild der im Gesichtsfeld befindlichen Gegenstände auf seiner Netzhaut. Diese besteht aus einer großen Anzahl lichtempfindlicher Organe, den sogenannten Stäbchen und Zäpfchen, die für die einzelnen Stellen des Bildes Helligkeitswert und Farbe registrieren und diese Reize an das Gehirn weitergeben.

Dieser Vorgang muß nun bei der Bildübertragung oder bei einer Bildaufzeichnung nachgeahmt werden. Wir könnten also rein theoretisch ein Bild der zu übertragenden Szene durch eine Linse entwerfen und in der Bildebene eine große Anzahl lichtempfindlicher Organe anordnen, welche die Helligkeit der einzelnen Stellen des Bildes in entsprechende elektrische Spannungs- oder Stromwerte umsetzen.

Solche lichtempfindlichen Organe gibt es; es sind dies die sogenannten Photozellen. Diese sehen so ähnlich aus wie eine Radioröhre und bestehen ebenso wie diese aus einem luftleeren Glasgefäß; ein Teil der Glaswand ist mit einer Schicht überzogen, die beim Auftreffen von Licht einen von dieser Schicht, der Photokathode, zu einer Gegenelektrode fließenden Strom steuert, dessen Größe von der Helligkeit des Lichtes abhängt, das die Photozelle trifft.

Nach obigem könnte man die ganze Bildfläche mit einer Anzahl kleiner Photozellen besetzen; die Stärke des von jeder Zelle gelieferten Stromes wird dann von der Helligkeit der betreffenden Bildstelle abhängen. Man könnte nun jede solche Zelle durch eine eigene Leitung mit einer kleinen Glühlampe verbinden, deren Helligkeit von dem Photozellenstrom gesteuert wird. Man erhielte so ein aus zahlreichen verschieden hell leuchtenden Lämpchen zusammengesetztes Bild der ursprünglichen Szene, ähnlich wie bei den bewegten Leuchtschriften.

Tatsächlich wurde einmal versuchsweise ein solches Lampentableau für eine Bildwiedergabe im Großformat ausgeführt. Selbstverständlich wird das Bild um so besser und detailreicher, je größer die Zahl der Bildpunkte ist, in die es aufgelöst wird. Das ist aus der Reproduktionstechnik bekannt.Für die Wiedergabe von Bildern im Druck wird das Bild durch ein sogenanntes Raster in einzelne Bildpunkte zerlegt, die um so größer sind, je dunkler sie im Druck erscheinen sollen. Ein so hergestellter Druckstock für Zeitungsdruck wird ein ziemlich grobes Raster haben, so daß die einzelnen Punkte schon mit freiem Auge erkennbar sind, während für den Druck auf gutem Papier ein feineres Raster gewählt wird, bei dem die einzelnen Bildpunkte nicht mehr mit freiem Auge unterscheidbar sind, so daß das Bild scheinbar eine gleichmäßige Struktur aufweist.

Beim Fernsehen müssen wir einen ähnlichen Weg einschlagen und das Bild in einzelne Bildpunkte zerlegen,deren Helligkeitswerte getrennt übertragen werden. Die Zerlegung kann nun bei weitem nicht so fein gemacht werden wie bei einem fotografischen Bild und braucht es auch nicht zu sein.

Wenn man das ganze Bild auf einmal überblickt und davon absieht, nahe heranzugehen und Teile des Bildes genau zu betrachten, genügt eine wesentlich grobere Bildauflösung, wie sie z.B. beim 8mm Schmalfilm vorhanden ist. Das ganze Bild auf einmal kann nur dann überblickt werden, wenn es aus einem Abstand besichtigt wird, der der drei- bis fünffachen Bildhöhe entspricht. Dann kann das Auge zwei benachbarte Punkte, die naher als der sehr kleine Sehwinkel von 1,5 Bogenminuten beieinander liegen, nicht mehr getrennt erkennen.

Man gewinnt ein anschauliches Bild über die notwendige Feinheit der Auflösung, wenn man sich vor Augen hält, daß der Abstand der Bildpunkte bei 25cm Betrachtungsentfernung höchstens etwa ein Zehntel Millimeter betragen darf.

Für die Fernübertragung von Bildern ist man daher schon sehr bald auf den Ausweg verfallen, die Bildpunkte bzw. ihre Helligkeitswerte nicht gleichzeitig, sondern nacheinander zu übertragen. Nach diesem Prinzip arbeitet auch die schon lang bekannte elektrische Übertragung ruhender Bilder, die Bildtelegrafie. Das zu übertragende Bild wird dabei zylindrisch gebogen, auf eine Trommel aufgespannt und durch einen feinen Lichtstrahl in einer Schraubenlinie abgetastet. Das vor der getroffenen Bildstelle reflektierte Licht fällt auf eine Photozelle und wird von dieser in Stromwerte umgewandelt, die dann über eine Leitung oder drahtlos übertragen werden können.

Dieser Bildstrom steuert auf der Empfangsstelle die Helligkeit einer Lichtquelle, die ein auf einer ähnlichen Trommel aufgespanntes lichtempfindliches Papier mehr oder weniger schwärzt, wobei die Drehgeschwindigkeit der Trommel und die Lage des Bildpunktes in jedem Augenblick der des Originals entsprechen muß. In dieser Weise wird das Bild auf der Empfangsstelle punktweise aufgebaut. Dabei kann dieser Vorgang beliebig lang dauern, damit nicht zu rasche Stromschwankungen übertragen werden müssen.

In der Praxis nimmt er einige Minuten in Anspruch. Bei dieser Geschwindigkeit kann die Bewegung für die Abtastung und Aufzeichnung des Bildes ohne Schwierigkeiten rein mechanisch erfolgen.

Damit das Auge diese Bilderfolge zu einem bewegten Bild verschmilzt, ist es notwendig, daß mindestens 16 Bilder in der Sekunde aufeinander folgen. Der Vorgang ist also der gleiche wie beim Film. Dort werden 24 Bilder pro Sekunde wiedergegeben und durch eine weitere zusätzliche Unterbrechung jedes Bildes der Wechsel zwischen hell und dunkel auf künstliche 48 mal in der Sekunde gesteigert, um bei großer Helligkeit ein Flimmern des Bildes zu vermeiden.

Auch beim Fernsehen müssen also mindestens 16 vollständige Bilder in jeder Sekunde übertragen werden. Praktisch beträgt die Bildwechselzahl aber 25 Bilder/Sekunde in Europa, bzw. 3o Bilder/Sekunde in Amerika. Die Wahl einer zum Film abweichenden (verschiedenen) Bildwechselzahl hängt mit der Frequenz des technischen Wechselstromes zusammen, die in Europa 50, in USA 60 Perioden/Sekunde beträgt.

Es ist klar, daß es mit mechanischen Mitteln nicht mehr möglich ist, das Bild in einer so kurzen Zeit in eine so große Anzahl von Bildpunkten zu zerlegen und auf der Empfangsseite wieder aufzubauen. In den Anfängen der Fernsehtechnik hat man wohl versucht, mit mechanisch bewegten Teilen, der Nipkowschen Lochscheibe oder dem Spiegelrad, die Bildzerlegung und den Bildaufbau durchzuführen, doch konnte dies nur für kleine Zeilenzahlen gelingen, die keinesfalls auch nur bescheidenen Ansprüchen an die Bildqualität entsprochen haben.

In diesem Stadium war das Fernsehen nicht mehr als ein interessantes Experiment und war für eine allgemeine Einführung noch nicht reif. Schon bei mäßigen Zeilenzahlen gelangte man sehr bald an die technisch bedingte Grenze.

Erst mittels der durchgehenden Anwendung der Elektronentechnik, sowohl auf der Sende- als auf der Empfangsseite, wurde dieses Problem lösbar, weil die Elektronen, die kleinsten bekannten Teilchen, durch ihre außerordentlich geringe Masse und Trägheit mit unvergleichlich höheren Geschwindigkeiten arbeiten können als größere, mechanisch bewegte Körper.

Elektronen bewegen sich in jeder Radioröhre und sind imstande, außerordentlich raschen Stromschwankungen bis zu vielen Millionen Schwingungen pro Sekunde genau zu folgen.

In allen Fernsehröhren für die Umwandlung des Bildes in ein elektrisches Signal und deren Rückwandlung in das Fernsehbild übernimmt ein feiner Elektronenstrahl die Aufgabe, die Bildfläche in 1/25 Sekunde mit einer ausreichenden Zahl von Zeilen zu überstreichen. Die Quelle, aus der der Elektronenstrahl gebildet wird, ist wie bei der Radioröhre eine Glühkathode.

Da sich ein Strom freier Elektronen nur in einem luftleeren Raum ungehindert ausbilden kann - in Luft würden die Elektronen schon nach ganz kurzer Wegstrecke durch Zusammenprall mit den Luftteilchen gebremst werden - ist das Strahlerzeugungssystem in einen luftleer gepumpten Glaskolben (genannt "die Röhre") eingeschlossen, der je nach dem Verwendungszweck der Röhre verschiedene charakteristische Formen aufweist.
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In der Röhre wird aus dem von der Glühkathode emittierten Elektronenstrom durch eine Lochblende ein Teil ausgeblendet und der verbleibende "Elektronen-Strahl" von einer an positiver Spannung liegenden Elektrode, der Anode, angezogen und beschleunigt. Eine „elektronische Linse", die durch das Magnetfeld einer Spule oder eines Dauermagneten oder das elektrische Feld von an geeigneten Spannungen liegenden Elektroden gebildet wird, verhindert, daß sich die den Strahl bildenden Elektronen durch ihre gegenseitige Abstoßung zerstreuen und bewirkt, daß sie zu einem feinen Strahl gebündelt werden, der auf der Bildfläche einen kleinen Punkt bildet.

Der Elektronenstrahl als ein Strom schnell bewegter, im Vakuum fliegender Elektronen, ist nichts anderes als ein schwacher elektrischer Strom. Nur fließt dieser Strom nicht, wie gewohnt, durch einen Draht, sondern durch den luftleeren Raum zwischen Glühkathode und Anode.

So wie jeder stromdurchflossene Leiter ist daher auch der Elektronenstrom durch magnetische oder elektrische Felder beeinflußbar. Von dieser Wechselwirkung zwischen magnetischer oder elektrischen Strömen macht man nun Gebrauch, um den Kathodenstrahl derart aus der geraden Richtung abzulenken, daß sein Auftreffpunkt auf der Bildfläche die gewünschte zeilenweise Bewegung ausführt.

In der Regel wird diese Ablenkung des Elektronenstrahls durch Magnetfelder bewirkt, die von außerhalb der Röhre angeordneten stromdurchflossenen Spulen erzeugt werden, die Magnetfelder quer zur Richtung des Strahles erzeugen.

Um nun den Strahl eine Zeile des Bildes bestreichen zu lassen, schickt man durch diese (Ablenk-) Spulen einen in seiner Stärke gleichmäßig anwachsenden Strom. Dadurch wird der Punkt auf der Bildfläche mit gleichförmiger Geschwindigkeit von der einen zur anderen Bildkante bewegt.

Hat der Bildpunkt, von der einen Bildkante kommend, die gegenüberliegende Bildkante erreicht, so wird der Strom in den Spulen rasch auf seinen Anfangswert zurückgebracht; damit springt auch der Bildpunkt in seine Anfangsstellung zurück.

Zum Schreiben der zweiten Zeile wiederholt sich der gleiche Vorgang. Der Strom in den Spulen nimmt wieder gleichförmig zu. Damit sich die zweite Zeile nicht mit der ersten deckt, sondern (eine Zeile unten drunter) an diese anschließt, wird dem Strahl gleichzeitig durch ein zweites Spulensystem eine kleine Ablenkung in der zu den Zeilen senkrechten Richtung erteilt, indem auch durch das zweite Spulensystem ein gleichförmig ansteigender Strom geschickt wird, wobei aber hier der Stromanstieg entsprechend langsamer erfolgt.

Durch das Zusammenwirken der durch beide Spulensysteme fließenden Ablenkströme schreibt also der Strahl Zeile für Zeile, bis er am unteren Bildrand angekommen ist.

Zuerst wird während l/5o Sekunde ein Halbbild abgetastet bzw. geschrieben, indem der Kathodenstrahl jede zweite Zeile ausläßt, also beispielsweise die 1., 3., 5. usw. Zeile bestreicht.

Nachdem in dieser Weise die halbe Zeilenzahl in 1/5o Sekunde geschrieben ist, wird der Strahl zum Bildanfang zurückgeführt und vervollständigt nun das Bild, indem er in der nächsten fünfzigstel Sekunde die vorher ausgelassenen Zeilen zwischen die bereits bestrichenen Zeilen einfügt, also die 2., 4., 6. usw. Zeile schreibt.

Bei diesem sogenannten "Zeilensprungverfahren" erfolgt also ein Bildwechsel 50 mal in der Sekunde und es tritt daher bei Fernsehbildern normaler Helligkeit kein störendes Flimmern auf.