Правда об экранах

   Проекционные системы (тандем экрана и проектора) для домашнего использования с каждым годом всё больше набирают популярность. Создать кинозал у себя дома, аналогичный большим коммерческим кинотеатрам сегодня уже возможно. Немаловажную роль в качестве картинки имеет проекционный экран. Проекционный экран - поверхность, на которую проецируется изображение от проектора для отражения потока света зрителю. Чтобы добиться впечатляющих результатов экраны «прошли» долгий путь развития. Еще с древних времен люди экспериментировали с проецированием изображения.

 

I. История


   Первые «проецируемые» изображения наблюдали еще древние жители в каменном веке. Этот эффект был похож на камеру-обскура, только создан самой природой: через щели в пещерах и норы животных на темных стенах можно было увидеть тени, отбрасываемые флорой и фауной при солнечной погоде. Это были первые «домашние кинотеатры».

 

Доисторический аналог камеры-обскура

 

   360 лет до нашей эры в Китае устраивали представления, используя «игру теней» из вырезанных фигур за натянутым полотном, сделанным из тонкой одежды. Такое развлечение в традиционном Китае встречается и сегодня. Есть предположения, что «игру теней» использовали еще раньше в Древней Греции, в Индии, Индонезии, Турции. В то время в качестве полотен использовали ткань вроде простыни, холста, а в Индии и Китае - сари и шелк.

 

Представление "Игры теней"

 

   В середине XI века было создано устройство, позволяющее получать оптическое изображение объектов – камера-обскура. Устройство представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием 0,5-5мм в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой). Лучи света, проникая через отверстие, создают перевернутое изображение на экране. Позже такие «проекции» делали с участием движущихся фигур (например, с проходящими людьми, с музыкальным сопровождением). Представление было в цвете, как в реальной жизни, с той лишь разницей, что было повернуто на 180 градусов. В 1609 году астроном Йоганн Кеплер применил для камеры-обскура линзы, «развернувшие» изображение в обычный вид.

 

Работа камеры-обскура

Работа камеры-обскура

 

   В 1659 году нидерландский физик Христиан Гюйгенс создал так называемый «волшебный фонарь». Аппарат представлял собой проекционную конструкцию, состоящую из корпуса с отверстием в одной из стенок и размещенным внутри источником света (сначала – свеча, затем – электрическая лампа). Экраны для демонстрирования с «волшебного фонаря» делались из ситца, замоченного в крахмале и гуммиарабике для достижения прозрачности, и достигали ширины примерно 6 метров. Эти ранние шаги в технологиях изготовления проекционного экрана повлияли на последующие годы.

 

Работа "Волшебного фонаря"

Работа «Волшебного фонаря»

 

   В 1885 году братья Люмьер изобрели киноаппарат «Синематограф». Презентация новинки происходила для больших аудиторий и, как правило, на платной основе. В 1900 году на парижской выставке «Синеорама» братья Люмьер устроили просмотр фильма с передней проекцией на экране площадью около 400 кв.м., предварительно смачивая его водой перед сеансами для достижения прозрачности, это позволяло наблюдать действие на экране с обеих сторон. Самой впечатляющей попыткой проецирования на большую поверхность была сделана Раулем Гримионом-Самсоном на той же выставке. Он использовал десять проекторов для проекции вручную окрашенного цветного фильма на воздушный шар, окружностью 300м, парящий на высоте 30 метров. Проекторы были размещены так, что создавали на поверхности шара фильм в 360 градусов.
   К 1910 году центр внимания зрителя Европы и Северной Америки в специально построенные для показа фильмов здания. В них обычно применялся стандартный экран шириной 3-4,5 метров, однако иногда в крупных кинотеатрах встречались экраны 8,5 на 5,5 метров.
   Расцвет больших экранов, коммерчески используемых, пришелся на 1950 года. Широкоформатная система «Cinerama», созданная Фредом Уоллером, впервые была показана в США в сентябре 1952 года. «Cinerama» представляла собой комплект из нескольких проекторов, проецирующих каждый свою часть изображения на выгнутую конструкцию экрана с чрезвычайно широким углом зрения. Преследовалась цель достижения пропорций изображения, наблюдаемого человеческими глазами. Эта система имела огромный успех и оказала огромное влияние на дальнейшее развитие кинотеатральных систем.

   В 1953 году киностудией «Twentieth Century Fox» была продемонстрирована система «CinemaScope», представляющая собой один проектор, проецирующий широкоформатное изображение с помощью, так называемой, анаморфотной линзы, «растягивающей» изображение на весь экран.

 

Концепции систем «Cinerama» и  «CinemaScope»

Концепция системы «Cinerama», 1952 г. (слева) и концепция системы «CinemaScope», 1953 г. (справа)

 

   В середине 50-х годов, особенно с изобретением первых технологий 3D, производители задумались о потери яркости при увеличении площади проецирования. Начались эксперименты по повышению отражающей способности экранов. Пионерами была немецкая «Siemens Halske», в 1928 году применившая алюминиевую фольгу для повышения яркости изображения. «Twentieth Century Fox» разработала «Чудо-зекркало» (“Miracle Mirror”). Выгнутый экран из специальной ткани с тысячами крошечных вогнутых зеркальных элементов. Такие экраны стоили в четыре раза дороже обычных «CinemaScope» и для замены требовали архитектурной реконструкции кинотеатров. Вслед за «CinemaScope» и «Чудо-зеркалом» в Канаде была разработана и впервые продемонстрирована (1970 год в Осаке, Япония) новая широкоформатная система с гигантскими экранами - «IMAX».
  В начале 80-х идея широкоформатного кино, казалось, потеряла свою привлекательность для обычного зрителя, несмотря на рост количества кинотеатров. Зритель предпочитал остаться дома за просмотром телевидения. Это спровоцировало упадок в киноиндустрии, а изобретение видеомагнитофона только усугубило эту ситуацию. Голливуд пошел этому навстречу и начал производство фильмов, доступных для домашнего видео, и кино окончательно пришло в дом, а с изобретением DVD там и осталось. Сегодня домашние кинозалы не уступают в качестве коммерческим кинотеатрам, а порой и превосходят их.
   Кроме применения экранов в специализированных домашних кинозалах, проекционные экраны применяются и в домашних кинотеатрах (например, в гостиной), на открытом воздухе или даже в бассейнах. Материалы полотна экрана выбираются индивидуально для каждого пространства. От места установки экрана, зависит его конструктив и тип монтажа, о чем мы поговорим ниже.


II. Строение


   Экраны представляют собой сэндвич из основы (хлопок, полиэстер, стекловолокно, винил и др.) и нанесенного высокотехнологичного покрытия, которое, как правило, является ноу-хау фирм-производителей экранов. Это покрытие может быть диффузным, т.е. равномерно рассеивать свет от проектора по всей плоскости экрана, а может быть зеркальным, т.е. отражать свет в пределах определенной области - для этого иногда в покрытие добавляют всевозможные добавки, вплоть до стеклянных шариков. Одно из последних нововведений это экраны с покрытием на основе серебра, они имеют необычайно высокий коэффициент отражения, но, к сожалению, не скручиваются в рулоны.


1. Полотно Экрана.


   По типу материала полотна бывают ткаными и неткаными. Нетканые полотна имеют ровную или слегка шероховатую поверхность и изготовляются из синтетических материалов. Тканые полотна создаются путем плетения нитей синтетического или натурального волокна и визуально похожи на ткань.

Типы плетения полотен

Примеры плетений тканых полотен

 

   Так же полотна разделяют на акустически прозрачные (звукопрозрачные) и незвукопрозрачные. Акустически прозрачные экраны применяются в случаях, когда акустические системы необходимо расположить позади экрана.
   Эффект акустической прозрачности достигается либо специальным плетением полотна, либо нанесением множества микроотверстий (перфораций). Бесспорным чемпионом в этом является перфорированное полотно «Microperf X2» от «Stewart», на квадратном сантиметре этого полотна около 985 отверстий (в сравнении с обычным – около 197/кв.см.)!

 

«Microperf X2» от «Stewart» и обычное перфорированное полотно

Соотношение перфорации «Microperf X2» от «Stewart» (вверху) со среднестатистическим перфорированным полотном

 

   Хотя 100% отсутствия влияния перфорированного экрана на звук добиться не получится, ведущие производители экранов свели его к минимуму.


Типы покрытия

 

Работа рассеивающего полотна

   • Рассеивающие (матовые – Matte; или диффузные - Diffusion) - эти полотна распределяют свет равномерно и имеют широкий угол обзора.

 

   Ярким примером рассеивающего полотна является полотна типа «Matte White» (матовый белый) – наиболее распространенный тип полотна. Это полотно из винила, покрытое карбонатом магния (MgCO3)   -    веществом,    напоминающим мел.    Это     покрытие

технически является великолепным рассеивателем световой энергии, причем рассеивание происходит изотропно, т.е. равно во всех направлениях. Коэффициент отражения этого покрытия 1.0.

 

Полотно «Matte White»

Полотно «Matte White»

 

Работа отражающего полотна

   • Отражающие (Reflective) – полотна отражают большую часть света согласно правилу, что угол падения равен углу отражения, и, соответственно, имеют уменьшенный угол обзора.

 

   Полотно на основе металлических покрытий (алюминий или серебро) - обеспечивает максимальный коэффициент отражения, у  экрана «Vutec»   «SilverStar» он  достигает  6.0.  Так   же    такие

экраны характеризуются высокой контрастностью. Подобные покрытия не сворачиваются в рулон, а применяются только на стационарных экранах. 

 

Сравнение коэффициента усиления серебряного полотна с матовым белым и серым полотном

Слева: пример полотна с серебряным покрытием. Справа: сравнение коэффициента усиления экрана «Vutec SilverStar» (посередине) с матовым белым (слева) и серым полотном (справа)

 

Работа световозвращающего полотна    • Световозвращающие (ретро-отражающие – Retro-Reflective) – данные экраны отражают свет строго в том же направлении, в каком он излучается.

 

Работа рассеивающе-отражательного полотна

   • Рассеивающе-отражательные (диффузно-отражательные – Diffusion Transmissive) экраны используются для обратной проекции (Rear Projection) – пропускает проецируемый на него с обратной стороны свет в рассеянном виде.

 

    Пример светопрозрачного полотна:

 

 

   Отражающие и световозвращающие полотна направляют большую часть света от проектора в сторону зрителей, что с одной стороны повышает яркость изображения на экране, но с другой – сужает угол обзора и вызывает заметное бликование экрана.
   Существуют полотна в градациях серого/черного цветов, которые применяются для повышения контрастности. В настоящее время практически не используются в частных кинотеатрах и кинозалах.
   В наше время производят и «экзотические» покрытия экранов. Например, производитель «Da-Lite» покрывает поверхность огромным числом стеклянных шариков, диаметром в 9 микрон! Стеклярус, утопленный на 1/3 в виниловую основу превращается в микролинзу. Этот ковер из микролинз повышают коэффициент отражения экрана до 3.0. Поверхности со стеклянным покрытием без труда сворачиваются в рулон, но не применяются в домашних системах из-за заметной дифракции света.

 

Полотно Da-Lite, покрытое стеклянными шариками

Пример полотна Da-Lite, покрытого стеклянными шариками

 

   А с конвейера канадской фабрики Goo Systems экраны сходят в обычной пластиковой банке, как обычная краска, а потом наносятся в нужном месте обычной кисточкой.


Основные характеристики полотен 

 

 Коэффициент отражения (Screen gain)

   Коэффициент усиления (отражения) экрана — величина, характеризующая степень концентрации направленного к зрителям светового потока в сравнении с отраженным от эталонной диффузной поверхности (она же матовая белая). При выборе экрана необходимо основываться на светосиле проектора (яркости). Чем выше его яркость, тем ниже требования к коэффициенту отражения.
   Обычно коэффициенты усиления экранов для домашнего кино находятся в пределах от 0.9 до 1.3. Например, коэффициент 1.25 говорит о том, что полотно экрана "усиливает" отраженный свет проектора на 25%.
   Коэффициент отражения больше 1.0 говорит, что покрытие такого экрана отражает свет не равномерно во всех направлениях, а фокусирует его на область зрителя (угол видимости). Как правило, поверхность такого экрана поверх слоя карбоната магния покрыта микропластинками диоксида титана (TiO2), обладающими высокими отражающими свойствами, образующими своего рода микрозеркала. Подобное покрытие обеспечивает коэффициент отражения до 1.5.
   Полотно выбираемого экрана должно на 100% соответствовать проектору. Для домашнего кинотеатра рекомендуется применять гибкие полотна с коэффициентом отражения не выше 1.5.

 

 Угол просмотра (Viewing angle)

   Угол просмотра - угол, определяющий сектор комфортного наблюдения изображения на экране (по горизонтали и вертикали), определяется относительно оптической оси экрана и зависит от свойств экранного полотна (указывается производителем). Увеличение коэффициента усиления экрана вызывает сужение сектора просмотра. Зависимость угла просмотра от коэффициента усиления не всегда прямо пропорциональная, в экранах отдельных производителей угол может сузиться до 25 градусов. Иными словами, не все зрители на диване смогут одинаково ярко воспринимать картинку. Поэтому не рекомендуется выносить места зрителей за угол видимости. Наибольший угол наблюдения (до +/-50 градусов) имеют матовые белые (диффузные) экраны.

 

График зависимости угла просмотра от коэффициента усиления

График зависимости угла просмотра от коэффициента усиления

 

2. Типы экранов


   Для домашнего видео экраны подразделяются на экраны прямой и обратной проекции. В первом случае проектор и зритель находятся по одну сторону экрана, во втором случае - по разные стороны.


 Экраны обратной проекции (Rear Projection)

   Экраны обратной проекции (проекция на просвет – рирпроекция) – проекция на полупрозрачный просветный экран на основе винила: проектор и зрители располагаются по разные стороны экрана (проектор находится за экраном).
   Картинка домашнего кинотеатра на основе обратной проекции считается самой качественной. Надо признать, что проектирование и настройка системы обратной проекции достаточно долгий, сложный и трудоемкий процесс. Многокилограммовая рамная конструкция находится в специальной технической комнате позади экрана, для уменьшения ее размеров часто применяются зеркала. Картинка получается максимально контрастной, т.к. техническая комната затемнена на 100%.
   Задняя проекция на просвет в основном используется в концертном и рекламном бизнесе и вряд ли имеет перспективы в домашнем кинотеатре.

 

Работа экрана обратной проекции

 

"+" высокая яркость, высокая контрастность, отсутствие теней от зрителей, идеально ровная поверхность.


"-" отдельное помещение под проекционную систему, очень высокая цена

 

 Экраны прямой проекции

   Экраны прямой проекции подразделяются на стационарные и механические. Первые жестко и постоянно закреплены на раме, вторые прячутся в тубус (трубу).
   Стационарный экран, как и экран обратной проекции, чаще всего можно встретить в кинозалах, расположенных в отдельных комнатах. Но не исключено его применение и в таких зонах, как гостиная (вместо ТВ), бассейн и др.

 

Экран прямой проекции

 

"+" идеально ровная поверхность, гамма полотен с разными коэффициентами отражения, невысокая цена;


"-" не убирается.


   Механический экран имеет более широкий диапазон применения, в отличие от стационарного. Его можно встретить практически в любой сфере деятельности, где необходим просмотр или презентация видеоматериала с возможностью убирать экран: от гостиных (вкупе с ТВ) до конференц-залов.

 

Моторизованные экраны

 

"+" убирается в тубус, гамма полотен с разными коэффициентами отражения, сравнительно невысокая цена;


"-" не идеально ровная поверхность (возможны "волны" от намоточного вала).


   Важным параметром механических экранов является величина черного поля над экраном (экстрадроп или «Total Black Top Leader», или «TBTL»), которая определяет до какого уровня может быть опущен экран. Стандартные модели экраном подразумевают фиксированный размер экстрадропа, в сложных случаях его можно заказать исходя из требуемых высоты расположения экрана.
   Механические экраны так же делятся по типу управления на:

 

  • управляемые радио-пультом через приемник, подключенный к экрану;
  • управляемые по релейному (триггерному) блоку. В этом случае экран разворачивается автоматически при включении проектора.


   Чаще всего если кинотеатр требует максимально гладкой поверхности экрана, но при этом его необходимо периодически убирать. Для таких условий существует специальная конструкция с боковым струнным натяжением. Механизм, натягивая струны, убирает большинство складок и неровностей с полотна.

 

Экран со струнным натяжением

Экран со струнным натяжением

 

   Такой экран не применяется с большим экстрадропом.


"+" идеально ровная поверхность, гамма полотен с разными коэффициентами отражения, убирается в тубус


"-" высокая цена


   Существуют специальные конструкции механических экранов, например для установки в пол или в мебель. Например, «Vutec» выпускает экраны, открывающиеся снизу вверх, обеспечивая ровную поверхность за счет натяжения и раскрывающихся рёбер жесткости. Такие экраны применяются в яхтах или в помещениях с очень высоким потолком.

 

«Vutec» для установки в мебель

 

Экран компании «Vutec» для установки в мебель

 

Основные физические характеристики экранов 

 

 Конструктив


- Механические экраны


   Чаще всего полотно экрана находится в тубусе (четырехгранной трубе или полукруглой трубе), который крепится к стене или потолку. Но некоторые производители предлагают специальную конструкцию экрана, которая позволяет полностью скрыть тубус за чистым потолком, оставив лишь щель в потолке для движения полотна. Не редко встречаются решения с дополнительным электрическим приводом для открывания и закрывания потолочной дверцы экрана. Эти конструкции стоят заметно дороже простых в тубусе.

Установка механического экрана

 

- Стационарные экраны


   По конфигурации рамы стационарных экранов могут быть прямыми и вогнутыми (curved screens). Вогнутые экраны используются для больших и широких помещений для сохранения четкости картинки на краях. Примеры вогнутого экрана можно наблюдать в общественных кинозалах, например, в «IMAX».

 

Вогнутый экран

Пример вогнутого экрана

 

 Размеры и форматы экрана

   Современные экраны могут быть с разным соотношением сторон. Чаще всего фильмы записаны в формате изображения 16:9, поэтому такие экраны самые распространенные. Если же Вы потенциальный обладатель проектора с анаморфотной линзой, то следует выбрать экран 2,35:1.
   К слову сказать, есть экраны с "изменяемой" шириной: по мановению пульта на анаморфотный экран по бокам (или сверху и сбоку) опускаются черные полосы, подстраивая его под нужный формат. 


   Варианты форматов экранов:

 

  • Одноформатные – не могут подстраиваться под формат изображения. При изменении изображения на экране остаются полосы по бокам или сверху и снизу (в зависимости от формата картинки).
  • Мультиформатные (со шторками - With masking) – имея исходный формат, могут с помощью вертикальных или горизонтальных шторок подстроиться под формат изображения.

 

Работа горизонтальных шторок у мультиформатного экрана

Пример мультиформатных экранов с горизонтальными шторками (слева - без шторок при изменении формата изображения, справа – со шторками)

 

Работа вертикальных шторок у мультиформатного экрана

Пример мультиформатных экранов с вертикальными шторками (снизу – «родной формат», слева – без шторок при изменении формата изображения, справа – со шторками)

 

   Черные шторки, как и полотна экранов, могут быть звукопрозрачными, это позволяет размещать за ними акустические системы.


III. Стандарты для киноэкранов


   Основной задачей тандема «киноэкран + проектор» - дать зрителю картинку с яркостью не ниже определенного уровня. По международному стандарту «196M - Screen Luminance and Viewing Conditions», принятому SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) этим пределом является значение 16 FL. Кроме этого пареметра, при подборе киноэкранов учитывают ОСТ 19-32-83 «Киноэкраны. Типы. Основные параметры. Размеры поля экранного полотнища» и ОСТ 19-155-2000 «Кинотеатры и киноустановки. Качество проецируемого изображения». Общие рекомендации и нормы подбора и расположения экрана относительно зрителей ведутся согласно:

 

• МГСН 4.17-98 «Культурно-зрелищные учреждения»;
• РТМ 19-77-94 «Развитие и техническое оснащение киносети»;
• SMPTE EG-18 (18-1994) «Design of Effective Cine Theaters»;
• SMPTE RP105-1981 «Method of Determining the Degree of Jump and Weave»;
• SMPTE «Engineering Guideline 18»;
• СНиП 31-06-2009 «Общественные здания и сооружения».

 

   Помимо перечисленного, для выбора и размещения экрана мы используем стандарты и рекомендации THX (Tomlinson Holman’s eXperiment - требований к высококачественным системам домашнего кинотеатра).


IV. Ошибки

 

 Экономия на экране

   Экран должен соответствовать светосиле проектора и условиям освещенности помещения. Белые обои и китайский промышленный винил не подойдут – чем светлее помещение, тем сложнее добиться хорошей контрастности картинки; чем светлее помещение, тем ярче должен
быть проектор и выше значение коэффициента усиления экрана. А значит и дороже обойдется система.

 

 Неподходящий размер

   Размер экрана рассчитывается по особым правилам исходя из местоположения зрителей, учитывая анатомические особенности восприятия картинки. Обращаясь к профессионалам, вы получите индивидуальные рекомендации по размерам и расположению экрана, подходящие под условия конкретного помещения.


   С течением времени, технологические улучшения экранов не прекращаются, известные производители соревнуются из года в год. Лидерами-производителями экранов для домашнего видео сегодня являются: американские «Stewart», «Vutec», голландский – «Projecta».

 

Экран в кинозале "Спираль"