数字影院银幕亮度及其保持探析论文
近年来，数字多厅影院如雨后春笋般在我国大中城市建设发展，预计到今年年底达到30000块银幕的规模。数字电影放映飞速发展的同时，放映质量的提高成为业内外普遍关心的问题。今年，国家新闻出版广电总局多次通过下发文件、召开会议形式，要求各院线和影院重视放映质量，维护广大电影观众的利益。电影放映质量主要有声光两个方面，如声音的响度、频谱、失真度;画面的亮度、均匀度、对比度、色度、清晰度等等，当前影院最为突出的是银幕亮度问题。
亮度标准
银幕亮度是指放映机投射到银幕上的光线经反射而形成的反射光的明亮程度，过亮会感觉刺眼，过暗会使眼睛感觉疲劳。所以亮度指标是电影放映质量的一个非常重要的指标。目前我国国家标准规定，数字影院2D放映银幕中心亮度为48±10.2cd /m2(14±3fl ); 3D 放映银幕中心亮度为13～22cd /m2 ，中心参考值为16cd/ m2(与好莱坞标准4.5fl接近)。本人认为其中3D 放映亮度指标是基于目前设备的技术条件而制定的，指标值相对还是较低的，从观众观看3D 电影的舒适度要求来看，随着放映设备条件的改善，特别是激光光源的使用，这个指标值还会做相应提高。目前 DCI 组织已经对这一指标提出了新的标准要求，推荐标准为采用普通光源单机 3D放映的中心峰值亮度为7fl±2fl ，采用激光光源放映或双机放映 3D的银幕中心峰值亮度为 14fl±2fl 。所以如何提高和保持符合规范的银幕亮度是影院普遍关心的问题。
跟电影放映有关的几个光度学概念在弄清银幕亮度的影响因素之前，我们先来了解一下几个概念：
1.光强 .用符号I表示，定义为光源在给定方向的'单位立体角内所辐射的光通量的大小称为光源在这个方向的发光强度，单位为坎德拉，符号cd 。这里需要注意的是发光强度概念是针对点光源而言的，或者是发光体的大小相对于照射距离比较小的场合。(我们目前普遍使用的4KW 氙灯的发光强度大约在14000cd左右。)
2.光通量 .用符号 Φ 表示，某一光源表面在单位时间内向各个方向辐射出所有波长光的能量称为辐射通量，光源对不同波长光的辐射通量不同，我们把光源在可见光范围内各波长光的辐射通量总和称为光源的光通量，单位是流明，符号lm 。对于一个均匀发光、光强为I的点光源来说，它向四周辐射的总光通量 Φ=4πI ;(一个4KW 氙灯的光通量大约是 Φ=4×3.14×14000=175840lm ，在我们数字电影放映中，实际能够投射到银幕上被利用的大约在18000lm ，称有效光通量。)3.光照度和光亮度 .光照度符号E是光线照射在某个表面的强度，定义为1lm 光通量均匀照射在1m2的表面的光照度为1Lx ，照度E=Φ / S (S为被照表面面积)。所以照度跟被照物体表面无关，只是相对于被照地点而言的一个概念 (电影放映银幕照度一般要求为80～250lx );光亮度符号 L ，是单位面积在某个方向上单位立体角内所辐射的光强，从定义就可以知道这个亮度是针对面光源而言，可以是主动发光和被动发光的面光源，亮度表示一块小的面积明亮程度，它不仅取决于发光光源光通量，而且与等价发光面积和反射的会聚程度有关。对于一个被动发光表面来说，如果它在各个方向的亮度是相同的，那么称这个面为全扩散面，全扩散面的亮度和照度值关系为即亮度公式为 L=K*E / π=K*Φ / S*π ，式中 K为全扩散面的反射系数， π 为圆周率。电影院银幕就是一个被动发光表面，其有关各量关系遵循这个规律。
目前我国市场使用较多的巴可氙灯数字放映机简易放映光路，图中从灯到镜头部分为放映机光路内部结构，要想获得合适的银幕亮度，结合亮度公式 L=K*Φ / S*π 可知，首先必须选配相对于银幕面积具有合适光通量 (Φ )输出的数字放映机型号，然后是选配合适反射系数 (银幕增益系数)的银幕，其次要注意的是采用合格的放映窗 (我们曾经对放映窗的透光率进行过比较测试，一款是沈阳汇博的，另一款无厂家标示，测量结果是沈阳汇博款的透光率 98% 、另款91% ，相差较大)。对于兼映3D影厅而言，当然还要考虑偏光、分色3D设备对光能的损失，所以在选配放映机型号时，要按照3D放映亮度标准要求适当留有余量的原则来选取。
我们以 DP2K-20C为例，利用亮度公式来推导一下在它支持的2D最大银幕宽度条件时银幕的亮度值，本指标计算条件规定银幕增益是1.8 ，在使用4K氙灯亮度衰减为10%时光通量为18000×(1-10% )=16200lm ，所 以 理 论 亮 度 值 L=1.8×16200÷(3.14×20÷2.39×20 ) ≈55cd / m2 ，当然这是氙灯在满功率使用的亮度值，实际使用中，通常我们2D放映时会把新氙灯使用功率设置在标称功率的80～85% ，这样它的亮度应该在44～46cd / m2 ，这个数值也符合规范48±10.2cd / m2的要求。那么为什么3D放映时该机最大银幕宽度推荐值为10米呢?我们同样可以用上述公式来进行初略推算，其实3D放映时无论采用主动式还是被动式设备 (被动式包括分色、偏光)，相对以2D 放映而言，其光利用率是很低的，普通3D设备的光利用率只有2D放映时的10%到15%左右 (虽然3D 技术目前有较大提高，双光路、三光路设备在光利用率方面提高到了20%～30%范围，这里仍以普遍使用的设备为依据条件计算)，假设我们要求银幕亮度要达到4.5fl即约16cd / m2 ，光利用率取12% ，银幕增益1.2 ，同样利用上述公式并进行变量转换有S=K*Φ / L*π=1.2×16200×12%÷ ( 16×3.14 ) ≈46m2 ，宽银幕高宽比为1∶2.39 ，所以通过计算可以得到宽度约为10米。一般情况下，我们在确定了银幕大小和增益后 (需要注意的是，银幕增益不是越多越好，太大会减少影厅有效观看区域，降低银幕亮度均匀度，出现晕光等等，一般小厅选低增益幕，巨幕增益不能大于2.8 )，利用上述方法，通过计算获得理论光通量值 (3D 影厅应按3D 计算)，适当加余量后可轻松选择放映机型号。银幕亮度的测量影院经营过程中，为了保证电影放映质量，有时需要对银幕亮度进行测量，来分析影院放映设备运行状况，以便对设备开展有针对性的维护、检修工作。银幕的测量方法有两种：直接测量法和间接测量法。直接测量法就是利用电影工业专用的点亮度计进行测量，步骤是开启放映机银幕亮度测试信号，待放映机输出稳定后，在观众座席区中心位置用亮度计测量银幕中心亮度，测量时亮度计应设在离地面1米左右，偏离银幕法线5°的位置。 (3D 亮度测量，要开启3D设备，同时将亮度计通过3D眼镜测量银幕中心亮度)。专业亮度计如柯尼卡美能达ls-100亮度计，价格比较贵，一般影院配备的可能性不大，所以只能请院线技术部或者其它专业公司帮助来做。间接测量法是开启放映机银幕亮度测试信号，待放映机输出稳定后，用照度计在银幕上中心位置取点测出银幕照度 (可以在银幕中心区域多选几个点测量，取平均值)，然后利用亮度公式计算得出亮度值，虽然有点麻烦，数值也不是很精确，但是照度计市场上品种很多，价格便宜，每个影院都有条件配备，笔者认为这个方法比较可行。
银幕亮度影响因素
数字放映机使用一段时间以后，通过测量，我们可以发现，银幕的亮度会比安装时的亮度明显降低，甚至会出现亮度达不到标准要求的情况。造成银幕亮度降低的原因应该有两个方面因素，一是银幕的反射系数明显下降，主要是银幕表面受粉尘污染造成光反射率降低所致，可以通过定期使用干软毛刷轻拂银幕表面办法来解决。如果银幕受到严重污染或者受潮发黄等特殊情况必须更换新幕。二是投射到银幕的有效光通量明显降低，这是造成影院银幕亮度降低的主要原因。从数字电影放映简易光路图中，我们可以清楚的知道，银幕上的光以由放映机内的灯光源发出的光通过光碗收集反射，进入放映机光引擎，然后通过放映镜头聚焦放大，最后通过放映窗口投射而来的，所以光源是我们大家首先会考虑的问题。目前我们普遍采用氙灯做放映光源，各种型号 (不同功率)氙灯的使用寿命不同，超期使用不但可能造成炸灯事故，也是银幕亮度降低的原因;其次是氙灯质量问题出现玻壳发黑，影响光输出;再是反光碗与氙灯的光轴调整不到位及反光碗效率降低导致光利用率低。所以正确使用氙灯等光源是保证放映银幕亮度的一项基本工作。除了灯的问题，我们更应该引起重视的是放映机光路的污染问题，这个问题我们平时可能会忽视，但这正是影响银幕亮度的一个非常重要的问题。表1为湖州某影城光路清洁前后，银幕照度测量结果对比，该影城开业3年多，使用巴可20C数字放映机，经营中发现银幕亮度明显变暗，在排除了光源、放映窗、银幕影响的可能性后，怀疑机器内部光路受到了严重污染，联系巴可工程师做了光路深度清洗。从表中数据可以证实，该影城每台机器的光路都受到不同程度的污染，提升率越大，说明光路受污染越严重，而且光路受污染对银幕亮度的影响远远超过了我们的想象 (清洁后照度最少提高47% ，最多提高187% )。由此可见，如何在实际工作中最大限度地减少放映机光路受污染，是一项非常重要的工作。
氙灯工作时会产生很大的热量，如果不采取散热措施，会加速灯损坏及机器内部电子元器件等老化，影响机器正常工作。所以必须采用强排风等措施改善设备工作环境。如巴可数字安装要求规定，要安装好排风机，规定在放映机排风口处风速≧8～15m / s (排风口外径201mm ，具体风速要求根据型号配置)。相当于每分钟15～28立方米的换气量，如果这些空气不做清洁处理，那么大量的粉尘就会进入放映机内各个部位，光路会很快被污染。虽然光引擎是相对密封的，但由于灯箱内风速大，少量的空气会通过细小的安装缝隙进入引擎内，经过一段时间以后会使引擎内光学器件表面受污染。所以放映机的进风口都设有过滤网，并在使用规范里对滤网的清洁方法和时间间隔以及使用寿命等做了明确要求，放映员应该严格遵照执行。这是从机器本身来减缓污染的一项措施, 过滤网只能阻挡空气中较大颗粒的尘埃，对微小颗粒的阻止能力有限)。另一方面我们从机器外部大环境来看，一是目前影院的大部分机房设计时没有考虑引入新风，机器工作时由于排风机的工作，事实上机房处于负压区，机房外的夹带大量尘埃的不洁净空气进入机房空间，会加速机器受污染，特别是采用上进下出形式设计，观众通过机房层进入的影厅，污染相对严重些。建议影院机房设计安装新风装置，将室外空气通过过滤后送入机房，以减少机房空气中的尘埃。二是机房地面、设备表面要做到每天开场前清洁，清洁时要采用带湿的毛巾、拖把轻擦，防止灰尘散入空气中。机房要严格做到禁止吸烟，吸烟产生的烟雾中含大量的微小颗粒、焦油等会通过过滤网进入机器，加速光路污染。三是要经常性的对自己有能力处理的放映机外部光路进行清洁，如反光碗、红外紫外滤镜、镜头、放映窗等，使之保持良好的透光率 (反光率)。一旦发现光引擎内部受污染必须联系生产厂家工程师进行及时处理。
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