Der Titel hieß zwar : "Die Erfindung des Tonfilms", doch .....
...... das ist zu weit aus dem Fenster gelehnt. Es ist die Geschichte dreier Männer mit einer Vision, der synchronen Vertonung des 35mm Kino-Films. Die Idee war schon länger bekannt, doch keiner hatte es realisieren können - bis die Berliner Triergons kamen. Hier beschreibt Hans Vogt, wie es damals war, und womit sie zu kämpfen hatten. Die einführende Seite lesen Sie hier.
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V. EINZELAUFGABEN
c) Lichtquellen für die Tonaufzeichnungen
Für die Umformung der im Schallrhythmus vom Verstärker kommenden Wechselströme benötigte man ein Organ, das entsprechend den Stromänderungen Lichtänderungen herbeiführt, die den vorbeilaufenden Film entsprechend ihrem Rhythmus schwärzen.
Diese Lichteinwirkungen können sich entweder räumlich vollziehen, hervorgerufen etwa durch ein sich schwenkendes Spiegelchen, eines sich öffnenden und schließenden schrägen Spaltes - es entsteht dann eine zacken-förmige Aufzeichnung - oder die Intensität der Lichtquelle selbst variiert im akustischen Rhythmus, eine Sprossenschrift wäre die Folge.
Wir entschlossen uns nach einigen Vorversuchen mit mechanischen Systemen auf den ersten Weg zu verzichten, da mechanische Resonanzlagen und dadurch Bevorzugung einzelner Frequenzgebiete zu erwarten waren. Nachdem wir noch einen früher von mir angestellten Versuch mit verbesserten Mitteln wiederholt hatten, nämlich die Brauchbarkeit dünnster Metalldrähte in einer, mit Wasserstoff gefüllten Glasröhre untergebracht, erprobten (Abb. l9a zeigt eine solche »schallwellenempfindliche« kleine Glühlampe, Abb. 19b den damit hergestellten Filmstreifen) und damit sowohl bezüglich Gebrauchssicherheit als auch der Abbildungsmöglichkeit sehr hoher Frequenzen ungenügende Resultate erzielten, entschieden wir uns, eine »leuchtende Gasentladung« für unsere Zwecke zu entwickeln.
Unsere Versuche und unsere Lösung mit dem kathodischen Glimmlicht
Als leuchtende Gasstrecke kam entweder ein Lichtbogen in einem Quarzglasrohr in Frage, etwa ähnlich, wie er der Quecksilberdampflampe, der »Höhensonne«, zugrunde liegt oder eine Glimmlichtlampe, wie wir sie etwa jetzt für Reklamebeleuchtung angewendet sehen.
Die Abb. 20 zeigt mehrere derartige Lampenmodelle der zuletzt genannten Art. Bei ihnen wird die Austrittsarbeit an der Kathode durch eine besondere Heizung derselben geleistet; das in eine Kapillare eingeengte anodische Glimmlicht sollte als variable Lichtquelle dienen und durch die Einengung eine höhere Flächenhelligkeit erhalten.
Nach einer Reihe von Vorversuchen schieden abersowohl der Lichtbogen wegen seines Rauschens als auch das anodische Glimmlicht als Strahlungsquelle aus.
Die für die Unterhaltung des Glimmlichtstromes erforderlichen Glühkathoden machten uns sowohl in der Herstellung als auch im praktischen Betrieb zuviel Schwierigkeiten, auch war bei dem anodischen Glimmlicht nicht die erforderliche Lichtstärke zu erzielen.
Wir wandten nun unser Augenmerk mehr und mehr dem kathodischen Glimmlicht zu, also jener Zone einer leuchtenden Gasentladung, die sich bei gewissen kritischen Gasdrücken in unmittelbarer Nähe einer ungeheizten Kathode ausbildet.
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Mal Sprossenschrift , mal Zackenschrift
Zunächst versuchten wir, das an einer solcher Kathode auftretende Licht in den länglichen Spalt einer außen mit Emaille isolierten länglichen Eisenkathode einzuengen und die in Stromabhängigkeit sich ändernde Länge derselben für die Schallaufzeichnung auf den Film zu benützen.
Statt einer Sprossenschrift hätten wir in diesem Falle eine Zackenschrift erhalten. Es zeigte sich aber, daß die Einsatzstellen des Glimmlichtes in hohem Maße von dem jeweiligen Zustand des Kathodenspaltes in unkontrollierter Weise abhängig waren, so daß ein exaktes Arbeiten solcher Lichtquellen nicht zu erwarten war.
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Wir betraten dann einen neuen Weg - die Glimmlampen- modelle 6, 7 und 8 in der Abb. 21 veranschaulichen Ergebnisse desselben - nämlich die Intensität des an der Stirnseite eines Kathodenstiftes auftretenden Glimmlichtes in systematischer Forschungsarbeit zu erhöhen und diesen, blau bis violett leuchtenden, in seiner Lichtstärke in Schallabhängigkeit variierenden Punkt, als Lichtquelle zu benutzen. Diese Arbeiten waren erfolgreich.
Die Abb. 22 zeigt eine derartige gebrauchsfähige und zu Tonaufzeichnungen brauchbare Glimmlampe. Die Abb. 23 zeigt diese Lampe im Schnitt, an Hand dessen ihre Konstruktion näher erläutert werden soll.
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Die Konstruktion unserer Glimmlampe
Bei dieser trägheitslosen Lichtquelle, wir nannten sie »Ultrafrequenzlampe«, (sie wurde bis 100.000 Hertz untersucht) besteht die Kathode K aus einem mit Wärme abstrahlenden Radiatoren RR versehenen Kupferstab, der über einen Platinkragen in das Glasgefäß eingeschmolzen ist. An der vorderen Seite trägt er zur Vermeidung der Metallzerstäubung eine Kalotte aus Wolfram.
Diese stabförmige Kathode ist in einem gewissen engen Abstand von einem Magnesiumzylinder T, der durch ein Glasrohr gehalten wird, umgeben. Die Anode A ist ein eingeschmolzenes, dünnes Drähtchen. Dieses Drähtchen ist mit der Lampenfassung F verbunden.
Um eine hohe Leuchtdichte zu erzielen, ist der Druck in dem mit Stickstoff oder Argongas gefüllten Glas ziemlich hoch. Diese Gase haben bekanntlich im angeregten Zustand starke Linien im violetten Bereich des Spektrums, dem gleichen Bereich, bei welchem auch der normale Positivfilm eine hohe Empfindlichkeit aufweist.
Als ein besonderer Glücksumstand war zu buchen, daß bei einer mittleren, an der Ultrafrequenzlampe liegenden Leistung von etwa 500 Volt und 15 mA (ca. 7,5 Watt) die abgestrahlte Lichtmenge bei der vorhandenen Filmgeschwindigkeit von etwa 38cm/s und der erforderlichen Lichtlinien von 0,005mm gerade die für die Schwärzung des Negativfilmes erforderliche Lichtmenge von sich gab.
Die Aufzeichnungslampe erhielt am 3. Juni 1919 das Patent Nr. 368 367 und am 25. März 1921 das Patent Nr. 369 075.
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Ein Lob von Dipl.-Ing. HERMANN STÖR, Niedernfels
Die Brauchbarkeit dieser Gasentladungslampe wird wohl durch nichts besser illustriert als durch einen Brief, den ich gelegentlich meines 60. Geburtstages von Herrn Dipl.-Ing. HERMANN STÖR, Niedernfels bei Marquartstein, erhalten habe und den ich als Kopie dem Text beifügen möchte.
Ich glaube, sein Inhalt ist keine schlechte Anerkennung für die Qualität unserer damaligen gemeinsamen Arbeit.
Von : Dipl.-Ing. Hermann Stör im Hause Körting Radio Werke
22. September 1950.
Herrn Dr. h.c. Hans Vogt - E r 1 a u
Sehr geehrter Herr Doktor!
In der Annahme, dass Sie sich in etwa meiner als früherem Mitarbeiter Ihres Triergon-Partners Jupp Massolle noch erinnern, erlaube ich mir, Ihnen zu Ihrem 60. Geburtstag meine aufrichtigsten und ehrerbietigsten Glückwünsche zu Übermitteln.
Als ich 1928 zum ersten Male mit dem auch von Ihnen massgeblich beein-flussten und mitgeschaffenen Triergon-Verfahren in Berührung kam, war ich als damals junger Ingenieur und Elektroakustik-Beflissener so stark und nachhaltig beeindruckt, wie vor und nachher nicht mehr. Vielleicht noch stärker beeindruckt war ich von der Tatsache, die mir vor etwa 1^2 Jahren zu Ohren kam und die besagte, dass die Nachfolger der Tobis, Berlin heute noch mit der von Ihnen und Ihren Miterfindern entwickelten Aufzeichnungslampe einschliesslich des auch schon bei Triergon in seinen Grundzügen vorhandenen Tobis-RC-Verstär-kers ohne irgend eine Veränderung arbeiten. Es ist wohl eine der erstaunlichsten Erscheinungen auf dem nun wirklich an Neuerungen nicht armen Gebiet der Elektroakustik, dass eine Erfindung aus dem Jahre 1922 heute nach 28 Jahren noch unverändert konkurrenzfähig, ja qualitativ noch nicht überholt ist.
Ich hoffe, dass Sie dieser Brief im Kreise Ihrer Angehörigen und Ihrer Mitarbeiter bei bester Gesundheit erreicht und wünsche Ihnen für Ihren Festtag einen frohen Verlauf*. Für die kommenden Jahre Ihres Lebens weiterhin Ihnen und Ihrem Unternehmen besten Erfolg!
Mit höflichen Grüssen - Ihr sehr ergebener
Herrmann Stör
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V. EINZELAUFGABEN
d) Fotoelektrische Zelle für die Filmwiedergabe
Die Eigenschaft gewisser metallischer Halbleiter, z.B. Selen, bei Bestrahlung durch Licht ihren Widerstand zu ändern, ist vielen sicher bekannt. Es war naheliegend, Selen auch für die Umwandlung von Lichtschwankungen in elektrische Schwankungen beim Wiedergabeverstärker zu verwenden.
Leider ändert sich der von solchen Zellen gelieferte Strom nicht proportional mit dem auffallenden Licht. Seine Änderungen hinken den Lichteindrücken zeitlich nach, verzerren also die Amplitude; auch war die Übertragung der hohen Frequenzen, die u. a. charakteristisch für die Wiedergabe der Konsonanten- und Zischlaute sind, unzureichend. - Damit schied die Selenzelle für unsere Zwecke aus.
Wir verwendeten an ihrer Stelle nach einem Vorschlag von ENGL die fotoelektrische Zelle (DRP. 417 967 vom 4. März 1919). Dies ist eine lichtempfindliche Zelle, bei welcher die besonders formierte Oberfläche einer in ein Vakuumgefäß eingeschlossenen Kaliumschicht bei Lichtbefall Elektronen emittiert.
Bei dieser Zelle, die zur Messung von Sternhelligkeiten schon lange bekannt war und deren Prinzip natürlich in stark veränderter Form bei Fernsehaufnahmen als Ikonoskop wieder große Bedeutung erlangt hat, war absolute Proportionalität zwischen Lichteindruck und Stromstärke gegeben.
Leider waren derartige Zellen zur damaligen Zeit käuflich nicht zu haben. Wir sahen uns also hier vor die weitere Aufgabe gestellt, auch diese Zellen in unserem Kohlenkeller-Laboratorium selbst herzustellen.
Dies war recht kompliziert und hat uns manchen Schweißtropfen gekostet. Das Metall Kalium, das in das Glasgefäß gebracht werden mußte, verbrennt nämlich schon an der Luft und kann nur unter Petroleum transportiert und aufgehoben werden.
Welche Mühe, dieses Metall zu verdampfen und es als feinen Niederschlag auf die vorher versilberte Innenfläche der kleinen Glaskugel, die die Zelle bilden soll, einzubringen. Aber damit war es noch nicht getan.
Es war notwendig, daß die obere Haut dieser Kaliumschicht in besonderer Weise durch kurze Entladungsstöße in einer Wasserstoffatmosphäre zu Kaliumhydrür umformiert wurde, denn nur so bekam sie die erforderliche Lichtempfindlichkeit. Trotz dieser Empfindlichkeitssteigerung liegen die Ströme, die sie bei bester Belichtung ergab, noch unter dem fünfmillionsten Teil des Stromes, der die Birne einer kleinen Taschenlampe zum Glühen bringt.
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Unsere selbst gebaute Fotozelle
Die Fotozelle selbst war kein originaler Gedanke von uns, lediglich ihre Verwendung zur Wiedergabe von Tonfilmen und die Herstellung geeigneter Typen ist unsere erfinderische Leistung.
Wie richtig unser Verwendungsvorschlag aber war, beweist die Tatsache, daß noch heute (1954) alle Lichttonfilme vermittels dieser Zellen wiedergegeben werden. Die Herstellung der Zellen selbst erforderte sehr viel vakuumtechnisches und glasbläserisches Können; sie war kaum weniger schwierig als die der Ultrafrequenzlampe.
Die Abb. 24 zeigt eine für die Wiedergabe unserer Filme von uns hergestellte fotoelektrische Zelle mit der erwähnten Kaliumschicht als Kathode. Der kleine Draht in der Mitte ist die Anode. Im Gebrauch liegt an ihr eine Spannung von etwa hundert Volt. Sie bildet, kaum geändert, auch heute noch das »Auge« jeder Kinowiedergabe-Einrichtung. Für den praktischen Gebrauch sind diese leicht zerbrechlichen Dingerchen in kleine Büchsen gepackt. Die Abb. 25 zeigt eine solche betriebsfertige Zelle.
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V. EINZELAUFGABEN
e) Das optische Abbildungssystem
Es ist leicht einzusehen, daß die für die Aufnahme wie für die Wiedergabe erforderlichen Lichtquellen, die Licht nach allen Seiten ausstrahlen, nicht ohne weiteres für die Belichtung bzw. Durchleuchtung des Filmes brauchbar sind.
Es war notwendig, die Lichtstrahlen zu bündeln, hierfür besondere optische Systeme zu entwickeln. Als das einfachste dieser Systeme erschien uns zunächst eine sogenannte Zylinderlinse, die den auf sie fallenden Lichtstrom in eine schmale Lichtlinie verwandelt.
Es zeigte sich aber bald, daß sowohl ihre Abbildungsgenauigkeit, als auch ihre "Apertur" nicht ausreichten, um die erforderlichen feinen Lichtlinien von 0,005 mm Breite bei großer Lichtstärke zu erhalten. Optische Arbeiten, z. B. Linsenschleifen, überstiegen aber doch unser Können; hier vertrauten wir Anderen.
Ich fuhr zu der Firma Carl Zeiss nach Jena und schilderte dort unsere Absichten dem damaligen Leiter der mikroskopischen Abteilung Professor KÖHLER. In Zusammenarbeit mit Carl Zeiss entstand dann ein fotografisches Abbildungssystem, wie es im Prinzip aus der Abb. 26 zu ersehen ist.
Zur Erläuterung dieses Schemas sei folgendes erwähnt: Der von der Lichtquelle, der Lampe L, ausgehende Lichtstrom wird von einem Kondensatorensystem C aufgenommen und als ein sich schwach verengendes Lichtbündel über den dazwischen angeordneten gekrümmten Spalt S in das Mikroskopobjektiv M geworfen.
Durch dieses System wird der leuchtende Spalt S stark verkleinert als feine Lichtlinie auf den über die Rolle R laufenden Film F abgebildet. Dieses System war sowohl für Aufnahme- als auch für Wiedergabezwecke zu verwenden; lediglich die Lichtquelle L wurde ausgewechselt.
Die Abb. 27 zeigt in der praktischen Ausführung den unteren Teil eines solchen Abbildungssystems, angebaut an einen Tonfilmprojektor, ferner den Tonfilm mit dem verbreiterten Rand, in der Mitte die den Film tragende und antreibende Laufrolle sowie die in die Laufrolle hineinragende, mit Anschlußklemmen versehene fotoelektrische Zelle.
Mit diesem System gelang es, Lichtlinien von der erforderlichen Feinheit von 0,005 mm Breite beim Negativfilm herzustellen bzw. die Tonzeichen des Positivfilmes mit einer genügend feinen Lichtlinie zu durchleuchten.
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Unsere Idee, ein voller Erfolg
Vergleicht man die Tonaufzeichnungen der beiden, dieser Arbeit eingangs beigegebenen Filmstreifen, den ersten und den letzten der Triergonfilme miteinander, ist der erzielte große Fortschritt in der Abbildungsgenauigkeit in die Augen springend.
Das beschriebene Beleuchtungssystem hat sich als die beste Lösung dieses optischen Problems herausgestellt, bewährt und wird, soweit ich im Bilde bin, heute noch überall, sowohl bei den Aufnahme- als auch bei den Wiedergabeapparaten der Lichttonfilme verwendet.
Ein Wort noch über die verschiedenen fotografischen Abbildungsarten der Schallvorgänge und zur Verdeutlichung des auf den vorangegengenen Seiten Erwähnten.
Nocheinmal Sprossenschrift und Zackenschrift
Man kann die Töne fotografisch in zwei verschiedenen Arten registrieren und zwar entweder durch Variation der Lichtdurchlässigkeit des Filmes, also durch Hell-Dunkel-Änderungen (Sprossenschrift) oder durch Änderung der räumlichen Längenverhältnisse einer aus einem lichtundurchlässigen und einem lichtdurchlässigen Teil bestehenden Lichtlinie (Zackenschrift).
Bei der Sprossenschrift, wofür wir uns aus mancherlei zwingenden Gründen entschieden, sieht man die Töne wie die Sprossen einer Leiter. Tiefe Töne erzeugen dicke, weit auseinanderliegende Sprossen, hohe Töne haarfeine, dicht nebeneinander liegende. Bei lauten Tönen ist der Unterschied zwischen hell und dunkel groß, bei leisen klein.
Das klingt jetzt alles sehr einfach, aber es gab Zeiten, in dnene wir alle drei manchmal im Zweifel waren, ob ein Lichtstrom, der bei der Wiedergabe durch die winzige Filmfläche von weniger als 1/5 qmm, was etwa einer stumpfen Stecknadelspitze entspricht, hindurchgeht, eine solche Schallmenge zu steuern vermag, wie sie notwendig ist, um ein großes, mit Menschen gefülltes Theater hinreichend auszufüllen.
Unsere Zweifel in dieser Richtung wurden noch verstärkt, als wir erfuhren, daß ein Professor an der Technischen Hochschule in Berlin in seinem, der Geldgebergruppe übergebenen Gutachten, sich in dieser Hinsicht ebenfalls stark negativ äußerte.
Er hielt es für ausgeschlossen, die von einem Orchester erzeugte Schallmenge auf den Film fotografisch zu fixieren und später akustisch wiederzugeben. - Erfreulicherweise haben die Finanziers den drei Erfindern mehr Vertrauen geschenkt als der professorialen Autorität.
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Mögliche Störungen durch ein Häuflein Fliegenmist
Tatsächlich beunruhigte uns aber auch längere Zeit hindurch der Gedanke, ob nicht doch winzige Kratzerchen, Staubteilchen oder gar die Hinterlassenschaft einer Fliege auf der Tonspur bei der Wiedergabe Donnergeräusche im Kinotheater verursachen und damit unsere ganze Arbeit illusorisch machen.
Glücklicherweise erwiesen sich unsere Befürchtungen als übertrieben. Die erwähnten, das Licht abdeckenden Teilchen passieren ja so außerordentlich schnell die Lichtlinie, daß der von ihnen verursachte Schall vom Bewußtsein kaum aufgenommen wird. Dagegen bewirkten die auf den stark durchlässigen Positivfilm gleichmäßig verteilten kleinen Schichtverletzungen und unvermeidlichen Staubteilchen bei der Wiedergabe ein gleichmäßiges Rauschen, das in Sprechoder Musikpausen als nachteilig empfunden wurde.
Es ist das allerdings sehr viel später erworbene Verdienst amerikanischer Forscher, diese Schwierigkeit dadurch beseitigt zu haben, daß sie Einrichtungen schufen, die im unbe-sprochenen Zustand die Tonspur des Positivfilmes lichtundurchlässig machten (Noiseless-Effekt). Diese Erfindung ist meiner Meinung nach die einzige, die unser Lichttonfilmverfahren noch in prinzipieller Weise verbesserte.
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