Vogt Die Erfindung des Lichttonfilms III b

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b) Verstärkerröhren und Verstärkerschaltungen

Nun sind aber die Spannungsschwankungen, die alle Mikrophone liefern, geradezu winzig. Sie liegen maximal bei etwa 0,01 Volt. Sie bedürfen deshalb der Verstärkung, um kräftige Wirkungen auszuüben. Hierfür verwendet man die Verstärkerröhren, die auch die Einführung des Rundfunks ermöglichten und seit langem allgemein bekannt sind. Sie sind recht komplizierte Gebilde. Aus einem in ein luftleeres Glasgefäß eingeschmolzenen Glühdraht -- der Kathode -- fließen bei angelegter Anodenspannung durch den luftleeren Raum Elektronenströme zur Anode. Diese Anodenströme werden durch eine an die dritte Elektrode, das Gitter, angelegte Steuerspannung, also ohne Leistungsverbrauch in ihrer Stärke reguliert. Diese "wattlos" erfolgende Änderung der Gitterspannung bewirkt eine große Änderung des Anodenstromes, also eine Verstärkung. Gegenwärtig werden diese Röhren von einfacheren Verstärkerelementen, den sogenannten Transistoren, verdrängt.
Als wir 1919 mit unseren Arbeiten begannen, war es aber mit den Verstärkerröhren noch recht schwach bestellt. Zwar waren sie bereits erfunden und -- wie ich glaube -- unabhängig voneinander durch Lee de Forest in Amerika und R. von Lieben in Österreich, aber ihre praktische Brauchbarkeit, ihre Verstärkerwirkung, war noch recht gering. Da es uns an technischem Mut und an der frischen Unbekümmertheit der Jugend nicht fehlte, griffen wir auch dieses Problem an. Das war freilich nicht einfach. Glücklicherweise hatte Dr. Engl Erfahrungen in der Vakuumtechnik. Es dauerte nicht allzulange, dann war das schon erwähnte Kohlenkeller-Hochvakuum-Laboratorium mit Glasbläserei, Vakuumpumpen, Heizöfen und Glasbläsertisch eingerichtet.
Trotz nicht seltener Nackenschläge war es aber immer wieder erstaunlich, wieviel fruchtbare Arbeit im "Kohlenkeller" trotzdem geleistet wurde. Ich möchte hier festhalten, dass vor allem Massolle es war, der im Aufbau der verschiedenartigsten Elektrodenanordnungen und der Erfassung ihrer Eigenschaften durch zahllose Messungen und Kurven unermüdlich werkte und dadurch die Entwicklung des Verstärkerrohres von den kümmerlichen Anfängen der Drei-Elektrodensysteme bis zum Fünf- Elektrodensystem besonders gefördert hat. Es genügte uns nämlich nicht -- dies sei hauptsächlich für die Techniker unter meinen Lesern erwähnt --, nur gute Drei-Elektroden-Verstärkerröhren zu entwickeln.

Wir versuchten, die Verstärkerleistung pro Rohr in jeder möglichen Weise zu steigern, beispielsweise dadurch, dass wir sogar um ein und dieselbe Kathode drei Verstärkungssysteme herumbauten. Sehr bald erwies sich dieser Weg aber wegen der gegenseitigen Einwirkungen der Systeme aufeinander als nicht gangbar. Es wurden dann Verstärkerröhren mit sogenannten Elektronen-Ziehgittern entwickelt, die eine erhöhte Elektronenmenge aus der Kathode heraussaugen sollten. Es wurde auch zwischen dem Steuergitter und der Anode ein drittes Gitter eingefügt, das sogenannte "Schutzgitter", um den verstärkungsmäßig nachteiligen "Durchgriff" der wechselnden Anodenspannungen auf das Steuergitter zu reduzieren. Besonders diese Anordnung, die auch bei all unseren modernen Verstärkerröhren vorhanden ist, erwies sich als besonders wichtig für die Herstellung von Spannungsverstärkerröhren, wie wir sie für unsere mit Widerstandskopplung arbeitenden Verstärkerschaltungen benötigten. Es hat sich nachher allerdings gezeigt, dass diese Röhrenkonstruktion von den Siemenslaboratorien, insbesondere Dr. Schottky, gleichfalls, und zwar zu nur wenig früheren Terminen angegeben worden war, so dass Erfindungsrechte hieraus nicht resultieren konnten. Das Gefühl aber, aus eigener Kraft und mit eigener Erfindungsgabe die so schwierigen Vorgänge im Innern einer Verstärkerröhre erkannt und technisch brauchbare Lösungen gefunden zu haben, stärkte das Vertrauen des einzelnen zu unserem gemeinsamen Können und ließ in kritischen Lagen den Mut der drei Männer nicht sinken.
Die Untersuchung der elektrischen Vorgänge in den Verstärkerröhren -- richtiges Neuland für uns --, durchgeführt an Dutzenden von unterschiedlichen Modellröhren, erforderte großes feinmechanisches und glastechnisches Können und sehr viel systematische Meßarbeit. Sie gipfelten schließlich in einer für Widerstandskopplung geeigneten Verstärkerröhre für 700 Volt Anodenspannung mit einer reproduzierbaren Steilheit von ca. 6 Milliampere Anodenstromänderung pro 1 Volt Gitterspannungsänderung; ein ganz beträchtlicher Wert beim damaligen Stand der Technik und bei den vielen Schwierigkeiten, die diese jungfräuliche Elektronik den Pionieren entgegensetzte. Abb. 7 zeigt ein Foto dieser Röhre. Mit diesen Verstärkerröhren waren alle ersten Aufnahmeapparate und Projketoren bestückt.
Um eine solche Verstärkerröhre zu betreiben, bedarf es einer besonderen Schaltung, und zwar sowohl für die einzelne Röhre als auch für die Verbindung mehrerer Röhren zu einem Verstärker. Auch diese Schaltungen mußten die eingangs erwähnten Bedingungen erfüllen, d.h. in keiner Weise den ursprünglichen Charakter der elektrischen Wechselströme deformieren. Wir wählten seinerzeit hierfür eine Widerstandsschaltung, d.h. eine Schaltung, bei welche die Kopplung der einzelnen Röhren über Hochohmwiderstände, nicht über Transformatoren geschieht. Bei dem damaligen noch unzulänglichen Stand des Transformatorbaues hätte die Verwendung von Transformatoren eine starke Verzerrung des Frequenzganges hervorgerufen.

Die dafür benutzte Schaltung zeigt Abb. 8. Diese Schaltung wurde von uns sowohl für die Aufnahme wie für die Wiedergabe verwendet. Im Falle der Aufnahme konnte entweder das Kathodophon oder ein Kandensatormikrophon benützt werden; bei der Wiedergabe wurde an derselben Stelle die Fotozelle angeschaltet. Dies war dadurch möglich, weil all diese Organe eine regelbare hohe Anodenspannung benötigten. Im Anodenkreis der Endverstärkerröhre wurde bei der Aufnahme die Ultrafrequenzlampe eingeschaltet, außerdem parallel zu einem Kopplungswiderstand ein elektrostatischer Lautsprecher für Kontrollzwecke. Sollte die Schaltung aber für die Wiedergabe dienen, wurde die Ultrafrequenzlampe einfach herausgenommen und über einen entsprechend bemessenen Kopplungswiderstand die elektrostatischen Lautsprecher angebracht.

Einen fertigen Aufnahmeverstärker mit dem Kathodophon, drei Röhren, eine Glimmröhre mit langer Kathode als Aussteuerungsanzeiger zeigt die Abb. 9. Wie der Fachmann dem Bild entnehmen kann, haben wir damals schon "Aussteuerungsanzeiger" verwendet; die Länge des in der Gehrkeschen Glimmlichtröhre auftretenden kathodischen Glimmlichtes war uns ein Maßstab für den maximal zulässigen und einstellbaren Verstärkungseffekt. Neben dem Kontrolltelefon war diese Glimmlampe das geeignete Mittel, die richtige "Aussteuerung" der Aufzeichnungslampe einzuregulieren, d. h. zu verhüten, daß die Schwärzungen des Negativfilmes zu schwach oder zu stark wurden. Zu schwache Lichteindrücke geben zu schwache, kaum über dem "Grundrauschen" des Tonfilms wahrzunehmende Töne; zu starke bedingen Verzerrungen der Amplitude, einen hohen "Klirrfaktor" würde man heutzutage sagen, unreine Tonwiedergabe.

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(Deutsches Museum - Abhandlungen und Berichte - 32. Jahrgang 1964 - Heft2)
Mit freundlicher Genehmigung Deutsches Museum
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