라디오와 텔레비젼 - 하나님 말씀에 빛이 있으라 함에 빛이 있었노라는 성경 내용이 있다. 즉, 성경에 의하면 하나님이 제일 먼저 계셨고, 다음은 소리인 말씀이 있었고, 다음 세번째로 빛이 있었던 것이다.
빛은 우주에서 가장 빠른 것으로 알려져 있다. 1초에 30만km를 달린다. 지구의 둘레가 4만km이므로 1초에 지구를 7바퀴반을 돈다는 계산이 나온다. 소립자이론에서는 빛보다 빠른 태키온이란 입자가 있는것으로 말해 지지만 빛보다 빠른 입자는 없음을 아인쉬타인의 상대성이론이 단언하고 있는 것이다. 다만 불확정성이론에 의해 잠시나마 빛보다 빠르게 움직이는 입자가 고려될 뿐이다. 빛은 어떤 상태에서도 진공에서는 항상 일정한 속도로 운동한다. 다만 물이나 유리같은 매질속에서는 그 속도가 느려진다.
눈으로 볼 수 있는 빛은 파장이 1천만분의 4미터에서 8미터 범위의 가시광선 뿐이다. 가시광선 보다 파장이 더 짧은 빛을 자외선, x-선, 감마선이라 부른다. 이 빛들은 에너지가 크기 때문에 많이 쬐이면 위험하므로 특히 엑스선과 감마선을 방사선이라 하는 것이다. 가시광선 보다 파장이 긴빛(전파)을 적외선, 초단파, 단파, 중파, 장파라고 부른다. 초단파는 레이다에, 단파는 FM 방송에, 중 장파는 AM 방송에 이용하고 있다. 눈으로 직접 볼수없는 이러한 빛의 존재를 알고 생활에 이용할 줄 아는 것이 바로 인간 이성의 능력인 것이다.
라디오는 소리를 방송국에서 전파에 실어 보내면 그 전파를 받아 소리를 분리하여 재생시키는 도구이다. 각 방송국에는 고유 주파수의 전파가 배당되어 있기 때문에 이 전파에 마이크로 받아 들인 음성신호를 합성하여 방송국 안테나로 보내진다. 일반적으로 전기를 띤 입자들이 진동을 하거나 가속도운동을 하면 주변 공간에 전파를 발생한다. 안테나로 보내진 합성 전기신호는 전자를 진동시켜 공간으로 전파를 발사한다. 국내 라디오 AM방송의 고유주파수는 300 내지 3,000kHz 의 전파가 배당되므로 파장의 크기는 100 내지 1,000m 의 크기를 갖는다. 이 라디오 전파는 파장이 길기 때문에 회절을 잘하므로 즉, 장애물을 잘 돌아 가므로 산골짜기나 건물내에서 라디오를 수신할 수 있다. 라디오의 안테나에는 공중에 돌아 다니는 무수한 전파가 부딪혀 미소한 전류를 만들고 있다. 이 전류 중에서 현재 맞추어진 저항과 코일과 축전기의 조합에 의한 공진주파수에 맞는 전류만이 가장 강하게 회로를 흐르게 되고, 증폭된다. 이 신호에서 소리신호를 분류하여 스피커로 보내면 소리가 나는 것이다. 원래 AM 방송은 진폭변조란 영어의 앞자이고 FM이란 주파수변조란 영어의 앞자이다. FM 방송은 AM 방송보다 더 높은 80 내지 110 MHz(1MHz 는 100만 Hz)의 주파수를 고유주파수로 방송한다. 파장이 짧기 때문에 AM 방송보다 수신하기가 더 어려운 단점이 있지만 주파수가 높기 때문에 AM 방송보다 더 많은 음성정보를 즉, 인간의 가청영역의 배진동 음를 모두 방송에 실어 보낼 수 있기 때문에 음악방송에 적합하다.
텔레비젼은 빛을 이용하는 도구이다. 텔레비젼의 음성은 라디오방송과 동일한 방식으로 영상과는 별도로 방송하되 고유주파수대가 라디오 방송과 다를 뿐이다. 영상신호를 방송하는 방식은 라디오 방송과 조금도 다르지 않다. 다만 영상신호를 만들고 수신하여 영상을 재현하는 방식이 라디오와 다를 뿐이다. 텔레비젼 방송에도 고유주파수가 배당된다. 이 고유주파수에 아이코노스코프로 만들어진 영상 전기신호를 합성하여 안테나를 통하여 공간에 전파를 발사한다. 아이코노스코프는 빛을 받은 금속이 전자를 방출하는 광전효과를 이용하여 영상을 전기신호로 변환 시킨다. 근래에는 반도체를 이용하여 영상을 전기신호로 바꾸어 주는 캠코더가 가정에 보급되고 있는데 이 캠코더로 영상 전기신호를 만들어도 무방하다. 텔레비젼 방송국에 배당되는 고유주파수는 VHF(초단파)와 UHF(극초단파)가 있다. 초단파는 주파수가 30 내지 300MHz이며 파장은 1내지 10m 인 전파이고, 극초단파는 주파수가 300 내지 3,000MHz 이며 파장은 10 내지 100cm 인 전파이다. 극초단파의 파장이 초단파 보다 짧기 때문에 장애물의 영향을 많이 받으므로 극초단파는 한정된 지역방송에 적합하다.
근래에 도시에 고층 건물이 많아져서 안테나로 TV 방송을 수신하기가 쉽지 않다. 이 때문에 공동 수신안테나에서 수신한 시그널을 케이블을 이용하여 각 가정에 보내 수신감도를 높이고 있다. 우리나라나 미국은 TV 안테나를 수평으로 설치하고, 유럽에서는 수직하게 설치하는데 이는 방송신호를 수평으로 보내면 수평으로, 수직으로 보내면 수직으로 세워야 전파와 안테나의 상효작용 표면이 넓어져 수신감도가 좋아지기 때문이다. 전파 즉, 전자기파는 전기장과 자기장이 서로 수직으로 에너지를 교환하며 전파한다. 따라서 매질이 필요없는 횡파이며 진공을 전파할 수 있다. 이때 전파의 수평과 수직의 기준은 전기장의 편광방향을 의미하며 이는 전기장이 물질과 상호작용을 강하게 함으로 그 기준으로 설정한 것이다.
텔레비젼도 라디오와 똑같이 전파를 받아 들인다. 다만 영상신호를 증폭시켜 전자총에서 발사되는 전자의 운동에너지를 변화시키는데 이용된다. 이렇게 영상신호에 따라 다른 에너지를 가진 전자를 정해진 방식으로 브라운관의 평면에 주사하므로서 영상을 재현한다. 브라운관의 평면에는 형광이 발라져 있기 때문에 전자의 충격을 받으면 섬광을 낸다. 이 섬광의 밝기는 전자의 운동에너지에 비례하므로 명암이 있는 영상을 얻는다. 칼라텔레비젼에는 3가지의 형광이 각기 구별된 작은 부분에 칠해져 있다. 이 형광물질은 빨강, 녹색, 파랑의 빛의 삼원색을 낼 수 있다. 세개의 전자총으로 이들 형광물질에 각기 다른 에너지를 가진 전자를 방출하여 빛을 재현하므로 칼라 화면을 만들 수 있는 것이다. 우리나라는 현재 한 화면을 525개의 주사선으로 구성토록 하고 있다.
디지털기술의 발달은 TV에도 일대 대변화를 요구하게 되었다. CRT(음극선튜브:브라운관)로 대표되던 TV 시장을 일거에 PDP(plasma display panel), LCD(liquid crystal display), LED(light emitting diode) TV로 전환시켜 버렸다. 이 전환기에 한국은 디지털에 전념함으로써 아날로그에서 최고만을 추구하던 일본을 앞서게 된 것이다. 본래 CRT 튜브는 영상신호에 따라 음극에서 방사되는 전자가 브라운관의 표면에 발라놓은 형광물질에 부딪혀 빛을 내게 함으로서 영상을 재현했음으로 화면크기에도 제한적이었다. 이 문제를 프로젝션 TV로 해결할 수는 있었지만 화면의 선명도, 화면 컨트롤기술, 정보 전달량 등에서 디지탈 TV를 이길 수는 없다.
PDP TV는 유리판 사이에 작은 칸을 만들고, 여기에 형광물질을 바른 다음 불활성 기체를 넣고 밀봉한 후 직류전압을 걸어주면, 음전극에서 양전극으로 전자가 이동하면서 즉, 방전되면서 저압의 단원자분자인 불활성기체의 전자와 충돌한다. 이때 불활성 기체 원자가 양이온과 전자로 분리된 상태 즉, 플라즈마 상태가 된다. 이런 플라즈마 상태인 양이온과 전자가 다시 결합하면서 에너지가 큰 자외선이 방출되고, 이 자외선이 형광물질에 부딪혀 가시광선을 내보내고, 이 가시광선이 한 픽셀의 색을 결정하고, 전체 픽셀의 색을 통제하여 전체화면으로 영상을 만들게 된다. PDP에서 칼라 구현은 각 칸에 R,G,B 용 형광물질을 발라 시그널에 따라 반응하도록 함으로 재현한다. 하여튼 PDP는 작은 형광등을 많이 배열하여 영상을 재현하는 TV라고 할 수 있겠다. 형광등도 방전으로 발생한 자외선이 유리벽의 형광물질을 떄려서 가시광선이 방출되도록 만든 것이기 때문이다. 살균 자외선등은 형광물질을 바르지 않은 수정유리를 사용해서 만듦으로써 자외선이 바로 밖으로 방출되어 살균할 수 있도록 만든 것이다. 따라서 살균등이 밝지 못한 이유는 형광물질을 유리벽에 바르지 않기 때문이다. 수정유리를 사용하는 이유는 보통 유리는 자외선을 잘 흡수함으로 살균력이 떨어지기 때문이다.
LCD TV는 액정을 활용하는 것으로 한 픽셀에 칼라 필터라고 부르는 R,G,B 세개의 투명창을 달아준다. 즉, 한 픽셀이 세 칸으로 나뉘어 있고, 각 칸마다 액정이 들어 있으며, 맨 뒤쪽에는 백라이트 광원이 놓여 있다. 이때 액정은 전압을 걸어주면 분자 배열이 변하여 빛을 투과시키지 못하며, 전압을 걸어주지 않으면 두께에 따라 일정 방향으로 편광된 빛을 투과시키는 성질이 있다. 따라서 영상 신호에 따라 액정에 전압이 걸리느냐 걸리지 않느냐에 따라 백라이트에서 방출된 빛이 투명창에 막히던가 통과하던가 할 것이다. R 투명창으로는 빨간빛, G 투명창으로는 녹색빛, B 투명창으로는 청색빛이 방출되어 우리눈에 들어올 것이다. 따라서 영상 신호에 맞추어 전압을 컨트롤 함으로써 영상을 재현할 수 있는 것이다.
LED TV는 발광 다이오드를 활용하는 것이다. 다이오드는 두 반도체 물질을 접합하여 만드는 것으로써 반도체 물질에 따라 접합부에서 방출되는 빛의 파장이 달라진다. 따라서 물질이 달라지면 빛을 방출하는 전압치도 달라질 것이다. 따라서 RGB 세 빛에 대응하는 전압을 적절히 컨트롤하여 영상을 재현할 수 있는 것이다. 물론 이경우에도 한 픽셀에 3개의 R,G,B 다이오드를 만들어야 한다. 가끔 LED광원을 백라이트로 활용하면서 LED TV라고 주장하기도 하는데 이는 진정한 LED TV라고 할 수 없는 것이다. 화면이 가장 선명한 OLED 이는 세 종류의 형광성 유기화합물을 각 칸에 넣고 발광시키는 것으로 형광성 유기화합물에 전류가 흐를 때 발광하는 성질을 이용하는 것이다.
지금까지 디지털 텔레비젼의 원리를 알아 보았는데 빛을 내는 물질이 가장 중요한 것을 알 수 있다. 새로운 발광 물질이나 메커니즘을 발견하면 새로운 방식의 광학기구를 만들 수 있기도 한 것이다. 가히 물질 연구의 중요성을 짐작할 수 있는 경우라 하겠다. 그러면 형광 물질은 어떻게 빛을 내는 것일까? 그것은 다양한 방법으로 에너지를 물질에 주면 각 원자의 정상 전자궤도를 도는 전자가 높은 에너지 궤도로 천이했다가 다시 낮은 에너지궤도로 이동하면서 빛을 방출하는 것이다. 단 유기화합물 등의 경우는 원자들이 모여 특정 분자형태로 결합하면서 특정원자의 전자궤도가 변형되기 때문에 특정 파장의 빛이 방출될 수 있는 것이다.
텔레비젼은 무엇보다도 눈으로 영상을 볼 수 있다는데 매력이 있으나 눈을 혹사시킬 염려가 있다. 눈이 하나라면 물체의 크기는 알 수 있지만 원근을 알 수는 없다. 원근을 알기 위해서는 두개의 눈이 필요하다. 이때 두 눈과 물체를 연장한 직선이 이루는 각을 광각이라 하는데 광각이 크면 가까이에 물체가 있는 것이고, 광각이 작으면 물체가 멀리 있다는 의미가 된다. 이 광각을 갖도록 촬영하여 텔레비젼으로 볼 수 있도록 처리한 TV가 3차원 TV이다. 3D TV라고도 부르는 입체영상 TV는 가장 최근에 상품화된 기술 상품이다. 하여튼 3D 영상을 촬영하려면 두개의 눈에 대응하는 두개의 렌즈 카메라를 사용해야 한다. 또한 현재의 기술로는 원근에 따라 근거리용, 중거리용, 장거리용 카메라를 따로 적용해야 하는 번거로움이 있다. 또, 필요에 따라서는 편광안경을 끼고 화면을 보아야 하는 번거로움 때문에 일반화된 3D TV 시대는 상당한 시간이 걸릴 것으로 보인다.
