Вы когда-нибудь задумывались, что вызывает этот знакомый шипящий статический звук при включении телевизора? Размытые черные и белые пятнышки, которые танцуют на экране, когда нет сигнала? Это известно как «телевизионные помехи» или «белый шум», и на самом деле за этим стоят некоторые интересные научные причины.
Чтобы понять, что вызывает телевизионные помехи, нам сначала нужно рассмотреть, как работают аналоговые телевизионные сигналы. Традиционные аналоговые телевещательные передачи полагаются на радиоволновые сигналы, передаваемые с телевизионных станций. Эти сигналы кодируют визуальную и звуковую информацию, которую наши телевизоры декодируют для отображения программ.
В частности, часть изображения сигнала кодирует визуальную информацию путем быстрого изменения амплитуды радиоволны. Это кодирует яркость каждой точки на экране, известной как пиксель. Скорость изменения сигнала, известная как частота, соответствует различным позициям на экране слева направо.
Между тем звуковая часть сигнала кодируется путем модуляции частоты радиоволны. Эти модулированные сигналы создают электромагнитные поля, которые может уловить антенна нашего телевизора. Затем телевизор декодирует эти сигналы обратно в изображения и звуки.
Одним из источников статического шума, который мы видим на аналоговых телевизорах, является космический микроволновый фон. Это остаточное излучение от Большого взрыва, огромного взрыва, который создал нашу вселенную 13,8 миллиарда лет назад. Большой взрыв изначально высвободил невероятное количество энергии и излучения, которое с тех пор остывает. Сегодня это фоновое излучение пронизывает всю вселенную на микроволновых частотах.
Этот космический микроволновый фон проявляется как своего рода шипение или статический гул на частоте 1-10 ГГц. Наши телевизионные антенны легко улавливают это излучение, внося некоторый случайный шум в аналоговые телевизионные сигналы. Фактически, около 1% статического снега, видимого на неиспользуемых телеканалах, вызвано только космическим фоном.
Другим важным фактором является тепловой шум, который возникает из-за случайного движения электронов внутри проводящих материалов. Это движение всегда происходит при температуре окружающей среды выше абсолютного нуля. В телевизионных системах оно в основном возникает из-за сопротивления антенны и других компонентов.
Когда электроны хаотично вибрируют, они создают крошечные электромагнитные поля. Это преобразуется в электрические напряжения и токи, которые накладываются на сигналы, проходящие через цепи телевизора. Чем выше температура, тем сильнее движение электронов и тем сильнее результирующий тепловой шум.
Тепловой шум имеет спектр белого шума, то есть он содержит все частоты равномерно. Это проявляется как шипение на всех каналах аналогового телевидения. При комнатной температуре тепловой шум составляет около 99% статических помех, наблюдаемых на неиспользуемых телеканалах.
Помехи также могут возникать из многих наземных источников:
Вместе эти наземные источники помех вносят около 1% от общего шума, наблюдаемого на телевизионных помехах.
Наконец, часть шума исходит изнутри самого телевизора. Вот несколько примеров:
Компоненты внутри телевизора, вероятно, вносят менее 1% в общий статический шум. Тем не менее, они играют свою роль.
Подводя итог, вот разбивка типичных вкладов каждого источника шума для аналогового телевизионного шума:
| Источник шума | Вклад |
|---|---|
| Космический микроволновый фон | 1% |
| Тепловой шум от антенны | 99% |
| Наземные помехи | 1% |
| Компоненты ТВ |
Как мы видим, тепловой шум от самой телевизионной антенны составляет подавляющее большинство наблюдаемого статического шипения. на неиспользуемых каналах. Лишь незначительная часть поступает из источников за пределами телевизора, таких как космическое излучение.
Переход с аналогового на цифровое телевидение, который произошел во всем мире в период с 2000 по 2015 год, по сути, устранил телевизионные помехи. Цифровое телевидение кодирует сигналы в цифровом виде, а не полагается на различные амплитуды и частоты. Это делает сигналы более устойчивыми к деградации и шуму.
Цифровое кодирование также позволяет добавлять к сигналу коды исправления ошибок. Они обнаруживают и исправляют любые ошибки, вызванные шумом. Таким образом, высококачественные цифровые передачи способны поддерживать почти идеальное качество изображения и звука.
Единственным исключением являются условия слабого сигнала, когда может возникнуть пикселизация и выпадение звука. Это происходит потому, что сигнал становится слишком деградированным для полной компенсации с помощью коррекции ошибок. Однако это гораздо предпочтительнее случайных помех, которые появляются при слабых аналоговых сигналах.
Во время перехода от аналогового к цифровому многие люди подключали цифровые конвертеры или телевизоры к существующим аналоговым антеннам. Эта аналоговая антенна улавливала шум, прежде чем передать сигнал на цифровое телевидение. Результат все еще мог быть статическим, даже при просмотре цифровых каналов!
Для настоящего цифрового бесшумного функционирования требовалось обновление всей телевизионной установки. Сначала антенну нужно было заменить на версию, готовую к цифровому приему. Кабельное и спутниковое телевидение также нуждалось в обновлении всей своей распределительной инфраструктуры.
Как только вся цепочка стала цифровой, помехи были устранены. Многие люди не знали, что их установка все еще была аналоговой, что приводило к путанице относительно того, почему они все еще видели шум на цифровых телевизорах.
Хотя телевизионные помехи в основном считаются неприятностью, некоторые зрители испытывают по ним чувство ностальгии. Характерное шипение, хлопки и снежная картинка возвращают многие старшие поколения в детские вечера за просмотром телевизора. Статические помехи были просто частью опыта просмотра программ.
Молодые поколения, выросшие на цифровом телевидении, вероятно, имеют другую точку зрения. Для них статические помехи представляют собой плохое качество изображения по сравнению с кристально чистым HDTV, к которому они привыкли. Тем не менее, даже самые молодые зрители, вероятно, в какой-то момент сталкивались со статическими помехами на телевидении или радио. Этот остаток аналоговой технологии остается укоренившимся в нашей культуре и коллективной памяти.
Телевизионные помехи возникают из-за сочетания космического микроволнового фонового излучения, теплового шума, земных помех и шума внутри самого телевизора. Из них тепловой шум от собственной антенны телевизора составляет около 99% шума. Переход на цифровое телевидение в настоящее время в значительной степени устранил телевизионные помехи путем цифрового кодирования сигналов и добавления коррекции ошибок. Однако для старших поколений характерное шипение и снег аналоговых телевизионных помех могут вызывать ностальгию по прошлому. Поэтому, хотя мы, возможно, и не скучаем по отвлекающим помехам, они, безусловно, остаются частью нашего культурного опыта медиа и технологий.