4D飞行影院球幕投影幕

杨兆强

摘 要：球幕投影幕是由平面幕发展而来的一种新型的影院播放载体，是球幕影院的重要组成部分，它对影院放映画面的亮度、清晰度、对比度、色彩还原和放映声音起着重要的作用。要使球幕投影慕达到良好的放映效果，就必须对投影幕的种类、光学原理等进行研究。

关键词：球幕；投影幕；银幕

本文从实体项目出发，分别从投影幕的幕基、透声性能、亮度三个方面简单的阐述了项目中球幕投影幕的选择。球幕投影幕，它是指能接受幻灯片、投影、电影等设备所投射出的光束，并在其表面显示图像的一类显示设备。球幕投影幕银幕对投影效果起着非常重要的作用，总而言之，一张好的银幕能够使投影的效果增强20%左右。

一 球幕投影幕基选择

电影放映要获取好的电影投影影像，取决于三个主要因素：1、投影机的档次；2、投影银幕质量是否配套投影机；3、合适的放映环境。通常情况下影院均能创造一个极佳的放映环境；投影设备为两台激光工程投影机，分辨率：1920×1080，亮度：4500流明。

投影幕的种类很多，根据投影方式可分为正投银幕、背投银幕；从反射光的强度可分为高、低不同增益的投影幕；从结构设计可分为支架幕、画框幕、拉线幕、地拉幕、电动幕、手动幕等；根据功能可以分为透声幕和不透声幕；从银幕使用的材质可以分为软银幕和硬银幕。其中软银幕是以帆布、专用织物、PVC等软质材料作为幕基，软银幕可以分为白银幕、珠光银幕、金属银幕、灰银幕等，在细分如玻珠幕可分为散射型、回归型。而硬银幕则是以铝板、树脂板、玻璃钢等作为幕基，这种硬银幕属于非标准化定制产品，需根据具体的要求选择不同的幕基材料和表面涂料。投影幕的选择是多样化的，用户可以根据项目的需求、投影环境、投资能力、所用投影机特性等情况进行选择。

软银幕应用广泛，种类繁多，市场上通常为标准化产品，其尺幅一般从60英寸到300英寸不等（工程幕可达600英寸），也可以根据具体尺寸裁剪、拼接；软银幕主要用于平面投影和弧面（单曲面）投影等，而对于双曲面幕、球幕等异面幕，通常情况下采用硬银幕。硬银幕的幕基易于加工成所需的弧面曲率和形状，对于大型工程幕，投影幕由多个单元拼接而成，硬银幕的接缝处理更加的平滑。虽然软银幕配合银幕架也可用于异面幕，但是安装难度大，且安装过程中容易使幕面出现明显的不规则条棱、划伤等问题，直接影响投影效果，所以通常选择硬银幕作为球幕投影幕布。

球幕投影幕布选择1mm铝板作为幕基，相比于树脂板和玻璃钢，铝板易于加工、定型，可以很容易就在上面打出成千上万个小孔，通过数控冲孔，能够高质量的保证铝板微孔均匀分布，孔的边缘整齐、清晰圆润。而玻璃钢和树脂板却很难实现，所以在硬质打孔透声幕上均采用铝板作为幕基。

二 球幕投影慕性能参数

追求画面和声音的完美融合是电影业近百年来不懈的追求，透声幕就是为了这一目的应运而生的，对于具有高互动要求的特种影院而言，透声幕自然必不可少。透声幕最大的作用就是将音箱隐藏在银幕之后让图像和声音完美融合，最大限度地还原真实的声音，通过多个音箱在配合软件的处理，还能实现3D环绕立体声的效果，让观影者能够体验到声音的距离感。在球幕系统中，球幕就像一个回音壁，当声源处于球幕内侧时，在球内能够很明显的感觉到有回声（使用非透声幕时），使用微孔铝板作为投影幕，可以有效的消除回声效应。

透声幕根据幕布的材质不同主要分为打孔幕和编制幕，这两者的分类均是针对软幕而言，对硬幕没有相关的依据和标准，但是不管是硬质透声幕还是软质透声幕其目的和原理是相同的，所以在确定硬质打孔透声幕相关参数时可以参照软质打孔透声幕。透声幕在实际使用中要达到理想的声音穿透效果，并不是简单的打几个孔，这里牵涉到一个穿孔率和透声孔径的指标。何谓穿孔率、透声孔径？顾名思义，就是微孔面积占投影幕单位的百分比和穿孔的孔径。由于透声幕表面存在着众多微小的透声孔，所呈现出来的画面细腻度不及非透声幕，因此透声孔径和穿孔率（穿孔密度）同样影响着投影画面的质量。《放射和投射放映银幕（GB/T13982-2005）》标准中也规定了商用透声幕的穿孔率推荐值为6%-9%，孔径最大不能超过1.5mm，在实际的使用过程中，穿孔率也可以选择1.7%-6.5%，需根据项目具体情况对孔径和穿孔率进行相应的调整，原则上孔越小可以越大程度保证分辨率和对比度不丢失。

透声幕对投影画面的影响是不可避免的，只能在画面和音效上选择一个折中的办法。通过减小开孔孔径和增加观影距离来改善透声孔对画面的影响。理论上开孔孔径越小对画面的影响越小，但孔径的确定也需要考虑可加工性和加工成本，还需要考虑表面是否会堵塞透声孔。适当的增加观影距离虽然不能解决透声孔对画面的影响，却可以让人在感官上降低甚至消除透声孔的影响，观影距离的选择可以参照表1，该表由投影幕生产商经过投影测试获得。

微孔透声幕的声学特性可以参照《机械设计手册》第五版第六卷有关内容，文中中对铝板材、缝隙、孔洞对隔声量的影响做了相关的研究和总结，得出厚度为1mm的铝板对声音的平均隔声量为20.5dB，而穿孔率对隔声量的影响如图1所示。手册表明穿孔面积占整个结构面积的1%时，则该结构的隔声量不超过20dB，当穿孔面积占整个结构面积的10%时，則该结构的隔声量不超过10dB。实验表明，孔隙对隔声量的影响主要在高频段，随着孔隙的增大，高频隔声量将随之下降。

图1表现的是穿孔率与隔声量的关系，结论表明孔洞对隔声量的影响主要集中在高频段，低频段的影响较小。为此投影幕生产商在声学实验室测试了几种不同穿孔率的透声幕的声学特性，其中还包括了透声幕对不同频率声段的影响，经总结得出表2。透声幕的声学频响测试表明，无论什么种类的透声幕，都会对声音造成损失。为了矫正透声幕的透声损失，用户可以通过专业均衡器做预加重和在均衡处理，其电子分频系统也可以很方便的调整主场声器各频段的参数、对频率进行补偿，大幅度提升高音声压，以弥补透声幕的穿透损失，尽量达到原汁原味的环音效果。具体调整可以参考表2，对频率进行相应频率进行补偿。

投影幕的另外一个重要的性能也是其核心性能就是光学性能，这直接影响到影片放映的画面质量，而投影幕的光学性能主要由投影幕的表面涂层决定，硬幕的方便之处也在于此，可以根据不同的表面涂层来改变投影幕的光学性能，来适应不同的放映环境。

衡量投影幕的光学性能有两个较为重要的指标分别是屏幕增益和视角。增益是行业术语，主要是用来衡量屏幕表面反射的能力。在投射光角度一定、投射光通量不变的情况下，投影幕某一方向上亮度与理想状态下的亮度之比，叫做该方向上的亮度系数，把其中最大值称为投影幕的增益。增益是用来测量屏幕亮度的相对值和不同屏幕材质的光学特性的指标。通常我们将均匀粗糙的白色表面增益定义为1.0，如果投影幕的增益小于1，将衰减入射光，如果增益大于1，将增强入射光。投影幕对入射光在各个方向上的反射是不同的，在水平方向离屏幕中心越远，亮度就越低，当亮度将至50%时的观看角度，就被界定为投影幕的视角。在视角之内观看图像，亮度比较满意，放之则较差。一般说来，屏幕增益和视角是两个相互制约的指标，增益越大，视角越小；增益越小，视角越大。不同类型的投影幕可以获得不同类型的增益值，漫反射银幕的典型的亮度增益值在0.8-1.0之间，而增益银幕增益值可以从1.4-2.0，甚至更高；往往根据放映环境和投影机的参数来确定投影幕的增益值。本项目中使用的投影机的光源为激光光源，在配合金属硬幕使用时，若采取高增益的投影幕，会出现散斑现象；散斑现象是指在金属硬幕成像时，在反射的正常影像上叠加有亮暗闪烁的斑点。经过实验，降低银幕的增益可以有效的减轻散斑现象，提高。且在放映环境上，保持了影院内环境关系较弱，且投影机的流明达到4500，采用低增益的投影幕并不会，影响到画面亮度，而且可以增大视角，最后确定投影幕的增益为0.8。

投影幕对图像质量的影响因素有分辨率、对比度、亮度等；当图像的分辨率与投影幕的尺寸比例不相符时，当画面铺满整个投影幕幕面时，画面的图像会出现明显的扭曲变形，所以对于定制的投影幕而言，影片也是根据幕布比例确定的。根据投影融合软件可以得知投影幕所需影片的分辨率为3840×1920，由此可以得出投影幕的比例是2：1。对比度是指一副图中明亮区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，差异范围越大代表对比度越大，差异越小对比越小，但对比度现今尚无一套有效又公正的标准来衡量对比率，随意最好的辨识方式还是依靠使用者的眼镜。实验表明投影幕的增益越高，图像的暗部层次表现就越差；在实际使用中，通常通过投影机画面的对比度。在放映条件相同的情况下，影响画面的亮度有：投影机的类型，投影机的分布位置，球幕的内表面、球幕的内表面增益。由投影机和投影幕的增益系数决定。项目中通过两台投影机将投影幕的画面铺满，投影机左右同一水平面排列，投影机分布示意图如图1所示。投影幕分为左右对称的两个通道投影，投影光的二维视场如图2所示，阴影部分为两台投影机光路的叠加部分，通过融合软件对叠加画面进行处理，使得投影画面时不至于在重叠的部分出现重影。尽管经过软件处理，实际两台投影机的光路在融合带的位置并没有消失，因此在投影的过程中，融合带的亮度会高于非融合带，这种情况在纯白画面的情况会显得尤为明显和突出，所以在多台投影机投影同一个投影幕时，融合带越窄对画面质量的影响就越小。投影幕的理论亮度可以根据亮度计算公司公式（1-2）进行计算。

综上所述，确定投影幕的幕基从材料为厚度1mm的微孔铝板，开孔孔径Φ0.8mm，开孔按正三角形均匀缝补，穿孔率为5.7%；经表面处理后，在幕基正反面喷涂金属银幕用投影涂料，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产，并预留一部分涂料用于修补投影幕安装过程中的划伤。球幕投影幕的表面涂层各项（包括涂层的寿命、氧化层度、反射）均参照相关的国家标准来检测，涂层要求如下所示：

a）涂层的附着力：涂层与底层的附着力不得低于3MPa（≈30kgfm）。

b）柔韧性：涂层在曲率半径为50mm的芯棒上弯曲后不得出现裂纹、剥落等现象。

c）涂层的厚度：0.05mm。

d）耐水性：涂层经过25±1℃的蒸馏水浸泡30天后，不得出现气泡、剥落等现象。

相关检测方法如下：涂层的附着力——通过漆膜附着力试验仪来检测表面涂层（GB/T1720-88-JTSK6894）；涂层的厚度——参照国家标准涂层厚度试验（ISO2808）。

参考文献：

[1]孙鑫.球幕投影光学系统设计与研究[J]光子学报，2006，35（11）：1766-1769

[2]曹少华.一个球幕投影系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2011，5-12

[3]李志民，李金法.投影银幕的使用与选择[J].现代电影技术，2008（5）

[4]萧燕.浅谈金属硬幕的使用[J].现代电影技术，2006（8）

[5]潘新华，郭光友，梁军.投银幕的选择与保养.中国医学教育技术，2005（1）