Projektionsobjektive & Co – so funktioniert ein Filmprojektor

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Projektionsobjektive und Co. – so funktioniert ein Filmprojektor

Wenn wir ins Kino gehen, denken wir nicht darüber nach, was zur Erzeugung der bunten Traumwelten nötig ist. In ihrer mehr als hundertjährigen Geschichte hat die Film- und Projektionstechnik eine Perfektion erlangt, die uns die technischen Probleme vergessen lässt, die dafür gelöst werden mussten. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts waren bewegte Bilder nur als Attraktion auf Jahrmärkten zu sehen. Durch ein spezielles Sichtgerät schaute man beispielsweise auf eine drehende Trommel, auf der Fotos mit den einzelnen Bewegungsphasen wie bei einem Daumenkino abgespult wurden. Drei oder vier Sekunden – und der „Film" begann von Neuem.

Der Nachfolger der magischen Laterne

Erst mit der Erfindung des Rollfilms war der Weg zur eigentlichen Kinematografie frei. Die dünne, lichtempfindliche Schicht aus Zelluloid hatte einen entscheidenden Vorteil gegenüber den bis dahin verwendeten Fotoplatten: Sie konnte auf eine Spule aufgewickelt werden. Diese so simpel erscheinende Eigenschaft ist die Voraussetzung für die Funktion von Filmkameras und Filmprojektoren. Das lichtempfindliche Material ist dünn und flexibel. Die technische Bezeichnung für solche dünnen Schichten, „Film", stand nicht nur für Begriffe wie „Filmindustrie", „Filmstudio", „Filmstar" Pate, sondern prägte auch so alltägliche Redewendungen wie „wir schauen uns einen Film an".
Die Tage des Films als Speichermedium scheinen gezählt zu sein. In der Aufnahmetechnik beginnen digitale Verfahren, der traditionellen Filmkamera den Rang abzulaufen. Ihre Leistung reicht heute bereits aus, um die gewohnte Qualität zu liefern, die wir vom Kino erwarten. Allerdings gibt es noch kein gleichwertiges digitales Verfahren zur Vorführung abendfüllender Filme auf Kino–Großleinwänden. Der Videobeamer muss erst erwachsen werden, um seinen Urgroßvater, den Filmprojektor zu ersetzen. Bisher werden im Kino gezeigte Filme nach wie vor als Kopien auf Zelluloid hergestellt. Im Kopierwerk wird eine festgelegte Anzahl dieser Kopien hergestellt. Das Kino leiht eine dieser Kopien vom Filmverleih aus und darf sie für einen bestimmten Zeitraum öffentlich vorführen. Im Massenbetrieb gibt es dafür keine Alternative zum Filmprojektor.

Von der Laterna Magica zum Filmprojektor

Die Laterna Magica, gewissermaßen der Vorläufer des Dia–Projektors, war seit dem 17. Jahrhundert bekannt und avancierte im 19. Jahrhundert zum Massenmedium. Die Geräte wurden bereits industriell hergestellt und es gab am Markt eine Vielzahl von Bildern dafür zu kaufen. Zunächst gemalt, wurden sie zunehmend von Fotografien ersetzt, die oft von Hand koloriert wurden. Damit unterscheiden sich diese Geräte nur in Details wie Lichtstärke, Ausführung, Qualität der Objektive usw. vom heutigen Dia–Projektor. Dessen grundsätzliche Bauteile waren jedoch bereits vorhanden: eine Lichtquelle, ein Gehäuse mit Einschub für das Bild, ein Objektiv und eine Projektionsfläche. Ein wichtiges Element fehlte allerdings: die Bewegung der Bilder. Anderswo gab es sie bereits, und alle bekannten Verfahren zur Vorführung bewegter Bilder nutzten das gleiche Prinzip: Einzelbilder, die sich nur geringfügig voneinander unterscheiden, werden in schneller Folge gezeigt. Sofern sie schnell genug aufeinander folgen (ca. 16 bis 18 Bilder pro Sekunde), sind unser Auge und unser Gehirn bereit, die Unterschiede zwischen den Bildern als Bewegung zu interpretieren.
Zwei Bedingungen müssen erfüllt sein, damit es funktioniert: einerseits der schnelle Wechsel der Bilder, andererseits das absolut bewegungslose Verharren jedes Einzelbildes in der Zeit, in der es zu sehen ist. Die einfachste Umsetzung dieses Prinzip ist das Daumenkino. Trickreiche Mechanismen machten das Betrachten komfortabler und erlaubten sogar Projektionen, die mehrere Menschen gleichzeitig betrachten konnten. Mit seinem Zoopraxiskop brachte der englische Fotograf Eardweard Muybridge Bewegungsphasen eines Pferdes samt Jockey auf die Leinwand, die er zuvor mit fotografischen Serienaufnahmen, der sogenannten Chronofotografie aufgenommen hatte. Damit waren dieses Pferd und sein Reiter die ersten realen Objekte, deren Bewegung auf einer Leinwand sichtbar gemacht wurde. Allerdings war der „Film" sehr kurz: Er enthielt 12 Einzelbilder. Die Bewegungssequenz, die sich wiederholte, war also nicht einmal eine Sekunde lang. Was dringend gebraucht wurde, war ein Medium, das eine große Zahl von Einzelbildern platzsparend speichern konnte. Weiterhin mussten diese Einzelbilder genügend schnell zwischen Lichtquelle und Objektiv des Vorführapparates transportiert werden. Und sie mussten dort für den Bruchteil einer Sekunde verharren, bevor das nächste Bild erschien.
Die Erfindung des Rollfilms, die 1887 von Hannibal Goodwin patentiert wurde, brachte den Schlüssel zur Lösung dieser technischen Probleme. Wie sehr die Welt auf diesen Durchbruch gewartet hatte, zeigt der Umstand, dass nun in schneller Folge von verschiedenen Personen unabhängig voneinander Filmkameras entwickelt wurden. Parallel dazu entstand das passende Vorführgerät, der Filmprojektor.

Was ein Filmprojektor können muss

Das Konzept der Laterna Magica musste nun um einen komplizierten Mechanismus erweitert werden, der in der Lage war, den Film in der richtigen Geschwindigkeit vor dem Objektiv entlang zu führen und dabei jedes Einzelbild für einen winzigen Moment genau zwischen Lichtquelle und Objektiv anzuhalten. Beide Aufgaben scheinen sich gegenseitig auszuschließen, und es war eine ganz spezielle Vorrichtung nötig, um sie zu vereinen: das Malteserkreuzgetriebe. Sein einziger Zweck ist es, eine gleichmäßige Drehbewegung, die von einer Kurbel oder von einem Motor kommt, in eine intermittierende, also eine regelmäßig unterbrochene Drehbewegung umzuwandeln. Das Malteserkreuzgetriebe besteht aus zwei Teilen, dem Greifer, der sich gleichmäßig dreht, und einem Sternrad, das an den Ecken des Sterns Schlitze aufweist, in die der Greifer hineingleitet und das Sternrad dabei um einen bestimmten Winkel dreht. Am Ende dieser Teildrehung gleitet der Greifer heraus und das Sternrad steht still. Dieses Sternrad hat die Form eines Malteserkreuzes und gab diesem Getriebe seinen Namen. Es wird nun benutzt, um den Film zu transportieren: Mit den Zacken des Sterns greift es in die Perforation, die sich an den Seiten des Films befindet, und zieht den Film um eine genau definiertes Stück weiter. Es erscheint das nächste Bild. Dabei gilt es, den Bildwechsel möglichst schnell durchzuführen, das aktuelle Einzelbild dagegen möglichst lange stehen zu lassen.
Das Malteserkreuzgetriebe war von Beginn an bis in die 70er Jahre hinein fester Bestandteil eines jeden Filmprojektors. Eine so komplizierte Aufgabe mechanisch zu lösen, hat jedoch einen Preis: Das Gleiten des Greifers in den Schlitzen des Sternrades bringt unvermeidlich Reibung und damit Verschleiß mit sich. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass das Sternrad in den Pausen wirklich stillsteht, was nur mit einer kreissektorförmigen Sperrscheibe am Antriebsrad gelöst werden kann. Diese Sperrscheibe gleitet an den halbrunden Aussparungen des Sternrades entlang, um es zu blockieren. Dabei wird ebenfalls Reibung erzeugt. Malteserkreuzgetriebe müssen deshalb stets gut geschmiert werden oder gar in einem Ölbad laufen. Diese Probleme werden bei modernen Projektoren umgangen. Die Aufgabe, eine intermittierende Bewegung zu erzeugen, übernimmt heute ein Schrittmotor.

Flimmern muss nicht sein

Während des Filmtransports ist kein Bild zu sehen. Unvermeidlich gibt es eine Pause zwischen den Einzelbildern des Films, in denen die Leinwand dunkel ist. Dieser Wechsel zwischen projiziertem Bild und Dunkelphase ist sehr schnell, er findet 25-mal pro Sekunde statt. Dennoch nehmen wir ihn als störendes Flimmern wahr. Da dieses Flimmern nun einmal nicht zu vermeiden ist, wird ihm mit einem schlauen Trick begegnet: Es wird eine weitere Dunkelphase eingefügt. Die Umlaufblende, die dafür sorgt, dass der Lichtstrahl während des Filmtransports unterbrochen wird, tut dies ein weiteres Mal, während das Bild gezeigt wird und im Projektor stillsteht. Damit wird die Flimmerfrequenz verdoppelt. Mehr Flimmern ist für unser Auge weniger Flimmern: Eine Frequenz von 50 Hz (50 Dunkelphasen pro Sekunde) können wir nicht mehr wahrnehmen.

Die Tonspur

Um einen lippensynchronen Filmton zu gewährleisten, befindet sich die Tonspur direkt auf dem Film, neben dem Bild. Sie wird mit einer Fotozelle ausgelesen und anschließend in ein elektrisches Audiosignal verwandelt, das zur Tonanlage des Kinos geleitet wird. Es gibt jedoch ein Problem: Die Bewegung des Films vor der Linse ist nicht kontinuierlich, sie ist intermittierend. Den Ton möchten wir allerdings gern ohne Ruckeln hören. Deshalb ist die Tonspur auch nicht in Einzelbilder aufgeteilt, sondern befindet sich als durchlaufender Streifen neben den Bildern. Um dem Widerspruch zu begegnen, ist die Tonspur etwas zeitversetzt aufgezeichnet, der aktuelle Ton befindet sich etwa 10 Einzelbilder vor dem aktuellen Bild. In den verwundenen Schlaufen des Filmkanals im Tonfilmprojektor bewegt sich dieser Teil des Films noch kontinuierlich. Die Gleichförmigkeit seiner Bewegung wird zudem durch Andruckrollen erzwungen.

Moderne Filmprojektoren: größer, heller, weiter

Nachdem die Grundprobleme des Filmtransports, des Flimmerns und der Tonübertragung gelöst waren, ging es bei der Weiterentwicklung von Projektoren hauptsächlich um Sicherheit, Bedienungskomfort und Leistung. Aufgrund des bis in die 70er Jahre verwendeten leicht brennbaren Nitrofilms und der heißen Kohlebogenlampen waren Projektoren in dieser Zeit potenzielle Brandsätze. Ein kompliziertes System von Sicherungsmaßnahmen wurde gegen diese Gefahr eingesetzt: Der Film wurde mittels Wasserkühlung oder Druckluft gekühlt. Im Falle eines Filmrisses wurde der Projektor sofort gestoppt und Sicherheitsklappen zwischen Vorführraum und Zuschauerraum wurden ausgelöst.

Lichtquellen für Filmprojektoren

Heute werden als Lichtquelle Xenon–Bogenlampen verwendet, die ein besseres Verhältnis von Lichtausbeute und Wärmeentwicklung haben. Bei 35-mm–Projektoren und im Amateurbereich sind Halogenlampen im Einsatz.

Projektorobjektive

Am Prinzip der Projektorobjektive hat sich seit den Anfangsjahren des Kinos nichts geändert. Moderne Objektive liefern nicht nur ein verzerrungsfreies Bild, sondern sind in gewissen Grenzen sogar in der Lage, Verzerrungen auszugleichen, die durch nicht rechtwinklig auftreffendes Licht auf der Leinwand entstehen. Durch vergrößerte Filmformate bis auf 70 mm und entsprechend größere Leinwände müssen moderne Objektive ebenfalls größer und lichtstärker sein. Projektoren für 3D–Filme, die in den letzten Jahren einen regelrechten Boom erlebten, brauchen zwei Objektive, mit denen das Licht jeweils in einer Richtung polarisiert wird. Mit der Polarisationsbrille, die der Zuschauer trägt, können beide Teilbilder wieder aufgelöst werden. Die Traumwelt wird bunter, heller und dreidimensional – wir tauchen immer tiefer in sie hinein.

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