數(shù)字影院銀幕亮度及其保持探析論文
近年來，數(shù)字多廳影院如雨后春筍般在我國大中城市建設(shè)發(fā)展，預(yù)計到今年年底達到30000塊銀幕的規(guī)模。數(shù)字電影放映飛速發(fā)展的同時，放映質(zhì)量的提高成為業(yè)內(nèi)外普遍關(guān)心的問題。今年，國家新聞出版廣電總局多次通過下發(fā)文件、召開會議形式，要求各院線和影院重視放映質(zhì)量，維護廣大電影觀眾的利益。電影放映質(zhì)量主要有聲光兩個方面，如聲音的響度、頻譜、失真度;畫面的亮度、均勻度、對比度、色度、清晰度等等，當前影院最為突出的是銀幕亮度問題。
亮度標準
銀幕亮度是指放映機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，過亮會感覺刺眼，過暗會使眼睛感覺疲勞。所以亮度指標是電影放映質(zhì)量的一個非常重要的指標。目前我國國家標準規(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(與好萊塢標準4.5fl接近)。本人認為其中3D 放映亮度指標是基于目前設(shè)備的技術(shù)條件而制定的，指標值相對還是較低的，從觀眾觀看3D 電影的舒適度要求來看，隨著放映設(shè)備條件的改善，特別是激光光源的使用，這個指標值還會做相應(yīng)提高。目前 DCI 組織已經(jīng)對這一指標提出了新的標準要求，推薦標準為采用普通光源單機 3D放映的中心峰值亮度為7fl±2fl ，采用激光光源放映或雙機放映 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)心的問題。
跟電影放映有關(guān)的幾個光度學概念在弄清銀幕亮度的影響因素之前，我們先來了解一下幾個概念：
1.光強 .用符號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方向的發(fā)光強度，單位為坎德拉，符號cd 。這里需要注意的是發(fā)光強度概念是針對點光源而言的，或者是發(fā)光體的大小相對于照射距離比較小的場合。(我們目前普遍使用的4KW 氙燈的發(fā)光強度大約在14000cd左右。)
2.光通量 .用符號 Φ 表示，某一光源表面在單位時間內(nèi)向各個方向輻射出所有波長光的能量稱為輻射通量，光源對不同波長光的輻射通量不同，我們把光源在可見光范圍內(nèi)各波長光的輻射通量總和稱為光源的光通量，單位是流明，符號lm 。對于一個均勻發(fā)光、光強為I的點光源來說，它向四周輻射的總光通量 Φ=4πI ;(一個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E是光線照射在某個表面的強度，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關(guān)，只是相對于被照地點而言的一個概念 (電影放映銀幕照度一般要求為80～250lx );光亮度符號 L ，是單位面積在某個方向上單位立體角內(nèi)所輻射的光強，從定義就可以知道這個亮度是針對面光源而言，可以是主動發(fā)光和被動發(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，而且與等價發(fā)光面積和反射的會聚程度有關(guān)。對于一個被動發(fā)光表面來說，如果它在各個方向的亮度是相同的，那么稱這個面為全擴散面，全擴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為全擴散面的反射系數(shù)， π 為圓周率。電影院銀幕就是一個被動發(fā)光表面，其有關(guān)各量關(guān)系遵循這個規(guī)律。
目前我國市場使用較多的巴可氙燈數(shù)字放映機簡易放映光路，圖中從燈到鏡頭部分為放映機光路內(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，首先必須選配相對于銀幕面積具有合適光通量 (Φ )輸出的數(shù)字放映機型號，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 (我們曾經(jīng)對放映窗的透光率進行過比較測試，一款是沈陽匯博的，另一款無廠家標示，測量結(jié)果是沈陽匯博款的透光率 98% 、另款91% ，相差較大)。對于兼映3D影廳而言，當然還要考慮偏光、分色3D設(shè)備對光能的損失，所以在選配放映機型號時，要按照3D放映亮度標準要求適當留有余量的原則來選取。
我們以 DP2K-20C為例，利用亮度公式來推導(dǎo)一下在它支持的2D最大銀幕寬度條件時銀幕的亮度值，本指標計算條件規(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 ，當然這是氙燈在滿功率使用的亮度值，實際使用中，通常我們2D放映時會把新氙燈使用功率設(shè)置在標稱功率的80～85% ，這樣它的亮度應(yīng)該在44～46cd / m2 ，這個數(shù)值也符合規(guī)范48±10.2cd / m2的要求。那么為什么3D放映時該機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進行初略推算，其實3D放映時無論采用主動式還是被動式設(shè)備 (被動式包括分色、偏光)，相對以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)條件計算)，假設(shè)我們要求銀幕亮度要達到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 ，所以通過計算可以得到寬度約為10米。一般情況下，我們在確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，通過計算獲得理論光通量值 (3D 影廳應(yīng)按3D 計算)，適當加余量后可輕松選擇放映機型號。銀幕亮度的測量影院經(jīng)營過程中，為了保證電影放映質(zhì)量，有時需要對銀幕亮度進行測量，來分析影院放映設(shè)備運行狀況，以便對設(shè)備開展有針對性的維護、檢修工作。銀幕的測量方法有兩種：直接測量法和間接測量法。直接測量法就是利用電影工業(yè)專用的點亮度計進行測量，步驟是開啟放映機銀幕亮度測試信號，待放映機輸出穩(wěn)定后，在觀眾座席區(qū)中心位置用亮度計測量銀幕中心亮度，測量時亮度計應(yīng)設(shè)在離地面1米左右，偏離銀幕法線5°的位置。 (3D 亮度測量，要開啟3D設(shè)備，同時將亮度計通過3D眼鏡測量銀幕中心亮度)。專業(yè)亮度計如柯尼卡美能達ls-100亮度計，價格比較貴，一般影院配備的可能性不大，所以只能請院線技術(shù)部或者其它專業(yè)公司幫助來做。間接測量法是開啟放映機銀幕亮度測試信號，待放映機輸出穩(wěn)定后，用照度計在銀幕上中心位置取點測出銀幕照度 (可以在銀幕中心區(qū)域多選幾個點測量，取平均值)，然后利用亮度公式計算得出亮度值，雖然有點麻煩，數(shù)值也不是很精確，但是照度計市場上品種很多，價格便宜，每個影院都有條件配備，筆者認為這個方法比較可行。
銀幕亮度影響因素
數(shù)字放映機使用一段時間以后，通過測量，我們可以發(fā)現(xiàn)，銀幕的亮度會比安裝時的亮度明顯降低，甚至會出現(xiàn)亮度達不到標準要求的情況。造成銀幕亮度降低的原因應(yīng)該有兩個方面因素，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，可以通過定期使用干軟毛刷輕拂銀幕表面辦法來解決。如果銀幕受到嚴重污染或者受潮發(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)字電影放映簡易光路圖中，我們可以清楚的知道，銀幕上的光以由放映機內(nèi)的燈光源發(fā)出的光通過光碗收集反射，進入放映機光引擎，然后通過放映鏡頭聚焦放大，最后通過放映窗口投射而來的，所以光源是我們大家首先會考慮的問題。目前我們普遍采用氙燈做放映光源，各種型號 (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基本工作。除了燈的問題，我們更應(yīng)該引起重視的是放映機光路的污染問題，這個問題我們平時可能會忽視，但這正是影響銀幕亮度的一個非常重要的問題。表1為湖州某影城光路清潔前后，銀幕照度測量結(jié)果對比，該影城開業(yè)3年多，使用巴可20C數(shù)字放映機，經(jīng)營中發(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，懷疑機器內(nèi)部光路受到了嚴重污染，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，該影城每臺機器的光路都受到不同程度的污染，提升率越大，說明光路受污染越嚴重，而且光路受污染對銀幕亮度的影響遠遠超過了我們的想象 (清潔后照度最少提高47% ，最多提高187% )。由此可見，如何在實際工作中最大限度地減少放映機光路受污染，是一項非常重要的工作。
氙燈工作時會產(chǎn)生很大的熱量，如果不采取散熱措施，會加速燈損壞及機器內(nèi)部電子元器件等老化，影響機器正常工作。所以必須采用強排風等措施改善設(shè)備工作環(huán)境。如巴可數(shù)字安裝要求規(guī)定，要安裝好排風機，規(guī)定在放映機排風口處風速≧8～15m / s (排風口外徑201mm ，具體風速要求根據(jù)型號配置)。相當于每分鐘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進入放映機內(nèi)各個部位，光路會很快被污染。雖然光引擎是相對密封的，但由于燈箱內(nèi)風速大，少量的空氣會通過細小的安裝縫隙進入引擎內(nèi)，經(jīng)過一段時間以后會使引擎內(nèi)光學器件表面受污染。所以放映機的進風口都設(shè)有過濾網(wǎng)，并在使用規(guī)范里對濾網(wǎng)的清潔方法和時間間隔以及使用壽命等做了明確要求，放映員應(yīng)該嚴格遵照執(zhí)行。這是從機器本身來減緩污染的一項措施, 過濾網(wǎng)只能阻擋空氣中較大顆粒的塵埃，對微小顆粒的阻止能力有限)。另一方面我們從機器外部大環(huán)境來看，一是目前影院的大部分機房設(shè)計時沒有考慮引入新風，機器工作時由于排風機的工作，事實上機房處于負壓區(qū)，機房外的夾帶大量塵埃的不潔凈空氣進入機房空間，會加速機器受污染，特別是采用上進下出形式設(shè)計，觀眾通過機房層進入的影廳，污染相對嚴重些。建議影院機房設(shè)計安裝新風裝置，將室外空氣通過過濾后送入機房，以減少機房空氣中的塵埃。二是機房地面、設(shè)備表面要做到每天開場前清潔，清潔時要采用帶濕的毛巾、拖把輕擦，防止灰塵散入空氣中。機房要嚴格做到禁止吸煙，吸煙產(chǎn)生的煙霧中含大量的微小顆粒、焦油等會通過過濾網(wǎng)進入機器，加速光路污染。三是要經(jīng)常性的對自己有能力處理的放映機外部光路進行清潔，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)廠家工程師進行及時處理。
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