Betrachtungen zu Sehbedingungen bei TV-Sendungen: Teil 1

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Die einfache Mathematik der Betrachtungsentfernung

Seit dem die Displays zunehmend größer werden und mehr Zeilen bei gleicher Bildhöhe darstellen können, geistert eine Vielzahl von Angaben, Tabellen und ähnlichem über die Betrachtungsentfernungen zum Display herum, die in den meisten Fällen gar nicht mal ganz so falsch sind. Falsch sind aber ganz wesentlich die Einordnungen von Begriffen, es besteht oft großes Unverständnis gegenüber den Zusammenhängen ganz allgemein und vor allem den Randbedingungen, die meist gar nicht in Betracht gezogen werden oder werden können. Es sei deshalb hier der Versuch erlaubt, Klarheit zu vermitteln. In diesem hier vorliegenden 1. Teil sind das erst einmal Grenzbetrachtungen zum Display selbst. Allerdings gehört zur Klarheit auch zu begreifen, dass zwischen erreichbarer Qualität und tatsächlicher Realisierung große Unterschiede zu finden sind, die bedingt durch unterschiedliche Gewichtung von Parametern (HD 720/1080), auch durch technische Raffinessen (Codierung) usw. eine genaue Bewertung nicht nur erschweren sondern in der Praxis bei 2k-TV fast unmöglich machen. Schließlich wird es noch einen dritten Teil geben, der sich mit 4k-TV und darüber hinaus beschäftigt.

Die Sehschärfe und das Display

Ob wir die Fernsehzeilen eines Displays erkennen können oder nicht hängt im Wesentlichen von der Höhe des Displays, der Anzahl an Fernsehzeilen ab und davon, wie weit wir bei der Betrachtung vom Display entfernt sind. Aber auch, wie hell das Bild ist, und letztendlich, ob wir überhaupt ein Wiedergabebild haben, das die Auflösung des Displays „ausreizt“. Auf weitere Parameter, die zur Darstellung guter Bilder auf dem TV-Gerät wie Hintergrundbeleuchtung, Gamma, Vorderlicht wird hier nicht eingegangenen [1].

Der Visus

Um für die Praxis brauchbare Entfernungswerte zu finden orientieren wir uns bei den Empfehlungen für den Betrachtungsabstand von Fernsehbildern vollkommen korrekt erst einmal an der Sehschärfe des Menschen. Fachlich heißt sie der Visus. Er wird vom Augenarzt oder vom Optiker als dimensionsloser Wert nach der Europäischen Norm EN ISO 8596 bestimmt, und zwar mit Sehtafeln mit bestimmten Zeichen (Landoltschen Ringen und Buchstaben bei den älteren aber heute meist noch immer üblichen Methoden). Sie gestatten durch die genaue Festlegung der Betrachtungsbedingungen die Ermittlung des kleinsten erkennbaren Sehwinkels. Wird eine Sehschärfe, ein Visus, von 1,0 erreicht, so bedeutet es, dass das Auflösungsvermögen des Untersuchten dem Winkel einer Bogenminute entspricht (also 1/60 Grad). Die Wahl der Bogenminute als „Standard“ für die Sehschärfe hat historische Gründe, die hier nicht näher erläutert werden sollen [2]. Bei modernen Messverfahren und Messung der psychometrischen Funktion ergibt sich bei augengesunden, jungen Probanden sogar eine Sehschärfe um 2,0, was 0,5 Bogenminuten entsprechen würde. Dieser Wert darf deshalb als eine Art Obergrenze (keine absolute) angesehen werden, der bei idealen Bedingungen und einem jugendlichen Alter auch zu finden ist.

1-Bogenminute-Regelung

Als Grundlage für alle Angaben von Testtafeln und somit auch Displays gilt die 1-Bogenminute-Regelung. Darauf basieren auch die hier in der Tabelle gemachten Angaben. Dabei geben nach wie vor Augenärzte und Optiker oft den Visus als Prozentwert an, wobei ein Visus von 1,0 100% entspräche. Das ist zwar für die meisten Menschen verständlicher aber eigentlich falsch und es gibt auch Empfehlungen, diese Prozentzahlangabe nicht zu wählen. Wer zum Beispiel einen Visus von 1,5 hat, für den wären es dann 150%, was Verwirrung schafft, weil es ja eigentlich „scharfes Sehen“ über 100% für die betreffende Person nicht geben könnte. Die wenigsten wissen, dass damit per Definition 150% des Normalsichtigen gemeint sind, des Normalsichtigen mit einem Visus von 1,0.

Der Visus ist unterschiedlich, selbst bei derselben Person kann er leicht schwanken. Die Sehschärfe ist tagesabhängig, gesundheitsabhängig (Diabetis als Stichwort) und ganz besonders altersabhängig. Allgemein ist der Visus höher bei 20-Jährigen und nimmt mit zunehmendem Alter ab. 70-Jährige mit einem Visus über 1,0 sind seltener, umgekehrt ist ein Visus zwischen 1,0 bis 0,5 in dem Alter „normal“ im Sinne von mehrheitlich üblich.

Im Alter nimmt auch die Akkomodationsfähigkeit ab, die beste Sehschärfe liegt dann irgendwo zwischen einem Nahbereich und Unendlich. Für die Betrachtungen der Erkennbarkeit bei Displays wird natürlich die höchstmögliche Schärfe je nach Entfernung herangezogen und der erreichbare Visuswert mit Brille (wenn nötig) ist dann der entscheidende. Er ist übrigens oft auch je Auge unterschiedlich. Welches Auge dominiert, ist personenbezogen unterschiedlich (bei Rechtshändern meist das rechte Auge). Sofern aber nicht gravierende Unterschiede zwischen beiden Augen bestehen, wird man damit wenig Probleme haben (eventuell etwas bei 3D).

Die maximale Sehschärfe ist eigentlich nur für einen winzigen Bereich auf der Netzhaut gültig. Auch das bemerken wir in der Realität selten, weil wir, wenn wir etwas ganz genau sehen wollen, den Kopf „automatisch“ entsprechend drehen, um den avisierten Punkt auf die Fovea centralis (den Bereich des schärfsten Sehens) zu projizieren [3].

 

Bei der Diskussion der Betrachtungsentfernungen wird also der 1-Bogenminuten-Normalbetrachter, und werden ideale Bedingungen des Tagessehens und damit eines höchstmöglichen Kontrasts angenommen. Aber natürlich haben wir noch nicht über die Qualität der Bildvorlage bzw. der Übertragung geredet. Denn die ganzen Berechnungen gehen still schweigend einfach davon aus, dass wir ein Bild wiedergeben, das so scharf ist, dass wir die Auflösungsqualität des Displays auch tatsächlich wahrnehmen können. Solch eine Annahme klingt zwar logisch und selbstverständlich, ist indessen meist ein frommer Wunsch. Damit wir nun aber nicht, wie das häufig passiert, wieder alles zusammen „in einen Topf werfen“, betrachten wir erst einmal, wo der Grenzwert ist, an dem die Zeilen bzw. Pixel sichtbar werden bzw. noch unsichtbar sind.

Grenzwertebetrachtung

Die Tabelle zeigt auf der linken Seite die Diagonale in inch (Zoll) und da das Format eines TV-Empfängers auf 16:9 festgelegt ist, die sich daraus ergebende Breite und Höhe in cm (!) ohne baulich bedingten Rand. Die weiteren Spalten zeigen den eben genannten Grenzwert der Zeilenerkennung für den ebenfalls gerade erwähnten 1-Bogenminuten-Seher auf. Alle Betrachtungsangaben wurden dabei exakt mit 1 Bogenminute in Zentimetern berechnet.

Und da ich neugierig bin, habe ich die Werte mit der H-Regel verglichen. Es zeigte sich, dass sie ganz hervorragend funktioniert. Die Abweichung gegenüber der exakten Berechnung ist marginal und spielt in der Praxis nicht die geringste Rolle. Die H-Regel lautet, dass die Bildhöhe (nicht die Diagonale) mit einem bestimmten Faktor multipliziert den Grenzbetrachtungsabstand darstellt und die Faktoren für 2k (1920x1080 Bildpunkte) sind 3H, für die jetzt im Gespräch befindlichen und kommenden 4k-TV-Geräte (3840x2160) sind es 1,5H, für den ebenfalls bereits genormten 8k-Standard (7680x4320) sind es 0,75H. Das heißt, man braucht in der Praxis eigentlich gar keine komplizierten Taschenrechnerspielereien mit dem Tangens sondern nur die Höhe des jeweiligen Displays mit dem jeweiligen Faktor zu multiplizieren, was man nötigenfalls noch per Kopfrechnen schafft.

Im Klartext bedeutet der Betrachtungsabstand, dass man bis auf den dort genannten Wert an das Display herangehen darf, ohne dass eine Zeilenstruktur erkennbar wird – aber nur, wenn Sie ein Normalmensch im Sinne des „1-Bogenminuten-Sehers“ sind.

Die Sehschärfe ist nicht gleich

Die Abweichungen von dem genannten Grenzwert können realistisch durchaus beträchtlich sein. Gehen wir mal von einem ganz normalen heutigen 2k-Empfänger aus mit einer ebenfalls recht üblichen Bilddiagonalen von 42 inch. Und nehmen wir mal an, in dem Haushalt wohnen drei Generationen, die Oma (angenommener Visus 0,7, die Mutter (Visus 1,0) und die Tochter (Visus 1,4), alle drei also mit ganz typischen und realistischen Sehschärfen. Die Tabelle weist aus, dass der typische Grenzwerte-Betrachtungsabstand (der gleichzeitig der optimale Betrachtungsabstand ist) für die Mutter (Normalbetrachter) 1,6 m beträgt. Die Oma müsste auf 1,13 m heranrücken, während die Tochter bei 2,2 m Abstand sitzen könnte. Alle drei hätten dann den gleichen optimalen 2k-Schärfeeindruck. Dieses kleine vielleicht etwas albern wirkende konstruierte Generationenbeispiel sei nur deshalb schon mal angeführt, um ein „Gefühl“ dafür zu bekommen, dass die sich rechnerisch ergebenden Werte im realen Leben nicht mit der in der Tabelle exakten extremen Genauigkeit bewertet werden sollten.

Ein breiter Toleranzbereich

Bleiben wir beim Normalbeobachter, so zeigen die Werte beispielsweise der Mutter mit dem normalen Visus von 1,0, dass sie aber auch in 3 m Entfernung sitzen könnte und dann rein rechnerisch zwar kein optimales 2k-Bild sehen würde, aber immerhin noch eines, das leicht besser wäre als das gleiche Bild über Standard-TV mit 576x720 Bildpunkten. Das heißt, wenn jemand aus 2,7 m Entfernung, und dass soll ja die statistisch gesehen am häufigsten zu findende Entfernung in englischen Haushalten sein, sein 2k-Bild betrachtet, ist es von der Auflösung her immer noch ein klein wenig besser als ein SD-Bild. Die H-Regel ist nicht falsch, kennzeichnet aber nur die optimale (!), also die höchstmögliche Schärfe. Aber alles bis zum in dem Fall knapp 6-fachen H-Wert wäre dann immer noch besser als beispielsweise SD.

Wollen wir Zeilen schauen oder Bilder?

Die sich rein rechnerisch korrekt ergebenden Werte anzugeben ist die eine, die übliche Seite. Aber das sind genau genommen erst einmal nichts weiter als Grenz- und Toleranzbetrachtungen betreffend die Zeilenstruktur der Displays. Die in der Tabelle angegebenen Betrachtungsabstände gaukeln damit eine fast wissenschaftliche Präzision vor, die in dieser Form absolut nicht gegeben ist, weil es ja der Sinn ist, Bilder darauf anzuschauen. Und da kommen wir zu ganz anderen Realitäten und damit auch anderen Betrachtungswerten. Davon handelt der 2. Teil des Beitrags, der in einer Woche erscheinen wird. Er bezieht sich überwiegend auf die heutigen HDTV-Bilder (2k-TV). Ein dritter Teil wird sich dann auch mit 4k-TV und darüber hinaus beschäftigen.

 
Norbert Bolewski
 
(Fortsetzung folgt)
Schrifttum
 
[1] Großkopf: Rundfunktechnische Mitteilungen (RTM) 1958-2, 1961-6
[2] Schober: Das Sehen I, S. 232ff, das Sehen II S. 244 (1957)
[3] Schober, das Sehen I 3.10 Das Gesichtsfeld (1970)
 
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