Moiré zwischen Bildraster und Flächenstruktur

Moiré ist ein grobes Streifen- oder Wellenmuster, das aus der Überlagerung zweier feiner regelmäßiger Raster entsteht. Im Heimkino sind das fast immer dieselben zwei: das Punktraster des Projektors und die Struktur der Bildfläche — die Löcher einer perforierten Leinwand, das Gewebe eines schalldurchlässigen Tuchs, die Ringe einer Fresnel-Fläche.

Der Name stammt aus der Textilbranche: Moire heißt ein Stoff mit gewässerter, wolkig geflammter Oberfläche, und genau so sieht der Effekt auf einer Bildfläche aus.

Warum aus zwei feinen Rastern ein grobes Muster wird

Der Effekt wirkt zunächst widersinnig: Beide beteiligten Strukturen sind so fein, dass niemand sie auf dem Sitzplatz einzeln erkennt — und trotzdem sieht man ihr Zusammenspiel über die halbe Bildfläche laufen. Dahinter steckt eine Schwebung. Zwei Raster ähnlicher Teilung sind an manchen Stellen deckungsgleich, laufen dann langsam auseinander und decken sich einige Zentimeter weiter wieder. Der Abstand zwischen zwei solchen Deckungsstellen ist die Periode des sichtbaren Musters, und die kann um ein Vielfaches größer sein als die der beiden Raster.

Zwei Größen bestimmen, wie grob das Muster wird.

Der Unterschied der Teilungen. Liegen zwei parallele Raster nur fünf Prozent auseinander, ist das entstehende Streifenmuster rund zwanzigmal so grob wie die Raster selbst. Bei einer Bildbreite von drei Metern und einem 4K-Raster ist ein Bildpunkt gut 0,78 Millimeter breit — an der Grenze dessen, was ein Auge auf drei Metern Entfernung überhaupt trennt. Fünf Prozent Abweichung machen daraus ein Streifenmuster von etwa anderthalb Zentimetern Periode, und das ist auf jedem Platz im Raum unübersehbar.

Der Verdrehwinkel. Sind beide Raster gleich fein und nur gegeneinander verdreht, gilt für den Streifenabstand D bei der Teilung p und dem Winkel α die Beziehung

D = p / (2 · sin(α/2)) für kleine Winkel: D ≈ p / α

Sie steht quer zu der Faustregel, die man überall liest. Zwei Grad Verdrehung ergeben ein Muster mit fast dreißigfacher Periode — also ein sehr grobes und sehr sichtbares. Erst bei dreißig Grad schrumpft die Periode auf weniger als das Doppelte der Rasterteilung und verschwindet damit wieder im Unsichtbaren. Ein bisschen schief hängen hilft also nicht; es macht die Sache schlimmer.

Der zweite Weg aus dem Muster heraus verlässt die Regelmäßigkeit ganz. Beschrieben ist er in einer Patentschrift zur Lochanordnung von Kinoleinwänden: Moiré entsteht dort, wo die Ortsfrequenzen von Lochmuster und Pixelraster in einem rationalen Verhältnis stehen, sich also als Verhältnis ganzer Zahlen schreiben lassen — am schlimmsten, wenn die Lochteilung der Pixelteilung gleicht oder ein glattes Vielfaches davon ist. Wird die Lochlage stattdessen halbzufällig gestreut, mit einer Streuung deutlich unterhalb der Lochteilung, gibt es keine feste Frequenz mehr, mit der das Pixelraster schweben könnte.

Wo der Effekt im Heimkino auftritt

Die perforierte Leinwand ist der klassische Fall. Ihr Lochraster ist gestanzt und damit exakt regelmäßig — die beste Voraussetzung für eine saubere Schwebung. Die Hersteller begegnen dem über die Geometrie des Musters: Harkness gibt für sein 4K-Muster an, senkrechte und waagerechte Lochreihen gegeneinander phasenverschoben zu haben, bei 4,1 Prozent offener Fläche und über 65.000 Löchern je Quadratmeter. Stewart setzt für die Mikroperforation auf ein rautenförmiges Muster, das nach eigener Darstellung gegen Moiré ausgerichtet ist, mit über 30.000 Löchern je Quadratfuß bei einem Lochdurchmesser von zwanzig Tausendstel Zoll. Beide Wege beschreiben dasselbe Ziel: die Deckungsgleichheit mit einem quadratischen Pixelraster erschweren.

Das gewebte Tuch gilt als der ruhigere Weg, ist aber nicht frei davon. Ein Gewebe hat ebenfalls eine Teilung — nur ist sie durch die Fadendicke und die Webart weniger scharf definiert als ein gestanztes Loch, und genau diese Unschärfe schwächt die Schwebung ab. Silver Ticket schneidet das eigene Gewebe deshalb in leichtem Winkel zu und webt es eng; die Angabe, dass grundsätzlich jedes akustisch transparente Material sich ungewollt mit dem Pixelraster ausrichten kann, stammt vom selben Hersteller.

Die Fresnel-Fläche bringt ihre eigene Struktur mit: konzentrische Ringe, die das Licht umlenken. Auch sie können sich mit dem Punktraster überlagern, und weil die Ringe zur Bildmitte hin einen anderen Abstand haben als am Rand, ändert sich das Muster über die Fläche. Ausgeführt ist das bei der Fresnel-Leinwand.

Foto und Video von der Bildfläche sind der vierte Fall und der einzige, der niemanden im Raum stört. Ein Kamerasensor ist selbst ein Raster und tastet die Bildfläche ab; Moiré ist dort ein Sonderfall des Alias durch Unterabtastung. Deshalb zeigen Handyfotos von einer Leinwand oft Streifen, die im Raum niemand sieht — ein schräger Aufnahmewinkel von etwa dreißig Grad hilft dagegen, und das aus demselben Grund, aus dem eine deutliche Verdrehung der Bildfläche hilft.

Was hilft — und in welcher Reihenfolge

Moiré ist eine Eigenschaft der Paarung aus Gerät und Fläche, nicht eines der beiden Teile. Deshalb steht am Anfang eine Entscheidung und nicht ein Handgriff.

Die Materialwahl entscheidet zuerst. Ein Gewebe ist gegenüber der Perforation der risikoärmere Weg, besonders bei kurzem Sitzabstand und hoher Auflösung. Wer perforiert, wählt ein Muster, das der Hersteller ausdrücklich für 4K und höher rechnet — Strong/MDI führt für 1080p und für 4K getrennte Lochmuster und empfiehlt bei Sitzabständen unter etwa 4,5 Metern Mikro- oder Miniperforation.

Die Geometrie des Aufbaus wirkt als Zweites. Bildbreite, Sitzabstand und Projektorabstand legen fest, wie groß ein Bildpunkt auf der Fläche wird — und damit, in welchem Verhältnis er zur Lochteilung steht. Eine kleine Änderung am Zoom verschiebt die Pixelteilung um wenige Prozent und kann das Muster dadurch aus dem kritischen Bereich schieben. Denselben Zweck erfüllt ein leichtes Versetzen des Projektors.

Erst zuletzt kommt das Verdrehen der Fläche, und dann richtig: Zwei Grad machen das Muster gröber, nicht schwächer. Wo Hersteller einen schrägen Zuschnitt vorsehen, ist der Winkel Teil der Materialkonstruktion und nicht als Feinjustierung vor Ort gedacht.

Über die Bildschärfe geht es nicht. Ein leichtes Weichzeichnen über die Fokussierung schwächt das Muster ab, kostet aber genau die Auflösung, für die die Anlage bezahlt wurde. Umgekehrt gilt: Eine aufgedrehte Kantenanhebung im Gerät verschärft das Raster und damit auch das Muster — das ist eine der Stellen, an denen die Bildkalibrierung sichtbar in die Optik hineinwirkt.

Häufiges Missverständnis

„Ein bisschen schräg hängen, dann ist das Muster weg." Der Satz ist verbreitet und in dieser Form falsch. Nach der Beziehung zwischen Verdrehwinkel und Streifenabstand macht eine kleine Verdrehung das Muster gröber und damit auffälliger. Hilfreich ist erst ein deutlicher Winkel, und der ist bei einer rechteckigen Bildfläche keine Option — deswegen lösen die Hersteller das Problem in der Musterkonstruktion und nicht in der Montage.

„Moiré ist ein Fehler der Leinwand." Er gehört zum Paar. Dieselbe Fläche kann mit einem Gerät völlig unauffällig sein und mit dem nächsten Streifen zeigen, weil sich die Pixelteilung geändert hat. Aus der Gewährleistungssicht ist das die unangenehme Seite des Effekts; aus der Planungssicht die brauchbare, weil sich an beiden Seiten ansetzen lässt.

„Auf dem Foto sieht man es, also ist es da." Ein Kamerasensor erzeugt sein eigenes Moiré mit der Bildfläche, und das hat mit dem Seheindruck im Raum nichts zu tun. Beurteilt wird auf dem Sitzplatz mit dem Auge, nicht am Handydisplay.

„Hohe Auflösung macht das Problem kleiner." Eher umgekehrt. Je feiner das Pixelraster, desto näher kommt es der Lochteilung typischer Muster, und desto eher entsteht ein rationales Verhältnis. Dass die Hersteller eigene Lochmuster für 4K entwickelt haben, ist die Antwort auf genau diesen Zusammenhang.

Nicht zu verwechseln mit

• Fliegengittereffekt: Das Punktraster selbst, sichtbar als feines Gitter zwischen den Bildpunkten. Es steht still, sitzt überall im Bild und wird mit größerem Sitzabstand weniger. Moiré ist gröber als beide beteiligten Raster und wandert mit dem Blickwinkel.
• Sichtbare Perforation: Die Löcher als solche, erkennbar bei zu kurzem Sitzabstand. Das ist ein Abstandsproblem und lässt sich vorher ausrechnen; beim Moiré geht das nicht.
• Rasterstruktur einer LED-Wand: Dort ist das Raster die Bildfläche selbst, es gibt also keine zweite Struktur, mit der es schweben könnte. Moiré tritt bei LED-Wänden vor der Kamera auf, nicht vor dem Auge.
• Unschärfe und Konvergenzfehler: Beide nehmen dem Bild Struktur oder legen Farbsäume an die Kanten. Ein Wellenmuster über der Fläche kommt dabei nicht heraus.

In der Planung

Ein Kinoraum mit 3,20 Metern Bildbreite, die vordere Sitzreihe 3,10 Meter vor der Fläche, drei Frontlautsprecher sollen hinter das Bild. Die akustisch transparente Fläche ist damit gesetzt — und mit ihr die Frage nach dem Muster.

Den Anfang macht eine Rechnung: Wie klein wird ein Bildpunkt auf dieser Fläche, und wie nah sitzt der vorderste Platz? Bei 3,20 Metern Breite und einem 4K-Raster liegt ein Bildpunkt bei gut 0,8 Millimetern; auf 3,10 Metern Entfernung ist das für ein normal sehendes Auge gerade noch auflösbar. Damit sind beide Risiken gleichzeitig im Spiel — sichtbare Struktur und Schwebung mit der Fläche.

Entschieden wird damit das Material und nicht das Gerät: Bei dieser Kombination ist das gewebte Tuch der sicherere Weg, und wenn es aus akustischen Gründen perforiert sein soll, dann in Mikroperforation mit einem ausdrücklich für 4K gerechneten Muster. Beide Wege verlangen dieselbe Absicherung vor der Endmontage — Testbild mit feiner Struktur, Sichtprüfung von der vordersten Reihe, und zwar bevor Rahmen und Vorsatzschale geschlossen sind. Denn was danach noch hilft, ist Zoom und Projektorposition, und beides ist nach dem Schließen der Wand nur noch eingeschränkt zu ändern.

Die Geräteauswahl kommt zuletzt und bringt eine Frage mit, die kein Datenblatt beantwortet: Welche Bildpunktbreite ergibt sich mit diesem Gerät auf dieser Bildbreite, und liegt sie in der Nähe der Lochteilung des gewählten Musters? Die Lochteilung nennen die Hersteller allerdings selten — Harkness gibt die Lochzahl je Quadratmeter und den offenen Flächenanteil an, Stewart die Lochzahl je Quadratfuß und den Durchmesser.

Verknüpfte Inhalte

Das Punktraster selbst — wann es sichtbar wird und wie sich der kritische Sitzabstand berechnen lässt — steht beim Fliegengittereffekt. Warum eine Bildfläche überhaupt Löcher oder ein Gewebe hat, welchen akustischen Preis das kostet und wie die beiden Bauarten sich sonst unterscheiden, klärt die akustisch transparente Leinwand. Die Ringstruktur als dritte Quelle des Effekts behandelt die Fresnel-Leinwand; den Überblick über die Bauarten gibt Leinwand-Bauformen. Wie ein Gerät mit Zwischenbildverschiebung sein Raster aufbaut, steht bei Pixel-Shift, und warum eine aufgedrehte Kantenanhebung dem Bild schadet, bei der Bildkalibrierung.

Quellen

Dass Moiré das Schwebungsmuster zweier Gitter annähernd gleicher Teilung ist und wie Streifenabstand, Teilungen und Verdrehwinkel zusammenhängen, stammt aus der Optikliteratur; die Fassung der Formeln, die Wortherkunft aus dem Textilbereich und die Einordnung des Kamerafalls als Alias durch Unterabtastung sind über ein allgemeines Nachschlagewerk belegt und mit einem Prüfvorbehalt versehen. Die Bedingung des rationalen Frequenzverhältnisses und der Weg über eine halbzufällige Lochverteilung stehen in einer Patentschrift zur Lochanordnung von Kinoleinwänden. Die Angaben zu den Lochmustern — offener Flächenanteil, Lochzahl, Musterform, phasenversetzte Reihen, getrennte Muster für 1080p und 4K, empfohlene Mindestabstände — stammen von den Leinwandherstellern selbst und sind als deren Darstellung zu lesen.

Keine dieser Quellen nennt eine Lochteilung in Millimetern, und deshalb steht hier auch keine.