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aus Heft 19 vom Oktober 1935 von Alfred Küster und Richard Schmidt

(Aus dem wissenschaftlichen Zentral-Laboratorium der Photographischen Abteilung der I. G. Farbenindustrie A. G. [Agfa].)
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Nach Einführung des Tonfilms in die Praxis verwendete die Aufnahmetechnik im wesentlichen zwei Schriftarten, nämlich Sprossen- und Einzackenschrift.

Die Ergebnisse beider Aufzeichnungsverfahren waren bei richtiger Handhabung praktisch einander gleichwertig, was eigentlich verwunderlich ist, wenn man bedenkt, wie verschieden die Aufnahmegeräte und die photographischen Verhältnisse waren.

Die Weiterentwicklung der Aufnahmeverfahren bezog sich in den ersten Jahren des Tonfilms auf die Anpassung der Apparate an die allmählich erst zutage tretenden Anforderungen des Atelierbetriebes und auf die Erhöhung der Betriebssicherheit.

Indirekt kamen diese Verbesserungen auch der Tonqualität zugute, obwohl an den Grundlagen der jeweiligen Aufzeichnungsart nichts geändert worden war.

Die erste tiefer gehende Veränderung auch der Erscheinungsform der Tonspur erfolgte etwa 1932 mit der praktischen Einführung des Reintonverfahrens, das sowohl bei Sprossen- wie bei Zackenschrift angewendet wurde.

Für die Sprossenschrift ist es bis heute bei dieser einen Abänderung geblieben; die Zackenschrift dagegen befindet sich seit der gleichen Zeit in einem lebhaften Umbildungsprozeß, der an den verschiedenen, auf diesem Gebiet tätigen Stellen zu unterschiedlichen Resultaten führte (Abb. 1).

Aus der Einzackenschrift haben sich bei RCA die Doppelzackenschrift, bei British-Acoustic-Gaumont die Vierfach-Zackenschrift und bei Telefunken-Klangfilm (*1) (*2) die 14-Doppelzackenschrift entwickelt, während die besonders interessante Form der Gegentaktschrift (*3) noch im Stadium der Ausarbeitung steht.
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Sehen wir von der Gegentaktschrift ab, so besteht die Veränderung der Zackenschrift bei allen Firmen in einer Aufteilung der Tonspurbreite in eine größere Anzahl von parallelen gleichphasigen Tonspuren, die paarweise spiegelbildlich angeordnet sind.

Der Anstoß zu dieser Anordnung ist durch apparate- und betriebstechnische Gesichtspunkte gegeben, in letzter Linie erst aus photographischen Erwägungen heraus.

Da wir hier zur Vielfachzackenschrift nur hinsichtlich des photographischen Teiles Stellung nehmen wollen, werden wir die apparatetechnischen Vorteile nur kurz erwähnen, ohne sie eingehend zu begründen.

Aufnahmeseitig besteht bei der Vielfachzackenschrift die Möglichkeit, zu entsprechend kleineren Spiegelablenkungen des Aufnahmeoszillographen überzugehen; dadurch wird der Leistungsbedarf des Oszillographen geringer, d. h. es können kleinere Verstärker verwendet werden; die Betriebssicherheit steigt, weil stabilere Spiegelaufhängungen gewählt werden können, und die Charakteristik des Oszillographen, sowohl hinsichtlich Frequenzgang als geradlinigem Aussteuerbereich, wird günstiger.

Wiedergabeseitig ergibt sich bei genügender Spurenzahl der Vorteil, daß Schrägstellung und ungleichmäßige Ausleuchtung des Abtastspaltes keinen Anlaß zu nichtlinearen Verzerrungen geben, sondern nur den Frequenzgang beeinflussen. Die Vielfachzackenschrift bringt also die Wiedergabebetriebssicherheit des Transversalverfahrens auf die gleiche Stufe mit der der Sprossenschrift.

Aus apparativen und betriebstechnischen Gesichtspunkten sind somit genügend Gründe für dieEinführung der Vielfachzackenschrift gegeben; ob auch tonphotographische Vorzüge für sie sprechen, wollen wir auf den folgenden Seiten untersuchen.
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Tonphotographisch stellt sich der Vorgang der Vielfachzackenschriftaufnahme entsprechend Abb. 2 dar : Die Spaltbildlänge ist in eine Anzahl heller und dunkler Abschnitte unterteilt, deren Länge im Verlauf einer Schwingungsaufzeichnung abwechselnd zu- und abnimmt.

Die Intensität der lichtführenden Abschnitte muß - wie wir von vornherein auf Grund der Verhältnisse der Einfachzackenschrift annehmen können - eine Schwärzung von mindestens Smax=l,0 erreichen lassen; sollen die unbelichteten Teile Smin= Schleierschwärzung aufweisen, und wird z.B. Positivfilm zur Aufnahme verwendet, der zu Gamma U/A=2,0 entwickelt wird, so muß der Kontrast der lichtführenden und der dunklen Teile des Spaltbildes mindestens 1:20 betragen.

In der Ruhe ist z. B. bei 14-Doppelzacken jeder lichtführende und jeder dunkle Abschnitt nur 90,1t lang. Bei der Modulation ist insbesondere der Fall kritisch, in dem die Länge der lichtführenden Teile zunimmt; je schmäler die dunkle Zone zu sein hat, desto größere Anforderungen werden an die Reflexfreiheit des Objektives gestellt, sollen nicht bereits durch Ueberstrahlungen innerhalb des Objektives nichtlineare Verzerrungen der aufgezeichneten Schwingungen bewirkt werden.

Für die Optik sind die Bedingungen der Vielfachzackenschrift also ungünstiger als die der Einfachzackenschrift und insbesondere der Sprossenschrift, bei der das Spaltbild auf die ganze Länge jeweils einen einzigen Lichtwert annimmt.

Weist die Aufnahmeoptik irgendwelche Überstrahlungen auf, so führt das dazu, daß u. U. schon die Ruhetonspur in den eigentlich unbelichteten Teilen eine geringe Schwärzung besitzt. Dieser durch die Optik bedingte Schleier wird leicht verwechselt mit dem Schleier, der in den tatsächlich von der Optik her unbelichtet gebliebenen Teilen der Tonspur durch Diffusions- und Reflexionslichthöfe, also durch photographische Fehlererscheinungen erzeugt werden kann.

Es ist daher tonphotographisch von größtem Interesse, in jedem einzelnen Fall, in dem ein solcher Schleier auftritt, festzustellen, ob die Optik oder der Film oder beide für den Schaden verantwortlich zu machen sind.

Ein Versuch, bei dem ein 90um-Raster (entsprechend der 14-Doppelzackenspur) mit dem Kontrast 1:300 auf Positivfilm und einen Versuchsfilm kopiert wurde, zeigt, daß der Film in keinem Falle für eine Verschleierung der dunklen Spaltbi1dzonen verantwortlich gemacht werden kann.

An dieser Stelle ist ein Wort über den Reflexions-Lichthofschutz von Tonaufnahmefilm angebracht, mit dem sich neuerdings verschiedene Arbeiten beschäftigt haben (*2).

Angesichts der Tatsache, daß man in der bildmäßigen Photographie seit Jahrzehnten alle möglichen Arten von Schutzmaßnahmen gegen den Reflexionslichthof anwendet, stellten wir bereits 1931 die ersten (nichtveröffentlichten) Versuche an Tonaufnahmefilm mit Braunsteinzwischenschicht an.

Es ergab sich indessen, daß der Abfall der Frequenzkurve in den tiefen Frequenzen, den wir ursprünglich auf den Reflexionslichthof zurückgeführt hatten, durch die Braunsteinzwischenschicht nur wenig gebessert wurde.

Stärker wirkte sich auf den Frequenzgang die Beseitigung des äußeren Reflexionslichthofes aus, die wir durch die Anordnung einer den Film fast berührenden Blende zwischen Objektiv und Film erreichten (*4).

Könnte man dem Reflexionslichthofschutz bei sehr flacher Entwicklung des Films noch eine gewisse Bedeutung zuerkennen, so verringert sich der Einfluß dieser Schutzschicht auf den Frequenzgang noch mehr, wenn wir den Aufnahmefilm steil entwickeln, wie es beim Zackenverfahren geschieht.

In Tab. II (Seite 327) die den Frequenzgang verschiedener Zackentonspuren angibt, stellen die stark umrandeten Felder bei Einfach- und 14-Doppelzackenschrift die Resultate bei Verwendung von lichthoffreiem Positivfilm dar, während alle nichtumrandeten Spalten die Resultate für gewöhnlichen Positivfilm enthalten. Der beträchtliche Transparenzverlust, der z. B. zwischen 50 und 1600 Hz auftritt wird danach durch die Reflexionsschutzschicht nur
unwesentlich verringert. Dieses Resultat war nach dem Ausfall des Rasterkopierversuches (S. 324) zu erwarten.

Es sind demnach zuerst eine ganze Reihe anderer und zwar größerer Fehlerquellen an der Apparatur zu beheben, auf die der Filmhersteller keinen Einfluß hat, bis der Reflexionslichthof als letzter und geringster, mit einer Schutzschicht leicht zu beseitigender Fehler übrigbleibt.
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Während bei der Einfachzackenschrift der Übergang zwischen lichtführender und dunkler Spaltbildhälfte gerade oder schräg verlaufen kann, ist er bei der Vielfachzackenschrift immer schräg (Abb. 4). Durch die endliche Spaltbreite und den schrägen Übergang entsteht eine Verzerrung der aufgezeichneten Schwingung, auf die in der vorliegenden Arbeit jedoch nicht näher eingegangen werden soll. Wir haben über den Einfluß der Randzone noch modellmäßige Versuche in Arbeit, nach deren Abschluß wir auf diese Frage zurückkommen werden.

Wir knüpfen noch einmal an Abb. 2 an; dort sind einige für die 14-Doppelzackenschrift charakteristische Ausleuchtungen des Spaltbildes im Verlauf einer Schwingungsaufzeichnung von nahezu 100% Aussteuerung schematisch dargestellt.

In Wirklichkeit beträgt in diesem Falle die Schwingungsamplitude auf dem Film rund 45um. Rechnen wir nach der Formel Lautstärkenumfang die Amplituden zweier Schwingungen, wie groß die Amplitude der Aufzeichnung zu sein hat, wenn wir, ohne Betätigung des Lautstärkereglers bei der Wiedergabe, zu kleinen Wiedergabelautstärken kommen wollen, so erhalten wir folgende Werte (Tab. I).

Um also einen Lautstärkeumfang von 30 Phon zu überdecken, muß der Film bei der 14-Doppelzackenschrift in der Lage sein, eine Amplitude des Spaltbildes von 1,4um bis 45um formgetreu zu registrieren.

Allerdings wiederholt sich diese Aufzeichnung 28mal über die Spaltbildlänge, so daß sich Fehler der einzelnen Spur, die durch die Körnigkeit und die Kornhaufenbildung der photographischen Schicht bedingt sind, ausgleichen können; trotzdem verdienen die Fragen des Lautstärkeumfanges in Abhängigkeit von der Aussteuerung für die verschiedenen Zackenzahlen ein eingehendes Studium.
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Unser Ziel war, die tonphotographischen Eigenschaften der verschiedenen Zackenschriftarten modellmäßig, d. h. also ohne die Einsetzung der in der Praxis verwendeten Aufzeichnungsgeräte, zu untersuchen. In der gleichen Apparatur, in der wir bereits früher (*5) Sprossen- und Einfachzackenschrift untersucht hatten, ordneten wir die in Abb. 5 dargestellte (als Frequenzmodell bezeichnete) Modellscheibe an, die sinusförmige Schwingungsaufzeichnungen mit 50% Aussteuerung von folgenden Zackenschriftarten trug:

1. Einfachzacken
2. Doppelzacken (durchsichtige Spur innen)
3. Doppelzacken (undurchsichtige Spur innen)
4. Vierfachzacken
5. Zehnfachzacken
6. Zwanzigfachzacken
7. Achtundzwanzigfachzacken
8. Vierzigfachzacken.

Das Modell war mit einem Durchmesser von 140cm gezeichnet und dann photographisch verkleinert worden. Es rotierte mit einstellbarer Tourenzahl vor einem mechanischen Spalt von 20mm Länge und 0,1mm Breite, der durch ein Objektiv von 25mm Brennweite 8mal verkleinert auf dem Film abgebildet wurde. Die Spaltbildbreite auf dem Film betrug also 12um. Die Modelltonspur zeigte dementsprechend hintereinander Zackenaufzeichnungen von 1 bis 40 Spuren (Abb. 6) jeweils gleicher Frequenz.
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Die Auswertung der Filme erfolgte in der üblichen Weise mit Hilfe des Registrierphotometers. In erster Linie wurden die zur Zeit besonders interessierenden Tonaufzeichnungen mit 28 Spuren (14 Doppelzacken) ausgewertet. Eine vergleichende Betrachtung mit den anderen Spuren wird später folgen.

Gegenüber der Aufnahme in der ateliermäßig verwendeten Zackenschriftapparatur besteht - worauf Herr Orlich, Neubabelsberg, hinwies - bei unserer Anordnung der Unterschied, daß die Steilheit des Überganges zwischen lichtführendem und dunklem Spaltbildteil sich im Verlauf einer Schwingungsaufzeichnung bei uns ändert, während sie dort dauernd gleich groß bleibt.

Dadurch könnten bei uns die Werte für Frequenzgang, Klirrfaktor und Gleichrichtereffekt etwas günstiger werden als in der Praxis. Nachdem die hauptsächliche Fehlerursache indessen die endliche Spaltbreite ist, die bei beiden Apparaturarten etwa gleich groß ist, wird eine grundlegende Änderung der Ergebnisse durch die Einsetzung des in der Praxis üblichen Üeberganges zwischen Hell- und Dunkelzone nicht eintreten. Nach Abschluß der diesbezüglichen Versuche kommen wir hierauf zurück.
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Mit dem Frequenzmodell können wir Frequenzgang und Klirrfaktor von Zackentonspuren bei Anwendung verschiedener Filmsorten und Arbeitsbedingungen untersuchen.

Für die Messung des Gleichrichtereffektes in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen brauchen wir indessen ein weiteres Modell, das wir als Gleichrichtermodell bezeichnen wollen (Abb. 7). Es stellt eine hohe Frequenz mit 40% Aussteuerung dar, der die Frequenz n2 = n1/10 ebenfalls mit 40% Aussteuerung überlagert ist. Dieses Modell wird in der Aufnahmeapparatur an Stelle des Frequenzmodells angeordnet.

Wird die damit hergestellte Aufzeichnung durch das Registrierphotometer geschickt, so liefert sie bei völlig gleichrichterfreier Aufzeichnung eine Kurve wie Abb. 8, A, bei der die Maximalamplituden a1 und a2 gleich groß sind. Beim Auftreten des Gleichrichtereffektes werden die Amplituden a1 und a2 ungleich groß (Abb. 8, B).

Bei extrem starker Gleichrichtung kann sogar das Bild Abb. 8, C, auftreten, bei dem beide Amplituden in gleicher Richtung gehen. Die Auswertung erfolgt gemäß dem Vorschlag von v. Braunmühl [6] durch Angabe der Amplitude des Differenztones in Prozenten der halben Amplitude der Primärtöne. Das Gleichrichtermodell wurde bisher nur für die 14-Doppelzackenschrift hergestellt.

Die folgenden Resultate wurden sämtlich mit Agfa-Positivfilm für Tonaufnahmen erhalten; auf Ergebnisse mit einem Spezialfilm für Zackenschrift werden wir in einer folgenden Veröffentlichung eingehen. Der Aufnahmefilm wurde in Agfa 20-Entwickler zu Gmm U/A=2,0 entwickelt.

Wir bestimmten den Frequenzgang des Positivfilmes in Abhängigkeit von der Zackenzahl und für die Frequenzen von 50 bis 10.000 Hz bei 50%iger Aussteuerung. Tabelle II gibt eine Versuchsreihe wieder, bei der Smax N=1,63 war. Die stark umrandeten Spalten geben den Frequenzgang bei Verwendung von Positivfilm mit Reflexionslichthofschutz (s. S. 324) wieder.

In Abb. 9 ist der Frequenzgang in Abhängigkeit von der Zackenzahl für verschiedene Frequenzen aufgetragen, wobei sich mit steigender Zackenzahl eine geringe Verschlechterung des Frequenzganges bemerkbar macht. Aus Tabelle II geht ferner hervor, daß der Reflexionslichthofschutz selbst bei 14-Doppelzackenschrift von nur geringer Bedeutung ist.
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Die Untersuchung des Klirrfaktors beschränkte sich in der vorliegenden Untersuchung auf die 14-Doppelzackenschrift. Eine Frequenzaufzeichnung von 300Hz, deren Klirrfaktor bei der Aufnahme kleiner als 1% war, wurde ausphotometriert; die Transparenzkurve wurde mit dem Maderschen Analysator in die Grundschwingung und die höheren harmonischen Schwingungen zerlegt.

Es wurden sowohl Negative als auch Kopien verschiedener Maximalschwärzung analysiert. In Tabelle III, die aus einer größeren Serie einige charakteristische Beispiele herausgreift, sind unter dem Negativ gleich die Werte verschiedener zugehöriger Kopien aufgeführt.

Es ergibt sich aus diesen wenigen Beispielen, daß innerhalb jeder Kopieserie mit wachsenden Werten für den Transparenzumfang delta T der Klirrfaktor kleiner wird, da delta T nur groß sein kann, wenn die Täler der Tonaufzeichnung nicht zugeschleiert sind. Indessen schreiben wir der Untersuchung des Klirrfaktors bei der Zackenschrift nur einen bedingten Wert zu.

Mit einem außerordentlich umfangreichen Versuchsmaterial, das daraufhin geprüft werden müßte, unter welchen photographischen Bedingungen bei größter Nutzlautstärke durchweg die kleinste zweite Harmonische gebildet wird, könnten zwar die die geringsten nichtlinearen Verzerrungen liefernden Arbeitsbedingungen ermittelt werden. Dem steht aber u. a. entgegen, daß bei hohen Frequenzen die zeichnerische Analyse der Schwingungsform kaum genau genug durchzuführen ist. Wir untersuchten die nichtlinearen Verzerrungen daher auf eine indirekte Methode, und zwar mit Hilfe des Gleichnchtermodelles.

1. Nach kurzer Erläuterung der apparativen und elektrotechnischen Gesichtspunkte der Vielfachzackenschriftverfahren wird auf die photographisch wichtigen Punkte eingegangen. Besonders wird die Anforderung an die Reflexfreiheit des Objektives hervorgehoben.

2. Zur Untersuchung des Frequenzganges wird ein Modell verwendet, das Tonaufzeichnungen mit 1, 2, 4, 10, 20, 28 und 40 Spuren herzustellen gestattet. Bei Aufnahme auf Positivfilm ergibt sich mit wachsender Spurenzahl eine geringe Verschlechterung des Frequenzganges. Die Verwendung von Positivfilm mit Lichthofschutz bringt keine merkliche Verbesserung.

3. Die nichtlinearen Verzerrungen werden für eine Aufzeichnung von 14 Doppelspuren von 300 Hz mittels harmonischer Analyse der Schwingungen untersucht. Außerdem wird der Gleichrichtereffekt in Abhängigkeit von Schwärzung und Frequenz mit Hilfe einer besonderen Modellaufzeichnung untersucht. Die Ergebnisse wurden mit Versuchstonaufnahmen bestätigt.
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