Korrekt fargetemperatur for fargefjernsyn:

HVITT ER OGSÅ EN FARGE

Tekst: Espen Braathen.

Har du vært i en butikk som selger fjernsynsapparater og undret deg over at ikke bildet fra to apparater seer like ut? Hvordan kan det ha seg at bildet som kommer fra det samme videokameraet, blir gjengitt på så mange forskjellige måter? Finnes det i det hele tatt en korrekt måte å gjengi videobildet på? Disse og andre spørsmål blir besvart i denne artikkelen.

INNLEDNING

For deg som kunde er det være vanskelig, for ikke å si umulig, å velge det fjernsynsapparatet som gir det den mest naturtro bildegjengivelsen. I årtier har produsentene av fjernsynsapparater, eller rettere sagt markedsøringsavdelingene, hovedsakelig lært opp forbrukerne til se etter spesifikke, lett gjenkjennelige kriterier som et flatest og mørkest mulig frontglass på bilderøret, og størst mulig lysstyrke, slik at bildet skal bli brukbart også om dagen med sollyset skinnende gjennom vinduet. Begreper som 100 Hz, IDTV, digtalt kamfilter, CTI og digital støyreduskjon blir brukt for å overbevise potensielle kjøpere om apparatets fortreffelighet. Viktige kriterier som et naturtro bilde og korrekt fargegjengivelse har blitt underordnede momenter. Som bruker har du en hvis mulighet til å forandre bildegjengivelsen ved å regulere lysstyrke, kontrast og fargemetning, men du har bare dine egne subjektive preferanser å basere disse innstillingene på. Selv om du skulle være så heldig å justere disse kontrollene til korrekte verdier, vil fargegjengivelsen fremdeles være feil, siden alle apparater som selges i Norge har en feiljustert fargetemperatur når de kommer fra fabrikken. Og sannsynligvis er også apparatet konstruert på en måte som hindrer korrekt fargegjengivelse.

EN VIDEO STANDARD

La oss slå det fast med en gang: Det er selvsagt bare en korrekt måte gjenngi et tv-bilde på. Virkeligheten som videokameraet registrerer skal jo gjengies slik at bildet likner mest mulig på den orginale scenen. Som en logisk følge av dette må de andre gjengivelsene nødvendigvis være feil. Hvordan bildet fra videokameraet skal gjengies på fjernsynskjermen ble fastsatt for over 40 år siden, da den amerikanske fargefjernsynsstandarden NTSC, som vårt PAL system bygger på, ble fastsatt. Av ulike grunner, som vi skal se nærmere på i denne artikkelen, blir mange av spesifikasjonenen i denne videostandarden ikke fullt av dagens produsenter av fjernsynsapparater beregnet på konsumentbruk. På sendersiden, i tv-studioene til kringkastingsselskapene, blir denne standarden fulgt (så godt det lar seg gjøre), slik at fargegjengivelsen og liknende blir identisk uavhengig av hvilken produsent som har fremstilt monitoren. Dette er imidlertid en sannhet med visse modifikasjoner, siden noen av de orginale spesifikasjonene ikke lot seg gjennomføre for 40 år siden og fremdels ikke lar seg gjennomføre fullt og helt med dagens teknologi. Spesifikasjonene som gjelder blir derfor regelmessig oppdatert etter hvert som ny teknologi gjør det mulig å nærme seg de orginale målsetningene. Før vi ser nærmere på hvordan et korrekt fargebilde skal være, skal vi kort gjennomgå hva lys er og hvordan den menneskelige synssansen oppfatter farger.

DET SYNLIGE SPEKTRET

Det vi mennesker oppfatter som lys, er elektromagnetisk stråling med bølgelengder i området mellom omtrent 380 nm og 750 nm. Strålingsenergi utenfor dette området er ikke synlig. Den elektromagnetiske strålingen i dette området kalles derfor for det synlige spekteret. Dersom det er tilnærmet like mengder av alle bølgelengdene i dette området, vil vi oppfatte det som "hvitt lys". Dersom det er ujevn fordeling av de ulike bølgelengdene, vil vi oppfatte det som farget lys. Hvis lyset kun består av en enkelt bølgelengde kaller vi det for monokromatisk lys. Dette gjelder f.eks. lyset fra en LASER, som kjennetegnes ved at den bare sender ut energi rundt en bestemt bølgelengde.

I våre dager regner vi det som Newtons fortjeneste å påvise at lyset er sammensatt av en rekke ulike bølgelengder (ulike sorter lys). Hans ekspriment hvor han spaltet sollys med et trekantet glassprisme og påviste de ulike fargene i det synlige spektret, dannet grunnlaget for all videre forskning innen optikken. Newton bedømte det synlige spektret til å omfatte syv farger: rødt, oransje, gult, grønt, blått, indigo og fiolett. Dette er også fargene som vi ser i regnbuen: regndråpene virker nemlig som små prismer som spalter sollyset. Det er viktig å være klar over at de vi mennesker oppfatter som farger, i utganspunktet ikke eksisterer i naturen. Fargeopplevelsen skyldes utelukkende at synssansen (øyet og hjernen) oppfatter/tolker de ulike bølgelengdene som forskjellige fargetoner.

SYNSSANSEN

Den menneskelige synssansen består at øynene som omdanner det innkommne lyset til elektriske/kjemiske impulser og hjernen som tolker og analyserer bildene. Øyet består hovedsakelig av et linsesystem som fokuserer det innkommne lyset på netthinnen. Selve netthinnen består av et stort antall lysfølsome celler, kalt staver og tapper. Tappene sørger for fargesynet og detaljsynet, men de ikke virksomme under dårlige lysforhold. Stavene er mye mer lysfølsomme, og under dårlige lysforhold er det bare stavene som er virksomme. Stavene kan imidlertid bare formidle et sort/hvitt syn. Det er derfor vi ikke er istand til å oppfatte farger i tussmørket ("i mørket er alle katter grå").

Av tappene er det tre slag, som reagerer på hver sin del av det synlige spektret: kortbølger, mellombølger og langbølger. I prinsippet vil det si at de tre slags tappene reagerer på hver sin farge: rødt, grønt og blått. Denne teorien, som kalles for tristimulusteorien, viser at alle farger kan dannes ved å blande ulike mengder av rødt, grønt og blått lys (teorien er basert på forsøk med tre monokromatiske lyskilder). Disse tre fargene kalles primærfarger og denne måten å blande farger på kalles for additiv fargeblanding. Blanding av rødt og grønt gir gult lys, blanding av rødt og blått gir magenta (purpur/lilla) og blanding av blå og grønt gir cyan (turkis). Hvitt er i denne sammenheng resultatet av en balansert og maksimal blanding av alle tre farger. Opptrer alle tre moderert, blir resultatet grått.

FARGEFJERNSYNSTEKNIKK

Additiv fargeblanding er grunnlaget for fargefjernsynsteknikken, hvor vi på kamerasiden registrerer mengden med rødt, grønt og blått lys i hvert enkelt bildepunkt og på mottakersiden sender ut de tilsvarende tre primærfargene fra bildeskjermens enkelte bildepunkter. Når disse primærfargene treffer øyets netthinne, vil hjernen ikke oppfatte lyset som f.eks grønt og rødt, men som gult.

På kamerasiden blir det innkommne lyset splittet opp i rødt, grønt og blått ved hjelp av glassprismer (profesjonelle kameraer) og/eller fargefiltre (konsumentkameraer). Selve overføringen til mottakeren skjer ikke som R, G og B signaler, men som et luminans (Y) og et krominans signal (C). Y og C signalene blir kombinert til et sammensatt signal (kompositt) slik at et fargefjernsynssignal ikke skal ta større plass en et sort/hvitt signal. Dette skyldes at fargefjernsynssystemet, som ble utvikklet etter sort/hvitt fjernsynet, måtte være kompatibelt med dette. Vi skal ikke gå i detaljer om denne prosessen, bare konstatere at mottakeren dekoder R, G og B signalene fra kompositt-signalet, slik at vi får de opprinnelige tre primærfargene fra kamerasiden. Mottakeren (fjernsynsapparatet) sender så ut de ulike primærfargene ved at tre elektronstråler avsøker bilderøret og treffer tre ulike fosfortyper, som lyser opp og sender ut (emiterer) henholdsvis rød, grønn og blå farge. For at vi skal være istand til å reprodusere flest mulig farger, må de tre primærfargenes bølgelengder være nøye fastsatt. Før vi ser på valget av ideele primærfarger, skal vi se litt nærmere på hvordan vi kan systematisere fargenes egenskaper.

FARGENES EGENSKAPER

En farge kjenntegnes ved tre faktorer: Fargetone, fargemetning og luminans. Fargetonen er gitt ved den dominerende bølgelengden i det lyset som treffer øyet. Når vi i dagligtale sier at en farge er gul, mener vi at fargen har gul fargetone.

Fargemetning forteller hvor lite fargen er oppblandet med hvitt, eller med andre farger som additivt blandet med fargen danner hvitt. Eks: dersom det røde lyset fra monitoren er sterkest og den samtidig sender ut like mengder grønt og blått lys med en lavere intensitet, blir resultatet en rosa farge (rødt blandet med hvitt).

Luminansen bestemmer intensiteten (lystettheten) til en farge. Jo mer intens en farge er, desto mer energi eller lys inneholder den. Hvitt og gråtoner er også farger, men med nøytral fargetone. Hvitt er den nøytrale fargen med maksimal luminans og gråtonene er de ulike luminanstrinnene mellom sort og hvitt.

Siden fargenes verden er tredimensjonal, kreves det derfor en tredimensjonal fremstilling for å beskrive en farge. Hvis dette skal gjøres med en figurmodel på en flat, todimensjonal side, får vi problemer. Men hvis vi nøyer oss med å fremstille lysblandinger av forskjellige bølgelengdekvaliteter (som ved fargefjernsynets additive fargeblanding), kan vi nøye oss med en todimensjonal figur som fremstiller fargetone og fargemetning. En slik fremstilling gir det såkalte CIE-diagrammet.

CIE-DIAGRAMMET

Figuren under viser det såkalte CIE-diagrammet fra 1931. Formålet med CIE-diagrammet er å vise alle tenkelige fargetoner og fargemetninger som kan blandes med additiv fargeblanding. For å komme frem til dette diagrammet kreves det en del utledninger og beregninger som vi skal hoppe over. Vi skal istedenfor se på hva vi kan lese ut av diagrammet.

CIE diagrammet.
Stort bilde på 49KB.

Rundt på den hesteskoformede kurven (spectral locus) finner vi alle mettede spektralfarger fra rødt til fiolett (blått). Spektralfargene gjenkjenner vi fra det synlige spekteret man får hvis man spalter hvitt sollys. Mellom rødt og fiolett/blått er det en rett forbindelse uten bølgelengde angivelser. Her ligger alle mettede purpurfarger som kan dannes ved additiv blanding av rødt og blått, og linjen kalles derfor for purpurlinjen. Siden rødt og fiolett/blått ligger på hver sin ende av det synlige spektret, møtes disse aldri i naturen og de har derfor ingen entydig bølgelengde, selv om de uten problemer kan fremstilles. Dersom vi beveger oss innover fra omkretsen av CIE-diagrammet, avtar metningen etterhvert som vi nærmer oss midten av diagrammet. Det hvite punktet i midten står for balansert forhold mellom de tre fargete lysstimuli, med andre ord en nøytral hvit eller grå fargetone (avhengig av luminansen).

PRIMÆRFARGER TIL FARGEBILDERØRET

CIE-diagrammet inneholder alle de teoretiske fargene som vil være synlige for mennesker og som kan blandes med tre ideele primærfarger. Hvis vi ser på de overflatefargene som normalt omgir oss, både ute i naturen og innedørs, vil vi ikke oppdage 100 % mettede farger. De fargene som vi vil støtte på vil falle innenfor det området som er markert på figuren. Når vi skal velge primærfarger til fargebilderøret, er det derfor tilstrekklig at disse er istand til å reprodusere de fargene som ligger innefor dette området. I tillegg må det eksistere stoffer (fosfortyper) som er istand til å reprodusere disse bølgelengdene, stoffenes virkningsgrad må være god (godt lysutbytte) og prisen på disse stoffene må være akseptabel. I henhold til den orginale NTSC og PAL standarden ble CIE-koordinatene til de tre primærfargene rød (700 nm), grønn (546 nm) og blå (435 nm) fastsatt til følgende:

Rød:	x=0,67	y=0,33
Grønn:	x=0,21	y=0,71
Blå:	x=0,14	y=0,08

Dessverre så viste det seg at de eneste fosforene som kunne frembringe disse ideele fargene ikke var kompatible med hverandre! På grunn av det ble valget av de tre "korrekte" primærfargene overlatt til bilderørsprodusentenes eget forgåttbefindene. Både på studiomonitorene og på konsumentenes fargefjernsyn ble det store forskjeller i fargegjengivelsen mellom apparater fra de ulike produsentene. Særlige på studiosiden ble dette et uholdbart problem. Nødvendigheten av å standarisere tre primærfarger som er praktisk mulig, slik at et program får den samme fargegjengivelsen uavhengig av hvilken studiomonitor som ble brukt, ble tidlig oppdaget. I europa er det EBU (den europeiske kringkastingsunionen) som har definert CIE-koordinatene til de tre primærfargene som skal brukes i studiomonitorer og i USA er det SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers).

EBU-fosfor:
Rød:	x = 0,640	y = 0,330
Grønn:	x = 0,290	y = 0,600
Blå:	x = 0,150	y = 0,060

SMPTE "C"-fosfor
Rød:	x = 0,630	y = 0,340
Grønn:	x = 0,310	y = 0,595
Blå:	x = 0,155	y = 0,070

Når fosfor-kordinatene er tegnet inn i CIE-diagrammet, danner de en trekant. Fargene som er på innsiden av trianglet kan reproduseres av studiomonitoren. Hvis du sammenlikner området til de "naturlige" fargene med arealet til disse trianglene, så vil du se at de på enkelte steder faller på utsiden av fjernsynets fargeomfang. Det er særlig fargene i det blå-grønne området som ikke kan reproduseres. Med dagens EBU og SMPTE "C" fosfor er det med andre ord ikke mulig å danne alle "naturlige" farger.

The Color gamut of Television.
Stort bilde på 36KB.

På grunn av en rekke årsaker, hovedsakelig kostnadsfaktoren, så er det få fjernsynsapparater beregnet på salg til forbrukere som benytter de standariserte EBU-fosforene som primærfarger i bilderøret. Så langt artikkelforfatteren kjenner til, er det bare Sonys Super Triniton-apparater som benytter EBU-fosfor.

Tristimulsteorien, som er grunnlaget for additiv fargeblanding, er som tidligere nevnt basert på forutsetningen at de tre primærfargene er monokromatiske lyskilder. Fosforstoffene som kan brukes til fargebilderør sender imidlertid ikke ut monokromatisk lys. Vi kan få et godt resultat hvis linjespektret til de tre primærfargene er tilnærmet identiske. Figuren under viser et typisk linjesepekter fra en monitor som gjengir D6500 hvitt. De blå og grønne fosforene har et jevnt spekter, mens det røde spektret domineres av 2 til 4 topper. Det menneskelige syn er veldig følsomt for spektrale forskjeller i rødt, og fordi den røde fosforen er vanskeligst å fremstille, er det størst forskjeller i gjengivelsen av rødt på ulike tv-apparater.

Typical spectrum from a colour monitor producing D6500 white.

Figur: Typical spectrum from a colour monitor producing D6500 white.
The blue and green phosphors have smooth spectra,
while the red phosphors has a line dominated spectrum.

FARGETEMPERATUR

Det vi til vanlig kaller "hvitt lys", inneholder som tidligere nevnt lys av alle bølgelengder mellom 380 og 750 nm og i tilnærmet like mengder. Det gjelder vår først og fremst vår eneste naturlige lyskilde: sollys. I våre dager har vi et mangfold av kunstige lyskilder og de fleste av disse har en annen fordeling av bølgelengdeområdene og vil derfor gi et "farget lys".

Glødelampen, som er vår vanligste lyskilde, har overvekt av stråling i det gulrøde området (600 til 750 nm) og lite stråling i det blå området (400 til 500 nm). Dette betyr at lyset fra glødelamper er dårlige til å gjengi blåfarger i interiører etc. På tross av den ujevne balansen mellom bølgelengdene, vil vi oppfatte det reflekterte lyset fra et hvitt papir som belyses av en glødelampe som hvitt. Øyet vi alltid forsøke å finne en hvittbalanse, som kan brukes som referanse for å bedømme fargenes egenskaper. Denne forskjellen vil ikke øye oppdaget uten at det er istand til å sammenlikne forskjellen samtidig. For å fastsette fargenyanser i hvittområdet måles lysets fargetemperatur.

Hvordan kan vi måle temperaturen til en farge, spør du kanskje? Det er lett å forstå hvis du tenker på et jernstyke som blir varmet opp. Til å begynne med er jernstykket sort, men etterhvert som det blir varmet opp blir det først mørke rødt, deretter oransj, gult, hvitt og deretter blåhvitt. Dersom vi måler den absolutte temperaturen (i kelvin grader) til jernstykket ved de ulike fargene, kan vi angi fargetemeraturen til det forskjellige lyset som blir sendt ut.

Når fysikere snakker om fargetemperatur, tar de utgangspunktet i noe de kaller et "absolutt sort legeme". Dette er et teoretisk legeme som absorberer alt lys som faller på den, intet blir reflektert. De ulike fargetemperaturene til et sort legeme kan plottes inn i CIE-diagrammet. Som du ser er det bare fargene som ligger på kurven til det sorte legemet som kan beskrives med en fargetemeratur. Men i praksis kan vi også beskrive farger som ikke ligger så langt unna kurven til det sorte legemet, med en tilnærmet fargetemperatur. Man bruker ganske enkelt den temperaturen på kurven til det sorte legemet som passer best.

Black body curve.
Stort bilde på 32KB.

FARGETEMPERATUREN TIL FARGEFJERNSYN

Når vi skal gjengi hvitt på en fargemottaker, må vi definere hva vi mener med hvitt. Da man for over 40 år siden fastsatte spesifikasjonene til våre dagers fargefjernsynssystem, tok man utganspunkt i at dagslyset på en dag med en overskyet himmel var den mest naturlige hvittreferansen som eksisterte. Fargetemperaturen til et bilderør som gjengir et hvitt signal ble derfor fastsatt til 6500 kelvin. De tilsvarende koordinatene i CIE-systemet er x = 0,3127 og y = 0,3291. Dette punktet kalles D6500 (D = daylight). Punktet faller ikke helt på kurven til det sorte legmet og det betyr at 6500 K er en tilnærmet fargetemperatur.

På kamerasiden må også hvittbalansen justeres slik at hvitt reproduseres som hvitt med korrekt fargetone på mottakersiden, enten belysningen er studiolys (fargetemperatur på 3200 kelvin), sollys (fargetemperatur på 5600 kelvin) eller annet. Dette gjøres ved at kameraet rettes mot en nøytral hvit eller grå flate som er godt opplyst av belysningen, deretter blir det innbyrdes forholdet mellom rødt, grønt og blått automatisk justert slik at videosignalet ut fra kameraet vil reprodusere hvitt med en fargetemperatur på 6500 grader kelvin på mottakerens skjerm. På amatørkameraer har man som regel to faste innstillinger for innendørs (3200 K) og utendørs bruk (5600 K).

EN "KALDERE" FARGETEMPERATUR

De fleste hjemme-fargefjernsyn har blitt justert slik at de har en mer blåhvitt fargetempratur (på omtrent 9500 K), i forhold til den korrekte på 6500 K. Vi skal senere se på eksempler som viser at en korrekt fargetemperatur er viktig hvis du ønsker en naturtro fargegjengivelse. Hvorfor har da de fleste fargefjernsyn en høyere fargetemperatur? Hovedårsaken til dette er ønsket om et økt lysutbytte fra skjermen.

I de orginale PAL/NTSC spesifikasjonene blir omgivelsene rundt fjernsynet anerkjent som like viktige for å oppnå et korrekt videobilde som selve bildet fra apparatet. For det første er det absolutt nødvendig at konkurerende lys fra omgivelsene blir hold på et lavt nivå. Et fjernsynsbilde kan ikke konkurere med sterke lyskilder i omgivelsene, enten det er dagslys som skinner igjennom et vindu eller kunstig belysning i selve rommet. Dette gikk bra i fjernsynets barndom, hvor sendingene stort sett foregikk om kvelden, etter mørkets frembrudd. Men da tv-sendinger ble vanlig også midt på lyse dagen, ble lysstyrken fra en korrekt fjernsynsbilde så liten at bildet ble ubehagelig mørkt og fikk et sterkt redusert kontrastomfang.

Istedenfor å undervise forbrukerene i at det er nødvendig å kontrollere mengden av lys i omgivelsene rundt skjermen for å få et godt fjernsynsbilde, begynnte fabrikantene å imøtekomme forbrukernes krav om et bilde med økt lysutbytte. Som forbruker ble du imidlertid ikke fortalt at bildets oppløsning, geometri og fargenaturtrohet ble dårligere etter hvert som kravet til en høy lysstyrke fra skjermen gjorde sitt inntog.

Det er flere faktorer som bestemmer lysstyrken fra skjermen, de viktigste er mer effektive fosfor stoffer, større åpning i hullmasken i røret og større strålestrøm fra elektronkanonene. I takt med ny teknologi har disse og andre faktorer gjort det brukbare lysutbyttet fra skjermen større og dermed har man fått til et mer kontrastrikt bilde. Videre har man forsøkt å øke den visuelle kontrasten i bildet ved å innføre et mørkere frontglass som absorberer mye av det innfallende lyset fra omgivelsene. Men lysutbyttet og kontrastomfanget har fremdeles ikke blitt så høyt at bildet blir bra i fullt dagslys (og kan heller aldri bli det...). I et siste forsøk på å øke lysutbyttet ennå mer begynnte fabrikkantene derfor å øke fargetemperaturen på bilderøret. En høyere fargetemperatur vil nemlig bli oppfattet som et lysere bilde. En vanlig verdi i våre dager er en fargetemperatur på 9500 grader kelvin i lyse bilder. Dette medførte at hvittbalansen fikk et kraftig blåskjer, som følge av at man skrudde opp nivået på den blå elektronkanonen for å øke fargetemperaturen. Den økte fargetemperaturen har også ført til at den naturtro gjengivelsen av fargene har blitt ødelagt.

HVORFOR ER KORREKT FARGETEMERATUR VIKTIG?

Vi har tidligere sett at øyet alltid vil forsøke å finne en hvittbalanse og dermed tilpasse seg ulike fargetemperaturer. Hvis denne tilpasningsevnen er så god, slik at et hvitt papirark blir oppfattet som hvitt enten belysningen er en glødelampe eller dagslys, hvorfor er da korrekt justering av fargetemperaturen på bilderøret til D6500 så viktig? For å belyse dette nærmere skal vi se på et praktisk eksempel:

Vi tar utganspunkt i fargen gul. Ved additiv fargeblanding lager vi gul ved å blande rødt og grønt. Dersom vi utstyrer de røde og grønne elektronkanonene til maksimalverdien (R=100%, G=100%, B=0%), vil fjernsynsskjermen gjenngi en 100 % mettet gulfarge. La oss deretter tenke på hva som skjer når vi skal gjengi det som på kamera/sendersiden er en 50 % mettet gulfarge. En 50 % mettet gulfarge lages ved å blande inn hvitt lys, i praksis vil det si at den blå elektronkanonen utstyres til halvparten av maksimalverdien (R=100%, G=100%, B=50%). På en skjerm med korrekt justert fargetemperatur (6500 grader kelvin) vil vi da få en pastellaktig gulfarge.

Men hva skjer dersom fargetemperaturen til bilderøret er justert til f.eks. 9500 grader kelvin? En høyere fargetemperatur enn D6500 oppnår man først og fremst ved å justere forsterkningen til elektronstrømmen som treffer det blå fosforbelegget opp, slik at man får et sterkere lys fra den blå primærfargen. I vårt eksempel, med en 50 % mettet gulfarge, vil det bety at den blå primærfargen ikke får en utstyring på 50%, men kanskje så mye som 75%. Resultatet blir at metningen blir sterkt redusert og skjermen vil gjenngi en 25 % mettet gulfarge istedenfor en med 50 % metning. Hvis den orginale gulfargen har en metning på 25 %, kan resultatet på skjermen bli en gulfarge med en metning på 0 %, det vil si at skjermen blir 100 % hvit!

Konklusjon: Hvis du ønsker en naturtro fargegjengivelse, så er en korrekt justering av fargetemperaturen til D6500 essensiell.

DAGENS SITUASJON

Et 40 år med utvikling av fargefjenynsapparater for NTSC og PAL systemene, er situasjonen den at de fleste apparatene til hjemmebruk har feil fosfortyper i bilderøret, at fargetemperaturen ikke er justert til de korrekte 6500 grader kelvin, og at lysstyrken og kontrasten er justert for høyt i et forsøk på å gjøre bildet fra skjermen istand til å konkurere med kraftig lys fra omgivelsene. Resultatet er at dagens tv-bilder ikke er så gode som de kunne ha verdt hvis de orginale spesifikasjonene, som benyttes på studiomonitorer, hadde vært gjennomført også på fjernsynsapparater beregnet på vanlige forbrukere.

Flesteparten av dagens fargefjernsyn har elektronikk som gjør at apparatet ikke kan kalibreres til korrekt fargetemperatur over hele gråskalaen. Før vi kommer inn på årsaken til dette, skal vi kort gjennomgå hvordan et "ideelt" tv-apparat kalibreres til korrekt fargetemperatur over hele gråskalaen (gråskalajustering).

(Før fargetemperaturen kalibreres skal tv-apparates lysstyrke (sortnivå) og kontrast (hvittnivå) justeres til korrekte nivåer. I korte trekk skal "lysstyrken" justers slik at sorte partier gjenngies helt sort og "kontrasten" justers slik at hverken bilderørets lineære karakteristikk eller strømforsyningen blir overbelastet i lyse bilder, til 120 Cd/m2. Det er ikke uvanlig at ideal/fabrikk-innstillingen gir en lysstyrke på det dobbelte, f.eks. 250 Cd/m2. Dette temaet, samt forholdene rundt tv-apparatet er omtalt på LaserDisc-platen "Video Essentials".)

FARGEANALYSATOR

Det å kalibrere et fargefjernsyn til korrekt fargetemperatur over hele gråskalaen var lenge en vanskelig prosess. Det har i alle år vært tilgjengelig instrumenter som er istand til å måle fargetemeraturen til bildet, men de var vanskelige å bruke og så kostbare at selv folk på studiosiden vegret seg mot å kjøpe dem. På midten av 1980-årene var imidlertid teknologien kommet så langt at relativt billige TV-fargeanalysatorer var kommet på markedet. En TV-fargeanalysator er et apparat som er istand til å måle mengden med rødt, grønt og blått lys som kommer fra tv-skjermen. I dag har man kommet så langt at fargeanalysatorern er krympet ned til et lite apparat som lett kan holdes med en hånd.

Philips fargeanalysator.
Stort bilde på 21KB.

I forbindelse med denne artikkelen lånte jeg en TV-fargeanalysator fra Philips Test TV Equipment AS. TV-fargeanalysatoren og hvordan denne brukes er omtalt i en egen ramme. Du bør lese den delen før du fortsetter med å lese resten av artikkelen. I USA er det ikke uvanlig at de største (og rikeste) hjemmekinoentusiastene kjøper sin en fargeanalysator for jevnlig å kunne kalibrere sin egen videoprojektor!

GRÅSKALAJUSTERING (HVITBALANSEJUSTERING)

På et korrekt innstillt fargefjernsyn skal alle trinnene i gråskalaen, fra intet lys (sort) til maksimalt lys (hvitt) gjengies med en fargetemperatur på 6500 grader kelvin. Denne justeringen er delt i to trinn, med en justering for lave og en for høye luminansnivåer. Denne beskrivelsen må nødvendighvis bli teknisk, men forsøk allikevel å lese igjennom avsnittet. (Det viktiske å legge merke til er at fjernsynsapparatet må ha bestemte kontrollere på innsiden av kabinettet for at det i det hele tatt skal være mulig å foreta en korrekt gråskalajustering.)

På innsiden av tv-apparatet.
Stort bilde på 18KB.

Korrekt fargetemperatur for lave luminansnivåer justeres med tre kontroller merket "SCREEN" eller "CUT-OFF". De tre SCREEN kontrollene justerer skjermgitterspenningene til hver elektronstråle. Hensikten med skjermgitterene (G2) er å få elektronstrømmen fra katodene til akselerere raskere forbi styregitterne (G1). Ved å endre på spenningen til G2, blir blokkeringspunktet (cut-off) til elektronstrålene endret. På eldre apparater (og studiomonitorer) skal skjermgitter-spenningen justeres til elektronstrømmen fra katodene som slipper frem til skjermen gir en nøytral gråfarge på 6500 grader kelvin (se servicemanualen for detaljer). På dagens konsumentapparater er det som regel bare en "SCREEN" justering for alle de tre elektronstrålene. Den individuelle cut-off justeringen foregår ved å justere katodespenningene. Fremgangsmåte: Fjernsynsapparatet tilføres et mørke-grått vindus testsignal på omtrent 15 IRE (15 % av maksimal luminans). De tre katodespenningene justeres deretter slik at fargeanalysatoren forteller at fargetemperaturen er på D6500.

Korrekt fargetemperaur for høye luminansnivåer justeres med to kontroller merket "DRIVE". Disse kontrollene bestemmer forsterkningen til hver av elektronstrålenes styresignaler. Selv om det er tre elektronstråler, er det vanligvis bare to kontroller siden forsterkningen til den tredje elektronstrålen er fast. Fremgangsmåte: Fjernsynsapparatet tilføres et hvitt vindus testsignal på 100 IRE (100 % luminans). De to forsterkningskontrollene justeres slik at fargeanalysatoren forteller at fargetemperaturen er på D6500.

Siden justeringen for lave og høye luminansverdier virker inn på hverandre, er det nødvendig å gå tilbake til 15 IRE testbildet for å sjekke fargetemperaturen. Det kan være nødvendig å gå frem og tilbake mellom de to justeringene en rekke ganger, før man får etablert en korrek fargetemperatur over hele gråskalaen.

AUTOMATISK GRÅSKALA JUSTERING

På de fleste av dagens tv-apparater er det imidlertid ikke mulig å justere hvittbalansen for lave nivåer, da de hverken har individuell justering av cut-off eller katodespenningene. Isteden er apparatene utstyrt med en funksjon som kalles automatisk gråskala justering (automatisk cut-off).

I dagens tv-apparater er de fleste funksjonene integrert i en rekke IC-kretser. Prosessen med å dekode kompositt-signalet til R, G og B signaler som kan sendes til bilderøret, foregår vanligvis i en enkelt IC-krets som kalles videoprosessor. Da det ble mulig å integrer mange funksjoner i en enklet IC-krets, begynnte man også å legge inn en funksjon som kalles automatisk gråskala justering. Denne virker på følgende måte:

På slutten av vertikal blanking sender videoprosessoren ut tre horisontale linjer, en for hver elektronstråle. Disse tre linjene kan på enkelte apparater sees idet man bytter kanal, eller kobler over til en av videoinngangene som ikke er tilført noe signal, som en rød, en grønn og en blå horisontal linje på toppen av skjermen. Fra utgangsforsterkerne går det en tilbakemelding til videoprosessoren, som brukes til å måle strømmen i bilderørets katoder. Målingene blir brukt til å automatisk justere den individuelle cut-off balansen. (På noen apparater er linjene delt opp i en mørk og en lys puls, som brukes til å justere både cut-off og forsterkningen til utgangsforsterkerne.)

Hensikten med automatisk cut-off (gråskala) justering er hovedsakelig å opprettholde konstant fargetemperatur, selv om karakteristikken til bilderøret blir forandret som følge av aldring. Selv om dette i utgangspunktet kan være en nyttig finesse (eieren slipper å tilkalle en teknikker for å justere gråskalaen selv etter flere års bruk), medfører det den alvorlige bivirkningen at det blir umulig å justere bildet til korrekt fargetemperatur på lave nivåer. Fargetemperaturen som automatikken har som utgangspunkt er for høy (>9000 K) og automatikken kan vanligvis ikke utkobles! Enkelte apparater har justering av den automatiske cut-off balansen, men det er i dag unntakene. Det er et paradoks, at for 10 til 15 år siden når enkle fargeanalysatorer ikke var tilgjengelig hadde de fleste tv-apparatene de nødvendige kontrollene, mens man i dag hvor fargeanalysatorer er tilgjengelig konstruerer apparater som ikke kan kalibreres til D6500. Snakk om fremskritt. En prosess som vil forandre dette har imidlertid begynnt.

FARGETEMPERATUREN PÅ NOEN NYERE TV-APPARATER

Som tidligere nevnt lånte jeg inn en TV-fargeanalysator fra Philips for å avlese og eventuellt justere fargetemperaturen på blandt annet mitt eget tv-apparat. De fire forsøksobjektene var tre fargefjernsynsapparater (en 29" og en 21" fra Sony, og en 29" fra Telefunken) og en 14" videomonitor (Commodore 1084). De tre tv-apparatene er alle utstyrt med automatisk gråskala justering. De målte resultatene ble slik (apparatene var fra et til tre år gammle):

Sony 21":
Høyt luminansnivå: 8990 K (29 CIELUV)
Lavt luminansnivå: 6650 K (18 CIELUV)

Sony 29":
Høyt luminansnivå: 7730 K (-- CIELUV) Lavt luminansnivå: 8850 K (-- CIELUV) Telefunken:
Høyt luminansnivå: 7830 K (20 CIELUV) Lavt luminansnivå: 5400 K (37 CIELUV)

I parantes står fargefeilen i antall CIELUV. Enheten 1 CIELUV er den minste fargefeilen som er merkbar for det menneskelige syn. Fargetemperaturen er avhengig av lysstyrken fra skjermen og alle apparatene ble justert til 120 Cd/m2 ved 100 IRE før måling.

Et blåstikk (for høy fargetemeratur) er mest merkbart på lave luminansnivåer og dagens tv-apparater er derfor konstruert med en fargetemperatur på over 9000 K i lyse partier, og med en vesentlig lavere fargetemperatur i de lave luminansnivåene. Med dette i tankene seer resultatet fra Sony 21" apparatet mest normalt ut, selv om fargefeilen blir så stor som 18 CIELUV, selv om fargetemperaturen på et lavt luminansnivå er 6650 (kun 150 K for høyt).

Resultatet fra Sonys 29" seer merkelig ut, fargetemperaturen øker med synkene luminansnivå! Ennå være ble det da jeg endret fargetemperaturen ved høye luminansnivåer til de korrekte 6500 K. Da ble fargetemperaturen ved lave luminansnivåer langt over 14000 K. Årsaken viste seg å være den automatiske cut-off justeringen. Da jeg justerte fargetemperaturen opp til 9300 K (datamonitor referansen), sank fargetemperaturen ved lave luminansnivåer til 5400 K. Synderen er automatikken som rett og slett bare "virker" etter konstruktørens hensikt hvis fargetemperaturen ved høye luminansnivåer er i overkant av 9000 K. Slik er apparatet konstruert. (Nøyaktig det samme skjedde da jeg forsøkte å sette fargetemperaturen til 21"-en ned til 6500 K på høye luminansnivåer). Måleresultatet etter justering av Sony 29":

Høyt luminansnivå: 9500 K (35 CIELUV)
Lavt luminansnivå: 6600 K (12 CIELUV)

Min gamle 14" videomonitor, som er "still going strong" etter et langt liv sammen med min Amiga-maskin, har ingen automtisk gråskalajustering og de nødvendige kontrollene for å foreta en korrekt gråskalajustering var således på plass (3 CUT-OFF og 2 GAIN justeringer). Med TV-fargeanalysatoren var det en enkel sak å kalibrere til en fargetemperatur på de korrekte D6500 over hele gråskalen, med den tidligere nevnte fremgangsmåten. Og resultatet uteble ikke: For første gang så mørke-grå farger grå og ikke blå-grå ut! Sammenliknet med gråskalaen på Sony-apparatene, som ser blå ut i de grå områdene, er gråskalaen på videomonitoren helt fargeløs fra grå til hvitt. På vanlige videobilder er den mest iøyenfallende forskjellen gjengivelsen av hudfarger, som på den korrekt kalibrerte videomonitoren seer mye mer naturtro ut.

ISF - IMAGING SCIENCE FOUNDATION

I USA har fjernsynsteknikk guruen Joe Kane dannet et selskap kalt ISF - Imaging Science Foundation, som holder seminarer for serviceteknikkere som ønsker å kunne foreta en korrekt fargetemperaturkalibering av tv-apparater. ISF kartlegger også hvilke apparater som kan kalibreres til D6500, og viktigst av alt: ISF/Joe Kane forteller produsentene hvorfor de må lage tv-apparater som kan gjengi en korrekt gråskala. I USA har man kommet et langt steg i riktig retning og du kan nå faktisk få kjøpt et tv-apparat som er ISF/D6500-kalibrert direkte fra fabrikken. ISF kommer også til å holde seminarer i Europa. På sikt er det derfor håp om at også europeiske tv-apparater blir konstruert med henblikk på D6500 kalibrering. Joe Kane er også mannen bak LaserDisc-platen "A Video Standard", som inneholder de tv-testsignalene som man trenger for å justere et tv-apparat til riktige nivåer for lysstyrke, kontrast og fargemetning. Platen og den medfølgende instruksjonsboken er relativt teknisk og en enklere fremstilling av de samme emnene finnes på den nye LaserDisc-platen "Video Essentials".

OPPSUMMERING

I apparater med automatisk cut-off (gråskalajustering) har det som regel ingen hensikt å forsøke å justere fargetemperaturen ved høye luminansnivåer til D6500. Automatikken, som ikke kan kobles ut, vil da miste styring ved de lave luminansområdene helt. Noe som resulterer i et ennå større visuellt avvik enn om fargetemperaturen ved høye luminansnivåer er på 9500 K. For i det hele tatt å kalibrer et tv-apparat til de korrekte D6500 grader kevin over hele gråskalaen, må man ha et apparat uten automatisk cut-off. I en fremtidig artikkel vil jeg forsøke å finne frem til tv-apparater som kan kalibreres til D6500.

To be continued...

Artikkelforfatteren vil til slutt rette en spesiell takk til Per-Olav Christensen ved Philips TV Test Equipment Norge AS, for utlån av PHILIPS PM 5639 fargeanalysator.

LITTERATUR

Per Bøhler: Videregående fjernsynsteknikk.
Finn Jacobsen: Videokamerateknikk.
Joe Kane: A Video Standard LaserDisc og diverse artikler.
Svein Liven: TV-teknikk, Fargekretser.
Nokia Consumer Electronics: Luxor Basic Service Manual.
Philips TV Test Equipment: The Color Truth.
Urban Willumsen: Fargelære.

PHILIPS PM 5639 TV-FARGEANALYSATOR

Philips fargeanalysator.
Stort bilde på 16KB.

Fargeanalysatoren PM 5639 består av en fargesensor som plasseres på midten av bilderøret med en sugekopp, og en håndholdt enhet som inneholder visnings- og kontrollfunksjonene. Siden kontrollenheten er så liten at den kan holdes med en hånd, har man den andre hånden fri til å foreta de nødvendige justeringene. Strømforsyningen er et oppladbart batteri, slik at fargeanalysatorern med letthet kan flyttes rundt omkring. PM 5639 er uavhengig av tv-systemet og tilpasser seg alle mulige delbilde- og bildefrekvenser, inkludert HDTV.

Fargesensoren består av tre filtere, som filtrerer ut den røde, den grønne og den blå delen av det synlige spektret, i samsvar med følsomheten til det menneskelige øyet. Filtreringen skjer ved hjelp av såkale dikroitiske filtre, som har den fordelen fremfor filtrering med fargede glass, at de kan konstrueres uten tap for de bølgelengdene som slipper igjennom filteret.

The graphical xy display. Kontrollenheten består av en grafisk dot-matrix display som viser midten av CIE-diagrammet, med hvitt referansen som en boks i midten og den målte fargen som en kursor. Diagrammet innholder også de tre bokstavene R, G og B, som angir vektoren til de tre primærfargen. Plasseringen til kursoren i forhold til hvitt referansen og de tre bokstavene angir hvilken av tv-apparatets kontroller som skal justeres for at fargetemperaturen skal bli i samsvar med referansen. Fargetemperaturen til tv-apparatet skal justeres slik at kursoren blir plassert midt i boksen. Under det grafiske CIE-diagrammet vises CIE-koordinatene til den målte fargen, lysstyrken fra tv-skjermen, fargefeilen (forskjellen mellom hvitt referansen og den inneværende tilnærmede fargetemperaturen) og den tilnærmede fargetemperaturen.

PM 5639 har også en del andre funksjoner og visningsmuligheter, blandt annet en RGB-visning som også kan brukes til å justere riktig fargetemperatur, som vi ikke skal komme inn på her. PM 5639 er meget enkel å bruke og en slik fargeanalysator er 100 % nødvendig for korrekt kalibrering av fargetemperaturen.



MÅLEOMRÅDE PM 5639:

Luminans: 0,1 cd/m² til 300 cd/m².
x og y CIE-verdier: 0,000 til 0,800.
Tilnærmet fargetemperatur: 1900 K til 12000 K.
Pris: ca 60.000,- kroner (inkludert mva).

Tilbake til menysiden.
HTML-programmering og © Copyright 1996 Espen Braathen.