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Wiedergabevorrichtung für Lichttonfilme mit einer photoelektrischen
Widerstandszelle Die Wiedergabe von Lichttonfilmen geschieht bekanntlich in der
Weise, daß die Tonspur von einem Lichtstrahl durchleuchtet wird und der in seiner
Intensität durch die Tonspur modulierte Lichtstrahl eine Photozelle beaufsc.hlagt,
die die Lichtschwankungen in entsprechende Schwankungen eines elektrischen Stromes
verwandelt, der nach Verstärkung einem Lautsprecher zugeführt wird.
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Bei den lichtelektrischen Zellen unterscheidet man drei Haupttypen,
rämlich Widerstandszellen, Sperrschichtzellen und Alkali-Photozellen. Von diesen
Typen werden heute für die Tonwiedergabe fast ausschließlich die den äußeren lichtelektrischen
Effekt nutzenden Alkali-Photozellen verwendet. Sperrschichtzellen scheiden für diesen
Zweck aus, da sie den Alkalizellen in bezog auf Empfindlichkeit weit unterlegen
sind. Die bisher bekannten, auf dem inneren lichtelektrischen Effekt beruhenden
Widerstandszellen, die in den ersten Anfängen des Tonfilms verwendet wurden, zeigen
eine hohe Spannungsempfindlichkeit, d. h. eine verhältnismäßig große Spannung je
Einheit des Lichtstromes, die jedoch praktisch nicht ausgenutzt werden kann, da
die durch Belichtung der Zelle ausgelöste elektrische Spannung keine lineare Abhängigkeit
vom Lichtstrom zeigt; ferner weisen sie einen ungünstigen Frequenzgang, d. h. ein
sehr starkes Absinken der relativen Empfindlichkeit bei Zunahme . der zu übertragenden
Frequenz auf und verursachen ein im Vergleich zu Alkalizellen beträchtliches Rauschen.
Aus diesen Gründen kommen Widerstandszellen
nach dem Urteil der
Fachwelt für Tonfilmzwecke heute nicht mehr in Frage.
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In neueren Veröffentlichungen ist über die lichtelektrischen Eigenschaften
von Einkristallen von Verbindungen des Kadmiums mit Schwefel, Selen oder Tellur
berichtet worden, die durch Reaktion von Kadmiumdampf mit Schwefel- bzw. Selen-
bzw. Tellurwasserstoff gewonnen werden und bei denen beobachtet wurde, daß die gleichfalls
auf den inneren lichtelektrischen Effekt zurückzuführende Änderung der Leitfähigkeit
bei Änderung des die Zelle beäufschlageaden Lichtstromes erheblich größer ist als
bei den bisher bekannten Widerstandszellen. Dieser Umstand läßt zwar die Anwendung
derartiger Einkristalle als Photowiderstände aussichtsreich erscheinen, legt jedoch
ihre Verwendung zur Wiedergabe von Lichttonfilmen wegen des auch an ihnen beobachteten
ungünstigen Frequenzganges und Rauschens nicht nahe. Das gleiche gilt von Einkristallen
anderer Verbindungen zweiwertiger Metalle, vorzugsweise Zink oder Quecksilber, mit
anderen Elementen der Sauerstoffgruppe, insbesondere auch Sauerstoff.
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Die Erfindung beruht auf der durch eingehende Versuche bestätigten
Erkenntnis, daß es möglich ist, durch verhältnismäßig einfache Maßnahmen
die auch diesen Widerstandszellen eigenen ungünstigen Eigenschaften zu beseitigen
oder ihre Auswirkungen zu eliminieren, ohne auf die günstigen Eigenschaften, vor
allem auf die gegenüber anderen Widerstandszellen und gegenüber Alkalizellen um
ein Vielfaches größere Nutzleistung verzichten zu müssen.
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Es wurde festgestellt, daß die Empfindlichkeit derartiger Kristalle,`
insbesondere von Kadmiumsulfidkristallen, so groß ist, daß die belichtete Fläche
des Kristalls, d. h. der zwischen den beispielsweise durch Aufdampfen aufgebrachten
Elektroden befindliche Teil desselben, sehr kleine Abmessungen haben kann, wodurch
die Zahl der Störungsquellen, die im Kristall selbst liegen, weitgehend verringert
wird. Ferner wurde ermittelt, daß die von dem Kristall abgegebene, zum Rauschen
Anlaß gebende Störspannung nicht proportional der Beleuchtungsstärke ansteigt, sondern
nach anfänglichem Anstieg von einem bestimmten Wert an etwa gleich bleibt, während
die Nutzspannung angenähert geradlinig ansteigt. Durch Steigerung der mittleren
Beleuchtungsstärke über das bei anderen Widerstandszellen übliche Maß hinaus
kann das Verhäl'nis der Nutzspannung zur Störspannung so vergrößert werden, daß
der Einfluß der letzteren nicht mehr ins Gewicht fällt und eine einwandfreie Tonwiedergabe
erzielbar ist. Auch der Frequenzgang der Zelle erfährt durch Erhöhung der Beleuchtungsstärke
eine wesentliche Verbesserung.
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Unter Ausnutzung der durch diese Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse
wird gemäß der Erfindung bei einer mit einer Widerstandszelle versehenen Wiedergabevorrichtung
für .Lichttonfilme als Widerstandszelle eine aus einem Einkristall einer Verbindung
eines zweiwertigen Metalls, vorzugsweise Zink, Kadmium, Quecksilber, mit einem Element
der Sauerstoffgruppe, vorzugsweise Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, insbesondere
aus Kadmiumsulfid bestehende Zelle verwendet, die Breite des durch aufgedampfte
Elektroden begrenzten Spaltes der Zelle für alle Fälle unter 0,5 mm, vorzugsweise
noch unter o,r mm bemessen, der durch den abgetasteten Teil der Tonspur gehende
Lichtstrom auf den Raum dieses Spaltes konzentriert und zu dem Zweck der Kristall
am Ort der optischen Abbildung der Tonspur angeordnet. Im Gegensatz zu den mit Alkalizellen
versehenen Tonwiedergabeeinrichtungen, bei denen die von der Tonlampe beleuchtete
Filmstelle auf einem mechanischen Spalt abgebildet wird und der Lichtstrahl nach
Durchgang durch den Spalt bis zum Auftreffen auf der in einem größeren Abstand vom
Spalt angeordneten lichtempfindlichen Schicht divergiert, wird jetzt der Belichtete
Teil des Films auf der Zelle selbst, und zwar auf dem von den Elektroden freigelassenen
Teil des Kristalls, abgebildet. Bei Verwendung von Selenzellen hat man versucht,
eine geringe Spaltbreite durch entsprechende Winkelstellung des Kristalls zu erreichen,
was aber Kristalle von höheren Größenordnungen bedingt, als sie mit Einkristallen
vom Charakter des Kadmiumsulfids erzielbar sind. Die Sprödigkeit solcher läßt auch
ein Abkanten einer Stirnfläche nicht zu, auch nicht das Einspannen der nur in sehr
dünnen Lagen herstellbaren Kristalle zwischen zwei Metallelektroden. Man mußte deshalb,
aus solchen Erfahrungen heraus, die Elektroden auf die eine Fläche des Kristalls
aufdampfen und mit der entgegengesetzten Fläche den Kristall auf einer isolierenden
Unterlage befestigen.
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Die quer zur Laufrichtung des Films gemessene Breite der zu belichtenden
spaltförmigen Fläche des Kristalls kann bei den vorgeschlagenen sehr geringen Abmessungen
unter Umständen kleiner sein @. als die. Abbildung der Tonspur. Um auch in dem ralle
das gesamte, durch den Film gehende Licht auf den lichtempfindlichen Teil der Zelle
zu konzentrieren, 'sieht die Erfindung eine Verformung des Tonbildes in den
Raum
der spaltförmigen Längenausdehnung des lichtelektrisch wirksamen Teiles
der Zelle vor, zu welchem Zweck eine anamorphotische Optik in den Tonbildlichtweg
eingeschaltet wird. Als einfachste anamorphotische Optik kann eine zylindrische
Linse dienen.
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Bei den üblichen Tonfilmwiedergabeanlagen wird die von der Photozelle
abgegebene Wechselspannung zunächst dem sogenannten Photozellenverstärker zugeführt,
an den sich der den Lautsprecher betreibende Hauptverstärker anschließt. Der wesentliche
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß wegen der um ein Vielfaches größeren Ausgangswechelspannung
der Kristallzelle der Photozellenvorverstärker viel kleiner als sonst üblich sein
kann, also weniger Stufen aufzuweisen braucht und unter Umständen überhaupt wegfallen
kann. Es ist beispielsweise möglich, die Tonwiedergabe ohne Zwischenschaltung eines
besonderen Verstärkers lediglich mittels .des Niederfrequenzteiles eines normalen
Rundfunkempfängers durchzuführen, was insbesondere für die Heimtonfilmwiedergabe
von großer Bedeutung ist. Daneben zeichnet sich diese Einkristallzelle gegenüber
den mit einer Glashülle versehenen Alkalizellen durch überaus geringe Abmessungen,
wesentlich geringere Herstellungskosten und bedeutend geringere Empfindlichkeit
gegenüber mechanischer Beanspruchung aus.
Die Einkristallzelle weist
zwar ebenfalls eine gewisse Frequenzabhäzgigkeit, und zwar im Sinne einer Abnahme
der abgegebenen Spannung bei zunehmender Tonfrequenz auf, die jedoch wesentlich
geringer ist als bei anderen Widerstandszellen und etwa in der gleichen Größenordnung
liegt wie die der Alkalizellen.
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Die Einkristallzelle wird an den Verstärker mittels eines Transformators
gekoppelt, der eine steigende Frequenzcharakteristik aufweist. Durch diese Maßnahme
gelingt es, die auf der Frequenzabhängigkeit der Zelle beruhende Verringerung der
Lautstärke bei hohen Tonfrequenzen auszugleichen oder zumindest auf ein erträgliches
Maß herabzusetzen. Weiterhin kann, gegebenenfalls zusätzlich zu dieser Maßnahme,
ein Ausgleich der fallenden Frequenzcharakteristik der Kristallzelle auch durch
einen parallel zur Sekundärseite des Transformators geschalteten, zweckmäßig veränderlichen
Widerstand bewirkt werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig, i die gemäß der Erfindung verwendete Zelle in einem
Längsschnitt, Fig. 2 und 3 ihre Anordnung in der Wiedergabeeinrichtung in einer
Seitenansicht und in Draufsicht; Fig. 4 zeigt ihre Schaltung mit Verstärker.
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Die Zelle besteht beispielsweise aus einem Kadmiumsulfideinkristall
von etwa 2 x io mm Flächenausdehnung und einer Dicke von o,oi mm, auf den die beiden,
einen Spalt von o,i mm freilassenden Elektroden 2 aufgedampft sind. Der Kristall
i wird von den beiden Metallfedern 3, deren Spannung mittels der Schrauben 4 geändert
werden kann, auf die Unterlage 5 gedrückt. Die Federn 3 stehen mit den auf dem äußeren
Umfang angeordneten Anschlußkontakten 6 in leitender Verbindung.
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Die Wendel der Tonlampe 7 wird mittels des Kondensers 8 auf dem Film
9 abgebildet. Das hinter dem Film 9 befindliche Objektiv io bildet die beleuchtete
Filmstelle auf dem Kristall i, und zwar auf dem von den Elektroden 2 freigelassenen
Spalt desselben ab. Zwischen dem Objektiv io und der Kristallzelle ist eine Zylinderlinse
ii angeordnet, die, wie Abb. 3 erkennen läßt, die Abbildung des belichteten Filmteils
auf die quer zur Laufrichtung des Films gemessene Breite des Zellenspaltes verformt.
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Die Elektroden 2 der Zelle sind über die Stromquelle 12 mit der Primärwicklung
des Transformators 13 verbunden, dessen Sekundärwicklung den Verstärker 14 speist,
an den der Lautsprecher 15 angeschlossen ist. Die Primärwicklung des Transformators
ist so bemessen, daß dieser eine steigende Frequenzcharakteristik aufweist und so
die fallende Charakteristik der Zelle ausgleicht. Die Größe der Primär-Induktivität
hängt im einzelnen vom Innenwiderstand der Photozelle ab, der wiederum durch die
mittlere Beleuchtungsstärke der Zelle gegeben ist. Im allgemeinen wird diese Primär-Induktivität
so dimensioniert, daß die tiefste zu übertragende Frequenz noch oberhalb der untersten
Grenzfrequenz zu liegen kommt. Wird die Primär-Induktivität zu klein gewählt, also
unterdimensioniert, so wächst die untere Grenzfrequenz. Es ist erwünscht, diese
untere Grenzfrequenz so zu legen, daß durch den Abfall des Übersetzungsverhältnisses
des Transformators nach tieferen Frequenzen der Anstieg der Zellenspannung kompensiert
wird. Parallel zur Sekundärseite des Transformators 13 ist ein variabler Widerstand
16 geschaltet, der gleichfalls zur Herabsetzung der bei tiefen Tonfrequenzen von
der Zelle abgegebenen Nutzspannung und damit zum Ausgleich des Frequenz;anges der
Zelle dient. Die Funktion dieses variablen Widerstandes kann wie folgt erklärt werden.
Bei einer Leistungsübertragung erhält man eine optimale Übertragung dann, wenn der
Belastungswiderstand gleich dem Innenwiderstand der Photozelle ist. Nun ist die
von der Photozelle abgegebene Wechselspannung bei gleicher Beleuchtungsstärke von
der Modulationsfrequenz desLichtes abhängig, ünd zwar sinkt sie mit steigender Frequenz.
Wird der Transformator also sekundärseitig mit einem Ohmschen Widerstand belastet,
so wird eine bestimmte Frequenz optimal angepaßt sein. Für diese Frequenz wird also
eine gewisse Anhebung erfolgen.