Nel maggio 1973 la rivista Audio Visione, diretta dall’indimenticabile prof. Marino Mariani progettava, disegnava e pubblicava un monoscopio. 
Utile, a detta della rivista, per calibrare telecamere e videoregistratori dei lettori: che a partire da circa 10 anni dopo avrebbero davvero potuto farlo, considerato che nel 1973 non esistevano sostanzialmente apparati amatoriali (e forse neppure professionali per TV private, ancora non nate peraltro). Abbiamo recuperato l’articolo originale a cura di Paolo Nuti.

Audiovisione ha creato una vera e propria macchina « ammazzacattivi », capace di rivelare a colpo d’occhio i pregi e i difetti di un video registratore, di una telecamera, di un nastro magnetico. Basta inquadrare ed osservare. E gettare nel cestino i depliant con le specificazioni gonfiate.

Utilizzando un monoscopio è possibile misurare rapidamente le principali caratteristiche dell’immagine televisiva ed ottenere con buona approssimazione alcune misure fondamentali. In particolare è possibile misurare la risoluzione verticale ed orizzontale, la banda passante del canale video e il rapporto d’aspetto, verificare la linearità dell’immagine e la risposta alle basse frequenze del canale video. Nel giudicare la qualità di un sistema video bisogna tenere presente che sono di particolare importanza la risoluzione, la banda passante e la risposta alle basse frequenze, mentre i difetti di linearità ed un non corretto rapporto d’aspetto, anche se sono appariscenti e fastidiosi per il telespettatore, non vanno presi come indizi di bontà ma solo come difetti di regolazione facilmente correggibili. Naturalmente, l’apparecchiatura è da considerarsi non buona. In questo articolo pubblichiamo un monoscopio simile a quello utilizzato nelle nostre prove. Sul suo retro sono riportate indicazioni sufficienti per la sua corretta utilizzazione, ma per una piena comprensione di come funziona lo strumento monoscopio è opportuno esaminare, innanzitutto, il significato di alcune definizioni.

Rapporto d’aspetto

L’immagine televisiva è formata da un certo numero di linee di scansione quasi orizzontali (osservando attentamente un televisore, si noterà che esse sono leggermente oblique). Il campo occupato dall’immagine televisiva è un rettangolo di altezza h e base l. Il rapporto d’aspetto dell’immagine viene definito come il rapporto l/h tra la base e l’altezza. Lo standard europeo a 625 righe e quello americano a 525 righe prevedono un rapporto d’aspetto di 4/3, e cioè un quadrato televisivo avente una base pari a 4/3 dell’altezza.

Risoluzione verticale

Supponiamo che l’immagine sia costituita da una serie di righe orizzontali, di spessore costante, alternativamente bianche e nere. Viene definita come risoluzione verticale il massimo numero di linee orizzontali distinguibili nell’intero quadro televisivo. Si notino alcune differenze tra la definizione di risoluzione televisiva, che si riferisce al numero di righe distinguibili nella immagine intera, e la risoluzione fotografica, che indica il numero di linee millimetriche. Inoltre in TV le linee per contare la risoluzione verticale sono sia quelle nere, e non solo quelle nere o quelle bianche come in fotografia. Il massimo valore teorico della risoluzione verticale è pari al numero di linee di scansione che compongono il quadro televisivo. Questo è 587, e non 625, dato che il 6% delle righe di scansione rimane inutilizzato perché cade nell’intervallo di quadro.

La risoluzione verticale, sia in fase di ripresa, sia in fase di riproduzione, è limitata dal difetto di scansione e, principalmente, dalla messa a fuoco del fascio d’elettroni. Per questo motivo, ai bordi dell’immagine, dove la focalizzazione è più difficoltosa, la risoluzione è generalmente minore. Per la misura della risoluzione verticale, sul monoscopio vengono utilizzati fasci di righe orizzontali, di intensità variabile. La lettura della scala riportata lungo il fascio, va effettuata nella zona in cui le righe si confondono tra loro.

Risoluzione orizzontale

Per convenzione la risoluzione orizzontale si misura in base alla definizione data per la risoluzione verticale: diremo che la risoluzione orizzontale è di n righe se risulta distinto un fascio di righe a risoluzione spaziale n/h. Si noti che per la misura della risoluzione orizzontale si usano fasci verticali, mentre per la misura della risoluzione verticale si usano fasci orizzontali.

Vedremo tra breve che la risoluzione orizzontale è strettamente legata alla banda passante: tanto maggiore è la banda passante e tanto migliore risulta la risoluzione. L’immagine originale sia composta di 320 righe verticali, 160 bianche e 160 nere. In base alle definizioni, la risoluzione orizzontale necessaria per la loro riproduzione si ottiene dividendo 320 per il rapporto d’aspetto, e si trova un valore pari a 240 righe. D’altra parte il periodo dell’onda che ricaviamo moltiplicando per 2 il tempo tra la durata effettiva della riga, si ottiene il numero delle righe, circa 52.480 μs.

Banda passante e risoluzione

Eseguendo le operazioni si ottiene il periodo T=0.328 μs, mentre il semiperiodo, la frequenza, è pari a 1.525 MHz. Per amplificare correttamente il valore della banda passante in MHz, il valore della risoluzione orizzontale corrispondente si ottiene moltiplicando per 80. Naturalmente vale anche il contrario, e cioè, leggendo con l’aiuto del monoscopio il valore della risoluzione orizzontale, si ricava la banda passante dividendo per 80. Con ciò è chiarita la stretta interdipendenza tra banda passante e risoluzione orizzontale.

All’aumentare del numero di barre verticali che compongono l’immagine, aumenta la frequenza del segnale video necessaria per risolverle. A mano a mano che questa frequenza si avvicina al limite superiore della banda passante, l’onda a greca verrà riprodotta con difficoltà crescente, e alla fine tenderà ad un andamento sinusoidale: i contorni delle barre non saranno più netti e, con l’aumentare della frequenza, attenuazione, con conseguente riduzione del livello del nero e del bianco, il contrasto. L’immagine risulterà completamente illeggibile solo nel monoscopio si dovrà. Comunque il valore della banda passante leggibile in corrispondenza dell’ultimo fascio di barre verticali la cui struttura risulta ancora distinta.

Linearità orizzontale e verticale

Il fascio d’elettroni che esplora l’immagine, sia in fase di ripresa, sia in fase di riproduzione, deve avere una velocità rigorosamente costante, tanto in senso verticale, quanto in senso orizzontale. Per vari motivi questa costanza può venir meno, dando luogo ad una distorsione delle immagini più o meno accentuata. Per ridurre al minimo questa distorsione, esistono appositi controlli su cui si può agire sia in fase di ripresa, sia in fase di riproduzione.

Poiché in generale è possibile limitare i difetti di linearità con un’attenta regolazione, questi difetti, benché noiosi, non debbono essere presi di mira per giudicare la qualità di un’apparecchiatura video. Naturalmente, qualora neanche con un’attenta regolazione fosse possibile ottenere un risultato gradevole, l’apparecchiatura televisiva andrebbe scartata. Per evidenziare eventuali difetti di linearità, si usano sul monoscopio un reticolo ed un cerchio. Le deformazioni sono immediatamente rilevabili.

Risposta alle basse frequenze

Supponiamo che l’immagine sia composta da barre orizzontali, non eccessivamente larghe, alternativamente bianche e nere. Il segnale video presenterà un fronte di salita molto ripido in corrispondenza dell’inizio di ogni barra, e rimarrà costante, ad un livello pari al livello del nero, per tutta la durata della barra. Può accadere che l’amplificatore video non sia in grado di riprodurre un segnale d’ampiezza costante per un tempo relativamente lungo quanto quello della durata della barra (ricordiamo che una barra orizzontale che occupi 1/10 dello schermo avrebbe una durata di 52,48 μs). Se ciò accade, la barra, invece che uniformemente nera, verrà riprodotta come se degradasse verso il grigio da sinistra verso destra, ed il suo bordo destro apparirà indistinto. Responsabile della riproduzione di barre orizzontali di una certa lunghezza sul teleschermo è la risposta dell’amplificatore video alle basse frequenze. Per una barra di lunghezza del teleschermo la frequenza corrispondente è di 19 kHz.

I difetti generati da una cattiva risposta alle basse frequenze, in genere sono abbastanza contenuti, e vengono mascherati se il comando del contrasto è regolato su valori modesti. Per contro, sul monoscopio sono state tracciate barre orizzontali di varie lunghezze. Il numero riportato a fianco di ciascuna barra corrisponde alla frequenza del segnale video relativa alla barra formata da barre (bianche e nere) di quella lunghezza.

Scala dei grigi

Sui televisori la regolazione del contrasto viene effettuata regolando il guadagno dell’amplificatore video, come si fa per regolare il volume di un amplificatore audio. Agendo su questo comando, un segnale relativo ad un grigio medio, avente per esempio un livello pari al 50% del valore massimo, può essere portato ad un valore massimo, cui corrisponde un valore pari al 75%. Apparirà nero sul teleschermo. I bianchi, cui corrispondono livelli del segnale molto minori, rimangono bianchi, e quindi aumenta il contrasto dell’immagine. Manovrando al contrario il contrasto, i neri si schiariscono, ed il contrasto dell’immagine si riduce.

Sul monoscopio è tracciata una scala dei grigi. Una corretta regolazione del contrasto permette di distinguere tutti i gradi della scala. Se, in fase di riproduzione, sul monoscopio non è possibile distinguere tutti i gradi, significa che l’immagine è stata ripresa con un contrasto eccessivo. In questo caso occorre ridurre il contrasto proprio in fase di ripresa, per esempio diaframmando di più l’obiettivo della telecamera.