Egal ob schwarzweiß oder in Farbe, ob mit schmalem oder breitem Bild, ob flach oder dreidimensional: Der schönste Film nützt nichts, wenn er nicht auf die Leinwand projiziert wird.
Analog
Der Film: Basis und Emulsionen
Das erste Patent für Film erhielt die Firma Eastman Kodak am 10. Dezember 1889. Bereits am 2. September 1889 erhielt William Kennedy Laurie Dickson, ein Mitarbeiter Edisons, von Eastman Kodak Film zu Experimentierzwecken.
Bestand das Basis-Material des Films zunächst aus Zellulose-Nitrat, wurde es seit den 1950ern aus Zellulose-Azetat hergestellt, da Zellulose-Nitrat sehr leicht entzündlich, und dann auch nicht mehr zu löschen, war. Heutzutage besteht das Basis-Material meist aus Polyester.
Es ist mit einer oder mehreren lichtempfindlichen Emulsionen beschichtet. Beim Schwarzweiß-Film ist es eine, beim Farbfilm sind es drei Emulsionen.
Die Kopien
Aus dem Rohfilm wird, wenn er aus der Kamera kommt, ein Negativ entwickelt, von diesem wiederum ein Positiv. Der Film wird in den einzelnen Stationen der Entwicklung unterschiedlich bezeichnet:
1. Der Film aus der Kamera, nachdem er zu einem Negativ entwickelt wurde, heißt dementsprechend Kameranegativ. Dieses wird heute zumeist in den Computer eingescannt, um es dort weiterzubearbeiten.
2. Aus dem Kameranegativ kann auch ein Interpositiv hergestellt werden. Mit ihm fand früher die Weiterbearbeitung statt.
3. Indem man das Kameranegativ auf Umkehrfilm kopiert, oder das Interpositiv auf Negativfilm, entsteht das Internegativ. Heute wird es meist aus dem Computer erstellt.
4. Die letzte Station ist schließlich die Kinokopie. Sie wird vom Internegativ erstellt, kann aber auch direkt vom Kameranegativ erstellt werden; dies wird jedoch nur selten gemacht, z. B., wenn man für ein Filmfestival oder eine Premiere eine besonders hochwertige Kopie benötigt. Diese heißt dann Answer Print.
Die Auflösung
Da 35mm-Film als analoges Medium keine feste Auflösung hat wie digitale Filmdateien, lassen sich auch keine festen, genauen Werte für die Auflösung angeben. Schwankungen können durch jedes Glied der Produktionskette hervorgerufen werden: Filmmaterial, Kamera, Entwicklungslabor, Projektor. Die folgenden Werte sind also nur Durchschnittswerte, ermittelt mit den Komponenten, die typischerweise bei der Herstellung eines Kinofilms verwendet werden; sie beruhen auf einer Studie der CST (Commission Supérieure Technique de l‘Image et du Son, der französische Dachverband für Berufstätige in der audiovisuellen Produktion).
Hiernach liegt die Auflösung des Kameranegativs bei einem Bildformat von 1.85:1 (es wird also nicht die gesamte Höhe des Academy Ratio genutzt) bei etwa 2100 Zeilen, die der Kinokopie bei etwa 1000 Zeilen, und die einer direkten Kopie von Kameranegativ, eines Answer Prints, bei etwa 1400 Zeilen. Davon kommt jedoch beim Betrachter im Kino, bedingt durch den Projektor, nur eine abermals geringere Zeilenzahl an, nämlich im besten Kino der Studie durchschnittlich 685 Zeilen sichtbare Auflösung, und an der schärfsten Stelle des Bildes 875 Zeilen.
Die Projektion und die Bildwiederholfrequenz
Die ersten öffentlichen Filmvorführungen fanden Ende 1895 statt. In Berlin führten die Brüder Skladanowsky erstmals am 1. November 1895 mehrere Kurzfilme im Varieté Wintergarten vor, in Paris zeigten die Brüder Lumière erstmals am 28. Dezember 1895 einige Kurzfilme.
Bei der analogen Kinoprojektion, also der Projektion von Film, hat sich im Grunde genommen seit der Anfangszeit des Kinos nicht allzu viel geändert.
Während die Anzahl der Bilder, die von Stummfilmen pro Sekunde projiziert wurden, zwischen 16 und 23 schwankte (einen verbindlichen Standard gab es nicht, da Stummfilmkameras mit Handkurbeln betrieben wurden, und somit die Geschwindigkeit nicht konstant war, meist auch nicht innerhalb eines Films) werden Tonfilme seit jeher mit 24 Bildern in der Sekunde projiziert (Ausnahmen betreffen nur eine Handvoll Filme). Eine einheitliche Bildwiederholfrequenz war nötig, da Schwankungen bei der Geschwindigkeit der Tonspur, die ja auf die Filme gedruckt ist, sofort auffallen würden.
Um das Flimmern des Bildes zu reduzieren, das bei 24 Bildern pro Sekunde deutlich wahrnehmbar ist, wird jedes Bild zweimal auf die Leinwand geworfen, es werden also insgesamt 48 Bilder pro Sekunde projiziert, davon aber nur 24 unterschiedliche.
Flimmern kann das Ganze, da der Projektor nicht kontinuierlich projiziert, sondern die Leinwand zwischen jedem Bild für einen Sekundenbruchteil dunkel bleibt.
Dies wiederum ist nötig, da der Film im Projektor bildweise voran bewegt werden muss, und man das Hineinbewegen des neuen Bildes in die Projektionsöffnung natürlich nicht sehen soll.
Ein Bild wird also für etwas weniger als eine 48stel-Sekunde stillgehalten, dann die Projektionsöffnung verdunkelt, dann wieder geöffnet, so dass das selbe Bild noch einmal projiziert wird, dann wird die Projektionsöffnung wieder geschlossen, wobei in dieser Dunkelphase der Film um ein Bild vorwärts bewegt wird, das dann wieder – unterbrochen durch eine Dunkelphase – zweimal gezeigt wird, usw.
Weitere wesentliche Veränderungen bei der Projektion im Laufe der Jahre betreffen die Größe und das Format der Projektionsöffnung (des Bildfensters), sowie evtl. die Anbringung einer anamorphen Linse vor dieser.
Letztendlich kann es gut sein, dass auch für moderne Filme ein Projektor verwendet wird, der Jahrzehnte alt ist.
Digital
Die Filmdatei: Farbraum, Farbtiefe und Komprimierung
Filmdateien nach dem DCI (Digital Cinema Initiatives)-Standard nutzen den X‘Y‘Z‘-Farbraum, wie er 1931 von der CIE (Commission Internationale de l’Eclairage, Internationale Beleuchtungskommission) definiert wurde. Dieser Farbraum umfasst alle vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Farbtöne.
Innerhalb dieses Farbraums sind im DCI-Standard für jede Grundfarbe 12 Bit Farbtiefe vorgesehen, es sind also pro Grundfarbe 4096 (2 hoch 12) Abstufungen möglich, somit insgesamt 68 719 476 736 (4096 hoch 3) Farbabstufungen.
Die Bilder werden einzeln nach dem JPEG 2000-Standard komprimiert.
Die Auflösung und das Bildformat
Die Auflösung der Digitalprojektion beträgt 2048*1080 Bildpunkte (sog. 2K-Auflösung, nach der Anzahl horizontaler Bildpunkte pro Zeile) oder 4096*2160 (sog. 4K-Auflösung), was einem Format von 1.89:1 entspricht.
Es werden aber nie alle Pixel für die Projektion verwendet. Filme in 1.85:1 haben 1998*1080 bzw. 3996*2160 Pixel, Filme in 2.39:1 2048*858 bzw. 4096*1716 Pixel. Es finden sich somit auch bei digitaler Projektion die beiden gängigen Bildformate der Analogprojektion.
Die Projektion und die Bildwiederholfrequenz
Bei der Digitalprojektion werden die Bilder kontinuierlich projiziert, da kein Film vorwärts bewegt werden muss, und es somit auch keine Dunkelphasen zu geben braucht.
Die deutliche Mehrheit aller Digitalprojektoren im Kino funktioniert nach dem DLP-Verfahren, einige auch nach dem LCoS-Prinzip.
DLP Bei DLP (Digital Light Processing, digitale Lichtverarbeitung)-Projektoren wird das eingehende Licht von Chips reflektiert, von sogenannten DMDs (Digital Micromirror Devices, digitale Mikrospiegelvorrichtungen). Wie der Name schon sagt, sitzen auf diesen Chips mikroskopisch kleine Spiegel, die, durch das Anlegen einer Spannung, für jedes Pixel so ausgerichtet werden können, dass sie das Licht entweder reflektieren oder eben nicht. Die Spiegel hat dabei nur zwei mögliche Zustände: an – der Spiegel reflektiert Licht, oder aus – der Spiegel reflektiert kein Licht. Graustufen beim Pixel werden dadurch erzeugt, dass ein Spiegel während der Darstellung eines Einzelbildes nicht nur an- oder ausgeschaltet ist, sondern unterschiedlich lang bzw. oft an- und ausgeschaltet wird (Aber das Bild ist doch bunt?! Nicht verzagen, die Farbdarstellung wird unten erklärt!). Die Umschaltung kann bis zu 5000 Mal pro Sekunde, also für 24 Einzelbilder, erfolgen. Je länger ein Spiegel angeschaltet ist, desto heller der Bildpunkt.
LCoS-Projektoren sind eine Kombination aus DLP- und LCD-Projektoren. Zwar werden letztere nicht im Kino eingesetzt, sie werden hier zum Verständnis des LCoS-Funktionsprinzips aber trotzdem erklärt.
LCD Bei LCD (Liquid Crystal Display, Flüssigkristallanzeige)-Projektoren befinden sich auf dem Chip stabförmige Kristalle in einer Flüssigkeit in einzelnen Zellen zwischen zwei Scheiben, vor bzw. nach denen sich eine Folie aus polarisierendem Material befindet; eine Zelle korrespondiert dabei mit einem Pixel. Diese Flüssigkristalle können nun durch Anlegen einer Spannung dazu gebracht werden, ihre Ausrichtung zu ändern, wodurch sie wiederum die Ausrichtung des durch die erste Folie horizontal polarisierten Licht entweder drehen (aus horizontal wird vertikal) oder nicht. Drehen sie es nicht, kommt es nicht durch die zweite Folie des polarisierenden Materials, da es hierfür vertikal polarisiert sein muss, und der Pixel bleibt dunkel. Um auch hier nicht nur voll oder gar nicht erleuchtete Pixel zu produzieren, sondern ebenfalls Graustufen zu ermöglichen, wird die Lichtstärke auf das für die Helligkeit jedes Pixels erforderliche Maß gebracht, indem der Grad der Polarisierung durch Anlegen einer unterschiedlich starken Spannung verändert wird, also das Licht mehr oder weniger gedreht wird. Für die Steuerung der Lichtstärke müssen die digitalen Daten das Bildes dabei zunächst in analoge Spannungen umgesetzt werden.
LCoS Bei der LCoS (Liquid Crystal on Silicon, Flüssigkristalle auf Silikon)-Technologie wird das Licht wie bei DLP-Projektoren reflektiert, allerdings nicht von Mikrospiegeln, sondern von modifizierten LCD-Chips. Nachdem das Licht die Flüssigkristalle passiert hat, wird es von einer Spiegeloberfläche reflektiert. Auch hier ist es für die Graustufendarstellung nötig, die Lichtstärke zu verändern, und dafür die digitalen Daten in analoge Spannungen umzusetzen.
Kinoprojektoren mit LCoS-Technik stammen von SONY und werden unter der Bezeichnung SXRD (Silicon X-tal Reflective Display) verkauft.
Bildwiederholfrequenz Bei 2K-Auflösung kann die Bildwiederholfrequenz laut DCI-Standard 24 oder 48 Bilder pro Sekunde (frames per second, fps) betragen, bei 4K-Auflösung nur 24. Für höhere Bildwiederholfrequenzen (60, 96 und 120 Bilder pro Sekunde) gibt es bislang lediglich Empfehlungen, keinen DCI-Standard.
Die Projektoren können aber deutlich mehr als diese für die Projektion von 2D-Filmen vorgesehenen 24 bzw. 48 Bilder pro Sekunde projizieren. Bei standardmäßiger 3D-Projektion wird jedes Bild abwechselnd 3 mal projiziert, und da jedes Auge ein eigenes Bild bekommt, beträgt die Bildwiederholfrequenz 144 Bilder pro Sekunde (erst das linke Bild 1, dann das rechte Bild 1, das linke, das rechte, das linke, das rechte, dann das Gleiche für Bild 2, usw.). Hierfür gilt eine 2K-Auflösung. SONYs 4K-Projektoren projizieren beide Bilder gleichzeitig (jedes ebenfalls in 2K-Auflösung), mit einer Bildwiederholfrequenz von 24 Bildern pro Sekunde.
HFR Der erste Spielfilm im digitalen HFR-Verfahren (High Frame Rate, hohe Bildwiederholfrequenz) war „Der Hobbit“ von 2012. Statt der üblichen 24 Bilder pro Sekunde wurde er mit 48 Bildern pro Sekunde gedreht. Dies führt zu einer flüssigeren Bewegungsdarstellung, das gewohnte „Kino-Ruckeln“ entfällt. Mit 48 Bildern pro Sekunde wurde jedoch nur die 3D-Fassung des Hobbit gezeigt, da die höhere Bildwiederholfrequenz auch für einen flüssigeren 3D-Eindruck sorgt, bei dem das Bild bei Kamerabewegungen nicht so sehr verschwimmt wie mit 24 Bildern, und der 3D-Effekt weniger gestört wird. Das Bild wirkt durch HFR allerdings nicht wie ein gewohntes Kinobild, sondern durch die flüssigeren Bewegungen eher wie ein Videobild, wie man es aus Fernsehsendungen kennt, z.B. auch von Seifenopern (so sie denn auf Video gedreht werden). Man spricht deswegen auch vom Soap-Opera-Effekt.
Bei der 3D-Projektion mit HFR mit 48 Bildern werden tatsächlich 192 Bilder pro Sekunde gezeigt, da jedes Bild zweimal projiziert wird, und zwar abwechselnd für das linke und das rechte Auge. Also Bild 1 links, Bild 1 rechts, Bild 1 links, Bild 1 rechts, Bild 2 links usw. So wird einem Flimmern des Bildes vorgebeugt, da ja bei herkömmlicher 3D-Projektion immer nur ein Auge ein Bild sieht, und das andere währenddessen buchstäblich Schwarz.
2016 wurde „Billy Lynn’s Long Halftime Walk“ von Regisseure Ang Lee schließlich sogar mit 120 fps gedreht, dazu noch in 4K-Auflösung und in 3D. Allerdings konnte die Kombination dieser drei Eigenschaften nur in einer Handvoll Kinos weltweit gesehen werden, weil die meisten Projektoren dem nicht gewachsen waren.
Ähnlich verhielt es sich 2019 bei „Gemini Man“, ebenfalls von Ang Lee. Auch er wurde in 4K-3D-120 fps gedreht, die meisten HFR-tauglichen Kinos zeigten ihn aber in 2K-3D-60 fps, Dolby Cinema-Kinos in 2K-3D-120 fps.
Die meisten Projektoren haben zur Zeit eine 2K-Auflösung und basieren auf DLP-Technik. In ihr gibt es auch einige 4K-Projektoren, die es darüber hinaus auch in LCoS-Technik gibt.
Die Farberzeugung
Zur Farbdarstellung wird das Bild bei DLP- sowie LCoS-Verfahren aus den drei additiven Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammengesetzt. Alle heute im Kino eingesetzten Digitalprojektoren haben zur Farbbilderzeugung drei Chips, einen für den roten Anteil des Bildes, einen für den grünen, und einen für den blauen.
Das eingehende Bildsignal muss vom Videoprozessor zunächst in seine roten, grünen und blauen Bestandteile zerlegt werden, damit jeder der drei Chips seinen entsprechenden Farbanteil am Gesamtbild erhält.
Das Licht der Lampe wird durch dichroitische Spiegel (sie reflektieren jeweils nur einen bestimmten Teil des gesamten Lichtspektrums, und lassen den Rest durch) in die drei Grundfarben aufgeteilt, und jede zu einem eigenen Chip weitergeleitet. Einer ist für Rot zuständig, einer für Grün, einer für Blau. Anschließend werden die drei Einzelbilder mittels eines dichroitischen Prismas wieder zusammengeführt, um als farbiges Bild auf die Leinwand projiziert zu werden.
DLP-Projektoren für den Heimgebrauch haben lediglich einen Chip. Der Rot-, Grün- und Blau-Anteil des Bildes wird nicht gleichzeitig, sondern nacheinander dargestellt. Hierzu befindet sich zwischen Lichtquelle und Chip ein rotierendes Farbrad mit Segmenten in Rot, Grün und Blau. Jedes Bild wird drei mal nacheinander dargestellt und der Chip dabei jeweils durch ein anderes Segment des Farbrades beleuchtet: Für den Rot-Anteil durch das rote Segment, für den Grün-Anteil durch das grüne und für den Blau-Anteil durch das blaue. Aufgrund der Beschaffenheit der menschlichen optischen Wahrnehmung erscheint das fertige Bild vollfarbig.
Der Ton
Der Ton liegt bei digitaler Projektion im unkomprimierten PCM-Format vor, wie es auch auf CDs verwendet wird, allerdings mit 48 oder 96 kHz (CD: 44,1 kHz) und 24 Bit (CD: 16 Bit), und kann bis zu 16 Kanäle haben. Für gewöhnlich findet sich bisher jedoch nur die altbekannte 5.1- bzw. 6.1-Konfiguration. „Toy Story 3“ ist der erste Film in Dolby Surround 7.1, er hat einen linken und einen rechten hinteren Center-Kanal. Außerdem gibt es noch Barco Auro und Dolby Atmos
Aktualisiert am 6.1.2020: Abschnitt über HFR erweitert.