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aus aus Heft 6 - 20. März 1936 von Dr. Paul Hatschek, D.K.G., Berlin

Die wichtigste Erkenntnis auf dem Gebiet der Wiedergabe von Lichttonfilm war im Laufe der letzten Jahre die, daß es einen mechanisch - d. h. durch Inkonstanz des Filmlaufs an der Abtaststelle - verursachten Klirrfaktor gibt.

Ist nämlich der gleichförmige und gleichsinnige Filmlauf von irgendwelchen zusätzlichen mechanischen Filmschwingungen überlagert, die in der Längsrichtung des Films erfolgen, so entsprechen ihnen naturgemäß Veränderungen des auf die Photozelle fallenden Wechsellichts und somit letzten Endes zusätzliche Töne, die sich der Wiedergabe der auf der Tonspur aufgezeichneten Töne überlagern.

Diese Erkenntnis führte dazu, den mechanischen Fragen des Filmtransports im Nachbarbereich der Abtaststelle erhöhte Aufmerksamkeit zuzuwenden, und dies um so mehr, als die Fortschritte auf dem Gebiet der Aufnahmetechnik, der photographischen Bearbeitung des Films und des Verstärkerbaus den auf andere Ursachen zurückzuführenden Klirrfaktor auf ein praktisch zu vernachlässigendes Minimum eingeschränkt haben.

Grundsätzlich wurde erkannt, daß es jedenfalls aus theoretischen und praktischen Gründen unzweckmäßig war, den Film an der Abtaststelle über eine starre Bahn gleiten zu lassen, da auch unter idealen Betriebsverhältnissen die gleitende Reibung zwischen Film und starrer Bahn keine zeitlich konstant bleibende Größe sein konnte und zeitliche Veränderungen der Größe des Reibungskoeffizienten bei konstant bleibender Zugkraft zu Geschwindigkeitsveränderungen des Filmtransports führen müssen, die kurzzeitig verlaufen und somit unvermeidlich eine mechanische Klirrfaktorquelle bilden.

Es erfolgte deshalb der Übergang von der starren Filmbahn zur freilaufenden Rolle, die durch die haftende Reibung des Filmbands in Umdrehung versetzt wird, so daß jede Filmstelle stets nur mit einer einzigen Rollenstelle in Berührung kommt, und der Reibungskoeffizient zwischen Film und Rolle somit zeitlich konstant bleibt.

Eine zusätzliche weitere Erkenntnis gipfelt in der Forderung, Unregelmäßigkeiten des Filmzugs, wie sie z. B. durch Zahnrollen verursacht werden, von der freilaufenden Rolle möglichst fernzuhalten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Filmband nicht straff gespannt läuft, sondern eine freie Filmschleife vorgesehen ist, die als elastisches Zwischenglied wirkt und derartige Unregelmäßigkeiten gleichsam in sich aufnimmt.

Hierbei ist die geometrische Anordnung der Filmschleife keineswegs belanglos. Vielmehr ist die Pufferwirkung der Filmschleife am kleinsten, wenn die Richtung, in welcher der Film die „Störquelle" (z. B. Zahntrommel) verläßt, identisch mit der Richtung ist, die er beim Auflaufen auf die mitgenommene Rolle hat.

Am stärksten ist die Pufferwirkung, wenn diese beiden Richtungen um 180 Grad, noch recht gut, wenn sie um 90 Grad voneinander abweichen.
Schließlich war es seit jeher bekannt, daß die auf die mitgenommene Rolle einwirkenden Geschwindigkeitsschwankungen des ablaufenden Films dadurch verringert werden können, daß man diese Rolle mit einer Schwungmasse irgendwie koppelt, die als ein Speicher kinetischer Energie aufzufassen ist.

Allerdings herrschte ziemlich allgemein die Anschauung, daß die starre Kopplung einer möglichst großen (Schwung-) Masse mit der Rolle - von den Amerikanern als „Methode der rohen Gewalt" gekennzeichnet - das Optimum an Wirkung verbürge.

Tatsächlich ist dies aber, wie durch theoretische und praktische Versuche sowie durch mehrjährigen Dauerbetrieb eindeutig festgestellt wurde, keineswegs der Fall.

Die Aufgabe, irgendwie sich einstellende Gangunregelmäßigkeiten bzw. Schwingungen des Filmbands möglichst schnell zu unterdrücken, wird vielmehr nicht durch starre Kopplung großer Schwungmassen, sondern durch andersartige Kopplung von Schwungmassen, deren absolute Größe erheblich geringer sein kann, in weitaus vollkommenerer Weise gelöst.

Die hiermit zusammenhängende Problemreihe läßt sich wesentlich leichter verstehen, wenn man den Erörterungen ein dem Filmtransport zwar analoges, jedoch besser zu übersehendes Beispiel zugrunde legt.

Es sei angenommen, daß ein Karren (eine Draisine) auf Schienen in irgendeiner Richtung mittels einer federnden Zugleine gezogen werde. Erfolgt der Zug nicht vollkommen stetig, dann wird sich auch der Karren nicht stetig vorwärts bewegen, vielmehr wird sich der gleichförmigen Bewegung eine Art Schwingung überlagern, die durch die Wechselwirkung der kinetischen Energie des Karrens und der Elastizität der Zugleine frequenzmäßig bestimmt wird.

Eine Vergrößerung der Masse des Karrens und damit seiner kinetischen Energie wird nur zur Folge haben, daß auch die Störkräfte sich vergrößern, nicht aber, daß die Störschwingungen stärker gedämpft werden und dadurch schneller abklingen. Ebensowenig kann diese erwünschte Erhöhung der Schwingungsdämpfung dadurch erreicht werden, daß man z. B. mittels eines Bremsschuhs an einem der Karrenräder die Reibung vergrößert, da hierdurch die Leine gegebener Elastizität so stark gespannt wird, daß die Pufferwirkung fortfällt und Unregelmäßigkeiten des Zugs sich dann unmittelbar auswirken.

Diese flüchtige Betrachtung zeigt, daß in dem vorliegenden Beispiel eine Vergrößerung der erwünschten Dämpfung von Störschwingungen nicht einfach durch entsprechende Bestimmung der verfügbaren drei Größen - Elastizität, Masse bzw. kinetische Energie und Reibung - zu erreichen ist.

Das gleiche gilt für den durchaus analogen Fall der „Mitnahme" einer freilaufenden Filmrolle durch den Zug eines über sie ablaufenden Filmbandes. Weder die starre Kopplung dieser Rolle mit einer beliebig großen Schwungmasse, noch irgendwelche Bemessungen der elastischen Filmschleife, noch auch die Veränderung des Reibungskoeffizienten der Welle der Filmrolle erweist sich als zur Vergrößerung der Dämpfung der Störschwingungen geeignet.

Vielmehr müssen zur Erreichung des größtmöglichen Dämpfungs- oder Filterungseffektes grundsätzlich andere Wege beschritten werden.

Dies wurde schon vor mehreren Jahren von dem amerikanischen Physiker C. R. Hanna erkannt, und es wurden von ihm Gleichungen aufgestellt, durch die die charakteristischen Eigenschaften eines derartigen idealen Dämpfungssystems zahlenmäßig festgelegt wurden.

Verwirklicht wurden diese theoretischen Angaben durch den neuen RCA -High-Fidelity-Tonzusatz, dessen Konstruktion E. W. Reynolds durchführte. Der Grundgedanke dieser Konstruktion besteht darin, daß statt einer einzigen Schwungmasse deren zwei vorgesehen sind, deren Massen erheblich verschieden sind und die durch Vermittlung einer viskosen Ölschicht miteinander gegekoppelt sind.

Die leichtere dieser Schwungmassen ist mit der Filmrolle starr verbunden, und durch Vermittlung von Kugellagern ist dafür gesorgt, daß der Reibungskoeffizient der Wellen beider Schwungmassen praktisch gleich Null ist.
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Die praktische Ausführungsform dieser in Abb. 1 gezeigten Konstruktion sieht so aus, daß die Filmrolle mit einer aus Leichtmetall ausgeführten Schwungmasse in Form einer flachen Kapsel starr verbunden ist.

Innerhalb dieser Kapsel ist eine schwere Schwungmasse, um einen Wellenstummel durch Vermittlung von Kugellagern leicht drehbar, konzentrisch derart angeordnet, daß zwischen dem Innenrand der Kapsel und dem Außenrand der schweren Schwungmasse ein schmaler Spalt frei ist, der mit Öl ausgefüllt ist.

Setzt man das Gerät in Betrieb, so wird beim Anlaufen zunächst der Film straffgezogen, weil die Reibung zwischen der äußeren und der inneren Schwungmasse, die mitgenommen werden muß, sehr groß ist.

Sobald aber die innere Schwungmasse die normale Umlaufsgeschwindigkeit erreicht hat, ist die Reibung zwischen beiden Schwungmassen außerordentlich gering, und es bildet sich wiederum eine Filmschleife aus.

Tritt nun auch nur die kleinste Geschwindigkeitsveränderung des Filmbandes auf, so überträgt sich diese auf die Filmrolle und damit auch auf die mit ihr starr gekoppelte äußere Schwungmasse. Es besteht dann eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Innenrand der Kapsel und dem Außenrand der inneren Schwungmasse. Da diese letztere eine viel größere Masse und somit auch aufgespeicherte kinetische Energie besitzt, wird sie durch die Geschwindigkeitsänderung der Kapsel kaum beeinflußt, und die auftretende Reibung zehrt sich in der Oelschicht auf, wird dort in Wärme umgesetzt, bis die Kapsel wiederum die Geschwindigkeit der inneren Schwungmasse angenommen hat.

Das charakteristische Merkmal dieses rotierenden Stabilisators ist somit, daß der Reibungskoeffizient des Gesamtsystems so lange außerordentlich klein ist, als dem Konstantlauf des Films keine ungewollte zusätzliche Schwingung überlagert ist, daß sich aber bei Auftreten selbst der kleinsten Schwingung der Reibungskoeffizient gewaltig erhöht und die entstehende Schwingung augenblicklich so stark dämpft, daß sie so schnell wie möglich unterdrückt wird.
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Wenn man zu diesen mechanischen Vorgängen eine elektrische Analogie zu bilden versucht, so kann die Wirkungsweise des Stabilisators mit der einer Selbstinduktion im elektrischen Stromkreis verglichen werden, die nur gegenüber Wechselströmen (vgl. Filmschwingungen) in Funktion tritt, Gleichströmen (vgl. Konstantlauf des Films) gegenüber sich aber bei geeigneter Bemessung nur wie ein unbeachtlich kleiner Ohmscher Widerstand auswirkt.

Eine starr mit der Filmrolle gekoppelte Schwungmasse würde hingegen einem Ohmschen Widerstand vergleichbar sein, der nicht nur Wechselstrom-, sondern zugleich auch Gleichstromwiderstand ist und naturgemäß zur Verkürzung und somit Elastizitätsverminderung der Filmschleife beiträgt.

Abb. 2 zeigt das der geschilderten mechanischen Anordnung äquivalente elektrische Schaltbild. Hierin bedeutet (S) den „Störgenerator", (Zi) seinen „inneren Widerstand" und (i) den Störwechselstrom, der den Gangunregelmäßigkeiten des Films entspricht.

Infolge der verschiedenen Durchmessergröße der die Störung hervorrufenden und der Zugrolle findet eine Art Transformation statt, die in dem Schaltbild durch Einzeichnung eines Transformators mit der Primärwicklung (Np) und der Sekundärwicklung (Ns) berücksichtigt ist.

Im Sekundärkreis des Transformators liegt die in ihrer Wirkung einem Kondensator entsprechende Elastizität der Filmschleife (C) parallel zur Sekundärwicklung. Bei genügend großem (C) erscheint daher offenbar der Sekundärkreis in bezug auf die Störschwingungen fast kurzgeschlossen, so daß nur ein kleiner Teil derselben über den Ohmschen Widerstand (r) und die Selbstinduktion (L) fließen kann.

(L) entspricht dem Trägheitsmoment der schweren inneren, (1) dem der leichten äußeren Schwungmasse, während (r) dem Reibungswiderstand zwischen beiden Schwungmassen (viskose Ölschicht) entspricht.

Betrachten wir den Sekundärkreis als Schwingungskreis, so weist dieser offenbar eine um so größere Dämpfung auf, je größer (r) bemessen werden kann. Wie die mathematische Behandlung ergab, setzt eine ausreichend große Bemessung von (r) voraus, daß (L) mindestens ein bestimmtes Vielfaches von (l) beträgt, das Trägheitsmoment der inneren Schwungmasse somit ein Vielfaches der äußeren Schwungmasse ist.

Bei den Abmessungen des RCA-Gerätes war dieses Vielfache, wie durch Messungen und Versuche festgestellt wurde, gleich 8.
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Die Dämpfung der langsamen, durch Zugunregelmäßigkeiten verursachten Störschwingungen - nur diesem Zweck dient der Stabilisator - wird bei den Klangfilmgeräten durch den Filmzugregler erreicht. Er besteht aus einer an einem Pendel befestigten Rolle, die bei Zugunregelmäßigkeiten seitwärts gedrückt wird, um nachher mechanisch gedämpft in die Mittelstellung zurückzufedern. Unter den heutigen Verhältnissen genügt jedenfalls diese Methode, die betriebssicherer und weniger kostspielig als die amerikanische ist, weitaus. Ob einmal umständlichere Beruhigungsmittel notwendig sein werden, wird die Zukunft lehren.

Literatur:
E. D. Cook, The technical aspects of the High-Fidelity Reproducer, Journal 4/XXV.
F. J. Loomis and E. W. Reynolds, A new High-Fidelity sound head, Journal 5/XXV.
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