Cine4Home Know How Special: |
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Erläuterungen zum Regenbogeneffekt und dem neuen Cine4Home Testkriterium |
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Bei den aktuellen Projektoren gibt es teilweise sehr große Unterschiede in Bezug auf den Regenbogeneffekt. Die einzige technische Angabe, die Aufschluss über die „Stärke“ dieses Effektes gibt, wurde leider von den Herstellern sehr abstrakt und wenig verständlich gewählt: Mit Farbradgeschwindigkeiten und Segmenten auf dem Farbrad wird hier geworben, ohne einen direkten Zusammenhang zu erklären. Um hier ein wenig „Licht ins Dunkle“ zu bringen, haben wir uns entschlossen, den Regenbogeneffekt in diesem Know-How Special technisch zu erläutern und unser Testkriterium bei unseren Projektoren-Tests zu erweitern.
Inhaltsübersicht: 1. Die sequentielle Farbdarstellung
1. Die sequentielle Farbdarstellung Single-Chip-Projektoren erzeugen die Grundfarben nicht gleichzeitig auf der Leinwand, sondern zeitlich hintereinander, „sequentiell“. Das weiße Licht der Projektionslampe wird durch drei Filter eines Farbrades in seine Grundfarben aufgeteilt und nacheinander auf die Leinwand projiziert.
Die eigentliche Farbmischung entsteht bei dieser Methode erst, durch die Trägheit des Auges, im Gehirn des Betrachters. Die Farbdarstellung ist sozusagen zu schnell, um von uns als getrennte R-, G- und B- Einzelbilder wahrgenommen zu werden. Leider zeigt die Praxis aber, dass selbst modernste DLP-Projektoren immer noch nicht schnell genug arbeiten, um vom Auge in jeder Szene unbemerkt zu bleiben.
Wie lassen sich die unterschiedlichen Ergebnisse in technischen Daten erfassen? Um dies zu erreichen, wird ein einfacher Satz zu Grunde gelegt: Je schneller die sequentielle Farberzeugung, desto unsichtbarer der Regenbogeneffekt. Mit anderen Worten, je schneller sich das Farbrad drehen kann, desto weniger Farbblitzen nimmt der Betrachter wahr. Und genau hier arbeiten die Entwickler stetig an weiteren Verbesserungen, mit Erfolg, wie das nächste Kapitel zeigt:
2. Das Farbrad und seine Geschwindigkeiten Wie bereits erläutert entstehen alle Farben des Videobildes durch die Mischung der einzelnen additiven Grundfarben Rot, Grün und Blau. Für jedes einzelne Videobild muss daher die RGB-Sequenz einmal durchlaufen werden.
Einfache DLP-Projektoren verfügen über ein einfaches RGB-Rad, wie in der Abbildung oben. Pro Videobild dreht es sich einmal um seine Achse (360°) und sorgt zeitlich hintereinander für ein rotes, grünes und blaues Videobild auf der Leinwand. Während jeder Grundfarbe projiziert der DMD Chip dabei genau die Helligkeitsanteile, die für die gewünschte „Endfarbe“ in unserem Gehirn notwendig sind. Dazu ein Beispiel: Soll eine strahlend gelbe Fläche auf der Leinwand erzeugt werden, so wird der DMD-Chip während der Rot- und Grünphase des Farbrades jeweils die maximale Helligkeit erzeugen. Während das Blausegment hingegen aktiv ist, wird er sich „ausschalten“ um keine Blauanteile auf die Leinwand zu leiten. Die zeitlich hintereinander projizierten Rot- und Grünbilder vermischen sich in unserem Auge dann zu einem Gelb (Rot + Grün = Gelb), als wären sie gleichzeitig auf der Leinwand. Nach dieser Methode lässt sich nahezu jeder Farbton, den unser Auge wahrnehmen kann, erzeugen.
Anstatt die Drehgeschwindigkeit des Farbrades zu erhöhen, werden einfach die Rot, Grün und Blaufilter des Rades verdoppelt. Das Farbrad hat nun nicht mehr „nur“ drei Segmente, sondern sechs:
Eine Sechsfach-Geschwindigkeit, wie sie gerade erläutert wurde, sorgt für durchweg gute Ergebnisse mit sehr wenigen Regenbogenartefakten. Und dennoch: Trotz der hohen Frequenz ist unser Auge in bestimmten Szenen immer noch in der Lage, Regenbogeneffekte bei schnellen Bewegungen und starken Kontrasten vereinzelt auszumachen. Man muss aber dazu sagen, dass wirklich nur noch ein sehr geringer Anteil der Menschen die seltenen Regenbogenartefakte als störend wahrnimmt.
Aus unseren bisherigen Ausführungen ist deutlich geworden, dass der Regenbogeneffekt, ähnlich dem Flimmereffekt herkömmlicher Röhrenfernseher, direkt von der Farbfrequenz des RGB-Rades abhängig ist. Je höher diese Frequenz, desto geringer das störende Farbblitzen.
Achtung: Obige „Regel“ bezieht sich auf durchschnittliche Erfahrungen mit Heimkinonutzern. Doch manche Augen reagieren empfindlicher oder auch unempfindlicher auf den Regenbogeneffekt! Der Regenbogeneffekt unterliegt stark dem persönlichen Empfinden. Deshalb gilt: Die eigene Empfindlichkeit gegenüber dem Rainbow-Effekt bei der Vorführung selber testen! Unsere Shopping-Mall-Partner beraten Sie gerne…
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, fallen die technischen Herstellerangaben bezüglich des Farbrades sehr unverständlich bis sogar falsch aus. Wenn überhaupt, sind sie nur bei den technischen Daten unter „Color Wheel“ zu finden. Hier wird die Farbradgeschwindigkeit meist als Faktor angegeben, z.B. „vierfach“ oder „fünffach“. Abgesehen davon, dass überhaupt kein Bezugswert angegeben wird (fünffach von was?), sind diese Angaben meist aus den amerikanischen bzw. japanischen Daten übernommen, die sich nicht auf unser PAL-System beziehen, sondern auf das amerikanische NTSC System. Doch NTSC hat eine andere Bildwiederholfrequenz (60Hz) als PAL (50Hz). Auch die Segmentanzahl ist verwirrend, wirkt sie sich auf den Regenbogeneffekt aus? Wie „übersetzt“ man nun diese Angaben in sinnvolle Werte? 4-fache Farbradgeschwindigkeit bedeutet: RGB-Frequenz von 240Hz bei NTSC-Material, 200Hz bei PAL-Material. 5-fache Farbradgeschwindigkeit bedeutet: RGB-Frequenz von 300Hz bei NTSC-Material, 300Hz oder 250Hz bei PAL-Material. Der Anwender hat hier keine Möglichkeit, die tatsächlich ausgegebene Frequenz bei PAL-Material selbst zu ermitteln. Aus diesem Grund verbessern wir unsere Testkriterien an dieser Stelle:
Cine4Home-Leser haben es ab sofort einfacher. Ungeachtet der Herstellerangaben untersuchen wir ab sofort die RGB-Frequenz eines jeden Projektors mit Hilfe eines speziellen Messsensors für PAL- und NTSC-Material getrennt. Im Ergebnis erhalten wir somit stets genaue Angaben darüber, welche RGB-Frequenzen ein bestimmtes Modell tatsächlich ausgibt. In Verbindung mit der Faustformel aus Kapitel 4 bekommt der Leser so einen verständlichen Überblick über die zu erwartende Regenbogen-Charakteristik des getesteten Gerätes:
An dieser Stelle möchten wir auch allen Herstellern die Anregung geben, in ihren technischen Daten detaillierte RGB-Hz-Angaben in Bezug auf PAL und NTSC zu veröffentlichen.
Soweit so gut, bis hierhin hält sich die Verwirrung unserer Leser hoffentlich in Grenzen. Tatsächlich wird das Thema durch weitere Entwicklungen mancher Hersteller noch etwas komplizierter, dafür aber auch noch interessanter:
Obig vorgestelltes RGBRGB-Farbrad ist das derzeit am weitesten verbreitete Hilfsmittel, um bei moderater Drehzahl eine hohe RGB-Frequenz zu erreichen. Doch manchen Herstellern ist dies nicht genug, und sie haben das Farbrad weiter entwickelt, um andere Bildvorteile zu erreichen. Hier stellen wir die drei interessantesten Varianten vor.
Regelmäßigen Lesern unserer Know-How- und Tuning-Texte ist längst bekannt, dass die derzeitige UHP-Lampentechnologie einer akkuraten Farbdarstellung digitaler Projektoren nicht entgegenkommt. Die Lampen weisen in ihrem Lampenspektrum einen zu geringen Rot-Anteil auf, so dass ihr „natives“ Licht zu kühl für den 6500K-Videostandard ist. Dieses Manko kann nur durch eine analoge Farbfilterung oder einen digitalen Farbausgleich behoben werden. Besonders geschickte DLP-Konstrukteure machen sich hier die Farbfilterung des Farbrades zu Nutze: Um den Rotmangel der Lichtquelle auszugleichen, verdoppeln sie einfach die Fläche der roten Filtersegmente.
Durch diesen Trick wird die Grundfarbe Rot im Verhältnis zu Grün und Blau zeitlich länger auf die Leinwand projiziert, was in unserem Gehirn als eine Verstärkung des Rotanteils interpretiert wird. Mit dieser Methode ist es tatsächlich möglich, das maximale Kontrastverhältnis des Projektors bei korrekten Farben zu erreichen. Leider folgen dieser vorbildlichen Lösung nicht alle Projektoren-Hersteller, da sie mit einem Verlust der Maximal-Helligkeit verbunden ist und die Lumen-Angaben in den technischen Daten nicht mehr so plakativ hoch ausfallen. In den Herstellerangaben sind zudem leider ebenfalls keine weiteren Angaben zur Beschaffenheit des Farbrades zu finden.
Für den DLP-Projektor stellt sich dieses Farbrad demnach wie ein 8-Segment-Farbrad dar. Mit 600Hz Rot- und 300Hz Blau- und Grünfrequenzen ergibt sich eine Gesamtfrequenz von 1200Hz. Hier ist es den Konstrukteuren gelungen, durch richtige Filterwahl und optimierter DMD-Steuerung sowohl die Farbdarstellung als auch den Regenbogeneffekt zu verbessern.
6.2 Acht-Segment Farbrad mit zusätzlichen Dunkelgrün-Anteilen Ein anderes bekanntes DLP-Artefakt ist das sichtbare Bildrauschen in dunklen Bildpartien. Alle Helligkeitsstufen werden bei der DMD-Technik durch unterschiedliche Kippintervalle der einzelnen Spiegel erzeugt. Je höher die Helligkeit, desto schneller die Frequenz. Der Problembereich dieser Technik sind die unteren (dunklen) Helligkeitsstufen. Hier sind die Pixel länger aus- als angeschaltet und die Spiegelfrequenzen reichen nicht aus, um vom Auge unbemerkt zu bleiben. Als Konsequenz erscheinen dunkle Partien im Bild leicht verrauscht, ähnlich dem typischen Filmrauschen. Auch hier haben sich die Konstrukteure Gedanken gemacht und einen Weg gefunden, das Farbrauschen mit Hilfe des Farbrades zu vermindern. Beim Mitsubishi HC2000 und dem Optoma H78 wurden zu diesem Zweck zwei dunkelgrüne Filtersegmente in das Farbrad eingesetzt:
Das Prinzip ist einfach wie genial: Grün ist die Grundfarbe, die für unser Auge die meiste Helligkeit transportiert. Soll eine dunkle Fläche projiziert werden, so kommen die dunklen Zusatzsegmente zum Einsatz. Während sie aktiv sind, kann der DMD-Chip schnelle und rauschfreie Frequenzen schalten, da das Licht durch das Farbrad gefiltert ist. So werden auch dunkle Partien im Bild deutlich rauschärmer. Es können so auch mehr Helligkeitsabstufungen digital erzeugt und „Dithering“ vermieden werden. Doch wie bei vielen technischen Lösungen wird ein Vorteil oft mit einem anderen Nachteil „erkauft“. Der Haken des Farbrades mit doppeltem Dunkelgrün-Segment liegt in dem Umstand, dass für die RGB-Farbfilter weniger Platz verbleibt. Die R-, G- und B- Segmente müssen kleiner werden und so verbleibt dem DMD-Chip weniger Zeit für die Farbmischung. Hinzu kommt, dass während eines Segment-Wechsels (z.B. von Rot nach Grün), sprich während zwei Farbsegmente gleichzeitig im Lichtweg sind, der DMD-Chip inaktiv ist. Diese verkürzte Darstellungszeit macht sich in einer leichten Farbreduktion bemerkbar, wie wir sie z.B. in unserem HC2000 Test aufgedeckt haben. Es handelt sich bei den Farbreduktionen keinesfalls um einen technischen Fehler, sondern um eine technisch bedingte Folge des doppelten Dunkelgrün-Segments! Abhilfe schafft hier wiederum eine Verlangsamung der Farbfrequenz von 300Hz auf 200Hz (beim Mitsubishi HC2000 umschaltbar), dann hat der DMD-Chip wieder mehr Zeit für die einzelnen Grundfarben. Allerdings wird dann der Regenbogeneffekt wieder deutlicher.
6.3 Sieben-Segment Farbrad mit D65-Optimierung Wie könnte das perfekte Farbrad aussehen? Wie wir bereits erläutert haben, sollte ein Farbrad eine möglichst schnelle RGB-Frequenz aufweisen, um den störenden Regenbogeneffekt zu minimieren. Zudem hat es im Idealfall vergrößerte Rot-Segmente, um den Rotmangel der UHP-Lampen auszugleichen und so einen perfekten Weißabgleich bei voller Kontrastausnutzung zu gewährleisten. „Last but not least“ würde sich ein dunkelgrünes Zusatzsegment positiv auf das Rauschen in dunklen Bildinhalten auswirken. Die nahezu perfekte Lösung wäre sozusagen eine Kombination aus allen oben aufgeführten Varianten. So sahen es die Ingenieure der Firma Marantz anscheinend auch, als sie den High-End Projektor VP-12S3 entwarfen.
Wie man im Bild oben erkennen kann, handelt es sich um ein RGBRGB-Farbrad mit zusätzlichem Dunkelgrün-Segment. Die roten Elemente sind deutlich verlängert, um den Rotmangel der Lampen auszugleichen. Der Dunkelgrünfilter sorgt für eine rauscharme Darstellung dunkler Bereiche. Zudem dreht sich dieses Farbrad im Projektor mit einer 5- bzw. 6-fachen Geschwindigkeit (300Hz!), was den störenden Regenbogeneffekt bis ins Unmerkliche vermindert. Leider gibt es bislang nur wenige (und im Preis hoch angesiedelte) Projektoren, die die Farbradoptimierung derart konsequent einsetzen. Bei der Marantz-Version handelt es sich um ein Musterbeispiel, das hoffentlich in Zukunft auch in anderen Modellen zum Einsatz kommt.
Wir hoffen, Ihnen mit diesem Know-How Special einen interessanten und verständlichen Einblick in die Aspekte der Single-Chip-DLP Projektion per Farbrad gegeben zu haben. Es ist schon überraschend, wie viel Know How alleine schon in einem so „kleinen“ Baustein eines Heimkino-Projektors steckt, und wie viel Potenzial es zur Optimierung bietet. Inwieweit sich die Hersteller in Zukunft mit ebensolcher Optimierung Mühe geben, werden wir durch unsere erweiterten Messmethoden der RGB-Frequenzen in kommenden Tests noch genauer untersuchen.
3. Juni, 2005, Ekkehart Schmitt |
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