Самый грозный враг проекционной картинки — внешняя засветка. Один из способов побороть его — экраны типа Ambient Light Rejecting (ALR), блокирующие боковую паразитную засветку. Также их называют контрастными или экранами с усилением. Такие экраны устраняют барьеры и существенно расширяют области применения проектора. Теперь не только кино, но и ТВ, игры, учеба, развлечения на вечеринках и свобода: хотим — выключим свет, не хотим — оставим.
Как вам идея — разместить в гостиной, мультимедийной комнате или кинозале огромную 135-дюймовую панель? Если даже эта громадина существовала бы (а может, она уже есть?), большинство из нас сочли бы это сумасшествием, хотя бы в плане цены и банальной транспортировки через дверь (если, конечно, вы не обладатель дворца).
И хорошо, что авантюра не прошла: на поверку весьма большие панели, скажем, 85-дюймовые, рядом с экранами средних размеров выглядят скромно. Мы об угле обзора. Хотим восприятия как в жизни — «во все глаза», на 100 и больше градусов. А та же «солидная» 85-дюймовая с типовой дистанции просмотра дает несчастные 20 градусов. Кино и компьютерные игры «через подзорную трубу» — это ли наш идеал?
Вообще, у проекции перед панелями масса преимуществ. Это и практически произвольная диагональ картинки, и более естественное изображение, благодаря отраженному свету, возможность использовать большие изогнутые экраны и т.д. В идеальных условиях подобно сюжету песни «Аргентина-Ямайка» поединок проектор-панель был бы завершен всухую. Однако у проекции есть грозный враг. Это внешнее освещение или «паразитная» засветка. Не обязательно открытое окно или бра: достаточно светлых стен, и вернувшаяся обратно на экран ненужная подсветка сделает свое черное, пардон, вредное светлое дело.
Поясним на примере. Потенциальную контрастность проектора можно оценить так: измерить люксметром освещенности экрана от поданных с генератора 100% и нулевого сигналов, проще — максимально яркого белого и минимального черного, затем разделить первое на второе. Пусть это будет 100/0.001, итого 100 000:1. Однако проекция — та уникальная среда, где контрастность проектора не равна контрастности изображения: мы ведь платим за проектор, но покупаем картинку!
В идеальном — референсном — кинозале с отличным белым, равномерно рассеивающим (ламбертовым) экраном, соотношение для контрастности изображения будет сходным с дробью предыдущего абзаца. Только здесь нужно измерять не люксы, а яркости, направив датчик на экран. Пусть мы получили условно100 fL/0.001 fL = 100 000:1 (где fL — единица яркости). Теперь зажжем тусклую лампочку, которая добавит в числитель и знаменатель по 1 fL. Итого контрастность изображения составит 101/1, что практически есть 100:1 — в 1000 раз меньше! Получается, проектор за 1000 у.е. дает картину ценой в 1 у.е.? А ведь именно контрастность — не цветность или разрешение — главный параметр качественной картинки. Так что, вход проекции в зону света воспрещен?
К счастью, нет. Проекционная наука предлагает изящное и мощное решение — экраны Ambient Light Rejecting (ALR), блокирующие боковую и вертикальную паразитную засветку. Они называются контрастными или экранами с усилением. Напомним, что экран — очень важная часть кинозала и предмет, часто недооцененный потребителем. Обычный белый ламбертов экран, если он дорогой и от серьезного бренда, может кардинально улучшить картинку посредственного проектора. А контрастный экран — технология еще более сложная, плюс эффект сильнее.
В первый раз контрастный экран производит сильное впечатление на непосвященного зрителя. Представьте: вы светите мощным фонарем перпендикулярно экрану — пятно света яркое. Затем направляете луч вдоль — по касательной к полотну и… на экране никакого следа, будто фонарь выключен. Так же работают и контрастные полотна: они концентрируют отраженный свет в более узком конусе, блокируя боковое паразитное освещение полностью или частично — в зависимости от коэффициента усиления и выбора экрана под вашу ситуацию. Неудивительно, что новички принимают контрастный экран с яркой насыщенной картинкой за очень большую панель.
Что нам дает система «проектор + ALR экран»? Устраняет барьеры и существенно расширяет области применения. Теперь не только кино, но и ТВ, игры, учеба, развлечения на вечеринках и свобода: хотим — выключим свет, не хотим — оставим.
Уровни технологий уже обычных ламбертовых полотен дают колоссальную визуальную разницу в картинке, наглядно объясняя зрителю, почему хороший экран дорог. Казалось бы, контрастный экран — это сумма качеств ламбертового, плюс усиление? Но все не так просто. Какой из множества ALR экранов подойдет именно для ваших условий, а какой совершенно не подойдет? Мы протестировали 11 популярных моделей от восьми известных производителей. Все из них дают впечатляющую картинку «а-ля большая ТВ-панель» и в хорошо освещенной комнате. Но они различаются по группе важных параметров — контрастности, оптимальных углов просмотра, артефактов изображения, способам инсталляции, особенностям сборки и пр. В этом обзоре мы исследовали характер каждого.
Как мы тестировали экраны
Поскольку эти экраны созданы именно для условий внешнего освещения, мы оценивали свойства в двух типовых ситуациях. «Дневной» вариант — боковая засветка от окна, «вечерний» — слабая подсветка потолочной лампы над экраном, с потоком света, направленным вниз. Испытания проводились в помещении с большими обращенными на север обзорными окнами на одной стене. Время — середина дня, когда северное небо наиболее яркое, свет — диффузно-рассеянный. Поток дневного света от окон падал на экраны примерно под углом 50 градусов от нормали. Условия усложнены белыми стенами, потолком и светлым ковровым покрытием, дающими массу мягкого паразитного рассеянного света. Другими словами — интерьер хорошо освещенной гостиной, где обычно смотрят ТВ или играют в игры днем. И, конечно, очень жесткие, точнее — непереносимые условия для обычных ламбертовых экранов.
После измерений яркости, контрастности, коэффициента половинного усиления в условиях оконной засветки мы добавили четыре 20-ваттных потолочных источника, чтобы увидеть, как дополнительный свет от пространства над экранами влияет на контрастность, уровень черного и насыщенность цветов. Угол падения верхней засветки составил 30 градусов с плоскостью экранов. Это испытание — своего рода «троллинг» и стресс-тест для экранов. (Надеемся, никому не придет в голову делать такую «систему освещения» кинозала в реальном проекте.)
На протяжении всех испытаний в качестве проектора мы использовали модель для домашнего кинотеатра Epson Home Cinema 1440, с оригинальным разрешением 1080p и допускающим работу в условиях внешней засветки. Мы включили в меню режим Bright Cinema, в котором выходной световой поток составил 2800 ANSI люмен. Дистанция проекции равна 10 футам (3 метра), а ширина изображения — 80 дюймов (2 метра), так что проекционное отношение составило 1.5x. Это, кстати, минимальное проекционное отношение для максимальной эффективности ALR экрана.
Замечания по выбору экранов
Для обзора мы отобрали одиннадцать известных экранов, однако контрастных экранов на рынке куда больше. Чтобы обзор был информативным и представительным одновременно, мы ограничили тестовую группу моделями с коэффициентами усиления от 0,8 до 1,4. Это, разумеется, не все ALR экраны в данном диапазоне — на рынке присутствует немало экранов с усилением от 1.5 и выше. Но диапазон 0,8 – 1,4 охватывает подавляющее большинство случаев, когда в типовом кинозале необходимо компенсировать влияние той или иной засветки контрастным экраном.
Относительная контрастность и внешняя засветка
Для оценки контрастности мы подали на Epson 1440 с генератора тестовый шаблон ANSI — «шахматную доску», а яркость измеряли спектрофотометром Minolta LS100.
Первый замер касался эффективной контрастности в центре экрана. Прибор был направлен строго по нормали к плоскости полотна — по оси нулевого обзора, на техническом языке. Данный проектор плюс конкретные условия — дневная «полуденная» засветка, и нейтрально белая доска, в качестве эталона — показали контрастность 10:1. Полученные данные — не какие-то абсолютные величины, лишь таблица для относительного сравнения контрастностей полотен и в конкретных одинаковых условиях. Неудивительно, что каждый из экранов показал заметно большую контрастность, нежели эталон — белая доска. Эффективные значения контрастности приведены в таблице:
Тест контрастности
Боковая засветка — только окна (засветка с боковых окон северной стороны; основной световой поток падает под углом 50 градусов к нормали полотна):
Свет от боковых окон и потолка (суммарная засветка включает в себя боковой свет от окон и свет от четырех 20 Вт потолочных ламп над экраном):
** Только для сравнительных целей. Данные отношения показывают возможности экранов при конкретном типе засветки и конкретном проекторе. Измеренные величины не связаны напрямую со спецификациями экранов.
Углы обзора и углы половинного усиления
Контрастность, воспринимаемая зрителем из центрального положения по отношению к экрану, является лишь одним из нескольких факторов, характеризующих общее качество изображения и возможности экрана. Вторым важным фактором является угол обзора, простыми словами, то, как меняется изображение при отклонении направления зрения от нормали к экрану, т.е. при взгляде на экран под разными углами. В этом отношении одиннадцать испытуемых экранов ведут себя совершенно по-разному. На некоторых, при отклонении оси зрения от нормали, картинка быстро тускнеет, другие держат яркость изображения весьма стабильно, даже если смотреть на полотно практически сбоку.
Функция, характеризующая изменение яркости светового потока, рассеянного экраном, в зависимости от угла, называется диаграммой рассеяния. А параметр этого распределения, позволяющий оценить характер данного распределения, называется углом половинного усиления (фактически — ослабления). Это угол (как правило — в горизонтальной плоскости) между нормалью к экрану и направлением зрения, при котором яркость изображения падает вдвое по сравнению с яркостью, видимой по нормали.
Диаграмма рассеяния неконтрастного, ламбертового экрана — полуокружность, а коэффициент усиления, очевидно, равен 1. При этом угла половинного усиления не существует: яркости потоков, рассеянных по всем направлениям, равны. Для контрастного же экрана диаграмма напоминает «шапочку». Угол половинного усиления тем больше, чем ближе экран к ламбертовому, а «шапочка» шире. И наоборот, она тем уже, чем меньше угол половинного усиления и чем более контрастен экран.
Как это выглядит на практике? Картинка на экране с малым (узким) углом половинного усиления выглядит очень яркой в центре и быстро темнеет с изменением угла зрения от нормали к периферии. Соответственно, картинка на экране с большим (широким) углом темнеет очень неохотно при изменении угла зрения, сохраняя приемлемую яркость.
Отметим, что мы анализировали лишь стандартные диаграммы рассеяния, непрерывно и плавно убывающие от центра к краям, т.е. «шапочки» без двойных «горбов» и ступенек. Для нестандартных диаграмм параметры типа «угол половинного усиления», разумеется, не имеют смысла.
Угол половинного усиления — не единственная величина, характеризующая поведение контрастного экрана. Не менее важен параметр равномерности яркости, а она, вообще говоря, также меняется при смещении направления зрения — как по углу, так и горизонтали. Смотрите на экран с направления половинного усиления — сначала в центр, затем на дальний край. Вы увидите, что от центра яркость действительно половинная, но от дальнего края она заметно меньше: тестовое изображение темнее. А ближний к вам участок экрана — соответственно ярче, чем центр.
Ниже — характерные примеры: неравномерность яркости при горизонтальном обзоре, при вертикальном обзоре и экран с грубой ошибкой — центральным пятном засветки.
Это плохо: вы данный эффект, что называется, не заказывали. Но это общее физическое свойство контрастных полотен: когда вы смотрите на них под углом, «местная» нормаль к экрану идет теперь не в центр полотна, а ближе к боковой рамке. Поскольку свойства полотна одинаковы по площади (мы не говорим сейчас об особых технологиях производства), неравномерности яркости при боковом обзоре всей площади контрастных экранов не избежать. Именно поэтому с точки зрения стандартов качества изображения, диапазон направлений зрения в рамках двойного угла половинного усиления считается приемлемым. Превышать его не рекомендуется.
В спецификациях и рекламных буклетах производители нередко вместо угла половинного усиления используют термин «угол обзора», который в два раза больше. То есть суммируют зоны обзора вправо и влево от нормали. Например, если угол половинного усиления равен 30 градусов, то угол обзора составит 60. Данный маркетинговый прием позволяет повысить имидж продукта.
Широкий или узкий углы обзора — что лучше? Здесь эмоции типа «хороший» или «плохой» отсутствуют: хороший — тот, что точно соответствует вашим условиям. Если у вас небольшой кинозал с двумя-тремя центральными зрительскими местами, экран с «узким» углом обзора будет вести себя отлично. И наоборот, если зрительские ряды длинные по отношению к ширине экрана, т.е. просмотр планируется с самых различных направлений на экран, коэффициент усиления придется выбирать ближе к единице, соответственно и параметр «угол обзора» должен быть больше. В последнем случае, при наличии боковой засветки, придется повозиться с выбором: почти ламбертов экран не годится, а сильно контрастный полностью лишит боковых зрителей удовольствия. Поиск оптимума в сложных условиях — всегда искусство.
В эксперименте с дневной полуденной засветкой мы располагали фотометр на центральной оси, направив его по нормали к экрану. Затем, сохраняя направление датчика в центр полотна и проводя измерения, сдвигали его в сторону засветки, пока не фиксировали половинное падение яркости — т.е. находили угол половинного усиления. Чтобы избежать терминологической путаницы, в таблице результатов приводим значения углов половинного усиления и углов обзора.
** Только для сравнительных целей. Данные отношения показывают возможности экранов при конкретном типе засветки и конкретном проекторе. Измеренные величины не связаны напрямую со спецификациями экранов.
Вертикальные углы половинного усиления
Оказывается, яркость изображения и однородность по полю меняются не только при изменении угла зрения и движения зрителя в горизонтальной плоскости. Если вы поднимитесь выше или опуститесь ниже, обнаружите те же явления в вертикальной плоскости. Соответствующий параметр вертикальной диаграммы рассеяния называют вертикальным углом половинного усиления. Формула та же: это угол в вертикальной плоскости между нормалью к центру экрана и направлением зрения, при котором яркость уменьшается вдвое относительно «центральной» яркости, воспринимаемой по нормали.
Мы не зря, дав определения угла половинного усиления, оставили ремарку — «как правило, в горизонтальной плоскости». Теперь очередь дошла и до вертикальной. Мы нисколько не ограничиваем вашу фантазию, но сомневаемся, что вы будете строить кинозал-амфитеатр, когда галерка взирает на экран высоко сверху, а партер, задрав головы, будто из оркестровой ямы, весь сеанс тренирует шейные позвонки. Здесь речь о другом. Вертикальный обзор важен для оценки потолочной засветки и критически важен для корректной работы рефлекторно-офсетной проекции. Сейчас появились кинотеатральные проекторы (например, Sony VPL-GTZ1), инсталлируемые либо под, либо над экраном: они посылают на экран кинжально-плоский луч света — фактически вдоль полотна. Производить контрастные экраны для таких случаев умеют только самые именитые и опытные компании.
Экраны с «узким» вертикальным углом половинного усиления требуют весьма точной установки проектора, угол направления потока света которого точно коррелирован с направлением зрения аудитории. Незначительные отклонения от расчетов таких углов приведут к неприемлемым артефактам, вроде резкой деградации яркости, однородности и «виньетирования». О последнем вам лучше узнать из Википедии, а не из практики: центральная часть изображения заметно ярче периферии — будто вы закрыли кольцом из ладоней часть объектива по краям. Разумеется, экран с «широким» углом обзора по вертикали дает больше возможности маневра инсталляторам проектора.
Экран с узким вертикальным углом половины усиления потребует точного размещения проектора под углом точно дополнительным к вертикальным углом обзора аудитории. Незначительные отклонения от этого угла может ввести виньетирования, однородность и проблемы яркости. Полотно с большим углом усиления вертикальной половины позволит закрепить проектор под большим углом по высоте относительно экрана.
Группа испытуемых экранов при условиях засветки из эксперимента «Тест контрастности №1» показала следующие вертикальные углы половинного усиления:
** Только для сравнительных целей. Данные отношения показывают возможности экранов при конкретном типе засветки и конкретном проекторе. Измеренные величины не связаны напрямую со спецификациями экранов.
Относительные уровни черного
При данном проекторе и оговоренных конкретных условиях освещения одиннадцать экранов продемонстрировали существенно разные эффективные уровни черного. Глубокий уровень черного придает картинке кинотеатральную контрастность и жизненный динамический диапазон сцен, в том числе — заметно оживляет и цвета.
Однако восприятие черного сильно зависит от угла зрения. В этом смысле экраны с узким углом обзора имеют явное преимущество при фронтальном обзоре и стремительно теряют его при увеличении угла зрения.
Способность контрастных экранов «держать» уровень черного также зависит от направления внешней засветки. Естественно, что Stewart FireHawk G4, который впечатлил шикарным черным при фронтальном взгляде и чисто боковой засветке, изменил характер, когда включили потолочную засветку. Помните, что контрастный экран — специализированная разработка, в отличие от универсальной — ламбертового экрана. Первый ярко проявляет достоинства только в случае, когда вы хорошо изучили особые условия своего кинозала. Второй идеален в референсных условиях, но он готов быстро уступить пальму первенства первому, когда пошли отклонения кинозала от «референса».
Тест уровня черного
Боковая засветка — свет только из окон (засветка от северных боковых окон; основной поток света падает на экран под углом 50 градусов):
Боковая и потолочная засветка (свет от боковых окон и от потолочных светильников над экраном):
Пиковое усиление и относительная яркость
Номинальный коэффициент усиления участников обзора варьируется от 0,8 до 1,4. В общем, чем выше усиление, тем ярче будет изображение по нормали — и для произвольного проектора. Напомним, что экран с большим усилением дает более узкую диаграмму рассеяния (из-за чего, собственно, и ярче при центральном восприятии) и соответственно более «узкий» угол обзора. Поэтому чрезмерное усиление — не всегда благо. Если вы приобретаете контрастный экран только чтобы «вытянуть» яркость слабого (тусклого) проектора, рекомендуем оставить эту сомнительную затею. Не для того контрастный экран. Чтобы поднять общую яркость картинки, приобретите лучше проектор с хорошим запасом светового потока.
В этом тесте мы измеряли яркости по нормали в центре экранов при подаче на проектор тестового пикового белого (уровень сигнала 100 IRE). Цель — сравнение относительных яркостей (по нормали, в центре). Вот результаты по убыванию яркости:
В большинстве случаев декларированные производителями номинальные усиления в целом соответствовали измеренным относительным яркостям. Но есть два исключения: SI Zero Edge Slate и Microlite Black Crystal 1.2. Оба имеют номинал усиления по 1.2, но при данной засветке дают яркость в центре бОльшую, нежели конкуренты с бОльшим усилением — 1.4.
Текстура изображения и артефакты усиления
Помимо яркости, контрастности, цветности и других параметров, определяющих качество изображения, существует еще один — «текстура». Это, по сути, качество передачи мелких деталей в сочетании с определенной степенью «чистоты» изображения. Большинство экранов с усилением привносят в картинку свой «ингредиент» — фирменную текстуру, и она — не свойство проектора. Типовая текстура выглядит подобно «зерну» эмульсии чувствительной фотопленки или как равномерный мелкий «шум» на цифровом снимке при большом значении параметра чувствительности (ISO). Визуально это не пиксельная решетка, как на картинке проекторов низкого разрешения.
Часто текстура незаметна, если камера не панорамирует, снимая мягко-контрастную сцену с объектами, имеющими свою текстуру — ткань, кожа и др. Но если камера просматривает в движении белые облака, яркое небо или «скользит взглядом» по кузову красного лака Ferrari, артефакт проявляется. Речь о том, что «гладкие» объекты не имеют собственной структуры, и привнесенные артефакты маскировать нечем. Проблема также в том, что подобная привнесенная текстура-артефакт стационарна относительно всего кадра: будь камера неподвижна — текстура в глаза бы не бросилась. Но вот начинается панорамирование, и полезное изображение движется в кадре — как бы за неподвижной тонкой и полупрозрачной текстурной «занавеской».
Классификация типов «зернистых» текстур контрастных экранов:
1. Нет текстуры. Da-Lite Parallax 0.8 и DNP Supernova визуально ее не обнаруживают. Как результат эти экраны демонстрируют высокую степень чистоты и прозрачности изображения: неплохо для стандартов Домашнего Кинотеатра.
2. Почти нет текстуры. Elite EPV DarkStar 9 и EPV PolarStar — некий отдельный класс. В противоположность Da-lite и DNP, «зерно» эпизодически проявляется, но очень незначительно.
3. Незначительная текстура. В эту категорию попало большинство контрастных экранов. Вот они:
• Elite DarkStar Microlite Black Crystal 1.2
• Screen Innovations Slate 1.2
• Screen Innovations Black Diamond 1.4
• Seymour Matinee Black
• Stewart Firehawk G4.
На всех этих экранах некоторая текстура и зернистость при панорамировании сцен заметна. В некоторых случаях будет немного видна текстура на неподвижных гладких объектах, в том числе на ясном дневном небе. Для этой подгруппы экранов нет особой классификации — лучше или хуже, они похожи.
4. Умеренная текстура. Draper TecVision MS1000X имеет ряд ярких достоинств, но зернистость картинки явно не из их числа. Он в команде испытуемых, так сказать, текстурный чемпион и нарушитель режима чистоты.
Смещение цветов
Читая статью, вы поняли, что углы обзора и усиление экранных полотен — реально существующие параметры, с которыми надо считаться. Но вот цвет… стоит ли вообще затрагивать эту тему? Белое матовое полотно или полотно, концентрирующее отраженный свет, в отличие от зеленой или синей стены, очевидно должны отражать тот же спектр, что и поступил на полотно? Нет, не очевидно. Эталонно белой является только специальная магниевая пластина, по которой, кстати, калибруют спектрорадиометры и определяют характеристики экранных полотен. Любое белое полотно только кажется белым на первый взгляд.
Все одиннадцать экранов в смысле цветопередачи имеют определенные вкусовые пристрастия. Одни действительно соблюдают «нейтралитет», стараясь отражать то, что пришло, другие предпочитают несколько «охлаждать» белый, делая его «арктически» чистым. Речь идет о «персональной цветовой температуре» конкретного полотна. Объективно спектральные характеристики полотен следует измерять в референсных условиях точной аппаратурой по методикам из стандартов. В нашем случае наложение эффекта засветки (и ее спектра), плюс свойства конкретного проектора, перекрывают влияние собственно полотна отраженный спектр.
Например, в спектре дневной засветки от окон заметно больше «синей» составляющей, чем в спектре вечерней засветки от ламп. Свои «специи» в спектр добавляет переотраженная засветка от цветного интерьера. Чтобы избежать колориметрической анархии рекомендуем вам откалибровать конкретный проектор в паре с вашим экраном и в конкретных условиях. А инструментами, разумеется, должны быть не пара глаз друга-эксперта, а профессиональный спектрорадиометр, сертифицированный генератор тестовых сигналов и качественная программа типа Spectracal CalMAN.
Если вы придаете существенное значение всей группе параметров экрана, включая спектральные, стоит обратить внимание на мировых лидеров, например, Stewart Filmscreen. Это одна из немногих компаний, декларирующая сложные спецификации и гарантирующая их соответствие стандартам, в то время как большинство конкурентов «тонкие» спецификации просто не заявляет.
По завершении экспериментов можно было констатировать, что ни один из экранов группы не доминировал явно над другим по сумме ключевых параметров — контрастности, уровню черного, углам обзора и текстурным артефактам. Явных и разительно отличающихся лидеров и аутсайдеров не выявлено — по комплексному критерию. Однако по отдельным параметрам различия существенны. Если оценивать вес цветового смещения в критерии оценки качества экрана, можно успокоить читателя: это не самый критичный фактор, поскольку, как уже говорилось, финальную коррекцию изображения можно реализовать калибровкой.
Продолжение: Сравнительный тест 11 контрастных (ALR) проекционных экранов [перевод], часть 2
Оригинал: Ambient Light Rejection Screens, Evan Powell. Расширенная редакция — Дмитрий Лысак.