數(shù)字影院銀幕亮度及其保持探析論文
近年來(lái)，數(shù)字多廳影院如雨后春筍般在我國(guó)大中城市建設(shè)發(fā)展，預(yù)計(jì)到今年年底達(dá)到30000塊銀幕的規(guī)模。數(shù)字電影放映飛速發(fā)展的同時(shí)，放映質(zhì)量的提高成為業(yè)內(nèi)外普遍關(guān)心的問(wèn)題。今年，國(guó)家新聞出版廣電總局多次通過(guò)下發(fā)文件、召開會(huì)議形式，要求各院線和影院重視放映質(zhì)量，維護(hù)廣大電影觀眾的利益。電影放映質(zhì)量主要有聲光兩個(gè)方面，如聲音的響度、頻譜、失真度;畫面的亮度、均勻度、對(duì)比度、色度、清晰度等等，當(dāng)前影院最為突出的是銀幕亮度問(wèn)題。
亮度標(biāo)準(zhǔn)
銀幕亮度是指放映機(jī)投射到銀幕上的光線經(jīng)反射而形成的反射光的明亮程度，過(guò)亮?xí)杏X(jué)刺眼，過(guò)暗會(huì)使眼睛感覺(jué)疲勞。所以亮度指標(biāo)是電影放映質(zhì)量的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。目前我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，數(shù)字影院2D放映銀幕中心亮度為48±10.2cd /m2(14±3fl ); 3D 放映銀幕中心亮度為13～22cd /m2 ，中心參考值為16cd/ m2(與好萊塢標(biāo)準(zhǔn)4.5fl接近)。本人認(rèn)為其中3D 放映亮度指標(biāo)是基于目前設(shè)備的技術(shù)條件而制定的，指標(biāo)值相對(duì)還是較低的，從觀眾觀看3D 電影的舒適度要求來(lái)看，隨著放映設(shè)備條件的改善，特別是激光光源的使用，這個(gè)指標(biāo)值還會(huì)做相應(yīng)提高。目前 DCI 組織已經(jīng)對(duì)這一指標(biāo)提出了新的標(biāo)準(zhǔn)要求，推薦標(biāo)準(zhǔn)為采用普通光源單機(jī) 3D放映的中心峰值亮度為7fl±2fl ，采用激光光源放映或雙機(jī)放映 3D的銀幕中心峰值亮度為 14fl±2fl 。所以如何提高和保持符合規(guī)范的銀幕亮度是影院普遍關(guān)心的問(wèn)題。
跟電影放映有關(guān)的幾個(gè)光度學(xué)概念在弄清銀幕亮度的影響因素之前，我們先來(lái)了解一下幾個(gè)概念：
1.光強(qiáng) .用符號(hào)I表示，定義為光源在給定方向的'單位立體角內(nèi)所輻射的光通量的大小稱為光源在這個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度，單位為坎德拉，符號(hào)cd 。這里需要注意的是發(fā)光強(qiáng)度概念是針對(duì)點(diǎn)光源而言的，或者是發(fā)光體的大小相對(duì)于照射距離比較小的場(chǎng)合。(我們目前普遍使用的4KW 氙燈的發(fā)光強(qiáng)度大約在14000cd左右。)
2.光通量 .用符號(hào) Φ 表示，某一光源表面在單位時(shí)間內(nèi)向各個(gè)方向輻射出所有波長(zhǎng)光的能量稱為輻射通量，光源對(duì)不同波長(zhǎng)光的輻射通量不同，我們把光源在可見光范圍內(nèi)各波長(zhǎng)光的輻射通量總和稱為光源的光通量，單位是流明，符號(hào)lm 。對(duì)于一個(gè)均勻發(fā)光、光強(qiáng)為I的點(diǎn)光源來(lái)說(shuō)，它向四周輻射的總光通量 Φ=4πI ;(一個(gè)4KW 氙燈的光通量大約是 Φ=4×3.14×14000=175840lm ，在我們數(shù)字電影放映中，實(shí)際能夠投射到銀幕上被利用的大約在18000lm ，稱有效光通量。)3.光照度和光亮度 .光照度符號(hào)E是光線照射在某個(gè)表面的強(qiáng)度，定義為1lm 光通量均勻照射在1m2的表面的光照度為1Lx ，照度E=Φ / S (S為被照表面面積)。所以照度跟被照物體表面無(wú)關(guān)，只是相對(duì)于被照地點(diǎn)而言的一個(gè)概念 (電影放映銀幕照度一般要求為80～250lx );光亮度符號(hào) L ，是單位面積在某個(gè)方向上單位立體角內(nèi)所輻射的光強(qiáng)，從定義就可以知道這個(gè)亮度是針對(duì)面光源而言，可以是主動(dòng)發(fā)光和被動(dòng)發(fā)光的面光源，亮度表示一塊小的面積明亮程度，它不僅取決于發(fā)光光源光通量，而且與等價(jià)發(fā)光面積和反射的會(huì)聚程度有關(guān)。對(duì)于一個(gè)被動(dòng)發(fā)光表面來(lái)說(shuō)，如果它在各個(gè)方向的亮度是相同的，那么稱這個(gè)面為全擴(kuò)散面，全擴(kuò)散面的亮度和照度值關(guān)系為即亮度公式為 L=K*E / π=K*Φ / S*π ，式中 K為全擴(kuò)散面的反射系數(shù)， π 為圓周率。電影院銀幕就是一個(gè)被動(dòng)發(fā)光表面，其有關(guān)各量關(guān)系遵循這個(gè)規(guī)律。
目前我國(guó)市場(chǎng)使用較多的巴可氙燈數(shù)字放映機(jī)簡(jiǎn)易放映光路，圖中從燈到鏡頭部分為放映機(jī)光路內(nèi)部結(jié)構(gòu)，要想獲得合適的銀幕亮度，結(jié)合亮度公式 L=K*Φ / S*π 可知，首先必須選配相對(duì)于銀幕面積具有合適光通量 (Φ )輸出的數(shù)字放映機(jī)型號(hào)，然后是選配合適反射系數(shù) (銀幕增益系數(shù))的銀幕，其次要注意的是采用合格的放映窗 (我們?cè)?jīng)對(duì)放映窗的透光率進(jìn)行過(guò)比較測(cè)試，一款是沈陽(yáng)匯博的，另一款無(wú)廠家標(biāo)示，測(cè)量結(jié)果是沈陽(yáng)匯博款的透光率 98% 、另款91% ，相差較大)。對(duì)于兼映3D影廳而言，當(dāng)然還要考慮偏光、分色3D設(shè)備對(duì)光能的損失，所以在選配放映機(jī)型號(hào)時(shí)，要按照3D放映亮度標(biāo)準(zhǔn)要求適當(dāng)留有余量的原則來(lái)選取。
我們以 DP2K-20C為例，利用亮度公式來(lái)推導(dǎo)一下在它支持的2D最大銀幕寬度條件時(shí)銀幕的亮度值，本指標(biāo)計(jì)算條件規(guī)定銀幕增益是1.8 ，在使用4K氙燈亮度衰減為10%時(shí)光通量為18000×(1-10% )=16200lm ，所 以 理 論 亮 度 值 L=1.8×16200÷(3.14×20÷2.39×20 ) ≈55cd / m2 ，當(dāng)然這是氙燈在滿功率使用的亮度值，實(shí)際使用中，通常我們2D放映時(shí)會(huì)把新氙燈使用功率設(shè)置在標(biāo)稱功率的80～85% ，這樣它的亮度應(yīng)該在44～46cd / m2 ，這個(gè)數(shù)值也符合規(guī)范48±10.2cd / m2的要求。那么為什么3D放映時(shí)該機(jī)最大銀幕寬度推薦值為10米呢?我們同樣可以用上述公式來(lái)進(jìn)行初略推算，其實(shí)3D放映時(shí)無(wú)論采用主動(dòng)式還是被動(dòng)式設(shè)備 (被動(dòng)式包括分色、偏光)，相對(duì)以2D 放映而言，其光利用率是很低的，普通3D設(shè)備的光利用率只有2D放映時(shí)的10%到15%左右 (雖然3D 技術(shù)目前有較大提高，雙光路、三光路設(shè)備在光利用率方面提高到了20%～30%范圍，這里仍以普遍使用的設(shè)備為依據(jù)條件計(jì)算)，假設(shè)我們要求銀幕亮度要達(dá)到4.5fl即約16cd / m2 ，光利用率取12% ，銀幕增益1.2 ，同樣利用上述公式并進(jìn)行變量轉(zhuǎn)換有S=K*Φ / L*π=1.2×16200×12%÷ ( 16×3.14 ) ≈46m2 ，寬銀幕高寬比為1∶2.39 ，所以通過(guò)計(jì)算可以得到寬度約為10米。一般情況下，我們?cè)诖_定了銀幕大小和增益后 (需要注意的是，銀幕增益不是越多越好，太大會(huì)減少影廳有效觀看區(qū)域，降低銀幕亮度均勻度，出現(xiàn)暈光等等，一般小廳選低增益幕，巨幕增益不能大于2.8 )，利用上述方法，通過(guò)計(jì)算獲得理論光通量值 (3D 影廳應(yīng)按3D 計(jì)算)，適當(dāng)加余量后可輕松選擇放映機(jī)型號(hào)。銀幕亮度的測(cè)量影院經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，為了保證電影放映質(zhì)量，有時(shí)需要對(duì)銀幕亮度進(jìn)行測(cè)量，來(lái)分析影院放映設(shè)備運(yùn)行狀況，以便對(duì)設(shè)備開展有針對(duì)性的維護(hù)、檢修工作。銀幕的測(cè)量方法有兩種：直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法就是利用電影工業(yè)專用的點(diǎn)亮度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，步驟是開啟放映機(jī)銀幕亮度測(cè)試信號(hào)，待放映機(jī)輸出穩(wěn)定后，在觀眾座席區(qū)中心位置用亮度計(jì)測(cè)量銀幕中心亮度，測(cè)量時(shí)亮度計(jì)應(yīng)設(shè)在離地面1米左右，偏離銀幕法線5°的位置。 (3D 亮度測(cè)量，要開啟3D設(shè)備，同時(shí)將亮度計(jì)通過(guò)3D眼鏡測(cè)量銀幕中心亮度)。專業(yè)亮度計(jì)如柯尼卡美能達(dá)ls-100亮度計(jì)，價(jià)格比較貴，一般影院配備的可能性不大，所以只能請(qǐng)?jiān)壕�技術(shù)部或者其它專業(yè)公司幫助來(lái)做。間接測(cè)量法是開啟放映機(jī)銀幕亮度測(cè)試信號(hào)，待放映機(jī)輸出穩(wěn)定后，用照度計(jì)在銀幕上中心位置取點(diǎn)測(cè)出銀幕照度 (可以在銀幕中心區(qū)域多選幾個(gè)點(diǎn)測(cè)量，取平均值)，然后利用亮度公式計(jì)算得出亮度值，雖然有點(diǎn)麻煩，數(shù)值也不是很精確，但是照度計(jì)市場(chǎng)上品種很多，價(jià)格便宜，每個(gè)影院都有條件配備，筆者認(rèn)為這個(gè)方法比較可行。
銀幕亮度影響因素
數(shù)字放映機(jī)使用一段時(shí)間以后，通過(guò)測(cè)量，我們可以發(fā)現(xiàn)，銀幕的亮度會(huì)比安裝時(shí)的亮度明顯降低，甚至?xí)霈F(xiàn)亮度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。造成銀幕亮度降低的原因應(yīng)該有兩個(gè)方面因素，一是銀幕的反射系數(shù)明顯下降，主要是銀幕表面受粉塵污染造成光反射率降低所致，可以通過(guò)定期使用干軟毛刷輕拂銀幕表面辦法來(lái)解決。如果銀幕受到嚴(yán)重污染或者受潮發(fā)黃等特殊情況必須更換新幕。二是投射到銀幕的有效光通量明顯降低，這是造成影院銀幕亮度降低的主要原因。從數(shù)字電影放映簡(jiǎn)易光路圖中，我們可以清楚的知道，銀幕上的光以由放映機(jī)內(nèi)的燈光源發(fā)出的光通過(guò)光碗收集反射，進(jìn)入放映機(jī)光引擎，然后通過(guò)放映鏡頭聚焦放大，最后通過(guò)放映窗口投射而來(lái)的，所以光源是我們大家首先會(huì)考慮的問(wèn)題。目前我們普遍采用氙燈做放映光源，各種型號(hào) (不同功率)氙燈的使用壽命不同，超期使用不但可能造成炸燈事故，也是銀幕亮度降低的原因;其次是氙燈質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)玻殼發(fā)黑，影響光輸出;再是反光碗與氙燈的光軸調(diào)整不到位及反光碗效率降低導(dǎo)致光利用率低。所以正確使用氙燈等光源是保證放映銀幕亮度的一項(xiàng)基本工作。除了燈的問(wèn)題，我們更應(yīng)該引起重視的是放映機(jī)光路的污染問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題我們平時(shí)可能會(huì)忽視，但這正是影響銀幕亮度的一個(gè)非常重要的問(wèn)題。表1為湖州某影城光路清潔前后，銀幕照度測(cè)量結(jié)果對(duì)比，該影城開業(yè)3年多，使用巴可20C數(shù)字放映機(jī)，經(jīng)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)銀幕亮度明顯變暗，在排除了光源、放映窗、銀幕影響的可能性后，懷疑機(jī)器內(nèi)部光路受到了嚴(yán)重污染，聯(lián)系巴可工程師做了光路深度清洗。從表中數(shù)據(jù)可以證實(shí)，該影城每臺(tái)機(jī)器的光路都受到不同程度的污染，提升率越大，說(shuō)明光路受污染越嚴(yán)重，而且光路受污染對(duì)銀幕亮度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了我們的想象 (清潔后照度最少提高47% ，最多提高187% )。由此可見，如何在實(shí)際工作中最大限度地減少放映機(jī)光路受污染，是一項(xiàng)非常重要的工作。
氙燈工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，如果不采取散熱措施，會(huì)加速燈損壞及機(jī)器內(nèi)部電子元器件等老化，影響機(jī)器正常工作。所以必須采用強(qiáng)排風(fēng)等措施改善設(shè)備工作環(huán)境。如巴可數(shù)字安裝要求規(guī)定，要安裝好排風(fēng)機(jī)，規(guī)定在放映機(jī)排風(fēng)口處風(fēng)速≧8～15m / s (排風(fēng)口外徑201mm ，具體風(fēng)速要求根據(jù)型號(hào)配置)。相當(dāng)于每分鐘15～28立方米的換氣量，如果這些空氣不做清潔處理，那么大量的粉塵就會(huì)進(jìn)入放映機(jī)內(nèi)各個(gè)部位，光路會(huì)很快被污染。雖然光引擎是相對(duì)密封的，但由于燈箱內(nèi)風(fēng)速大，少量的空氣會(huì)通過(guò)細(xì)小的安裝縫隙進(jìn)入引擎內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后會(huì)使引擎內(nèi)光學(xué)器件表面受污染。所以放映機(jī)的進(jìn)風(fēng)口都設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，并在使用規(guī)范里對(duì)濾網(wǎng)的清潔方法和時(shí)間間隔以及使用壽命等做了明確要求，放映員應(yīng)該嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行。這是從機(jī)器本身來(lái)減緩污染的一項(xiàng)措施, 過(guò)濾網(wǎng)只能阻擋空氣中較大顆粒的塵埃，對(duì)微小顆粒的阻止能力有限)。另一方面我們從機(jī)器外部大環(huán)境來(lái)看，一是目前影院的大部分機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮引入新風(fēng)，機(jī)器工作時(shí)由于排風(fēng)機(jī)的工作，事實(shí)上機(jī)房處于負(fù)壓區(qū)，機(jī)房外的夾帶大量塵埃的不潔凈空氣進(jìn)入機(jī)房空間，會(huì)加速機(jī)器受污染，特別是采用上進(jìn)下出形式設(shè)計(jì)，觀眾通過(guò)機(jī)房層進(jìn)入的影廳，污染相對(duì)嚴(yán)重些。建議影院機(jī)房設(shè)計(jì)安裝新風(fēng)裝置，將室外空氣通過(guò)過(guò)濾后送入機(jī)房，以減少機(jī)房空氣中的塵埃。二是機(jī)房地面、設(shè)備表面要做到每天開場(chǎng)前清潔，清潔時(shí)要采用帶濕的毛巾、拖把輕擦，防止灰塵散入空氣中。機(jī)房要嚴(yán)格做到禁止吸煙，吸煙產(chǎn)生的煙霧中含大量的微小顆粒、焦油等會(huì)通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入機(jī)器，加速光路污染。三是要經(jīng)常性的對(duì)自己有能力處理的放映機(jī)外部光路進(jìn)行清潔，如反光碗、紅外紫外濾鏡、鏡頭、放映窗等，使之保持良好的透光率 (反光率)。一旦發(fā)現(xiàn)光引擎內(nèi)部受污染必須聯(lián)系生產(chǎn)廠家工程師進(jìn)行及時(shí)處理。
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