4D飛行影院球幕投影幕

楊兆強

摘 要：球幕投影幕是由平面幕發(fā)展而來的一種新型的影院播放載體，是球幕影院的重要組成部分，它對影院放映畫面的亮度、清晰度、對比度、色彩還原和放映聲音起著重要的作用。要使球幕投影慕達到良好的放映效果，就必須對投影幕的種類、光學原理等進行研究。

關(guān)鍵詞：球幕；投影幕；銀幕

本文從實體項目出發(fā)，分別從投影幕的幕基、透聲性能、亮度三個方面簡單的闡述了項目中球幕投影幕的選擇。球幕投影幕，它是指能接受幻燈片、投影、電影等設備所投射出的光束，并在其表面顯示圖像的一類顯示設備。球幕投影幕銀幕對投影效果起著非常重要的作用，總而言之，一張好的銀幕能夠使投影的效果增強20%左右。

一 球幕投影幕基選擇

電影放映要獲取好的電影投影影像，取決于三個主要因素：1、投影機的檔次；2、投影銀幕質(zhì)量是否配套投影機；3、合適的放映環(huán)境。通常情況下影院均能創(chuàng)造一個極佳的放映環(huán)境；投影設備為兩臺激光工程投影機，分辨率：1920×1080，亮度：4500流明。

投影幕的種類很多，根據(jù)投影方式可分為正投銀幕、背投銀幕；從反射光的強度可分為高、低不同增益的投影幕；從結(jié)構(gòu)設計可分為支架幕、畫框幕、拉線幕、地拉幕、電動幕、手動幕等；根據(jù)功能可以分為透聲幕和不透聲幕；從銀幕使用的材質(zhì)可以分為軟銀幕和硬銀幕。其中軟銀幕是以帆布、專用織物、PVC等軟質(zhì)材料作為幕基，軟銀幕可以分為白銀幕、珠光銀幕、金屬銀幕、灰銀幕等，在細分如玻珠幕可分為散射型、回歸型。而硬銀幕則是以鋁板、樹脂板、玻璃鋼等作為幕基，這種硬銀幕屬于非標準化定制產(chǎn)品，需根據(jù)具體的要求選擇不同的幕基材料和表面涂料。投影幕的選擇是多樣化的，用戶可以根據(jù)項目的需求、投影環(huán)境、投資能力、所用投影機特性等情況進行選擇。

軟銀幕應用廣泛，種類繁多，市場上通常為標準化產(chǎn)品，其尺幅一般從60英寸到300英寸不等（工程幕可達600英寸），也可以根據(jù)具體尺寸裁剪、拼接；軟銀幕主要用于平面投影和弧面（單曲面）投影等，而對于雙曲面幕、球幕等異面幕，通常情況下采用硬銀幕。硬銀幕的幕基易于加工成所需的弧面曲率和形狀，對于大型工程幕，投影幕由多個單元拼接而成，硬銀幕的接縫處理更加的平滑。雖然軟銀幕配合銀幕架也可用于異面幕，但是安裝難度大，且安裝過程中容易使幕面出現(xiàn)明顯的不規(guī)則條棱、劃傷等問題，直接影響投影效果，所以通常選擇硬銀幕作為球幕投影幕布。

球幕投影幕布選擇1mm鋁板作為幕基，相比于樹脂板和玻璃鋼，鋁板易于加工、定型，可以很容易就在上面打出成千上萬個小孔，通過數(shù)控沖孔，能夠高質(zhì)量的保證鋁板微孔均勻分布，孔的邊緣整齊、清晰圓潤。而玻璃鋼和樹脂板卻很難實現(xiàn)，所以在硬質(zhì)打孔透聲幕上均采用鋁板作為幕基。

二 球幕投影慕性能參數(shù)

追求畫面和聲音的完美融合是電影業(yè)近百年來不懈的追求，透聲幕就是為了這一目的應運而生的，對于具有高互動要求的特種影院而言，透聲幕自然必不可少。透聲幕最大的作用就是將音箱隱藏在銀幕之后讓圖像和聲音完美融合，最大限度地還原真實的聲音，通過多個音箱在配合軟件的處理，還能實現(xiàn)3D環(huán)繞立體聲的效果，讓觀影者能夠體驗到聲音的距離感。在球幕系統(tǒng)中，球幕就像一個回音壁，當聲源處于球幕內(nèi)側(cè)時，在球內(nèi)能夠很明顯的感覺到有回聲（使用非透聲幕時），使用微孔鋁板作為投影幕，可以有效的消除回聲效應。

透聲幕根據(jù)幕布的材質(zhì)不同主要分為打孔幕和編制幕，這兩者的分類均是針對軟幕而言，對硬幕沒有相關(guān)的依據(jù)和標準，但是不管是硬質(zhì)透聲幕還是軟質(zhì)透聲幕其目的和原理是相同的，所以在確定硬質(zhì)打孔透聲幕相關(guān)參數(shù)時可以參照軟質(zhì)打孔透聲幕。透聲幕在實際使用中要達到理想的聲音穿透效果，并不是簡單的打幾個孔，這里牽涉到一個穿孔率和透聲孔徑的指標。何謂穿孔率、透聲孔徑？顧名思義，就是微孔面積占投影幕單位的百分比和穿孔的孔徑。由于透聲幕表面存在著眾多微小的透聲孔，所呈現(xiàn)出來的畫面細膩度不及非透聲幕，因此透聲孔徑和穿孔率（穿孔密度）同樣影響著投影畫面的質(zhì)量?！斗派浜屯渡浞庞炽y幕（GB/T13982-2005）》標準中也規(guī)定了商用透聲幕的穿孔率推薦值為6%-9%，孔徑最大不能超過1.5mm，在實際的使用過程中，穿孔率也可以選擇1.7%-6.5%，需根據(jù)項目具體情況對孔徑和穿孔率進行相應的調(diào)整，原則上孔越小可以越大程度保證分辨率和對比度不丟失。

透聲幕對投影畫面的影響是不可避免的，只能在畫面和音效上選擇一個折中的辦法。通過減小開孔孔徑和增加觀影距離來改善透聲孔對畫面的影響。理論上開孔孔徑越小對畫面的影響越小，但孔徑的確定也需要考慮可加工性和加工成本，還需要考慮表面是否會堵塞透聲孔。適當?shù)脑黾佑^影距離雖然不能解決透聲孔對畫面的影響，卻可以讓人在感官上降低甚至消除透聲孔的影響，觀影距離的選擇可以參照表1，該表由投影幕生產(chǎn)商經(jīng)過投影測試獲得。

微孔透聲幕的聲學特性可以參照《機械設計手冊》第五版第六卷有關(guān)內(nèi)容，文中中對鋁板材、縫隙、孔洞對隔聲量的影響做了相關(guān)的研究和總結(jié)，得出厚度為1mm的鋁板對聲音的平均隔聲量為20.5dB，而穿孔率對隔聲量的影響如圖1所示。手冊表明穿孔面積占整個結(jié)構(gòu)面積的1%時，則該結(jié)構(gòu)的隔聲量不超過20dB，當穿孔面積占整個結(jié)構(gòu)面積的10%時，則該結(jié)構(gòu)的隔聲量不超過10dB。實驗表明，孔隙對隔聲量的影響主要在高頻段，隨著孔隙的增大，高頻隔聲量將隨之下降。

圖1表現(xiàn)的是穿孔率與隔聲量的關(guān)系，結(jié)論表明孔洞對隔聲量的影響主要集中在高頻段，低頻段的影響較小。為此投影幕生產(chǎn)商在聲學實驗室測試了幾種不同穿孔率的透聲幕的聲學特性，其中還包括了透聲幕對不同頻率聲段的影響，經(jīng)總結(jié)得出表2。透聲幕的聲學頻響測試表明，無論什么種類的透聲幕，都會對聲音造成損失。為了矯正透聲幕的透聲損失，用戶可以通過專業(yè)均衡器做預加重和在均衡處理，其電子分頻系統(tǒng)也可以很方便的調(diào)整主場聲器各頻段的參數(shù)、對頻率進行補償，大幅度提升高音聲壓，以彌補透聲幕的穿透損失，盡量達到原汁原味的環(huán)音效果。具體調(diào)整可以參考表2，對頻率進行相應頻率進行補償。

投影幕的另外一個重要的性能也是其核心性能就是光學性能，這直接影響到影片放映的畫面質(zhì)量，而投影幕的光學性能主要由投影幕的表面涂層決定，硬幕的方便之處也在于此，可以根據(jù)不同的表面涂層來改變投影幕的光學性能，來適應不同的放映環(huán)境。

衡量投影幕的光學性能有兩個較為重要的指標分別是屏幕增益和視角。增益是行業(yè)術(shù)語，主要是用來衡量屏幕表面反射的能力。在投射光角度一定、投射光通量不變的情況下，投影幕某一方向上亮度與理想狀態(tài)下的亮度之比，叫做該方向上的亮度系數(shù)，把其中最大值稱為投影幕的增益。增益是用來測量屏幕亮度的相對值和不同屏幕材質(zhì)的光學特性的指標。通常我們將均勻粗糙的白色表面增益定義為1.0，如果投影幕的增益小于1，將衰減入射光，如果增益大于1，將增強入射光。投影幕對入射光在各個方向上的反射是不同的，在水平方向離屏幕中心越遠，亮度就越低，當亮度將至50%時的觀看角度，就被界定為投影幕的視角。在視角之內(nèi)觀看圖像，亮度比較滿意，放之則較差。一般說來，屏幕增益和視角是兩個相互制約的指標，增益越大，視角越??；增益越小，視角越大。不同類型的投影幕可以獲得不同類型的增益值，漫反射銀幕的典型的亮度增益值在0.8-1.0之間，而增益銀幕增益值可以從1.4-2.0，甚至更高；往往根據(jù)放映環(huán)境和投影機的參數(shù)來確定投影幕的增益值。本項目中使用的投影機的光源為激光光源，在配合金屬硬幕使用時，若采取高增益的投影幕，會出現(xiàn)散斑現(xiàn)象；散斑現(xiàn)象是指在金屬硬幕成像時，在反射的正常影像上疊加有亮暗閃爍的斑點。經(jīng)過實驗，降低銀幕的增益可以有效的減輕散斑現(xiàn)象，提高。且在放映環(huán)境上，保持了影院內(nèi)環(huán)境關(guān)系較弱，且投影機的流明達到4500，采用低增益的投影幕并不會，影響到畫面亮度，而且可以增大視角，最后確定投影幕的增益為0.8。

投影幕對圖像質(zhì)量的影響因素有分辨率、對比度、亮度等；當圖像的分辨率與投影幕的尺寸比例不相符時，當畫面鋪滿整個投影幕幕面時，畫面的圖像會出現(xiàn)明顯的扭曲變形，所以對于定制的投影幕而言，影片也是根據(jù)幕布比例確定的。根據(jù)投影融合軟件可以得知投影幕所需影片的分辨率為3840×1920，由此可以得出投影幕的比例是2：1。對比度是指一副圖中明亮區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級的測量，差異范圍越大代表對比度越大，差異越小對比越小，但對比度現(xiàn)今尚無一套有效又公正的標準來衡量對比率，隨意最好的辨識方式還是依靠使用者的眼鏡。實驗表明投影幕的增益越高，圖像的暗部層次表現(xiàn)就越差；在實際使用中，通常通過投影機畫面的對比度。在放映條件相同的情況下，影響畫面的亮度有：投影機的類型，投影機的分布位置，球幕的內(nèi)表面、球幕的內(nèi)表面增益。由投影機和投影幕的增益系數(shù)決定。項目中通過兩臺投影機將投影幕的畫面鋪滿，投影機左右同一水平面排列，投影機分布示意圖如圖1所示。投影幕分為左右對稱的兩個通道投影，投影光的二維視場如圖2所示，陰影部分為兩臺投影機光路的疊加部分，通過融合軟件對疊加畫面進行處理，使得投影畫面時不至于在重疊的部分出現(xiàn)重影。盡管經(jīng)過軟件處理，實際兩臺投影機的光路在融合帶的位置并沒有消失，因此在投影的過程中，融合帶的亮度會高于非融合帶，這種情況在純白畫面的情況會顯得尤為明顯和突出，所以在多臺投影機投影同一個投影幕時，融合帶越窄對畫面質(zhì)量的影響就越小。投影幕的理論亮度可以根據(jù)亮度計算公司公式（1-2）進行計算。

綜上所述，確定投影幕的幕基從材料為厚度1mm的微孔鋁板，開孔孔徑Φ0.8mm，開孔按正三角形均勻縫補，穿孔率為5.7%；經(jīng)表面處理后，在幕基正反面噴涂金屬銀幕用投影涂料，使得投影幕表面增益達到0.8即可，同一批次的投影幕涂料需一次性生產(chǎn)，并預留一部分涂料用于修補投影幕安裝過程中的劃傷。球幕投影幕的表面涂層各項（包括涂層的壽命、氧化層度、反射）均參照相關(guān)的國家標準來檢測，涂層要求如下所示：

a）涂層的附著力：涂層與底層的附著力不得低于3MPa（≈30kgfm）。

b）柔韌性：涂層在曲率半徑為50mm的芯棒上彎曲后不得出現(xiàn)裂紋、剝落等現(xiàn)象。

c）涂層的厚度：0.05mm。

d）耐水性：涂層經(jīng)過25±1℃的蒸餾水浸泡30天后，不得出現(xiàn)氣泡、剝落等現(xiàn)象。

相關(guān)檢測方法如下：涂層的附著力——通過漆膜附著力試驗儀來檢測表面涂層（GB/T1720-88-JTSK6894）；涂層的厚度——參照國家標準涂層厚度試驗（ISO2808）。

參考文獻：

[1]孫鑫.球幕投影光學系統(tǒng)設計與研究[J]光子學報，2006，35（11）：1766-1769

[2]曹少華.一個球幕投影系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學，2011，5-12

[3]李志民，李金法.投影銀幕的使用與選擇[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2008（5）

[4]蕭燕.淺談金屬硬幕的使用[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2006（8）

[5]潘新華，郭光友，梁軍.投銀幕的選擇與保養(yǎng).中國醫(yī)學教育技術(shù)，2005（1）