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[教學] 投影機亮度的祕密

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發表於 2010-2-3 00:26:55 | 顯示全部樓層 |閱讀模式

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引言:

之前小弟曾寫的一篇“投影機對比值的迷思”的文章(請見此:http://www.hd.club.tw/thread-7519-1-1.html),有幸承蒙各位網兄的指正與肯定。之後本來想一直寫下去,但前一陣子實在太忙一直無法著筆。趁這幾天有點空,決定再寫寫文章貢獻一下論壇。同時也希望藉此導正一些錯誤的觀念,讓台灣的影音市場和消費者的觀念可以更加健全!

亮度的祕密:

既然之前談了對比,我們接下來就來談談“亮度”,請注意,我們還沒要談到投影機或電視裡的畫面調整功能中的“亮度”,而是投影機或電視的“光輸出”強度的“亮度”。

亮度?

“亮度”往往是玩家在選購投影機或電視機較不會注意到的一個規格。視訊器材的“光”輸出或強度,依器材的不同會有不同的標示,投影機往往會用ANSI流明(ANSI lumen)表示,而平面電視卻使用nits(cd/m2)表示,這是為什麼呢?

其實投影機和平面電視所標的這兩個單位所代表的意義完全不同。主要的差異在於,平面電視的“照明系統”被一定尺寸的面板所遮蓋起來(或說用來照明一定尺寸的面板、或說從一定尺寸的範圍發射出來)。而投影機燈泡的光經由鏡頭輸出後,會被使用在不同尺寸的銀幕上,故從銀幕反射出來的“亮度”視銀幕的不同,須計入銀幕尺寸和銀幕特性的變數,故兩者有不同的標示。

輝度:(Luminance)
平面電視用的單位cd/m2(請注意,m2指的是“平方公尺”),是一種“輝度”單位,從單位的特性我們可以說它是︰每平方公尺所發出的“光度”。

“光度”的單位符號就是cd,也就是燭光。

光通量:
投影機用的單位是Lumen,中文稱流明,是一種“光通量”單位。就正式一點的說法是:每單位時間內由光源所發出的光的總能量。


到目前為止,沒問題吧?

本文剛開始的前兩段我一直會把亮度兩個字用引號括起來,是想要讓大家在了解正式的名稱前先不要搞混了。就我查到有關照明的各種名詞中,在台灣用的正式中文名稱好像沒有用“亮度”做正式名稱的。但國外許多媒體會將輝度(Luminance)稱為顯示器產生的亮度(Brightness)。

可是既然“亮度”常被使用來作為形容顯示器材的“光通量”或“輝度”,我們也只好沿用,只是各位要知道“亮度”的單位在電視上和投影機所標示的規格上有不同的意義。“輝度”的定義是現在大家所講的“亮度”,而投影機的“流明”多被稱為:光輸出強度。

電視的輝度很明確會被標在電視的規格中,現在的電視大概都有個400 ~ 500 cd/m2的輝度。用這個標準買電視大概還差不了多遠就是了。

但投影機的輝度怎麼算呢?在解說之前,我先說明一下,投影機流明的量測就如同對比值的量測般,投影機的廠商也常常在投影機的流明規格上動手腳,而且也成了業界慣例。既然是慣例,有人也許會說那知道就好了,又不會怎樣。一般第一次裝投影機的用家,通常是高興的不得了,忙這把用報紙包起來的Blu-ray翻出來看都來不及了,哪管得了這些。偏偏要命的是,因為這個規格的標示所產生的問題,會隨著時間慢慢浮現。

在對比值動手腳,頂多是畫面感覺沒想像中那麼好,或是沒實際進行量測前,我們也不知道罷了。若在投影機的出力上動手腳,就可能讓一個家庭劇院的規劃失敗。若在做家庭劇院規劃時,沒考慮到這些相關因素,家庭劇院做好後,爽度就持續不久了。不爽,不就是大家一直換器材的原動力嗎?當然,就促進經濟的角度來說,這也不錯…

fL, foot Lambert:
言歸正傳,一般來說,電影院中畫面“亮度”的標準,慣例上會採用SMPTE(美國動畫與電視工程協會)的建議值12 ~ 16fL (fL: 是foot Lambert的縮寫),我們可以把它說成英制的輝度單位。它代表的意義是,在如電影院般沒有外界的光源干擾下(逃生門的燈號是例外…),在播放電影時,SMPTE建議電影院應維持的畫面亮度範圍。這可是SMPTE經科學研究而得到的值。簡而言之,這個範圍對全暗的環境是一個適中的標準,畫面亮度超過時,會不“酥福”,看不久, 畫面亮度低於12 fL時,畫面太暗會看起來不爽(畫面沒力道、矇矇的)!

可是話說奸商處處有,電影院為了省下更換昂貴的燈泡成本(一般的電影院都用氙氣燈,不知道氙氣燈好處的人,可以去看看Sony VW-200投影機的文宣吧!順便了解一下,氙氣燈的價格。)而言後換燈泡的時機,使得電影院的畫面亮度往往是不足的。

講回到家庭劇院來,我們在規劃家庭劇院時,對畫面亮度的基本要求是不是也至少要符合SMPTE的要求呢?因為家庭劇院往往無法做到全暗,也不會總是播電影,故畫面亮度的要求應該還要比電影院高,以經驗來說希望至少要有16fL ~ 24fL的水準才較適用於家庭劇院。這是規劃家庭劇院的第一個也是最重要的標準,為什麼?待會兒為各位分曉!

好現在我們要搬出第一個計算式了,假設我們要裝的投影機的光輸出強度規格為:900 ANSI Lumen(會用ANSI Lumen標規格的廠商或會這樣刊的雜誌,算是有sense的,原因待會而補充),如果我要用上123”(對角;16:9)的幕,會夠亮嗎?在採購前如果可以先算算,就是踏出正確的第一步了。(*為什麼要用在台灣這麼少見的尺寸,容後再表。)

算法如下:

1. 先算銀幕面積:
123”(對角)﹦107” x 60”﹦44.583 平方呎 (*有沒有看到?123”(對角)﹦107” x 60” 尺寸的銀幕,在英制的世界中,123”對角,16:9的幕,長寬會較接近整數。)

2. 姑且先相信廠商的規格900 ANSI lumen,將900除以44.583 平方呎會得到:

900/44.583=20.19 fc (fc= foot candela,呎燭光,是一種照度單位)如果廠商的數據是確實的話,這表示該投影機在這個銀幕的面積上會有20.19 foot candela的“照度” (Illuminance)。什麼是照度?就將它想成投影機的光輸出“照”在這個尺寸銀幕上的強度。

3. 再來,如果你有銀幕的增益值(這可以寫另一個迷思的文章,也是個充滿無知廠商的唬爛值,我以後再寫。)的話,用步驟2.算出來的數字乘上銀幕的增益值,就可以得到投影機和這個銀幕搭配出來的“輝度”值了。假設我們銀幕的增益是1.3的話:

20.19 fc x 1.3 = 26.247 fL

這表示這樣的輝度可以符合,我們剛剛設的16 ~ 24 fL的標準。

如果投影機廠商標的值較實際的為高,我們將它打個八折,也還有21 fL的輝度。

過一陣子後,通常是100個小時左右,投影機的亮度會再掉個兩成的話,我們還可以得到13.44 fL的亮度!

現在我們彙整一下剛剛的計算:

畫面輝度(Luminance, fL)=投影機的流明數 / 銀幕的面積(平方英呎) * 銀幕的增益

以上例來說,如果這台投影機的燈泡用超過100個小時後,燈泡亮度會繼續下降,當畫面輝度低於8 fL ~ 10 fL時,多數人都會想換燈泡了。

如果這900流明是實際的出力,假設投影機燈泡的出力會在每個階段衰退20%
在前100小時:畫面輝度=26.25 fL
100 ~ 500小時: 畫面輝度約=21 fL
500 ~ 1000小時︰ 畫面輝度約=16.8 fL

在這樣的狀況下,燈泡用到1000小時的時候,通常還會有不錯的亮度,更何況,在投影機還是新的時候,將燈泡的輸出調低,同時可以將畫面亮度調至適當程度,還可以延長燈泡壽命。

好,假設我們很貪心,硬要用上150”對角,16:9的銀幕,假設銀幕的增值仍是1.3,會是怎樣的情形:

畫面的輝度剛開始會有17.52 fL,
100 ~ 500小時: 畫面輝度約= 14 fL
500 ~ 1000小時︰ 畫面輝度約=11.2 fL

在這樣的狀況下,燈泡用到1000小時的時候,亮度就差強人意了。這也是大部分人想換燈泡、或藉口要換投影機的時候。

另外要注意的是,我們剛剛的假設︰“影機燈泡的出力會在每個階段衰退20%”,在實際的狀況下,燈泡的衰退是更快速的,特別是在全開的狀況下。

結論:
另外,剛剛也有提到ANSI Lumen,一講到ANSI,我們就會想到,它是一種被認可的、較公平的量測方法。我們都知道,投影機的投在銀幕上的亮度,在中間往往是最高的,亮度越往旁邊就越遞減。想在亮度作文章的投影機,就會取畫面中央的值來充當投影機的輸出。在“投影機對比值的迷思”文中提到的ANSI  Contrast,也是在類似的思考中產生的,所以ANSI流明也是將畫面分割成九等份,再以這九個量測值進行平均所得到的值。

當然規劃使用投影機的家庭劇院,上面所述並不包含全部的層面,還要考慮房間的大小、座位的安排…等等。但請將畫面輝度當成是首要的考量,接下來我會用兩個case來討論一下這個主提的重要性。

如果各位有花時間看看小弟的這兩篇文,其實小弟除了希望各位能對投影機相關的一些基本觀念有所了解外,更希望能藉由先了解技術的根本與科學背景,而後將“影像重播”的技術變成進入欣賞影像背後的創作藝術的基本工具,若再進一步的話還希望將“影像重播”變成藝術,進而與影像的創作相互輝映。有某影音界的重要人物在某雜誌社的論壇提到以下類似的言論:“影像的調整是一門藝術,數據和方法並不重要。”這樣的說法只有在︰調整影像的人用了符合科學的方法時才成立。但是似是而非的論調卻將基本的影像調整的科學面(是面,不是麵)踐踏在地上。

希望在精研的各位,新的一年可以發揮“精”、“研”的精神,繼續更上一層樓。

評分

參與人數 4名聲 +56 精幣 +56 收起 理由
asa00322 + 20 + 20
發哥 + 8 + 8 精品文章
west + 20 + 20 Giu重現江湖
g660606 + 8 + 8 好文,讓我糾錯學習中

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 樓主| 發表於 2010-2-3 00:35:26 | 顯示全部樓層
(預留空間給後續文章)
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發表於 2010-2-3 00:57:23 | 顯示全部樓層
謝謝大大無私分享,讓我有機會學習(免於名詞翻譯上的誤導),蠻實在的應用

[ 本帖最後由 g660606 於 2010-2-3 01:13 編輯 ]
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發表於 2010-2-3 01:26:03 | 顯示全部樓層
DLP 不知道先前台達電出的LED DLP不知道流明度有沒有更加亮眼了.
流明度嚇嚇叫時,我看家裡的燈泡也差不多可以全換成E27 LED燈泡了,抱歉扯遠了.
GLU兄,真是一篇長知識的文章阿,謝謝 !
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發表於 2010-2-3 09:19:24 | 顯示全部樓層
假設投影機燈泡的出力會在每個階段衰退20%
在前100小時:畫面輝度=26.25 fL
100 ~ 500小時: 畫面輝度約=21 fL
500 ~ 1000小時︰ 畫面輝度約=16.8 fL

所以一般投影機燈泡的臨界點 差不多就是 1000 小時 ...  換燈泡 or 換機 ...


ps: 感謝說明
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發表於 2010-2-3 17:58:26 | 顯示全部樓層
原帖由 allen2006 於 2010-2-3 09:19 發表
假設投影機燈泡的出力會在每個階段衰退20%
在前100小時:畫面輝度=26.25 fL
100 ~ 500小時: 畫面輝度約=21 fL
500 ~ 1000小時︰ 畫面輝度約=16.8 fL

所以一般投影機燈泡的臨界點 差不多就是 1000 小時 ...  換燈泡 or 換 ...


個人會這樣規劃...以五百至一千小時的亮度作為購買參考..初期過亮就加ND對應...
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發表於 2010-2-3 18:27:15 | 顯示全部樓層
很棒知識,我又學到了一點,謝謝大大分享。
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發表於 2010-2-17 01:15:33 | 顯示全部樓層
這樣有用的好文章  
建議置頂, 與Giu 的 "投影機對比值的迷思"一文並列

另外 , 小弟有個問題
投射在同尺寸的銀幕  相同流明量的投影機
使用短焦鏡頭者  比起長焦者  
其銀幕照度是否會較強呢 ?
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發表於 2010-2-18 13:57:25 | 顯示全部樓層
受益良多!每次看完Giu的文章都讓我更認識投影機
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發表於 2010-6-6 13:02:27 | 顯示全部樓層
本文章最後由 len1978 於 2010-6-6 13:18 編輯
引言:

講回到家庭劇院來,我們在規劃家庭劇院時,對畫面亮度的基本要求是不是也至少要符合SMPTE的要求呢?因為家庭劇院往往無法做到全暗,也不會總是播電影,故畫面亮度的要求應該還要比電影院高,以經驗來說希望至少要有16fL ~ 24fL的水準才較適用於家庭劇院。這是規劃家庭劇院的第一個也是最重要的標準,為什麼?待會兒為各位分曉!
Giu 發表於 2010-2-3 00:26


關於家庭劇院的投影機畫面效果,維持住一定的亮度很重要。
Giu大寫的好文,應該再浮出來讓對家庭劇院投影機規劃及設定等有興趣的網友看看~
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發表於 2010-6-7 21:08:36 | 顯示全部樓層
好文章.....期待續集....
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發表於 2010-6-7 22:07:36 | 顯示全部樓層
說得好! 真是一篇深入淺出的好文章, 讓大家 溫故而知新.  贊!!
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發表於 2010-6-10 09:26:37 | 顯示全部樓層
進一步請問,在一般家庭中,投影機距離銀幕3米多,遮光無法完整的狀況下,建議的投影機照度應該要有多少流明呢?

當然以晚間觀賞狀況為主.
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發表於 2010-6-16 12:52:16 | 顯示全部樓層
同一顆燈泡, 裝在不同投影機, 由於設計或處理的不同, 也會影響觀看時的亮度^^
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發表於 2010-7-14 01:45:07 | 顯示全部樓層
感謝分享。
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發表於 2010-7-14 08:32:18 | 顯示全部樓層
寫得很詳細,值得準備購買投影機的參考,謝謝.
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發表於 2010-8-22 12:02:07 | 顯示全部樓層
超 超 超 超 超 超 超 赞的文章。。。

衷心感谢 Giu 让我又学到东西。
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發表於 2010-8-22 12:18:36 | 顯示全部樓層
感謝分享。
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發表於 2010-9-26 11:50:14 | 顯示全部樓層
很實用的文章, 很受用^^
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發表於 2010-11-30 00:48:52 | 顯示全部樓層
謝謝樓主高深分析
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