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aus KINOTECHNIK Heft 5 / Mai Berlin 1938
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Vortrag vor der Kinotechnischen Gesellschaft am 31. März 1938 von Dr. Ing. Carlheinz Becker

Das Problem des plastischen Tones umgrenzt das Gebiet der plastischen, d. h. räumlichen oder dreidimensionalen Tonaufnahme und Wiedergabe. Meine Ausführungen werden sich im wesentlichen auf die Plastik des Tones im Film beschränken.

Die räumliche Übertragung akustischer Vorgänge auf anderen Gebieten der Elektroakustik ergibt sich zwangsläufig als Teillösung des Problems für den Ton-Bildfilm. Zur Erfassung der Problemstellung und seiner Lösung ist es notwendig, von den Grundbegriffen der Klangempfindung auszugehen, die physiologischen Bedingungen der räumlichen Klangempfindung zu erkennen und daraus die technische Lösung zur Verwirkiichung der plastischen Tonaufnahme und Wiedergabe herzu leiten.

Die Klangempfindung des menschlichen Ohres führte man bisher im wesentlichen auf zwei Faktoren zurück: erstens die Tonhöhe und zweitens die Tonstärke des Klanges. Die Tonhöhe ist durch die in der Sekunde das Ohr treffenden zeitlichen Wechsel des Schalldruckes definiert. Dabei ergibt sich für den Klang, daß er aus einer Reihe einzelner Töne voneinander verschiedener Frequenz besteht.

Als Tonstärke kennzeichnet man in Anlehnung an das physikalische Intensitätsmaß des Schalles die Stärke der Tonempfindung, die ein Ton oder Klang auf das Ohr ausübt. Mit Erfassung dieser beiden Größen glaubte man im allgemeinen, alle elektroakustischen Vorgänge hinreichend beschreiben zu können.

Man analysierte Sprache und Musik auf Tonhöhe und Tonstärke der einzelnen Elementartöne. Man stellte für die einzelnen Instrumente und Stimmen ganz spezifische Verhältnisse der beiden Grundgrößen fest. Man ging dann dazu über, Tonhöhe und Tonstärke der uns umgebenden Klänge physikalisch aufzuzeichnen und wiederzugeben und erschloß damit dem Stummfilm den Ton.

Man glaubte, daß dieser aufgenommene und reproduzierte Ton irgendeines akustischen Vorganges dann hinreichend „originalgetreu“ sei, wenn Tonhöhe und Tonstärke aller Klänge mit denen des Originalschallvorganges identisch seien.

Man erkannte, daß man die Tonhöhe in sehr weitem Bereich (von 30 bis 15.000 Schwingungen pro Sekunde) richtig wiedergeben müsse, und daß die richtige Wiedergabe der Tonstärke ein Intensitätsbereich von 1:10.000 erforderte.

Aber trotz aller Verbesserungen und der immer „originalgetreueren" Wiedergabe von Tonhöhe und Tonstärke bestand zwischen dem Original und der Reproduktion eines akustischen Vorganges ein scheinbar nicht zu überbrückender, wesentlicher Unterschied: die Reproduktion hatte immer Lautsprechercharakter.

Er wurde allerdings immer weniger bewußt. Man hatte sich im Laufe der Entwicklung von Rundfunk und Tonfilm daran gewöhnt, daß die Reproduktion aus dem Lautsprecher kam, und schließlich gelernt, den Ton aus dem Lautsprecher mit dem Originalklang zu identifizieren.

Man ging sogar soweit, von einem außerhalb des Klangvorganges existierenden „Fluidum“ im Konzertsaal oder Theater zu sprechen, welches von dem Lautsprecher eben nicht übertragen würde, womit der Unterschied zwischen Original und Lautsprecherklang auf der Hand läge.

Es entstand eine technische Entwicklung, die die Originaltreue ihrer Übertragungssysteme in möglichst großen Frequenzumfängen und dynamischen Umfängen erreicht sah. In Amerika ist sie durch die Verfahren „high fidelity” und „wide ränge”, in Deutschland durch „Klarton“ und „Eurocord“ charakterisiert.
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Daneben bestand schon von den Anfängen der Tonaufnahme an eine Entwicklung, die davon ausging, daß bei allen Übertragungseinrichtungen der angeführten Systeme eine wichtige Größe nicht mit übertragen wurde: die Wiedergabe der räumlichen Klangverteilung.

Neben Tonhöhe und Tonstärke existiert nämlich noch eine dritte, wesentliche Komponente der Klangempfindung: die Empfindung für die Schallrichtung oder die Verteilung der durch Tonhöhe und Tonstärke gekennzeichneten Klangvorgänge im Raum.

Dieser dritte Faktor der Klangempfindung hat für die Akustik genau die gleiche Bedeutung, wie für das bewegte Bild die Raumplastik. Erst durch die Raumempfindung wird das akustische und optische Geschehen körperlich und lebendig.

Genau wie beim plastischen Bild der Verlust der räumlichen Dimension das optische Geschehen zur bewegten Postkarte verzerrt, so muß der Verlust der räumlichen Verteilung des Klanges die Lebendigkeit und Natürlichkeit des akustischen Geschehens zum „Lautsprecherton“ machen, mögen auch Tonhöhe und Tonstärke ideal gut übertragen werden.

Diese Bedeutung der Klangverteilung im Raum kann nicht genug betont werden. Sie ist es und nicht das Fluidum zwischen Künstler und Zuhörer, die den Unterschied zwischen Original - und Lautsprecherton bedingt.

Werden Tonhöhe, Tonstärke und räumliche Klangverteilung eines akustischen Vorganges originalgetreu übertragen, so muß die Reproduktion mit dem Original identisch sein. Der so gern angeführte Unterschied zwischen „Original“ und „Konserve“ ist dann verschwunden.

Wie ich an anderer Stelle näher ausführen werde *1), läßt sich nachweisen, daß unter gegebenen künstlerisch- technischen Bedingungen die Reproduktion das Original eines akustischen Vorganges technisch und künstlerisch sogar weit überflügeln kann.
*1) Der Film, Juni-Heft 1938

Das Wesen der räumlichen Klangverteilung veranschaulicht man sich am besten an einem musizierenden Orchester. Der Hörer empfindet von jedem Instrument einmal den direkten Klang und zweitens den vom Raum nach allen Seiten verteilten, reflektierten Klang.

Dabei ist wiederum der direkte Klang für verschiedene Teile eines Instruments ganz verschieden. Z. B. sendet ein Flügeldeckel an verschiedenen Stellen ganz verschiedene Klänge aus, die sich wieder wesentlich von der räumlichen Klangverteilung des offenen Flügelraumes unterscheiden.

All diese räumlich verschiedenen Klänge empfindet das Ohr räumlich differenziert! Sie geben der Musik das Körperliche.

Nehme ich nun nach der bisherigen Schallaufnahme-Methode den gesamten Klang eines Orchesters durch ein einzelnes Mikrophon auf und gebe ihn durch einen Lautsprecher wieder, so schmilzt die räumliche Verteilung des Orchesters zu der einer einzigen, gleichmäßigen Schallquelle zusammen.

Diese Schallquelle hat mit dem ursprünglichen Klang nur noch gemeinsam, daß die durch sie in Bewegung gesetzte Luft in der gleichen Wechselzahl und in der gleichen Stärke hin und her schwingt wie beim Originalton. Der reproduzierte Klang kann also gar nicht mehr wie ein Orchester klingen, sondern ist ein „Lautsprecher“-Klang geworden.

Sogar bei dem räumlich einfachsten Fall, der Aufnahme von menschlicher Sprache, ist nicht nur der direkt aus dem Munde gestrahlte Schall wesentlich, sondern auch der in dem umgebenden Raum entstehende sekundäre Schall ist für den Gesamtklang bestimmend.

Wird beides durch die bisherige Tonaufnahme-Methode räumlich zusammengezogen, so entsteht zwar ein dem Originalton viel ähnlicheres Bild als bei der Übertragung des viel komplizierter verteilten Orchesters, aber es spricht nicht der aufgenommene Mensch von der Leinwand, sondern wiederum ein „Lautsprecher“.

Man kann also im wesentlichen, zum Unterschied vom Original, einen nicht raumgetreu, also nicht plastisch übertragenen Klang als „Lautsprecherklang“ bezeichnen. Neben dieser spezifischen und wichtigsten Klangveränderung zeigt die nicht plastische Reproduktion noch weitere wesentliche Veränderungen gegenüber dem Original.

Es ist bekannt, daß zu den am unnatürlichsten wiedergegebenen Klängen in der bisherigen Tonaufnahme die Geräusche gehören. Lange Zeit hat man die Ursache in dem zu kleinen Frequenzbereich der Übertragungseinrichtung gesucht. Es zeigt sich jedoch, daß bei noch so guter Übertragung in den meisten Fällen ohne Bild die Geräusche nicht einmal mehr identifizierbar waren. Der tatsächliche Grund für diese Erscheinung ist in der nicht raumgetreuen Übertragung zu suchen.

Alle Geräusche haben gemeinsam, daß sie ein breites, mehr oder weniger kontinuierlich verteiltes Frequenzspektrum haben. Sie unterscheiden sich dagegen wesentlich in ihrer räumlichen Klangverteilung.

Wenn man also nur das Frequenzspektrum überträgt, dann muß zwangsläufig das Spezifische des Geräusches verschwinden. Z. B. ist das Geräusch von Schritten auf Kies und das Regengeräusch in einem Garten frequenzmäßig nahezu identisch. Sie hören sich also mit den jetzigen Übertragungsmitteln genau gleich an.

In Wirklichkeit ist bei den Schritten die Erzeugung des Geräusches auf den kleinen Raum der Bodenberührung beschränkt, wogegen das Regengeräusch sich auf den gesamten Raum verteilt.

Bei der Meeresbrandung ist das von den einzelnen Wellen differenziert im Raum erzeugte Rauschen gemeinsam mit dem getrennt davon empfundenen, dumpfen Bodenschall für die subjektive Klangempfindung wesentlich. Zieht man bei der üblichen Tonaufnahme alle diese Geräusche in einem Raumpunkt zusammen, so erhält man nur noch ein gleichmäßiges Rauschen, welches von einem anders erzeugten gleichmäßigen Rauschen ähnlichen Frequenzspektrums nicht mehr unterscheidbar ist.

Die Veränderung des subjektiv empfundenen Klanges läßt sich auch bei der nichtplastischen Aufnahme von Musikinstrumenten beobachten. Während in einem großen Streichersatz die räumlich differenzierten, vervielfachten Streicher wie kein anderes musikalisches Mittel Weichheit und strahlenden Glanz ergeben, kehrt die nichtplastische Reproduktion diese Wirkung gerade ins Gegenteil um: Wahrscheinlich infolge von Interferenzen klingen jetzt die Streicher rauh und hart.

Zu der Aufzählung der Klangeindrucksänderung durch die nichtplastische Tonaufnahme gehört auch die Verdeckung räumlich verschiedener, akustischer Vorgänge. Während man meist mühelos bei Anwesenheit eines Geräusches eine leise Sprache versteht, ist bei nichtplastischer Reproduktion nur selten Verständlichkeit zu erzielen.

Die Ursache liegt wiederum darin, daß das Ohr beim Originalvorgang Sprache und Geräusch räumlich differenziert und somit beide getrennt wahrnimmt, während bei der Aufnahme beide räumlich übereinander gebracht werden.

Der große Reiz des Zusammenklangs verschiedener räumlich getrennter Schallvorgänge muß also beim bisherigen Tonaufnahmeverfahren ganz oder teilweise verschwinden. Es bleibt nur noch die bekannte „Untermalung“ übrig, oder die unkünstlerische Unterordnung des sekundären Klangvorganges unter den optisch hervorgetretenen Hauptklang.

Die zweite Klangveränderung durch die nichtplastische Tonaufnahme und Wiedergabe besteht in einer subjektiven Lautstärkeveränderung und einer damit verbundenen Änderung der Dynamik.

Bei der Darstellung dieses Effektes möchte ich vorausschicken,
daß sie zum Teil auf eigene Erfahrung in langjähriger Atelierarbeit zurückgeht, deren quantitative Fixierung erst einer späteren Arbeit Vorbehalten bleiben muß. Es zeigt sich, daß eine nicht plastische Lautsprecherübertragung schon bei viel geringerer Lautstärke als laut genug bzw. zu laut empfunden wird, als bei der Originalvorführung des gleichen Schallvorganges.

Die physiologische Ursache ist darin zu suchen, daß für die Lautstärkeempfindung des Ohres nicht nur die physikalische Schallintensität, d. h. die pro Sekunde durch den Quadratzentimeter hindurchtretende Schalleistung, maßgebend ist, sondern daß zusätzlich als bestimmender Faktor die Größe des Raumwinkels maßgebend ist, in dem der Schall empfunden wird.
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Und zwar empfindet das Ohr eine physikalische Schallintensität um so lauter, je größer die räumliche Verteilung der Schallquelle erscheint. Die tatsächliche Größe der Schallquelle bestimmt dabei noch nicht die empfundene Ausdehnung, ebenso wie die Wirkung des Nachhalls nicht ohne weiteres bestimmbar ist.
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So werden z. B. zwei nicht sehr weit voneinander entfernte Lautsprecher als ein einziger, entsprechend vergrößerter wahrgenommen. Sind die beiden Lautsprecher an eine später besprochene, plastische Schallübertragung mit zwei Kanälen angeschlossen, und links und rechts an der Bildkante aufgestellt, so werden sie als ein einziger wahrgenommen, dessen Ausdehnung noch größer als die Bildfläche erscheint.

Am sinnfälligsten läßt sich die Abhängigkeit der empfundenen Lautstärke durch folgendes zuerst von Aigner *2) beschriebene Experiment zeigen (Bild 1): Läßt man zwei Lautsprecher mit gleicher Lautstärke mit künstlichem oder natürlichem Schallwegunterschied auf einen Beobachter einwirken, so wird subjektiv eine Lautstärkezunahme bis zu 12 Phon festgestellt, gegenüber einem einzigen Lautsprecher. Objektiv wird nur eine Steigerung von 3 Phon gemessen.

Bild 1. Versuch über die Abhängigkeit der Lautstärke vom Raumwinkel
Bild 2. Prinzip einer Zweikanalübertragung

Wendet man diese Beobachtung über die Abhängigkeit der Lautstärkeempfindung von der räumlichen Klangverteilung auf die nichtplastische, akustische Übertragung an, so ergibt sich folgendes Bild: Bei einem großen Orchester in einem großen mit Nachhall behafteten Raum empfindet das Ohr den Klang als schön und voll beispielsweise bei einer Lautstärke von 100 Phon. Diese Lautstärke wird durch die ausgedehnte Klangverteilung im Raum bewirkt. Die Größe der physikalisch gemessenen Klangintensität muß viel kleiner sein als die subjektiv empfundene Lautstärke.

Überträgt man nun den Orchesterklang nicht plastisch, so verschwindet die räumliche Klangverteilung und die Lautstärkeempfindung muß sich dementsprechend ändern. Um zu der beim Originalklang empfundenen Phonzahl bei der Wiedergabe zu kommen, müßte man die physikalische Schallintensität umgekehrt im Verhältnis zur Einengung der räumlichen Klangverteilung erhöhen, was wiederum vom Ohr als unnatürlich und verzerrend empfunden wird.

Für die nichtplastische Tonfilmübertragung ist man also gar nicht in der Lage, die Lautstärke originalgetreu zu übertragen. Lediglich in ganz großen Filmtheatern, mit großer effektiver Lautsprecherfläche, läßt sich eine Annäherung an die Originallautstärke erreichen, die jedoch wiederum durch die nicht übertragene räumliche Differenzierung nach oben begrenzt ist.

Bei kleinen und, wie es meist der Fall ist, überabgedämpften Vorführungsräumen wird eine das normale Sprachlautstärkemaß wenig überschreitende Orchesterwiedergabe bereits als stechend und unangenehm empfunden, da in diesem Fall die subjektive Ausdehnung der Schallerzeugung lediglich auf den kleinen Lautsprechertrichter beschränkt ist.

Die Verschiebung der Lautstärkeempfindung äußert sich nun noch darin, daß für nichtplastische Tonübertragung die Dynamik entsprechend der Zusammenziehung der Raumausdehnung verändert wird bzw. zum Ausgleich der Raumkontraktion in der Praxis der Tonfilmaufnahme die Dynamik eingeengt werden muß.

Während Sprache, infolge ihrer wesentlich konzentrierteren Schallerzeugung, einigermaßen originalgetreu wiedergegeben wird, sogar meistens lauter als im Original, müssen z. B. alle Aufnahmen mit vollem Orchester im Verhältnis dazu „abgedreht" werden.
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Zusammenfassend erscheint der Einfluß der räumlichen Klangverteilung von wesentlicher Bedeutung auf die Klangempfindung und es ist nunmehr ohne weiteres einleuchtend, warum die bisher üblichen nichtplastischen Methoden der Tonaufnahme und -wiedergabe unmöglich in der Lage sind, einen akustischen Vorgang originalgetreu zu übertragen.

Es muß eben neben Tonhöhe und Tonstärke noch die räumliche Klangverteilung soweit als möglich originalgetreu mitübertragen werden; Tonaufnahme und -wiedergabe müssen plastisch sein.

Die technischen Methoden zur Verwirklichung dieser Forderung beruhten bisher im wesentlichen auf dem gleichen Prinzip: Übertragung des zweiohrigen Schallempfanges des menschlichen Ohres auf Tonaufnahme und -wiedergabe.

Genau wie beim Ohr der Schall in zwei getrennten Kanälen den inneren Ohren zugeführt wird, versucht man mit den verschiedensten Mitteln, den Schall aus dem Aufnahmeraum in zwei getrennten Schallkanälen auf je ein Ohr des Hörers zu übertragen.

Die einfachste, allerdings nicht zuerst bekannte Anordnung war die Übertragung mittels zweier Kopfhörer. Die Aufnahme erfolgte durch zwei im Ohrabstand voneinander entfernten Mikrophone auf zwei getrennte Tonaufzeichnungen, die getrennt abgetastet und getrennt abgehört wurden *3).

Abgesehen von der Unmöglichkeit, im Filmtheater Kopfhörer zu verwenden, hatte die Methode den wesentlichen Fehler, daß alle übertragenen akustischen Vorgänge nicht vor dem Hörer, sondern sich scheinbar hinter ihm abspielten. Die Ursache ist darin zu suchen, daß der Einfluß der Ohrmuschel und der verschiedenen Partien des Kopfes auf die Klangempfindung durch den Luftschall bei dem Kopfhörerempfang ausgeschaltet ist. Zur echten plastischen Klangempfindung muß der gesamte Luftraum um den Kopf dem Schall ausgesetzt sein.

Ersetzt man in der soeben dargestellten Anordnung die beiden Kopfhörer durch je einen Lautsprecher, so erhält man die zuerst bekannte Form der Lautsprecherübertragungseinrichtung für plastischen Tonfilm *4) (Bild 2). Zu beachten ist, daß die Mikrophone nicht mehr in Ohrabstand angebracht sind, sondern links und rechts an der Bildkante sich befinden. Die Lautsprecher im Wiedergaberaum stehen links und rechts von der Projektionsfläche, entsprechend der Mikrophonstellung bei der Aufnahme.

Auf das durch dieses Patent geschützte Prinzip lassen sich im wesentlichen alle bisher beschriebenen Methoden der plastischen Tonaufnahme und Wiedergabe zurückführen. Die verschiedenen Ausführungsformen unterscheiden sich nur unwesentlich. Ein französisches Patent *6) verwendet zwei Aufzeichnungen, eine rechts und eine links, wogegen Rosenberg zwei getrennte Filme verwendet hatte.

Ein amerikanisches Patent *6) benutzt drei Aufzeichnungen, das englische Patent von Lee de Forest *7) benutzt zwei Aufzeichnungen übereinander mit zwei verschiedenen Farben, usw. Küchenmeister versuchte auf anderem Wege durch Auswertung eines pseudoplastischen Effektes, des sogenannten Ultraphon-Effektes zur plastischen Tonaufnahme zu gelangen *8). Er brachte eine einzige Tonaufzeichnung über zwei getrennte Lautsprecher phasenverschoben zweimal zur Wiedergabe und erhielt so eine scheinbare Tonplastik.
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*3) Telefunken. Oesterr. Pat. 106574 Priorität 1925
*4) A. Rosenberg. Britisch. Pat. 23620 Priorität 1911
*5) P. Toulon, franz. Pat. 522 987 Priorität 1921
*6) Amer. Pat. 1589139 Priorität 1926
*7) Brit. Pat. 274118 Priorität 1928.
*8) Schweiz. Pat. 123547 Priorität 1925
*9) Bell. Syst. Techn. Journ. 13 (1934) S. 259.
*10) J. Soc. Motion Piktues. Eng. 30 (1938) Nr. 2, 2, 131 ; ref. Kinotechnik 20 (1938) N4.4, S. 106
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War somit durch zahlreiche Patente eine Methode zur plastischen Tonaufnahme und Wiedergabe festgelegt, so fand sie trotzdem bis 1934 keine praktische Verwertung im Film. Die nichtplastischen Übertragungseinrichtungen beherrschten das Feld. Noiseless-Verfahren, Vierzackenschrift, Gegentaktverfahren sind die Kennzeichen für die Standardisierung der nichtplastischen Tonsysteme, die vor etwa vier Jahren die Entwicklung der Tonfilmtechnik bestimmten und die tontechnische Vollendung des Films versprachen.
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Anfang 1934 baute ich im Ufa-Betrieb Neubabelsberg ein vollständiges plastisches Tonaufnahme- und Wiedergabesystem mit zwei Übertragungskanälen versuchsweise auf.

Die Anordnung sah folgendermaßen aus: Im Aufnahmeraum befanden sich im effektiven Ohrabstand von 21cm voneinander entfernt zwei Kondensatormikrophone, deren Ströme über mechanisch gekoppelte Regler (Steller) getrennt geregelt und nach Verstärkung getrennt einer Kerrzelle zugeführt wurden, deren eine Platte in der Mitte durchschnitten war, so daß man auf dem Raum der üblichen Tonspur eine getrennte Doppelspur erhielt.

Für die Wiedergabe wurde ein normaler Projektor durch Abbildung des Wiedergabespaltes auf zwei getrennte Photozellen zur Doppelabtastung umgebaut. Die beiden Photoströme wurden getrennt verstärkt und je einer Gruppe von drei zusammengeschalteten Lautsprechern zugeführt, die sich links und rechts von der Bildkante befanden.

Die mit diesem sehr einfachen Aufbau ausgeführten plastischen Tonaufnahmen bestanden in Sprach-, Geräusch- und Orchesteraufnahmen. Bei den Sprachaufnahmen war man sehr genau in der Lage, den scheinbaren Ort des Sprechers anzugeben, ebenso wie man ziemlich genau den Ort der Herkunft der einzelnen Geräusche feststellen konnte.

Am eindruckvollsten war eine Orchesteraufnahme mit Chor und Soloinstrumenten. Sie zeigte neben der räumlichen Differenzierung von Chor und Solisten gegenüber dem Orchester und der räumlichen Verteilung der einzelnen Instrumente eine überraschende Qualitätssteigerung gegenüber der nichtplastischen Übertragung desselben Klangvorganges.

Schaltete man zuerst nur einen Übertragungskanal ein und blendete dann den zweiten hinzu, so verschwand der anfängliche Lautsprechercharakter und man hatte das Gefühl, in einem schallerfüllten Raum sich zu befinden.
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In Amerika hatte ebenfalls Anfang 1934 H. Fletcher *9) eine tonplastische Übertragungseinrichtung geschaffen die sich allerdings nur auf die rein elektrische Übertragung akustischer Vorgänge beschränkte, ohne den Ton auf Film aufzuzeichnen und wiederzugeben.

Fletcher verwandte eine Zwei- bzw. Dreikanal-Übertragungseinrichtung, deren Einzelglieder den höchsten elektro-akustischen Anforderungen genügten. Das wiedergegebene Frequenzband betrug 40 bis 15.000 Schwingungen pro Sekunde, der dynamische Umfang 70 Dezibel.

Bei der Wiedergabe fanden zwei Speziallautsprecher- Kombinationen aus einem Hochton-Lautsprecherbündel und einem Tiefenkonus Verwendung. Die gemeinsam mit dem amerikanischen Dirigenten Leopold Stokowsky mit großen Mitteln durchgeführte Tonübertragung von symphonischer Musik hatte einen durchschlagenden Erfolg und zeigte klar den Fortschritt gegenüber einer einlinigen Übertragungseinrichtung.

Trotz allem konnte sich auch 1934 das plastische Tonverfahren nicht in der Praxis durchsetzen. Die Gründe hierfür waren teils wirtschaftlicher, teils sachlicher Natur. Man sah damals die technische Durchführung der Tonplastik ausschließlich in der Anwendung von zwei bzw. drei Übertragungskanälen.

Es hätte also der Übergang zum Raumtonverfahren besonders bei der Wiedergabe eine zweite bzw. dritte zusätzliche Übertragungseinrichtung mit Verstärkern und Lautsprechern erfordert. Auf der anderen Seite versprach die nichtplastische Tonübertragung denselben Erfolg ohne den kostspieligen Mehraufwand.

Den nächsten Impuls erhielt die Entwicklung der plastischen Tonaufnahme und Wiedergabe wieder erst im Oktober vorigen Jahres (1937), als in Amerika auf einer Tagung der SMPE von Maxfield *10) plastische Tonaufnahmen vorgeführt wurden.

Als Übertragungseinrichtung war wieder ein Zweikanalsystem verwendet worden, bei dem an Stelle der Kerrzelle zwei Doppelsaiten- Oszillographen im Gegentakt den Ton aufzeichneten. Anschließend wurden vor kurzem plastische Tonaufnahmen von Herrn Warncke (Klangfilm) in Deutschland vorgeführt. Er verwendete ebenfalls das Übertragungsprinzip mit zwei Kanälen. Die Aufzeichnung erfolgte durch einen Doppeloszillographen und wurde durch links und rechts von der Bühne aufgestellte Hochtonlautsprecher wiedergegeben.

Die tonplastische Zweikanal-Übertragung ist also nunmehr grundsätzlich überall durchgeführt. Die Ergebnisse sind verblüffend. Der Lautsprecherklang ist verschwunden, der Fortschritt gegenüber der nichtplastischen Übertragungseinrichtung ist erstaunlich.
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Aber alle bisher vorgeführten Aufnahmen zeigen noch einen grundlegenden Mangel: Man konnte zwar immer eindeutig Schallrichtungen bei der Wiedergabe feststellen, aber jeder Reproduktion fehlte die greifbare, körperliche Nähe des Originals.

Dies wird sofort offenbar bei gleichzeitiger Vorführung eines synchon aufgenommenen Bildes, der Grund, weshalb wahrscheinlich überall nur eine bildlose „Geistervorführung“ öffentlich gezeigt wurde. Theoretisch ergibt sich die unvollkommene Plastik aus folgender Überlegung (Bild 3).

Bild 3. Überlagerung des plastischen und nichtplastischen Schallempfangs

Der Grundgedanke für die Lautsprecherübertragung mit zwei Kanälen bestand darin, daß jedes Ohr im wesentlichen von dem auf seiner Seite liegenden Lautsprecher bestrahlt würde. Dies ist nicht der Fall; der Schall jedes (der beiden) Lautsprechers kommt in beide Ohren. Es überlagert sich also der echten Plastik beim Schallempfang der dem Ohr zugeordneten Lautsprecher ein nichtplastischer Schallempfang beider Lautsprecher.

Einen weiteren Beweis für die nicht vollkommene Plastik des Zweikanal-Systems liefert die außerordentliche Abhängigkeit der Richtungsempfindung von den Intensitäten der beiden Lautsprecher. Man kann den empfundenen Richtungseindruck durch Veränderung des Intensitätsverhältnisses der beiden Lautsprecher beliebig nach rechts oder links verschieben, was bei einer echten plastischen Übertragung nicht möglich ist.
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Die echte Plastik (besser : das räumliche Hören) ist unabhängig von dem Intensitätsverhältnis des auf beide Ohren auftreffenden Schalles; der Richtungssinn ändert sich nicht, wenn man ein Ohr verschließt.

Die Verwischung des echten plastischen Effektes muß also zwangsläufig bei allen Zwei- oder Dreikanal- Übertragungseinrichtungen auftreten. Mit den heutigen, in der Tonfilmtechnik verwendeten elektroakustischen Hilfsmitteln kann eine echte plastische Tonaufnahme und -Wiedergabe überhaupt nicht verwirklicht werden. Es müssen andere physikalische Methoden in Anwendung gebracht werden, um den plastischen Tonfilm in die Tat umzusetzen.

Zur Lösung des Problems der plastischen Tonaufnahme und -wiedergabe ist es notwendig, sich zuerst von der bisherigen Vorstellung der stereophonen Übertragung frei zu machen. Bisher war es immer der Vergleich zur räumlichen Bildempfindung, der diese Vorstellung bestimmte.

Das Auge sieht durch Wahrnehmung zwei getrennter achsenverschobener Bilder plastisch. Dadurch erkennt es die Dinge hintereinander. Das Nebeneinander der Dinge erkennt man auch mit einem Auge oder bei flächenhafter Projektion.

Bild 4. Schema einer plastischen Musikübertragung (F = akustische Übertragungsfläche)
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Beim Ohr ist es genau umgekehrt. Durch das Hören mit zwei Ohren erkennt man die Dinge nebeneinander. Die Wahrnehmung der hintereinander liegenden Dinge, also nah und fern, empfindet man auch mit einem Ohr oder bei einliniger, elektroakustischer Übertragung.

Was also dem Auge die eigentliche Raumempfindung gibt, erscheint dem Ohr flächenhaft, wogegen die flächenhafte Empfindung des Auges für die Richtung dem Ohr gerade erst die Raumempfindung liefert. Diese Erkenntnis zeigt, daß man zwangsläufig zu Fehlresultaten kommen muß, wenn man wie bisher die Analogie zur Stereoskopie auf die Stereophonie übertrug. Umgekehrt führt sie aber genau so zwingend zur eigentlichen Lösung des stereophonen Problems.

Betrachten wir die Tonbildaufnahme eines Orchesters (Bild 4). Kameraeinstellung (K) und Kamerabrennweite geben einen Punkt (B), in den sich der Beschauer bei der Aufnahme des Bildstreifens bzw. bei der Wiedergabe versetzt fühlt. Dieser Punkt ist dann auch der akustische Bezugspunkt für die Tonaufnahme.

Zu diesem gedachten Beschauer kommen nun von allen Punkten des Raumes Schallwellen. Denken wir uns den Raum in Raumwinkelelemente zerlegt, deren Spitzen im Beschauerpunkt B liegen, so werden alle innerhalb eines Raumwinkelelementes erzeugten Schallvorgänge als hintereinander innerhalb dieses Raumwinkels empfunden.

Die einzelnen Raumwinkelelemente für sich geben dann das akustische Nebeneinander, d. h. also die verschiedenen Richtungen. Wenn es nun gelingt, die Schallvorgänge des jeweiligen Raumwinkelelementes für sich in den Wiedergaberaum W zu übertragen, dann muß der Beschauer im Theater die räumliche Klangverteilung originalgetreu übertragen bekommen.

Zur Durchführung dieser Aufgabe denken wir uns das Schallfeld des Aufnahmeraumes durch die Fläche F an geeigneter Stelle durchschnitten. Durch diese Fläche gehen alle Schallvorgänge hindurch, die zum gezeigten Bilde gehören, also bei der Wiedergabe gehört werden müssen.

Gelingt es, in einer entsprechenden Fläche im Wiedergaberaum die genau gleichen Schallvorgänge in jedem Flächenelement wieder zu erzeugen, wie sie bei den Aufnahmen abliefen, so muß der wirkliche Beschauer B' den Schallvorgang bei der Aufnahme identisch übertragen bekommen.

Da in jedem Flächenelement ja alle hinter dem Flächenelement liegenden ,,Nah und Fern" ablaufenden Schallvorgänge enthalten sind, die Richtung derselben im Raum aber durch die Anordnung der Flächenelemente gegeben ist, wird das Paradoxon klar, mit einer zweidimensionalen Flächenübertragung eine dreidimensionale Raumempfindung übertragen zu können.

Die technische Durchführung eines solchen plastischen Tonaufnahme- und -Wiedergabeverfahrens ist ziemlich verwickelt. Sie ist nur möglich durch Anwendung der modernsten physikalischen Disziplin, der Elektronenoptik, und vieler Erfahrungen der Fernsehtechnik. Aus diesem Grunde war bis vor einigen Jahren eine echte plastische Tonaufnahme überhaupt noch nicht möglich.

Bild 5. Neues Raumtonverfahren (Vielkanalverfahren)

Die physikalische Methode zu einer echten Raumtonaufnahme sieht folgendermaßen aus (Bild 5): Die Schallvorgänge im Aufnahmeraum werden nicht mehr durch zwei oder drei Mikrophone aufgenommen, sondern zwischen Aufnahmekamera und aufzunehmendem Schallobjekt befindet sich eine kontinuierlich verteilte Gruppe von einer solch großen Anzahl von Schallempfängerelementen (1), daß praktisch innerhalb einer zwischen Aufnahmekamera und Objekt gedachten Fläche jedem Raumwinkelelement ein Schallempfängerelement zugeordnet ist.

Da es für die stereophone Übertragung von Ton-Bild-Filmen ausreichend ist, die Schallvorgänge innerhalb der Horizontalebene winkelgetreu wiederzugeben, genügt es, wenn sich die Mikrophongruppe innerhalb einer horizontalen Linie befindet, die selbstverständlich je nach den Erfordernissen und den künstlerischen Absichten bei der Tonaufnahme gekrümmt sein kann.

Die in den möglichst ungerichteten Schallempfängern erzeugten elektrischen Elementarströme werden nun mittels zum Teil bekannter elektronenoptischer Mittel (z. B. einer Braunschen Röhre (2) mit unterteiltem Steuergitter (3)) als Licht innerhalb eines den Tonfilm (5) belichtenden Spaltes (4) derart abgebildet, daß jedes Element (6) des entstehenden photographischen Tonstreifens (5) dem zugeordneten räumlichen Winkelelement bzw. dem zugehörigen Elementarschallempfänger entspricht.

Bei genügender Vielzahl von Schallempfängerelementen schmelzen die Elementarstreifen natürlich zu einem einzigen kontinuierlichen Tonstreifen zusammen. Die
für die einzelnen Elementarstreifen aufgezeichneten Schwärzungen entsprechen dem Amplitudenverlauf und der Frequenz der innerhalb des diesbezüglichen Raumwinkelelements vorhandenen Schallvorgänge.

Die räumliche Klangverteilung wird durch die Verteilung aller Amplitudenverläufe über die Breite der Tonspur aufgezeichnet. Die Tonaufzeichnungen wandern der Schallherkunft entsprechend über die Tonpsur. Man erhält also einen Tonstreifen mit drei, anstatt mit zwei Parametern: Tonstärke, Tonhöhe und räumliche Klangverteilung.

Man kann an Stelle einer einzigen solchen Raumtonspur zwei im Gegentakt arbeitende Tonspuren verwenden, sowie auch an Stelle einer Intensitätsschrift eine Transversal-Vielzackenschrift, wobei wiederum jeder Elementarspur ein Raumwinkelelement bzw. Elementarschallempfänger zugeordnet ist.

Die Wiedergabe des Raumtonstreifens erfolgt so, daß der Streifen im Wiedergabeprojektor durch einen normalen Lichtspalt (7) abgetastet wird, das Spaltbild jedoch mit elektronenoptischen Mitteln (z. B. einem Bildwandler mit Sekundärelektronenvervielfacher (8) derart abgebildet wird, daß am Ende des Abbildungsvorganges (z. B. auf einer mosaikähnlichen Anode (9)) den Elementarspuren entsprechende, getrennte elektrische Ströme entstehen, die einer der Schallempfängergruppe analogen Schallsendergruppe (10) derart zugeführt werden, daß der Strom jeder Elementarspur zu je einem zugehörigen Schallsenderelement gelangt.

Die Schallsendergruppe befindet sich in einer, über die Projektionsleinwand sich erstreckenden Fläche, wobei es wiederum genügt, die Elementarschallsender auf einer Horizontalen quer über die Bildfläche anzubringen.

Das neue Raumtonverfahren liefert eine echte plastische Reproduktion des Tones. Seine Anwendung bei Tonaufnahme und -wiedergabe bringt den bisherigen Unterschied zwischen Original- und Lautsprecherklang zum Verschwinden. Es scheint sogar dazu berufen zu sein, die technischen Möglichkeiten zu liefern, um den Originalklang künstlerisch zu gestalten und ihn somit technisch und künstlerisch zu überflügeln.
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(Auszug aus einem Vortrag gehalten in der Deutschen Gesellschaft für technische Physik in Leipzig am 4. Februar 1938 von H. Warncke)

Selbst der besten Musikübertragung haftet noch etwas Unnatürliches an, das nicht allein aus technischen Mängeln erklärt werden kann, und zwar in dem Sinn, daß wir der Darbietung betrachtend gegenüberstehen, ohne sie mitfühlend zu erleben.

Zum erheblichen Teil ist offenbar hier das Fehlen eines zweiohrigen Hörens schuld. Wahrscheinlich empfinden in dieser Hinsicht die Menschen verschieden. Aber wenn wir von einseitigen Gehörsstörungen absehen, so wird wohl bei den meisten Menschen der Übergang vom zweiohrigen zum einohrigen Hören als Verschlechterung empfunden.

Man kann leicht den Versuch machen, daß man sich während eines Konzertes oder eines Gespräches ein Ohr zuhält: man stellt dann fest, daß das Gehörte an Klarheit und Unmittelbarkeit erheblich verliert, raumakustische Fehler machen sich stark bemerkbar, die Verständlichkeit sinkt entsprechend.

Der Grund liegt darin, daß beim einohrigen Hören das Entfernungshören einigermaßen erhalten bleibt, das Richtungshören jedoch verschwindet.

Es liegt nun nahe, zu versuchen, auch im Tonfilm zum zweiohrigen Hören überzugehen.
Eine echte stereophonische Übertragung läßt sich mittels Kopfhörer durchführen (Bild 1), eine solche Übertragung ergibt immer wieder einen erstaunlich natürlichen Eindruck.

Wir haben im Jahre 1936 in Bayreuth solche Aufnahmen gemacht, mit Mikrophonen
in Kopfhörerabstand. Die Verwendung von Kopfhörern im Kino ist analog zu betrachten der Verwendung von Brillen bei plastischem Sehen. Es mag sicherlich Anwendungsgebiete geben, besonders wissenschaftlicher Art, bei denen man vor der Anwendung von Brillen und Kopfhörern nicht zurückzuschrecken braucht.

Im Film dürfte indessen die Brille oder der Kopfhörer sich kaum durchsetzen können, ganz abgesehen davon, daß die Verwendung von Kopfhörern im Zusammenhang mit dem Bild zu fehlerhaften Resultaten führen würde, da der gehörte Raumwinkel auf verschiedenen Plätzen stark vom Gesehenen abwiche.

Dies kann man sich leicht klarmachen, wenn man an einen Dialog denkt. Der gehörte Ort wird dann besonders von den von der Leinwand weiter entfernt liegenden Plätzen vom gesehenen Ort stark differieren.

Es reizt nun, zu überlegen, ob und wie weit sich im Filmtheater der Effekt des zweiohrigen Hörens auch ohne Kopfhörer, d. h. mit Lautsprechern, verwirklichen läßt. Bei der Verwendung von Lautsprechern wird es sich nicht einrichten lassen, daß das eine Ohr nur den einen, das andere den anderen Lautsprecher aufnimmt. Eine einfache Analogie zu der Übertragung mit Kopfhörern läßt sich also nicht herstellen.
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Bild 2. Raumhören mit Projektionsebene

Man kann aber folgende Hilfskonstruktion machen (Bild 2): An einer bestimmten Stelle zwischen Schallquelle und Zuhörer ist eine Ebene gedacht, in der die von dem Schallvorgang ausgehenden Schallwellen ihren Eigenschaften nach festgestellt werden. In einem Raum 2 würde eine solche Ebene, wenn in ihr die gleichen Erscheinungen wieder rekonstruiert werden, den gleichen Schalleindruck entstehen lassen, als wenn sich auch im Raum 2 eine Schallquelle befände.

Man kann sich nun die Projektionsebene des Raumes 1 mit Schallempfängern, die Projektionsebene des Raumes 2 mit Schallsendern gepflastert denken. Verbindet man nun die Schallempfänger mit den Schallsendern über eben soviele Kanäle, wie Empfänger bzw. Sender vorhanden sind, so müßte, wenn man voraussetzt, daß der Raum 2 in allen wesentlichen Eigenschaften dem Raum 1 entspricht, der Schalleindruck richtig übertragen werden, allerdings lokalisieren die Zuhörer nun so, wie sie an der entsprechenden Stelle des Raumes 1 lokalisiert hätten.

Nun würde eine Übertragung mit vielen Zwischenkanälen in Wirklichkeit natürlich sehr schwer durchzuführen sein, man wird also versuchen, auch für diese Art der Übertragung mit zwei Kanälen auszukommen.

Hier kommt uns der Effekt zu Hilfe, daß der Mensch bei Vorhandensein zweier Schallquellen, die den gleichen Schall aussenden, die Richtung lokalisiert, die aus der Intensität der beiden Schallquellen und der Laufzeit zwischen den Schallquellen und dem Beobachter resultiert. Nehmen wir die Laufzeiten als gleich an, so ergibt sich ein Lokalisierungsvorgang gemäß Bild 3.
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Bild 3. Richtungshören mit zwei Lautsprechern

Bei Benutzung dieses Effektes ist es möglich, ein Raumhören mit Projektionsebene gemäß Bild 3 durchzuführen. Hierzu ist folgendes Grundbedingung: Die Aufstellung der Mikrophone muß so erfolgen, daß sich für jeden Ort der Schallquelle ein charakteristisches Intensitäts- und Laufzeitverhältnis für die verschiedenen Mikrophone ergibt.

Weiterhin ist Bedingung, daß die Aufstellung und die Richtcharakteristik der Lautsprecher so beschaffen ist, daß sich für jeden in Frage kommenden Platz des Zuhörerraumes die gleiche subjektive Lautstärke, bei Beschickung beider Lautsprecher mit gleicher Intensität, einstellt.

Weiterhin muß man dafür sorgen, daß die Differenzen der Wege zwischen den Zuhörerplätzen und dem einen oder dem anderen Lautsprecher nicht zu groß werden, ein gewisser Mindestabstand von der Lautsprecherbasis ist daher notwendig.
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Bild 4. Richtungshören für zwei Übertragungskanäle

Es ist offensichtlich, daß die Güte der Lokalisierung durch starken Nachhall im Wiedergaberaum erheblich gestört wird, wie dies ja auch bei wirklichen Schallvorgängen eintritt. Bemerkenswert ist, daß - wie sich aus unseren Versuchen mit Film *1) ergeben hat - in allen Fällen, selbst bei nicht vollkommen einwandfreier Lokalisierung, eine außerordentliche Erhöhung der Natürlichkeit zu bemerken ist, und daß vor allen Dingen auch akustische Fehler des Aufnahmeraumes zwar noch als solche erkannt, aber offenbar nicht so störend wie bei Ein-Kanal-Übertragungen empfunden werden.

*1) Solche Versuche sind auch von Dr. Carlheinz Becker (1934), weiterhin auch von den Bell-Laboratorien New-York durchgeführt worden.