Министерство культуры Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения» В. Д. Грибов ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ЗРЕЛИЩНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Технологии и системы цифрового кинематографа Учебное пособие Санкт-Петербург СПбГИКиТ 2018 УДК 778.5 ББК 37.95 Г82 Рекомендовано к изданию Методическим советом СПбГИКиТ в качестве учебного пособия по напр. подготовки 11.03.01, 11.03.04, 12.03.01 Рецензенты: генеральный директор С. Н. Пуськов (ООО «Кинокомфорт Лазер»), кандидат технических наук, доцент В. Г. Чафонова (Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения) Грибов В. Д. Г82 Технологические комплексы зрелищных предприятий. Технологии и системы цифрового кинематографа : учеб. пособие. – СПб. : СПбГИКиТ, 2018. – 200 с. ISBN 978-5-94760-290-6 Учебное пособие содержит классификацию кинотеатров и кинотехнологического оборудования (КТО), раскрывает технологии получения цифровой проекции изображения на экране и звуковоспроизведения фонограмм кинофильмов. В работе рассмотрены характеристики киноэкранов и критерии, характеризующие качество цифрового кинематографа; элементы технологической схемы цифрового кинематографа; технологические схемы взаимодействия КТО, технологии работы современных систем стереопроекции и звуковоспроизведения. Последняя глава посвящена современным технологиям, улучшающим качество цифрового кинопоказа. Издание предназначено для студентов технических направлений подготовки. УДК 778.5 ББК 37.95 ISBN 978-5-94760-290-6 © Грибов В. Д., 2018 © СПбГИКиТ, 2018 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Глава 1. Технологические основы цифрового кинематографа . . . . . . . . 6 1.1. Классификация кинотеатров и кинотехнологического оборудования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2. Технологии проекции цифровых кинофильмов. . . . . . . . . . . . 11 1.3. Качественные показатели кинематографа. . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.4. Коалиция DCI. Качественные показатели изображения и звука в цифровом кинематографе . . . . . . . . . . 41 Глава 2. Технологии цифрового кинематографа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.1. Технологическая схема цифрового кинематографа и ее элементы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.2. Технологические схемы взаимодействия кинотехнологического оборудования в современных кинотеатрах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Глава 3. Технология работы 3D-систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.1. Технология работы затворных систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.2. Технология работы поляризационных систем . . . . . . . . . . . . . 81 3.3. Спектральная 3D-технология фирмы Dolby. . . . . . . . . . . . . . . 93 3.4. 3D-технологии фирмы Sony Electronics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.5. Технология трехлучевой системы стереопроекции. . . . . . . . . 99 Глава 4. Технологии современных систем объемного звуковоспроизведения фонограмм кинофильмов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.1. Технология звуковоспроизведения фонограмм по системе Barco Auro 3D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.2. Технология звуковоспроизведения фонограмм по системе Dolby Atmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.3. Звуковые форматы Barco AuroМАХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4.4. Звуковой формат Dolby Atmos версии 3.0. . . . . . . . . . . . . . . . 125 3 Глава 5. Современные кинопроекционные технологии. . . . . . . . . . . . 137 5.1. Технологии кинематографа высокого качества . . . . . . . . . . . 137 5.2. Высокая частота кадров в цифровом кинематографе. . . . . . . 142 5.3. Технологии цифрового кинопоказа с разрешением 4К. . . . . 146 5.4. Технологии кинопоказа с лазерным источником света. . . . . 150 5.5. Технология Escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Приложение.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Посвящаю 100-летию института, который был моим вторым домом более 40 лет. В. Д. Грибов ПРЕДИСЛОВИЕ Современные технологии цифрового кинематографа разрабатываются, внедряются и сменяют друг друга стремительно, что отличает цифровой кинематограф от пленочного. Поэтому оговоримся, что в учебном пособии рассмотрены технологии цифрового кинематографа и его оборудование с момента их появления до середины 2017 года, когда была закончена эта книга. При разработке пособия было использовано большое количество источников. Это печатные и электронные журналы «Киномеханик сегодня» и «Киномеханик», технические описания и инструкции по использованию оборудования и интернет-источники. Автор выражает благодарность за технические сведения многочисленным создателям статей журнала «Киномеханик сегодня» 2005 – середины 2017 годов. Собранный материал был систематизирован и обобщен, поэтому, можно сказать, что это учебное пособие является первым в своем роде и основным источником для студентов СПбГИКиТ, изучающих дисциплину «Технологические комплексы зрелищных предприятий». Автор выражает благодарность рецензентам: доценту кафедры киновидеоаппаратуры В. Г. Чафоновой и генеральному директору компании «Кинокомфорт Лазер» С. В. Пуськову за ценные замечания. Особая благодарность сотрудникам компаний «Кинокомфорт Лазер», «SBN» и многочисленным выпускникам Института кино и телевидения, оказавшим консультационную помощь автору по вопросам, касающимся современных кинотехнологий цифрового кинемато­графа. Глава 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО КИНЕМАТОГРАФА 1.1. Классификация кинотеатров и кинотехнологического оборудования 1.1.1. Классификация современных кинотеатров За последние два десятилетия строительство кинотеатров существенно изменилось. Если ранее кинотеатры строили в основном как отдельно стоящие здания и они являлись основными владельцами этих зданий, то теперь кинотеатры открывают и в торгово-развлекательных комплексах (ТРК), торгово-развлекательных центрах (ТРЦ) и др. Поэтому в настоящее время кинотеатры следует разделять по типу зданий, в которых они расположены (рис. 1.1): –– отдельно стоящие здания; –– входящие в состав торгово-развлекательных или других комплексов и центров. Кинотеатры Отдельно стоящие здания Кинотеатры в ТРК или ТРЦ Рис. 1.1. Классификация кинотеатров по типу здания В отдельно стоящем здании, когда кинотеатр является владельцем всего здания, руководство кинотеатра может сдавать помещения в аренду торгово-развлекательным предприятиям. Во втором случае кинотеатр сам является арендатором площадей здания. Основным функциональным предназначением самостоятельного кинотеатра является демонстрирование кинофильмов, а второстепенным – функции развлекательного и торгового характера. Для кинотеатров-арендаторов функция демонстрирования кинофильмов не всегда является основной. В большинстве случаев она 6 второстепенна, а главным функциональным процессом являются мероприятия торгово-развлекательного характера, в которые включается и кинопоказ. По количеству залов кинотеатры разделяют в соответствии со схемой, показанной на рис. 1.2. Кинотеатры Однозальные Многозальные Миниплексы Мультиплексы Рис. 1.2. Классификация кинотеатров по количеству залов Однозальные кинотеатры имеют в своем составе один зал. Многозальные кинотеатры делятся на миниплексы и мультиплексы. Миниплексы включают в свой состав до четырех зрительных залов, а мультиплексы – до восьми и более залов. Независимо от того, каким является кинотеатр (самостоятельным или арендатором), в основе его проектирования должны быть задачи жизнеобеспечения зрителей и их комфортного пребывания в здании. Поэтому помещения кинотеатра должны быть взаимосвязаны между собой. Такая взаимосвязь прослеживается в проектах современных мультиплексов. После входа в кинотеатр зрители чаще всего попадают в просторное фойе, с которым граничат не только кабины кассиров и дежурного администратора, но и помещение для развлекательных мероприятий и работы со зрителями. Классифицировать кинотеатры можно также по расположению зрительных залов относительно друг друга. Зрительные залы располагаются рядом друг с другом в основном с целью создания одной сплошной кинопроекционной аппаратной (или просто киноаппаратной), где установлено оборудование, обслуживающее все залы. Это очень удобно для эксплуатации кинотехнологического оборудования (КТО). 7 Сейчас существуют следующие основные типы расположения зрительных залов (рис. 1.3). Зрительные залы Линейное расположение Расположение «бабочкой» Другое расположение Рис. 1.3. Классификация кинотеатров по расположению залов Линейно расположенные залы находятся рядом, и вдоль них проходит общая для залов кинопроекционная. Расположение «бабочкой» предусматривает размещение залов в два ряда. Между ними, на втором этаже, находится кинопроекционная (одна для всех залов). На первом этаже, под проекционной, находятся фойе и развлекательная зона. Поскольку мультиплексы в нашей стране проектируются либо в крупных торгово-развлекательных комплексах, либо в супермаркетах, то административно-хозяйственные помещения кинотеатра нередко размещают в отдалении от помещений кинопроекционной. К другим следует отнести кинотеатры, построенные в свободных формах. При их проектировании архитекторам дается полная свобода для творчества. Кинопроекционное помещение часто стремятся разместить над фойе. Площади современной кинопроекционной мультиплекса для демонстрирования цифровых кинофильмов не требуют перемоточной комнаты и других помещений, в которых размещалось вспомогательное оборудование для демонстрирования 35-мм кинофильмов. В кинопроекционном помещении обязательно должны быть созданы климатические условия (температурные и влажностные), благоприятные для работы технологического оборудования. Здесь необходимо ежедневно производить влажную уборку, чтобы предотвратить образование пыли, отрицательно влияющей на работу КТО. Кинотеатры можно классифицировать и по другим признакам, например по вместимости зрительных залов или по применяемым 8 системам звуковоспроизведения. Но эти признаки нельзя считать основными, поэтому ограничимся рассмотренными классификациями кинотеатров и залов. 1.1.2. Классификация кинотехнологического оборудования Современное кинотехнологическое оборудование (КТО), как и в 35-мм кинематографе, разделяют на основное, электросиловое и вспомогательное (рис. 1.4). Кинотехнологическое оборудование Основное Электросиловое Вспомогательное Рис. 1.4. Классификация кинотехнологического оборудования К основному КТО относится аппаратура и оборудование, создающее киноизображение и кинозвук, т. е. оборудование, показанное на рис. 1.5. Основное КТО Серверы Киноэкраны Звуковоспроизводящие комплексы Цифровые кинопроекторы Коммутаторы местной сети и стойки электронных блоков Стереооборудование Рис. 1.5. Классификация основного кинотехнологического оборудования 9 Электросиловое кинотехнологическое оборудование условно можно разделить на следующие составляющие (рис. 1.6): –– распределительные щитки (РЩ) и распределительные устройства (РУК), которые принимают электроэнергию от главного распределительного щита здания и распределяют ее по потребителям в киноаппаратной и зале; –– источники бесперебойного питания, которые необходимы для завершения работы кинотехнологического оборудования, управляемого компьютерами. Это серверы, проекторы и звуковые кинопроцессоры. Электросиловое оборудование Распределительные устройства и распределительные щиты Источники бесперебойного питания Рис. 1.6. Классификация электросилового оборудования К вспомогательному оборудованию следует отнести, прежде всего, оборудование, обеспечивающее комфортное пребывание зрителей в зале, и устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию основного кинотехнологического оборудования (рис. 1.7). Вспомогательное КТО Темнители света и диммеры Противопожарные проекционные окна Световое табло с надписью «ВЫХОД» Системы подсветки ступенек Механизмы предэкранного занавеса Другое Рис. 1.7. Классификация вспомогательного кинотехнологического оборудования 10 К вспомогательному оборудованию в кинотеатре с цифровым кино­показом относятся: –– темнители света и диммеры, которые способны обеспечить полное включение и выключение освещения в зале. Они также должны установить 50 % от максимального освещения или другую его величину, необходимую для того, чтобы произвести уборку в зале после сеанса, или включить освещение на время кратковременной остановки сеанса, чтобы не оставлять зрителей в полной темноте; –– механизмы предэкранного занавеса, задача которых обеспечить кашетирование экрана до нужного формата изображения, защитить киноэкран от механических повреждений и скопления пыли в его перфорационных отверстиях; –– световые табло эвакуации из зала с надписью «Выход», получающие питание от источников аварийного освещения; –– система подсветки ступенек; –– другое оборудование (проекционные окна, боксы для установки кинопроекторов в зале, подставки под кинопроектор для установки его в киноаппаратной и т. п.). Этой классификацией ограничим рассмотрение вопросов классификации зрительных залов и кинотехнологического оборудования. 1.2. Технологии проекции цифровых кинофильмов В настоящее время применяются две технологии демонстрирования цифровых кинофильмов. Эти технологии одобренны ведущими киностудиями и закреплены в требованиях коалиции Digital Cinema Initiatives (DCI) для цифровой кинопроекции фильмов в кинотеатрах: –– технология DLP Cinema™, разработанная компанией Texas Instruments Corporation (ТI); –– технология SXRD, разработанная компанией Sony Corporation. Проанализируем работу этих технологий и выясним, как из светового потока белого света получается цветное изображение. 1.2.1. Технологии проекции DLP Cinema На основе технологии DLP Cinema™ работают цифровые кинопроекторы, разработанные компаниями Christie, Barco, Cinemeccanica и Kinoton. 11 Современные нанотехнологии являются основой для цифровых кинопроекторов, работающих по технологии DLP Cinema™ (или просто технология DLP). Основным узлом каждого цифрового проектора, работающего по этой технологии, являются миниатюрные матрицы Digital Micromirror Device (DMD) (или цифровые микрозеркальные устройства), состоящие из крошечных металлических (чаще всего алюминиевых) квадратных зеркал. Размер одного зеркальца 16×16 мкм. Работают матрицы DMD следующим образом. Изображение на экране формируется посредством отражения от поверхности зеркал DMD поступающего на них светового потока. Отраженный от зеркал световой поток может отражаться либо в сторону объектива, либо в сторону поглотителя света. Осуществляется это благодаря подвижному креплению микрозеркал (рис. 1.8). Рис. 1.8. Схема работы матрицы DMD [5] Матрица формируется на микросхеме статической памяти. Одно зеркальце приходится на каждую запоминающую ячейку матрицы. Электрическое поле управляет работой матриц. К ячейкам статиче12 ской памяти подключены управляющие электроды. В зависимости от поступающей на ячейку информации в виде прямоугольного импульса с уровнем – «0» или «1» меняется направление создаваемого ячейками электрического поля. Прямоугольные импульсы поступают с сервера и управляются широтно-импульсной модуляцией с частотой полей кадра изображения. Зеркальца, в ячейках памяти которых хранятся «1» (положительный импульс управляющего напряжения), поворачиваются в сторону экрана. Отраженные от зеркал лучи света образуют на экране «солнечные зайчики» – пикселы (частицы) изображения (см. рис. 1.8). Свет от других зеркал, в ячейках которых хранятся «0», отражается в сторону светопоглотителя, так как он является помехой. Светопоглотитель – специальное приспособление внутри проектора, на которое попадает отраженный от микрозеркал свет. Поглощение света увеличивает контрастность изображения, не допуская его рассеяния внутри проектора. Зеркальца закреплены на тончайших нитях подвеса. Крепления дают им возможность поворачиваться от нейтрального положения только в два положения: на –10° или +10°, с точностью до нескольких угловых секунд (рис. 1.9). Зеркало (+10°) Зеркало (–10°) Шарнир Стопорный выступ Опорная площадка КМОП-подложка Рис. 1.9. Конструкция элемента матрицы DMD [20] 13 Зеркальца переключаются из одного положения в другое с очень высокой частотой благодаря крошечным размерам и массе. Эта частота смены положения зеркал измеряется миллионами герц. За счет малой массы зеркальца подвергаются малым ударным нагрузкам. Управляя длительностью импульсов «0» и «1» (по-другому сказать – «Включено» и «Выключено»), можно управлять яркостью отдельных пикселов, меняя тем самым изображение на экране. Создать столь простое, на первый взгляд, устройство удалось с помощью целого ряда высокотехнологичных решений и многочисленных технических новшеств. Размер размещенных рядом четырех микрозеркал не толще человеческого волоса. Свет, отраженный от зеркал, нужно направить на экран, находящийся на довольно большом расстоянии от проектора. Необходимо, чтобы «зайчики» при этом не перекрывались и каждый попадал в свою точку на экране, а кадр состоит более чем из миллиона зеркал (пикселов)! Вот и know-how. Изготавливают матрицы DMD так же, как и микросхемы. Электронные слои наращивают, полируют химическими способами, травят, металлизируют – и так до тех пор, пока не получится готовая конструкция, показанная на рис. 1.10. Слой зеркала Нить подвеса Зеркальце Коромысло Слой поворотного коромысла Управляющие электроды Слой металлизации Шина регулировки смещения Посадочная площадка Ячейка памяти (SMOS SRMM) Рис. 1.10. Конструкция матрицы DMD [5] Кроме матриц DMD в оптической схеме проектора применяются боросиликатные призмы, при изготовлении которых используются современные углеродные композиты. Создателям боросиликатных призм пришлось бороться с хроматическими аберрациями микрон14 ной точности, учитывать коэффициенты теплового расширения от мощного светового потока проекционной лампы и др. Все это и является высокотехнологичными решениями и многочисленными know-how, с которыми приходят вышеперечисленные проблемы и с которыми приходилось бороться всем производителям цифровой проекционной техники класса high-end, как утверждает Г. Башилов в [5]. В целом матрица DMD (или, как ее еще называют, – чип DMD) представляет собой световой модулятор. Количество микрозеркал в этом модуляторе соответствует оптическому разрешению проектора. Для получения цветного изображения на экране создатели цифровых кинопроекторов используют три независимых матрицы DMD и три цветофильтра. В этом заключается цель – сведение пикселов трех разных цветов к одному – белому (convergence story). Уровень цветовых составляющих светового потока определяется относительным временем нахождения зеркал во включенном положении на интервале каждого поля кадра. Длительность поля кадра подвергается 10-разрядной дискретизации. Воспринимаемая подсознанием цветность определяется способностью зрения человека усреднять мгновенные яркости и цветовые оттенки всех пикселов экранного изображения. Чтобы достичь наибольшей эффективности работы матриц, используется увеличение частоты коммутации пикселов путем преобразования длинных импульсов в совокупность более коротких той же продолжительности [7]. На сегодняшний день подавляющее большинство кинотеатров с цифровым кинопоказом используют технологию проекции DLP Cinema™. Серийные модели DLP-проекторов, разработанные фирмой Christie, впервые появились в России в 2006 году [4]. Все они содержат три микрозеркальных DMD-чипа и выполняются по оптической схеме, показанной на рис. 1.11. В настоящее время большинство цифровых проекторов выпускаются с оптической схемой, которая показана на рис. 1.11. Рассмотрим ее работу. Световой поток, создаваемый источником света, проходит через конденсор, в задачу которого входит собрать рассеивающийся свет от лампы и направить его (по возможности без потерь) на поворотное 15 Тепловой Компенсатор фильтр неравномерности Зеркало Зеркало Призма полного внутреннего отражения Конденсор Проекционный объектив Источник света Микрозеркальный чип Цветоделительная комбинированная призма Рис. 1.11. Оптическая схема DLP-проектора [20] зеркало и далее на тепловой фильтр. Производители проекторов часто устанавливают такой тепловой фильтр не после поворотного зеркала, а перед конденсором. Компенсатор неравномерности исправляет возникающие искажения в световом потоке. С помощью поворотных зеркал и боросиликатной призмы полного внутреннего отражения световой поток поступает на комбинированную цветоделительную призму. Эта призма, имеющая чрезвычайно сложную конструкцию, выделяет из светового потока составляющие первичных цветов и направляет их на поверхности DMD-чипов соответствующих каналов (синего, зеленого и красного цветов). Эти составляющие модулируются чипами, отражаются, возвращаются назад в комбинированную призму, где и объединяются в общий световой поток, поступающий в проекционный объектив. Разобравшись в работе оптической схемы (ОПС), рассмотрим в качестве примера конструкцию ОПС цифрового DLP-проектора СР2000ZX, показанную на рис. 1.12, и назначение ее элементов. Световой поток после ультрафиолетового фильтра (UV-filtered) 1, попадает на вход интегратора (integrator entrance) 2, состоящего из двойных стеклянных отражателей. Стеклянные отражатели установлены под таким углом к падающим лучам света, чтобы создать угол полного внутреннего отражения без потери светового потока. Таким образом, интегратор собирает расходящиеся лучи в узкий пучок и направляет их в кварцевую призму (integrator rod) 3. 16 На проекционный объектив 6 10 7 11 8 5 4 3 2 1 12 9 Рис. 1.12. Расположение элементов оптической системы цифрового проектора [7]: 1 – ультрафиолетовый фильтр (UV Filter); 2 – интегратор (integrator entrance); 3 – кварцевая призма (integrator rod) (светопровод); 4 – первый объектив (Lens#1); 5 – масочная апертура (Vignetting Aperture); 6 – поворотная пластина (Cold mirror); 7 – диафрагма (f/# aperture); 8 – трехлинзовый объектив (Lens#2–4); 9 – поворотная пластина (Fold Mirror); 10 – желтый фильтр (Yellow Notch Filter); 11 – линза (Lens#5); 12 – призма (Prism/Light Engine) (световой машинный блок) Кварцевую призму 3 можно назвать светопроводом, так как она выполняет задачу по переносу вошедшего в нее светового потока без потерь на первый объектив (Lens#1) 4. Для того чтобы было меньше потерь света в призме, она снаружи выкрашена в черный цвет. Лучи света, выходящие из первого объектива (Lens#1), проходят масочную апертуру (Vignetting Aperture) 5 и фокусируются в плоскости входного зрачка трехлинзового объектива (Lens#2–4) 8. Для уменьшения габаритных размеров проектора в системе применяются две поворотные пластины (Cold Mirror) 6 и (Fold Mirror) 9. Они поворачивают ось светового луча и тем самым уменьшают общие габаритные размеры передней части проектора. Конструкция холодной поворотной пластины (Cold Mirror) 6 выполнена таким образом, чтобы она могла уменьшить тепловое IR-инфракрасное излучение, остающееся в световом потоке. На входе трехлинзового объектива (Lens#2–4) 8 установлена диафрагма (f/# aperture) 7, ограничивающая крайние (боковые) лучи света. 17 После поворотной пластины (Fold Mirror) 9 световой поток проходит сложный путь в системе светового машинного блока. На входе призмы (Prism/Light Engine) 12 установлены желтый фильтр (Yellow Notch Filter) 10 и линза (Lens#5) 11. Цветоделительная призма с установленными вокруг электронными блоками, или, как ее еще называют, световая машина, показана на рис. 1.13. Рис. 1.13. Внешний вид узла световой машины (Из личного архива автора) Световой машинный блок является сложной инженерной конструкцией, состоящей из боросиликатных призм. На вход первой призмы подается белый свет, поступающий от ксеноновой лампы. У более современных проекторов вместо нее применяют лазерные источники света. Покажем более подробно, чем на рис. 1.11, ход лучей в призмах световой машины (рис. 1.14). На выходе призм установлены DMD-чипы, отвечающие за соответствующий цвет в изображении. Конструкция сложных призм световой машины основана на законах внутреннего отражения и преломления света. Это позволяет свету от источника достигать трех матриц DMD с фильтрами (синего – blue, красного – red и зеленого – green) света и без потерь войти в проекционный объектив. Конфигурация призм выполнена так, чтобы длины пути каждой из всех трех составляющих кадра были одинаковыми и на входе в проекционный объектив составляли одну картинку, прое­цируемую на экран. 18 Проекционный объектив RGB-лазер DMD (Green) DMD (Blue) DMD (Red) Рис. 1.14. Схема цветоделительной комбинированной призмы [3] Установка всех элементов ОПС выполняется относительно оптической оси, которая у цифрового проектора многократно преломлена с целью уменьшения габаритных размеров проектора. Это усложняет настройку установки всех элементов ОПС для получения максимального светового потока. Большое значение имеет поддержание стабильного теплового режима работы элементов ОПС и DMD-чипов в переднем отсеке проектора, так как ксеноновые лампы цифровых проекторов имеют мощность 2,0; 3,0; 4,5; 6,0; 6,5 или 7,0 кВт (в зависимости от модели проектора). Создаваемый ими световой поток имеет очень большую температуру, с которой приходится бороться, применяя специальные схемы охлаждения элементов ОПС проектора. 1.2.2. Технология работы жидкокристаллических цифровых проекторов Технология работы японских проекторов фирмы Sony основана на использовании устройства отображения Silicon X-tal Reflective Display (SXRD), что можно перевести как «быстродействующая отражающая жидкокристаллическая матрица на кремниевых кристаллах». Матрица представляет собой жидкокристаллическую панель (рис. 1.15). 19 Рис. 1.15. Устройство отображения Sony Silicon X-tal Reflective Display (SXRD) [20] Работа устройства отображения SXRD показана на рис. 1.16. 1 Ф Поляризатор Uупр Рис. 1.16. Зависимость светового потока от управляющего напряжения [20] График изменения управляющей характеристики показан на рис. 1.16 линией 1. При отсутствии управляющих напряжений Uупр, световой поток Ф на выходе оптического канала отсутствует. В обесто­ченном состоянии (при отсутствии управляющих напряжений) молекулы ЖК расположены перпендикулярно плоскости поляризации падающего светового потока (составляющая S). Устройство является нормально закрытым и не пропускает световой поток. Молекулы жидких кристаллов (ЖК) не влияют на поляризацию отражаемого ими светового потока S и он отражается назад. Это предопределяет особую структуру (Vertical Alignment) таких модуляторов. Когда управляющее напряжение увеличивается и становится выше порогового значения, молекулы ЖК начинают поворачивать 20 плоскость поляризации падающего на модулятор светового потока, и в отраженном световом потоке Ф появляется модулированная ортогональная составляющая Р. Эта ортогональная составляющая направляется зеркалом-поляризатором проектора на экран. При дальнейшем увеличении управляющего напряжения эта составляющая светового потока достигает своего максимума. Технология позволяет обеспечивать разрешение изображения 4К (пока только для кашетированного формата изображения) и его высокий контраст. Благодаря наличию почти 8,85 млн пикселов в каждом блоке формирования изображения, размещенных с шагом пикселов в 8,5 мкм, устройство отображения Sony SXRD позволяет достичь высокого качества изображения (рис. 1.17). 2 мкм-слои жидких кристаллов Алюминий 0,35 мкм 8,5 мкм Рис. 1.17. ЖК-модулятор технологии SXRD [20] По данным разработчиков, ЖК-модуляторы имеют меньшие тепловые потери по сравнению с DLP-матрицами. У них есть и другие преимущества, одним из которых является то, что матрица управляющих полевых транзисторов не занимает пространства в жидкокристаллическом слое, а расположена за ним на подложке с электроникой. За счет этого достигается увеличение разрешения и увеличение поверхности зеркальных электродов. Благодаря такой конструкции удается добиться увеличения яркости изображения. Недостатком жидкокристаллической матрицы на кремниевых кристаллах является то, что управляющая характеристика блока фор21 мирования изображения нелинейна. Эту нелинейность требуется компенсировать, применяя дополнительно систему коррекции амплитудной характеристики в канале изображения проектора. Примером построения системы с отражающими матрицами может служить оптическая схема проекторов, приведенная на рис. 1.18. 9 6 8 7 5 11 7 10 4 9 5 8 1 2 3 8 5 9 Рис. 1.18. Оптическая схема проекторов технологии SXRD [20] Рассмотрим работу системы с отражающими матрицами. Световой поток подается источником света 1, проходит защитный ИК-фильтр 2 и конвертер поляризации 3. Далее разделяется цветоделительным узлом 4 на R + G (желтую) и В (синюю) составляющие. Эти составляющие отражаются от соответствующих поворотных зеркал 5, проходят корректирующие светофильтры 7. На пути R + G составляющей после поворотного зеркала 5, до соответствующего светофильтра 7 установлено дихроичным зеркалом 6, которое предварительно разделяет составляющую R + G на красную (R) и зеленую (G) компоненты. После корректирующих светофильтров компоненты R, G и В попадают на поворотные призмы 8 и далее поступают на модуляторы 9 соответствующих цветов. Отражаясь от них, за счет угла полного внутреннего отражения, снова поступают в блоки 8, а затем в смесительную призму 10. Смесительная призма суммирует все цветовые составляющие, направляет их на поворотное зеркало 5, которое направляет трехкомпонентный свет в объектив 11. 22 Как утверждают авторы статьи «Видеопроекция сегодня и завтра» В. Самохин и Н. Терехова [20], жидкокристаллическая технология в настоящее время реализована в цифровых кинопроекторах модели SRX фирмы Sony. 1.2.3. Технология звуковоспроизведения фонограмм кинофильмов по системе Dolby Система звуковоспроизведения фонограмм кинофильмов, записанных по системе Dolby, взята за основу в цифровом кинематографе. Поэтому рассмотрим историю развития систем звуковоспроизведения фонограмм кинофильмов фирмы Dolby. Эти системы разработаны в трех форматах: 5.1, 6.1 и 7.1. В 1990 году фирма Dolby объявила о создании нового цифрового формата 35-мм фонограмм кинофильмов – Dolby Digital (формат 5.1), но первый фильм, записанный в новом формате, вышел только в 1992 году. Это был фильм «Бэтмен возвращается». Запись цифровой фонограммы формата 5.1 для 35-мм кинопленки осуществлялась системой сжатия данных АС‑3, которая создает сжатие информации с величиной компрессии 17:1. Цифровую фонограмму Dolby Digital разместили между перфорациями у базового края пленки. Цифровая фонограмма стала основной для 35-мм фильмокопий, а аналоговая стала резервной, на случай отказа цифровой. Принятие в 2005 году коалицией DCI формата 5.1 системы Dolby Digital для записи и воспроизведения звука за основу концепции создания фонограммы цифровых кинофильмов требует сохранения расположения громкоговорителей в зале кинотеатра, как при прослушивании 35-мм фонограмм кинофильмов. Упрощенная структурная схема прохождения сигналов в системе Dolby Digital приведена на рис. 1.19. Для упрощения схемы элементы поканальной обработки сигналов на рис. 1.19 не показаны. Они рассматриваются отдельно. При создании фильма «Звездные войны. Эпизод I» режиссер Дж. Лукас (рис. 1.20) обратил внимание на то, что существующие два канала окружения по системе Dolby Digital не могут передать все задуманные им эффекты. Чтобы реализовать творческую фантазию режиссера, нужны были эффекты пролета звука над головами зрителей в определенном направлении, скажем, от левой стороны экрана 23 Cat №701 3Б CP650 Цифро- В Прав. вой вход Ы НЧ Х Центр. Лев. Анало­ О Пр. окр. говый Лев. окр вход Д Ы Рис. 1.19. Упрощенная структурная схема прохождения сигналов в системе Dolby Digital (формат 5.1) (Из личного архива автора) к правой части задней стены зала и никак иначе. Система 5.1 могла дать такое направление. Рис. 1.20. Режиссер Джордж Лукас [54] Позднее практические акустические эксперименты инженеров фирмы Dolby показали, что при выделении отдельного заднего канала эффекты значительно усиливаются, а качество звука выравнивается по всей площади зала. Запросы кинопроизводства были реализованы в системе записивоспроизведения звука Dolby Digital Surround EX (рис. 1.21), которую разработали компания Dolby и фирма Lucasfilm. 24 CP650 Cat 702 3Б Цифро- В Прав. вой вход Ы НЧ Х Центр. О Лев. Анало- Д Пр. окр. говый Ы Лев. окр вход Задн. окр. Рис. 1.21. Упрощенная структурная схема прохождения сигналов в системе Dolby Surround–EX (Из личного архива автора) 21 мая 1999 года система Dolby Surround–EX (формат 6.1) дебютировала в фильме Дж. Лукаса «Звездные войны. Эпизод 1». В формате 6.1 дополнительный тыловой канал окружения добавляется во время перезаписи на студии одновременно на два канала левого и правого окружения, существующего в формате 5.1. Добавление осуществляется со сдвигом по фазе на +90° и –90°. Такой «прием» добавления звука в другие каналы со сдвигом их по фазе применялся ранее в системе Dolby Stereo. По всем показателям система Dolby Surround EX сопоставима с показателями системы Dolby Digital, но ее качество лучше. В дальнейшем для более точной локализации звуковых эффектов была разработана система звуковоспроизведения Dolby формата 7.1, в котором громкоговорители канала заднего окружения разделены на два отдельных канала. Это потребовало предпочтительного включения в каналы окружения четного числа громкоговорителей. Рассмотрим построение каналов в системах воспроизведения цифровых кинофильмов. Схема обработки звука в заэкранном канале систем звуковоспроизведения Dolby показана на рис. 1.22. Схема обработки канала окружения показана на рис. 1.23. Схема обработки канала низких частот показана на рис. 1.24. В настоящее время многоканальные фонограммы цифровых кинофильмов могут быть записаны в форматах 5.1, 6.1 и 7.1, а в лексиконе кинематографистов закрепились следующие названия систем 25 1 2 3 5 4 6 7 5 Заэкранный громкоговоритель 8 Рис. 1.22. Прохождение звуковых сигналов по цепи заэкранных каналов: 1 – кинопроцессор; 2 – общий регулятор громкости (фейдер); 3 – 1/3-октавный эквалайзер (устройство выравнивания ЭАЧХ); 4 – разделительный фильтр; 5 – усилитель мощности; 6 – ВЧ-фильтр; 7 – ВЧ-головка громкоговорителя; 8 – НЧ-громкоговоритель. Устройства 3 и 4 могут входить в состав кинопроцессора (Из личного архива автора) 1 2 9 5 10 Рис. 1.23. Прохождение звуковых сигналов по цепи каналов окружения: 1 – кинопроцессор; 2 – общий регулятор громкости; 5 – усилитель мощности; 9 – однооктавное устройство выравнивания АЧХ; 10 – громкоговоритель канала окружения (Из личного архива автора) 1 2 5 11 Рис. 1.24. Прохождение звуковых сигналов по цепи канала низкой частоты: 1 – кинопроцессор; 2 – общий регулятор громкости; 5 – усилитель мощности; 11 – низкочастотные громкоговорители (Из личного архива автора) 26 записи–воспроизведения звука кинофильмов: Dolby 5.1, Dolby 6.1 и Dolby 7.1. На этом рассмотрение многоканальных систем воспроизведения звука кинофильмов завершим. Системы объемного звуковоспроизведения фонограмм цифровых кинофильмов рассматриваются ниже. 1.2.4. Классификация киноэкранов Согласно классификации, представленной на рис. 1.5, киноэкраны относятся к основному кинотехнологическому оборудованию. Разрабатывали и стандартизировали отечественные киноэкраны в Научно-исследовательском кинофотоинституте (НИКФИ), а изготавливали на калининском предприятии «Искож». В настоящее время производство отечественных киноэкранов остановлено. Залы новых кинотеатров оборудуются киноэкранами иностранного производства. Разработанная в НИКФИ классификация киноэкранов и их свойств сегодня применяется к импортным киноэкранам. Опираясь на публикации сотрудницы НИКФИ Г. Черниловской в журнале «Киномеханик» [24; 25], проведем классификацию современных кино­ экранов, рассмотрим их свойства и возможное применение. В настоящее время в кинотеатрах повсеместно применяются сварные экраны из рулонных пленочных синтетических материалов, основными из которых являются поливинилхлоридные (ПВХ) пленки. Правильно выбранный тип материала киноэкрана (к/э) помогает значительно улучшить качество экранного изображения или уменьшить мощность проекционной установки, в результате чего уменьшаются эксплуатационные расходы, а иногда удается достичь и того, и другого. Важным показателем любой проекционной установки является не световой поток проектора или освещенность экрана, а яркость изображения, поскольку наш глаз как оптический прибор воспринимает именно яркость изображения. Конечно, все названные показатели взаимосвязаны, но если два проектора с одинаковым световым потоком создают одинакового размера изображения на двух экранах с разными оптическими свойствами, то яркость этих изображений будет разной (хотя световой поток и освещенность одинаковы), и глаз это обязательно заметит. 27 Яркость изображения зависит от следующих показателей: –– светового потока кинопроектора; –– освещенности экрана (или размера создаваемого на экране изображения); –– оптических свойств экрана; –– направления наблюдения (только для направленных к/э) [24]. По типу экранной поверхности киноэкраны классифицируют на к/э диффузного действия (диффузные) и к/э направленного действия (направленные) (рис. 1.25). Киноэкраны Диффузного действия слабой направленности Направленного действия средней направленности сильной направленности Рис. 1.25. Классификация киноэкранов Диффузные экраны имеют бело-матовую окраску, поэтому их иногда называют бело-матовые. Направленные экраны принципиально отличаются от диффузных характеристиками и назначением. Из направленных экранов особенно выделяются экраны сильной направленности. Их поверхность покрывают алюминиевой пудрой, после чего они приобретают серебристый оттенок, поэтому их часто называют серебряными. Рассмотрим, в чем состоят принципиальные отличия диффузных и направленных экранных материалов на примере экранов оте­ чественного производства. Импортные киноэкраны, как мы уже говорили, по своим характеристикам и применению идентичны отечественным. 28 1.2.5. Характеристики киноэкранов Оптические свойства диффузных экранных материалов Свет, создаваемый кинопроектором, образует на рабочей поверхности киноэкрана сфокусированное изображение. Киноэкран должен отразить этот свет так, чтобы зритель имел возможность рассмотреть созданное на нем киноизображение, качественное и без искажений. Экранные поверхности разных типов выполняют эту задачу поразному. Диффузные (бело-матовые) экраны должны отвечать двум требованиям, которые отражены в их втором названии, то есть быть по возможности более белыми и более матовыми, чем направленные экраны. Чем поверхность экрана будет белее, тем больше света проектора от поверхности экрана отразится. Чем более матовой она будет, тем равномернее отраженный от экрана свет будет рассеиваться во всю полусферу предэкранного пространства к зрителям. Главное, и очень важное, достоинство диффузных экранов – высокая однородность яркости изображения, т. е. воспроизведение изображения без градационных искажений. Отсутствие градационных искажений объясняется тем, что отраженный от экрана свет равномерно распределяется в пределах угла отражения, составляющего 180° (±90° от нормали к центру экрана). Кроме этого, к преимуществам диффузных экранов относятся относительная дешевизна, вызванная низкими расходами на изготовление, и возможность широкого применения. Главный недостаток диффузных экранов вытекает из их главного достоинства. Падающий на диффузную поверхность свет отражается от нее равномерно как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. В результате до зрителя (т. е. в зону зрительских мест) дойдет только часть отраженного от экрана света. Остальной свет попадет на потолок, пол, стены зала. Отразившись от них, свет частично попадет назад на экран, дополнительно осветит поверхность экрана, что приведет к уменьшению контрастности изображения на экране («разбеленности»). С этим приходится бороться, окрашивая поверхности потолка, стен и пола у экрана в темные цвета, уменьшая их отражение назад, на экран. 29 Промежуточным между отражением диффузных и направленных экранов является так называемое направленно-рассеянное отражение, свойственное направленным экранам слабой направленности. Оптические свойства направленно-рассеянных экранных материалов Рабочая поверхность такого экрана имеет специальное, так называемое перламутровое покрытие. Такое перламутровое покрытие делают и у экранов средней направленности. Оно обеспечивает отражение света в небольшом (нешироком) угле, по сравнению с диффузной поверхностью, но в то же время и не в слишком узком, как для зеркальной поверхности. Перламутровая поверхность в отраженном свете должна иметь как «зеркальную», так и «матовую» составляющие. Тогда она не будет создавать бликов на изображении из-за большого рассеяния отраженного света. Такие экраны называют направленно-рассеянными. Оптические свойства направленных экранных материалов Направленные экраны отражают падающий на них свет не равномерно, а в разные стороны, по-разному. Как видно из рис. 1.26, большая часть света отражается в «зеркальном» направлении, которое, в отличие от чистого зеркала, более или менее «размыто», так как отраженный свет распространяется (по сравнению с зеркалом) в относительно широком угле рассеяния. В то же время этот угол значительно более узкий, чем у диффузного экрана. а б Рис. 1.26. Пространственные характеристики рассеяния света направленным экранным материалом [24]: α – при нормальном падении света на экран; γ – при боковом (под углом γ) падении света на экран; ω – полезная угловая зона экрана (так называемый угол половинной яркости) 30 На рис. 1.27 условно показано рассеяние двух направленных материалов, один из которых α – более «направленный», с узким углом рассеяния отраженного света. Яркость в пределах этого угла ωа больше. Рис. 1.27. Полезные угловые зоны двух экранов разной степени направленности [24]: ωа – для экранов сильной направленности; ωб – для экранов слабой направленности (перламутровых) Направленные экраны более эффективны, чем диффузные, но они имеют ограничения по применению. По мнению Г. Черниловской [24], зона распространения отраженного света у направленных экранов более или менее сужена (в зависимости от степени направленности экрана). Эти экраны обладают двумя особенностями: –– суженной зоной комфортного размещения зрителей. В залах большой вместимости или очень широких залах зрители, сидящие под большим углом к поверхности экрана, увидят значительно менее яркую картинку, чем те, кто сидит в центре зала; –– неравномерностью яркости изображения по полю экрана, вызывающей градационные искажения изображения. Эта дополнительная неравномерность (кроме той, которая вызвана неравномерностью освещенности экрана от проектора) будет разной для зрителей, сидящих в разных концах зала. С кресел, расположенных вблизи от центра зала, неравномерность окажется симметричной: в центре яркость выше, к краям уменьшается. Для зрителей с боковых мест более яркой может оказаться не центральная, а близкая к этим зрителям боковая часть изображения (если, 31 конечно, не учитывать сюжет картинки, а рассуждать о равноярком освещении экрана). Оба явления могут быть более или менее выраженными в зависимости от свойств и типа направленности экрана, мощности проектора, наличия постороннего света и т. п. В частности, из-за большого рассеянного света при проекции на свету (на концертах, выставках, конференциях, в открытых помещениях и т. п.) значительная посторонняя (не от проектора) освещенность может нивелировать в той или иной степени эффект градационных искажений или сделать его менее заметным, если яркость проекционного изображения достаточно велика. Математические выражения для расчета оптических свойств киноэкранов подробно рассмотрены в [24], поэтому здесь мы на них не останавливаемся. Отметим только, что для экранов диффузного действия они характеризуются коэффициентом отражения ρ (коэффициент отражения равен отношению отраженного экраном светового потока Fотp (лм) к падающему на экран от проектора световому потоку Fпад (лм)). Чем поверхность диффузного экрана более белая, тем больше света она отражает и тем выше коэффициент отражения ρ, который для реальных диффузных экранов составляет 0,8 ± 0,05. Из-за оптических свойств поверхности у направленных кино­ экранов коэффициент отражения ниже, чем у диффузных, при этом яркость в полезной зоне наблюдения (т. е. в зоне размещения зрительских мест) выше или значительно выше, чем у диффузных кино­экранов. Расчет яркости направленных экранов производится по показателю коэффициента яркости βα, характеризующегося отношением яркости Lα, отраженной данной поверхностью, к яркости диффузного экрана Lд, освещенного в тех же условиях в направлении угла α. Угол α отсчитывается от направления зеркального отражения γ (см. рис. 1.26). Коэффициент яркости βα, как и яркость Lα, зависят от угла наблюдения α, в отличие от яркости диффузной поверхности Lд, которая для любого угла наблюдения постоянна. В направлении зеркального отражения угол α = 0, для любого другого направления α – это угол между этим направлением и углом зеркального отражения (см. рис. 1.27). Из-за свойства направленных экранов создавать различную яркость в разных направлениях наблюдения их нельзя характеризовать 32 коэффициентом отражения ρ, так как он в этом случае просто мало информативен. Направленные отражательные поверхности принято характеризовать пространственными кривыми распределения яркости βα = φ(α). Их называют индикатрисами рассеяния света. Индикатрисы рассеяния света представляются либо в декартовых (рис. 1.28), либо в полярных (рис. 1.29) координатах. βα 4 в 3 б2 а 1 α° 40 20 0 20 40 α° Рис. 1.28. Индикатрисы рассеяния в декартовой системе координатах [25]: а – для диффузного экрана; б – для перламутрового экрана; в – для алюминированного (зеркального) экрана Как видно из рис. 1.28, у диффузных экранов индикатриса имеет более или менее равномерный характер распределения, и характеризовать их свойства этим показателем неэффективно. Поэтому экраны диффузного действия и характеризуются коэффициентом отражения. в б а Рис. 1.29. Индикатрисы рассеяния в полярной системе координат [25]: а – для диффузного экрана; б – для перламутрового экрана; в – для алюминированного экрана 33 Как международные, так и отечественные стандарты, которые определяют световые параметры проекционной установки, устанавливают требования к яркости экрана для строго определенных мест в зрительном зале. Это делается для того, чтобы зрители, сидящие дальше от нормали к оси экрана, не оказались в более плохих условиях рассматривания изображения из-за его направленных свойств. Г. Черниловская также отмечает [25], что яркость разных участков диффузного экрана в разных направлениях изменяется только в зависимости от неравномерности освещенности поверхности экрана кинопроектором. Для направленного экрана яркость изображения зависит не только от равномерности освещенности экрана в направлении угла i, но и от углового положения α зрителя в зале. Вследствие этого стандарт на яркость кинопроекции регламентирует среднюю яркость в центре экрана для двух зрителей, сидящих слева и справа от центральной оси зала на расстоянии, примерно равном полуширине экрана, в ряду, отстоящем от экрана на расстоянии 2/3 длины зала. Отдельно нормируется неравномерность яркости по горизонтальной оси экрана. Это позволяет выравнять условия наблюдения для разных зрительских мест в зале. Даже если для некоторых зрителей в зале яркость на направленном экране окажется несколько меньше, чем на диффузном экране, такое изображение, тем не менее, может восприниматься как более качественное. Это происходит из-за того, что направленные экраны обеспечивают повышение контраста и цветовой насыщенности изображения. Обобщить рассмотренные характеристики яркости экранов для зрителей в зале помогут рис. 1.30 и 1.31. На рис. 1.30 показано, как распределяется отраженный от диффузного экрана свет в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Из рис. 1.30 видно, что для зрителей, сидящих в точках 1, 2 и 3 яркости изображения отличаются незначительно. Как отмечалось ранее, свет, отражающийся от экрана, падает также на стены, пол, потолок, при этом снижается КПД проекционной установки, так как используется лишь часть полезного светового потока кинопроектора, которая может быть разной в зависимости от планировки зала. 34 Рис. 1.30. Распределение в пространстве света, отражаемого диффузным экраном [25]: а – в плане; б – сбоку; 1 – зритель бокового места первого ряда; 2 – зритель бокового места последнего ряда; 3 – зритель, находящийся в центре зоны зрительских мест Особенно много света пропадает в узких, длинных залах. Рассеиваемый по стенам и потолку свет вреден, так как часть его, отражаясь от этих поверхностей, снова попадает на экран, «разбеливает» изображение, делает его менее контрастным. Уменьшение контрастности приводит к тому, что детали в тенях изображения становятся неразличимыми для зрителей. Для зрителей, сидящих в тех же точках 1, 2 и 3, но в зале, где установлен экран направленного действия, рассмотренные характеристики яркости экрана будут иметь вид, приведенный на рис. 1.31. Как видно из рис. 1.31, максимум отраженного света идет в зал по направлению зеркального отражения, которое определяется законом – угол отражения равен углу падения. Если проектор установлен вдоль вертикальной оси симметрии экрана, такого изменения яркости для зрителей не будет. 35 Рис. 1.31. Распределение в пространстве света, отражаемого направленным экраном [25]: а – в плане, кинопроектор влево от оси; б – в плане, кинопроектор вправо от оси; в – в вертикальном разрезе Достоинства экранов направленного действия [25]: –– увеличение КПД проекционной установки; –– усиление яркостного и цветового контраста киноизображения благодаря уменьшению доли бесполезно рассеиваемого света. Экраны направленного действия (типа Н) позволяют осуществлять проекцию при более низких освещенностях, чем экраны диф36 фузного действия (типа Д), и получать при этом изображение требуемой яркости, т. е. можно работать с источниками света проекторов меньшей мощности. Недостатки экранов направленного действия: –– для разных зрительских мест яркость изображения различна, и чем значительнее ее усиление для части зрителей, тем больше это различие; –– для достижения требуемой яркости в более широкой зоне зрительских мест необходимо применять экран изогнутой формы. 1.2.6. Применение киноэкранов Так как при цифровом кинопоказе демонстрируются 2D- и 3Dкино­фильмы, то существенными факторами при выборе типа киноэкрана являются: –– вид стереосистемы (активная или пассивная); –– необходимость достижения нормированной яркости кино­ изображения. Активные (затворные) и спектральная системы стереопроекции не боятся деполяризации света, поэтому для этих систем стереопроекции возможно применение диффузных слабонаправленных экранов. Но для таких установок требуются большие световые потоки кинопроектора, так как потери света у этих стереосистем очень велики. Для пассивных поляризационных систем стереопроекции из-за возможности возникновения деполяризации света необходимы экраны средней или сильной направленности. Чем слабее направленность экранного полотнища, тем меньше энергетический выигрыш (требуются лампы большей мощности), но тем более однородны яркостные показатели для различных зрительских мест, значит, зрителей можно посадить в более широкой области зала. И, наоборот, чем сильнее направленность (скажем, у серебряных экранов), тем больше усиление яркости, неравномерности, следовательно, требуемая равномерность яркости обеспечена для меньшего числа зрителей (сидящих ближе к оси угла отражения). Практически для кинопроекционных установок с экранами большой ширины (скажем, более 12 м) подойдут экраны с поверхностью цилиндрической формы средней направленности или экраны слабой направленности при плоской форме поверхности. 37 Для относительно узких залов могут оказаться эффективными экраны сильной направленности (особенно серебряные). Материалы разных производителей различаются не только оптическими, но и физико-механическими свойствами, технологией производства, внешним видом. Сравним индикатрисы рассеяния перламутровых экранов различных производителей (рис. 1.32). Рис. 1.32. Индикатрисы рассеяния перламутровых экранов различных фирм-производителей [24]: – фирма Harkness, Великобритания; – фирма Hurley, США; – фирма Da-Lire, США; – фирма Techikote, США; – фирма Mechaniche Weberei; ×–×–× – фирма Cinemecсanica, Италия; – НИКФИ, Россия Серебряные киноэкраны значительно дороже, чем другие экраны, но они незаменимы в следующих случаях: –– для кинопроекции в узких и длинных залах или при недостаточном световом потоке кинопроектора; –– для поляризационных систем стереопроекции, так как они при отражении не изменяют плоскости поляризации падающего на них света; –– для кинопроекции в частично затемненных помещениях или на свету из-за усиления яркости и особенно контраста изображения, так как влияние посторонних источников света, если они не фронтальные (т. е. не светят прямо на экран), будет уменьшаться благодаря направленному характеру отражения. 38 В заключение отметим, что при использовании серебряного экрана зрители должны располагаться в пределах малой угловой зоны относительно центра экрана, так как за пределами этой зоны яркость резко уменьшается и становится раза в два меньше, чем у диффузных экранов большего размера. Для зрителей, сидящих на крайних местах зоны зрительских мест, возникает значительная дополнительная неравномерность яркости изображения, связанная с тем, что центр экрана и его края рассматриваются под разными, сильно расходящимися углами. 1.3. Качественные показатели кинематографа 1.3.1. Физиологические основы показателей качества киноизображения и звуковоспроизведения в кинотеатрах Физиологические основы восприятия человеком киноизображения и кинозвука при 35-мм пленочном кинопоказе очень подробно изложены в учебном пособии моего учителя и коллеги Николая Николаевича Усачева [23]. Физиологические основы показателей (характеристик) качества восприятия изображения и звука при цифровом кинопоказе не изменились, но технологические показатели фильмокопии и цифрового кинопоказа претерпели значительные изменения. 1.3.2. Основные показатели качества киноизображения Основные показатели качества киноизображения и кинозвука очень полно и обоснованно охарактеризовал Н. Н. Усачев. Вот что он писал [23]. Качество кинопоказа в той или иной степени зависит от комплекса технологических операций с их технологическим обеспечением как самостоятельных факторов качества киноизображения и, кроме того, от психофизиологических особенностей зрительского восприятия. Поэтому будем понимать для упрощения качество кинопоказа как слагаемое двух параллельных рядов восприятия: качества кино­ изображения и качества кинозвука. Задачу технологического процесса кинопоказа в течение сеанса определим как неискаженную передачу (а практически с допустимыми из условий субъективного зрительского восприятия искажениями) изображения и звука. 39 Показатели (характеристики) качества киноизображения с некоторой долей условности можно разделить на две группы: геометрические и светооптические (рис. 1.33). Показатели (характеристики) качества киноизображения Геометрические Размеры изображения (линейные и угловые) Форма изобра­ жения Светооптические Объемность изображения (реальная и кажущаяся) Искажения этих показателей Опознаваемость наблюдаемых образов Точность передачи яркостей объектов Точность передачи цветов объектов Точность передачи движения объектов Контраст изображения Резкость и четкость изображения Рис. 1.33. Показатели качества киноизображения К геометрическим показателям относятся такие характеристики, как форма изображения, его размеры (линейные и угловые), объемность изображения (реальная или кажущаяся) и соответственно те или иные искажения этих характеристик. В группе светооптических характеристик важнейшими являются: опознаваемость наблюдаемых образов, точность передачи яркостей и цветов объектов, точность передачи движения объектов, контраст, резкость и четкость изображений, непрерывность воспринимаемых образов (степень заметности мельканий). 40 Многие из перечисленных характеристик взаимосвязаны. Большинство из них определяется не только техникой и технологией кинопоказа, но и психофизиологией зрительного восприятия, что, в свою очередь, делает их зависимыми от взаимного расположения зрителя и киноэкрана. Следовательно, киноизображения, видимые зрителями, находящимися в разных участках зрительного зала, отличаются друг от друга, и добиться абсолютной их идентичности невозможно, важно лишь обеспечить для всех зрителей приемлемое субъективно качество изображения. Для цифрового кинопоказа актуальны все перечисленные характеристики в полном объеме. Изучать их следует обязательно, поэтому предлагаю читателю ознакомиться с ними в изложении самого Н. Н. Усачева (см. приложение). 1.4. Коалиция DCI. Качественные показатели изображения и звука в цифровом кинематографе В информационном номере газеты «Синемаскоп» компании «Нева фильм» [33] отмечалось, что в 2001 году на экраны вышел кинофильм «Звездные войны. Эпизод II», впервые полностью снятый цифровыми видеокамерами стандарта 1080/24р (разрешение 1920×1080 пикселов). Тогда же японская компания JVC Professional Products приступила к промышленному выпуску ЖК-проекторов DLA-QX1G со световым потоком 7000 лм и разрешением QXGA (2048×1536 пикселов). Кроме США, цифровые версии кинофильмов стали выпускать Великобритания, Франция и Япония, – их общее количество достигло 38. Вместе с тем посещаемость кинотеатров и доходы киностудий в целом стали снижаться, хотя прибыль от продажи фирменных копий фильмов на DVD начала превышать доход от кинопроката. Поэтому многие киностудии начали развивать свой бизнес, связанный с телевидением и домашним видео, несмотря на огромные потери от видеопиратства (по оценке американской Ассоциации кинопродюсеров МРАА, ежегодные потери киноиндустрии от пиратства превысили 2,5 млрд долл.). В Голливуде сочли, что эти потери явились следствием неэффективной проработки системы защиты от копирования. Цена ошибки в выборе системы защиты цифровых кинофильмов от пиратского копирования многократно возрастает по причине значительно более высокого качества изображения в цифровом кине41 матографе, по сравнению с качеством изображения с DVD. Поэтому в 2002 году голливудские киностудии Disney, Fox, MGM, Paramount, Sony Entertainment, Uniwersal и Warner Bros организовали ассоциацию Digital Cinema Initiatives (DCI). Успех пленочных фильмов объясняется тем, что они выпускались по всемирным стандартам киноизображения и звука и могли быть воспроизведены в кинотеатрах по всему миру. Созданная голливудскими кинокомпаниями организация Digital Cinema Initiatives, защищая интересы создателей американских кинофильмов, возглавила работу ведущих структур ITU, SMPTE DC 28 и MPEG по глобальной стандартизации цифрового кинематографа. С целью совместимости цифрового кино ассоциация DCI высказала свои требования, а перечисленные структуры создали набор стандартов, отвечающих этим требованиям, которые желательно было выполнять всем производителям оборудования для цифрового кино. DCI уделяет пристальное вниманием не только вопросам стандартизации параметров цифровых фильмов, но и процессу их демонстрирования. В большей степени она уделяет внимание защите своей продукции (шифрованию контента) от видеопиратства на всех технологических этапах его создания и кинопроката. В июле 2005 года ассоциация DCI опубликовала рекомендации v 1.0, а весной 2006 года в рекомендации DCI v1.0 были добавлены требования: –– съемки и проекции кинофильмов в формате 3D; –– ввода в изображение «водяных знаков». Основные качественные показатели цифрового кинематографа, отраженные в концепции коалиции DCI, приведены в рекомендациях [1]. Очень точный и обоснованный технический перевод с английского качественных показателей цифрового кинематографа, отраженных в концепции коалиции DCI, выполнили ученые НИКФИ под руководством профессора В. Г. Комара и опубликовали в журнале «Мир техники кино» [9]. Рассмотрим их более подробно. Концепция DCI является, по существу, техническим заданием на разработку комплекса технологических средств и оборудования цифрового кинематографа, а также основой для принятия международных стандартов этого комплекса. 42 Концепция постоянно дополняется по мере развития технологий цифрового кинематографа, но основные положения остаются неизменными и состоят в следующем [9]: 1. Системы цифрового театрального кинематографа должны иметь качество изображения и звука не ниже качества у систем 35-мм пленочного кинематографа. 2. Предусматриваются два класса разрешения изображения у систем цифрового театрального кинематографа 2К и 4К. Эти системы соответствуют числу активных пикселов светочувствительной матрицы съемочной камеры и модулирующей матрицы цифрового проектора по горизонтали и вертикали соответственно: –– 2048/1080 для системы с разрешением изображения 2К; –– 4096/2160 для системы с разрешением изображения 4К. 3. Номинальные отношения сторон кадра: –– кашетированного изображения (Flat) 1,85:1; –– широкоэкранного изображения (Scope) 2,39:1. Им соответствует количество активных пикселов (табл. 1.1). Таблица 1.1 Соотношения сторон кадра и соответствующее им количество активных пикселов [9] Отношение сторон кадра Число активных пикселов по горизонтали/вертикали Примечание 1,85:1 3996/2160 4К 2,39:1 4096/1914 4К 1,85:1 1998/1080 2К 2,39:1 2048/858 2К 4. Частота смены кадров: –– в системе с разрешением 2К – 24 кадр/с и 48 кадр/с; –– в системе с разрешением 4К – 24 кадр/с. 5. Глубина битового квантования изображения составляет 12 бит дискретизации координаты для каждой составляющей цвета (красной, зеленой, синей). Данный разряд равен числу уровней цветовых оттенков изображения, соответствующего 212 = 4096 цветовых оттенков. 43 Для трех составляющих число уровней цветовых оттенков изображения 40963 = 6,872 × 1010. 6. Номинальная яркость в центре экрана – 48 кд/м2 (14 fL). Равномерность яркости экрана по краям и в углах экрана – не ниже 70 %. Неравномерность измеряется как процент яркости в углах и по краям экрана от яркости в центре экрана (всего 8 пунктов измерения). 7. Минимальный цветовой охват соответствует следующим координатам цветности: –– красный: 0,680х; 0,320у; 10,1Y; –– зеленый: 0,265х; 0,690у; 34,6Y; –– синий: 0,150х; 0,006у; 3,31Y. 8. Нормированные координаты белого цвета: –0,314 × 0,351 у; 0,335 z. 9. Последовательный контраст должен быть равным или больше: –– номинальный 2000; –– в кинотеатре 200. Этот параметр определяется делением значения яркости наиболее яркого экрана на значение яркости измеряемого, затем черного экрана (при работающем проекторе и с учетом окружающей засветки). 10. Внутрикадровый контраст должен быть равным или больше: –– номинальный 150; –– в кинотеатре 100. Этот параметр измеряется при проекции теста в виде шахматного поля с чередующимися белыми и темными полями. Величина внутрикадрового контраста определяется делением яркости светлого поля на яркость темного. При этом учитывается свет, падающий из окружающего пространства, отраженный от экрана, от поверхности и толщи линз проекционного объектива и от посторонних источников света. 11. Метод сжатия изображения JPEG 2000 (международный стандарт ISO/IES 15444–8). Частота звуковых цифровых отсчетов должна соответствовать частотам 48 000 и 96 000 Гц. Эти значения соответствуют 2000 звуковым отсчетам на кадр для частоты 48 000 Гц и 4000 звуковым отсчетам на кадр для частоты смены кадров 96 000 Гц. 12. Число каналов цифровой записи звука при доставке кинокартин принято равным 16 (форматы 7.1 и 5.1). Оцифрованный звук не 44 компрессированный. При этом все каналы имеют одинаковую широкую частотную полосу (от 20 до 20 000 Гц). 13. Для записи и воспроизведения звука положена в основу концепция системы фирмы Dolby. В частности, расположение громкоговорителей в кинотеатре принято таким, как рекомендует фирма Dolby для 35-мм кино. 14. Звуковой файловый формат должен соответствовать международному стандарту. 15. Должна соблюдаться синхронизация записи изображения и звука. 16. Должен выполняться комплекс мер по защите контента кинокартин от несанкционированного отбора. Кинофильмы в кинотеатры должны доставляться в зашифрованном виде. Шифрованию подвергают только изображение, звук не шифруется. При демонстрировании кинофильма используются дешифраторы, устанавливаемые в недоступных местах цифрового кинопроектора. Разработчики ввели допустимые отклонения от описанных норм, которые приведены в табл. 1.2. Учитывая первый пункт концепции, при нормировании освещенности и неравномерности освещения экрана разработчики опирались на существующие стандарты SMPTE для 35-мм кинематографа. При демонстрировании изображения в формате Cinema Scope (1:2,39) реальное разрешение составит 4096×1714 точек, т. е. при определении разрешения необходимо стремиться к достижению максимального значения по горизонтали или вертикали. Цветовое кодирование выполняется по системе XYZ (по 1931 CIE) с глубиной 12 бит на цвет, т. е. 36 бит на пиксел изображения. Формат DCI предписывает поддержку 16 широкополосных каналов звука. Разметка каналов для 6-канального воспроизведения показана в табл. 1.3, для 8-канального – в табл. 1.4. В концепции сказано [9], что в кинотеатрах должно быть установлено оборудование для: – хранения данных (минимум 1 Тб для одного экрана); – декодирования; – авторизации и демонстрирования кинофильмов. 45 Таблица 1.2 Требуемые величины параметров и допустимые их отклонения [9] Номинал (проецируемое изображение) Допуски (для просмотровых залов) Допуски (для залов кинотеатра) Количество точек (пикселов) 2048×1080 (2К) или 4096×2160 (4К) N/A N/A Равномерность яркости по углам и краям 85% (от яркости центра) 80–90% (от яркости центра) 70–90% (от яркости центра) Яркость калиброванного белого в центре 48 кд/м2 (14 fL) ±2,4 кд/м2 (±0,7 fL) ±10,2 кд/м2 (±3,0 fL) x = .3140, y = .3510 ±.002 x, у ±.006 x, у Равномерность цветности белого поля, углы Номинал в центре ±.008 x, у относительно центра ±.010 x, у относительно центра Последовательный контраст 2000:1 минимум 1500:1 минимум 1200:1 минимум Одновременный контраст 150:1 минимум 100:1 минимум 100:1 минимум Шкала градаций серого Без видимых растушевок цветов (не должно быть видимых цветных теней) Контуры Плавное нарастание, без видимых резких переходов (плавное, без видимых ступенек) Передаточная g-функция Гамма 2.6 Точность цветопередачи Соответствует колориметрии Параметры изображения Цветность калиброван­ ного белого в центре при значениях кода 46 ±2% ±5% на компоненту на компоненту ±4 ΔE ±4 ΔE Таблица 1.3 Разметка каналов для 6-канального воспроизведения [1] № канала № канала AES Метка/название Описание 1/1 1 Левый (Left/L) Крайний левый заэкранный громкоговоритель 1/2 2 Правый (Right/R) Крайний правый заэкранный громкоговоритель 2/1 3 Центральный (Center/C) Центральный заэкранный громкоговоритель 2/2 4 Низкочастотный (LFE/Screen) Экранный низкочастотный громкоговоритель эффектов 3/1 5 Левого окружения (Left Surround/LS) Громкоговорители окружения левой стены 3/2 6 Правого окружения (Right Surround/RS) Громкоговорители окружения правой стены 4/1… 7… Неиспользуемые/ определяются пользователем 8/1 …16 Неиспользуемые/ определяются пользователем Таблица 1.4 Разметка каналов для 8-канального воспроизведения [1] № канала № канала AES Метка/название Описание 1/1 1 Левый (Left/L) Крайний левый заэкранный ГГ 1/2 2 Правый (Right/R) Крайний правый заэкранный ГГ 2/1 3 Центральный (Center/C) Центральный заэкранный ГГ 2/2 4 Низкочастотный (LFE/Screen) Экранный низкочастотный ГГ эффектов 3/1 5 Левого окружения (Left Surround/LS) Громкоговорители окружения левой стены 3/2 6 Правого окружения (Right Surround/RS) Громкоговорители окружения правой стены 47 Окончание таблицы 1.4 № канала № канала AES Метка/название Описание 4/1 7 Левые задней стены Средние левые громкоговори(Left Center/Lc) тели задней стены 4/2 8 Правые задней стены Средние правые громкоговорители задней стены (Right Center/Rc) 5/1 9 5/2 10… 8/1 …16 Неиспользуемые/определяются пользователем При этом системы хранения и воспроизведения должны обеспечивать бесперебойный показ контента при потоке компрессированного видео- и некомпрессированного звукового сигнала (24 бит/96 кГц, 16 каналов) до 307 мБ/с. В среднем необходимо хранение 3 ч информации, включающей непосредственно фильм, рекламный контент перед фильмом и служебные данные. Для всего этого потребуется около 415 Гб дискового пространства при среднем потоке данных 250 мБ/с. 1.4.1. Качественные показатели звуковоспроизведения цифровых кинофильмов. Нормы ТHX Рассмотрим, какие показатели качества предъявляются к звуко­ воспроизведению при демонстрировании цифровых кинофильмов в залах кинотеатров. Как отмечалось ранее, система записи и воспроизведения звука кинофильма Dolby форматов 5.1 и 7.1 положена в основу концепции DCI, а звуковой файловый формат соответствует международному стандарту. Новым требованием концепции DCI, по сравнению с существующими системами 5.1 и 7.1, является обеспечение во всех каналах широкой полосы частот. У существующих систем Dolby каналы окружения могли иметь неполную ширину частотного диапазона. В остальном качественные показатели системы Dolby опираются на нормы ТHX. Что такое THX? История их возникновения следующая. 48 В 1971 году на киноэкраны вышел фильм ныне знаменитого режиссера и продюсера Дж. Лукаса «Звездные войны», который совершил коренной переворот в системе записи–воспроизведении звука кинофильмов. Впервые в широком прокате была использована система записи и воспроизведения звукового сопровождения фильма Dolby Stereo. За 16 лет со дня выхода на киноэкраны «Звездных войн» Дж. Лукас основал несколько компаний, которые впоследствии стали огромной киноимперией Lucasfilm. В 1982 году в киноимперии Дж. Лукаса возникло подразделение ТНХ. Его главный конструктор и технический директор Т. Холмен разработал систему нового звукового формата Tom Holman’s experiment, или сокращенно ТНХ, логотип которой показан на рис. 1.34. Рис. 1.34. Логотип системы ТНX [57] Система ТНХ не является технологией звукозаписи и не требует использования какого-то особого звукового формата. Любой звуковой формат, будь то цифровой (Dolby Digital, SDDS, DTS) или аналоговый (Dolby SR), может нести на себе логотип ТНХ. ТНХ является стандартом контроля качества в области звукового сопровождения кинофильмов. Основным критерием ТНХ является аксиома: если техника записи и воспроизведения фонограммы кинофильма, а также оборудование кинозала сертифицированы по стандартам системы ТНХ, то воспроизводимый звук будет наиболее близок к тому, как его задумали и записали звукорежиссеры на киностудиях. 49 Фактически звуковая система ТНХ создана в дополнение к технологиям фирмы Dolby Laboretories, которые позволили воспроизвести звук в зале кинотеатра с наилучшим качеством и максимально приближенным к тому, что задумали создатели фильма. Впоследствии задачи фирм разделились. Фирма Dolby сосредоточила свои усилия на записи звука кинофильма и устройствах его воспроизведения со звуковой дорожки. Подразделение ТНХ сосредоточила свои усилия на усилителях мощности, акустических системах, принципах их размещения в залах и акустической обработке самого пространства прослушивания, то есть зрительного зала (ЗЗ). Как отмечал М. Крикливец [10], результаты работы большого количества людей при записи и озвучивании кинофильма могут быть если и не сведены на нет, то существенно испорчены плохой акустической обработкой (акустикой) зрительного зала или работой звуко­ усилительной аппаратуры. Двух одинаковых залов не бывает. Например, несколько лет назад при реконструкции кинотеатра «Искра» в городе Уфе к основному зданию кинотеатра были пристроены три одинаковых зрительных зала. В новых залах совпадало почти все: и размеры, и число зрительских мест, и их расположение, и размер экрана. Акустическая обработка и декоративная отделка всех трех залов была выполнена однотипно. На первый взгляд казалось, что все сделано «под копирку», различие только в цвете – зеленый, сиреневый и фиолетовый. К моменту акустической настройки в залах уже были установлены одинаковые акустические системы, а в аппаратной стояли одинаковые стойки электронных блоков с усилителями и процессорами. Но звучание фонограммы было различным. Недоумение развеял главный инженер кинотеатра. Действительно, все три зала были спроектированы одинаковыми. Но при строительстве пришлось внести в проект некоторые изменения. Например, в двух залах появились не запланированные ранее вентиляционные шахты, дополнительные короба и другие конструктивные изменения, которые были не заметны из зала, так как находились за экраном и были закрыты занавесом и обрамлением экрана. Даже небольшие конструктивные изменения в заэкранном пространстве способны серьезно повлиять на общую звуковую картину. 50 В приведенном примере и зал, и заэкранное пространство были единым помещением. Законы физики по распространению звуковой волны в помещении работают и в зрительном зале, и за экраном как в едином объеме. Изменения в его форме привели к искажению звучания. Именно такие примеры и послужили причиной масштабных исследовательских работ в области воспроизведения фонограмм кинофильмов. Система ТНХ не содержит никаких принципиально новых технологий, но она запатентована. В отличие от рекомендаций, разработанных Dolby Laboratories, требования норм ТНХ существенно строже и жестче. Какую выгоду будут иметь владельцы кинотеатров, если получат сертификат ТНХ? Это привлечет зрителей, это престижно, но и обязанностей владельцам это прибавит. В настоящее время во всех кинотеатрах установлено звуковое многоканальное оборудование, однако это не означает, что все они соответствуют требованиям программы ТНХ. Рассмотрим требования, которые должен выполнить кинотеатр, чтобы быть сертифицированным по системе ТНХ. Основные требования сертификации ТНХ Сертификация THX предполагает выполнение следующих условий в залах кинотеатров. Заэкранные громкоговорители необходимо располагать в акустической защитной стене. Это обязательное требование для каждого сертифицированного THX-зала. Оно означает, что заэкранное пространство необходимо отгородить от зала стеной «2π». Если снять экран в любом сертифицированном THX-зале (рис. 1.35), то увидим, что заэкранные громкоговорители установлены в массивной стене из акустического материала. В ней проделываются отверстия или устраиваются ниши для установки заэкранных и низкочастотных громкоговорителей (рис. 1.35–1.37). Чтобы звук не проникал из-за экрана, щели между акустическим материалом и корпусами громкоговорителей тщательно заделывают. Оформление зала. Зрительный зал должен иметь звукоизоляцию. Для звукоизоляции зрительного зала необходимо проанализировать 51 Рис. 1.35. Расположение громкоговорителей в защитной стене [10] Рис. 1.36. Установка заэкранных и низкочастотных громкоговорителей в акустической стене «2π» [10] Рис. 1.37. Вид установки громкоговорителей из заэкранного пространства [10] 52 характеристики внешних источников шума, находящихся за его стенами, таких как звук в соседних залах, шумы уличного движения и другие возможные источники шума. Это необходимо сделать, чтобы при прослушивании фонограммы кинофильма ничто не отвлекало зрителей от его просмотра. Кроме перечисленных, потенциальными источниками шума в зале являются системы кондиционирования воздуха, вентиляции кинопроекторов, механические элементы системы электропитания, зрители и торговые точки в фойе. Стены, отделяющие зал от других помещений или улицы, должны иметь массивную структуру, чтобы изолировать его от внешних шумов с целью создания чистого звучания внутри помещения. В таком зале зрители могут сосредоточиться на просматриваемом фильме, а не слушать отвлекающие звуки из соседних залов (рис. 1.38). Рис. 1.38. Проникновение шума сквозь тонкую стену [57] Для усиления звукоизоляции зрительного зала необходимо предусмотреть: –– большое количество строительных материалов; –– устройство воздушного зазора между стенами; –– увеличение массы строительных материалов. Без использования рекомендуемых строительных материалов тонкостенная конструкция позволяет передавать звук из соседних залов и помещений, чего не происходит, если стены толстые и отделены друг от друга воздушным промежутком (рис. 1.39). 53 Строительные материалы Строительные материалы Изолированный воздушный зазор Рис. 1.39. Отсутствие проникновения шума сквозь толстую стену [57] Стены в кинотеатрах сертификации THX построены так, чтобы обеспечить звуковую изоляцию от других аудиторий. Управление временем реверберации. Реверберация – это наличие звука в помещении после прекращения звучания источника звука, как эхо. В зале кинотеатра реверберация часто образуется как звук, отражающийся от поверхностей, стен, пола и потолка. Ее полное отсутствие делает помещение «гулким». В таком помещении звуки, отраженные от поверхностей зала, многократно отражаясь, могут накладываться друг на друга и мешать прослушиванию фонограммы. Первые отражения звука от поверхностей не должны быть слышны в течение демонстрирования кинофильма. Звуки взрывов или реактивных двигателей должны заканчиваться сразу, не продолжаться в следующей сцене. Звук, отраженный от стен без акустической панели, смешиваясь со звуком фонограммы, мешает ее прослушиванию (рис. 1.40). Звук, отраженный от стен с акустической панелью, не смешивается со звуком фонограммы и не мешает ее прослушиванию (рис. 1.41). В соответствии с требованиями ТНХ время реверберации должно быть в пределах норм, рассчитанных для каждого зала индивидуально. Среди методов управления временем реверберации, которые рекомендует THX, размещение на задней стене зала толстого поглощающего материала. Это предотвращает отражение от задней стены прямого звука, идущего из-за экрана, отражая его назад в зал. 54 Нет акустических панелей Рис. 1.40. Отражение звука от стен, не обработанных звукопоглощающими материалами [57] Акустические панели Рис. 1.41. Отражение звука от стен, обработанных звукопоглощающими материалами [57] Нормы THX также предусматривают необходимость размещения поглощающих материалов на боковых стенах вплоть до первого ряда зрительских мест. Это уменьшает отражения звука от боковых стен. Угол обзора изображения. Для обеспечения наилучшего впечатления от просмотра фильма THX рекомендует обеспечивать оптимальный угол обзора широкоэкранного изображения в зоне от экрана до последнего ряда 36º (в горизонтальной плоскости), минимальный угол – 26º (Dоlby Laboratories рекомендует около 31º) (рис. 1.42). Следует отметить, что цифровые кинопроекторы могут обеспечить и больший угол обзора широкоэкранного изображения, что является предпочтительным. Поэтому угол обзора изображения должен рассматриваться индивидуально для каждого зала при его проектировании или переоборудовании. 55 Рис. 1.42. Оптимальный угол обзора широкоэкранного изображения в зоне от экрана до последнего ряда [57] ТНХ требует устройства подъема пола в зоне зрительских мест. Размещение кинопроектора. Для достижения требований THX кинопроектор должен быть размещен точно напротив центра кино­ экрана. Если проектор установлен не по центру экрана, проецируемое изображение может иметь «эффект трапеции» [57]. Оптимальное отклонение оптической оси проектора от нормали в его центр указывается в паспорте проектора, но в среднем должно быть в пределах ± 3 % (максимально допустимое отклонение ± 5 %, если не указано в паспорте). Должны быть выполнены все требования действующих стандартов SMPТE. В частности, яркость киноэкрана должна соответствовать требованиям SMРТЕ: 16 ± 4fL (55 ± 13 кд/м2) для демонстрирования фильмов с 35-мм пленки; 14 ± 3fL (48 ± 10,2 кд/м2) для цифровой проекции. Следует отметить, что рассмотренные показатели сопоставимы с отечественными стандартами [2]. Выбор оборудования. Оборудование, предназначенное для демонстрирования кинофильмов, должно быть внесено в Список оборудования, одобренный ТНХ. Компоненты оборудования для каждого кинозала индивидуально подбираются по расчетам. По мнению специалистов, если не будут выполняться изложенные требования, то качество звучания фонограммы кинофильма будет уступать качеству, гарантируемому ТНХ [10]. Глава 2. ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОГО КИНЕМАТОГРАФА 2.1. Технологическая схема цифрового кинематографа и ее элементы В настоящее время в цифровом кинематографе (ЦК) приняты следующие сокращения видов кинопоказа: –– 2D – кашетированный и широкоэкранный виды (1:1,85 и 1:2,39); –– 3D – стереоскопический (стереокино) вид (1:1,85 и 1:2,39), а так­ же IMAX; –– 4D – 3D с добавлением в зале запахов (ароматов), потока воздуха или других эффектов, соответствующих сюжету фильма; движения зрительских кресел в 3 плоскостях, толчками в спины и вибрацией; оборудование зала механическими средствами движения различных макетов, например пауков, мышиных хвостов и т. п.; –– 5D и другие являются аттракционами, а не видами кинематографа. 2.1.1. Сущность процессов технологической схемы Определение понятия «цифровой кинематограф» впервые в России было дано в печатном издании компании «Невафильм» ее генеральным директором Олегом Станиславовичем Березиным. Компания вошла в историю кинематографа тем, что установила и ввела в строй первый в России зал с цифровым кинопоказом. Открытие первой цифровой киноустановки состоялось 26 декабря 2006 года в кинотеатре «Заневский каскад» в Санкт-Петербурге. Установка, монтаж и предпусковые работы проводил выпускник Ленинградского института киноинженеров Виктор Михайлович Матюшин. Но вернемся к определению понятия «цифровой кинематограф». Газета «Синемаскоп» писала в 2006 году о разнице между элект­ ронным и цифровым кино [32]. По мнению специалистов, эти два термина обозначают абсолютно разный уровень технологии. Электронное кино – это процесс производства, распространения и демонстрирования кинофильма в кинотеатре на основе цифровых технологий с применением на отдельных этапах аналоговых технологий и оборудования. Это кинофильмы с более низким качеством и меньшей 57 степенью защиты прав и контроля продюсера на любом этапе в процессе производства, распространения и демонстрирования кинофильма. Цифровое кино – это процесс производства, распространения и демонстрирования кинофильма в кинотеатре на основе цифровых технологий без применения традиционной кинопленки с помощью цифрового оборудования. Цифровое кино – это высококачественная технология, предназначенная в первую очередь для защиты авторских прав создателей фильмов. Структурная схема цифрового кинематографа представлена на рис. 2.1 и 2.2. Мастеринг кинофильма Центр распространения Передача по спутнику Цифровая кинокамера Компрессия и шифрование 35-мм фильм Доставка курьером Сканирование и коррекция Рис. 2.1. Процесс производства и доставки цифровых кинофильмов [33] Приемная антенна Ресивер Управление сервером Цифровой кинопроектор Изображение Звук HD диски Сервер кинотеатра Демонстрирование цифрового кинофильма Звуковой процессор Рис. 2.2. Процесс приема и демонстрирования цифровых кинофильмов [33] 58 2.1.2. Назначение элементов технологической схемы Опубликованная в информационном органе компании «Невафильм» газете «Синемаскоп» фотография процесса цифрового кинематографа (см. рис. 2.1 и 2.2) содержала описание технологии создания, распространения и демонстрирования цифрового кинофильма. Рассмотрим элементы технологических процессов, протекающих в схеме кинематографа, как они описаны в «Синемаскопе» [32]. Мастеринг – это процесс производства кинофильма, в результате которого изготавливают его оригинальную версию с исходными составляющими (оригинал изображения, оригинал фонограммы и копия фильма). В мастеринг может включаться процесс цифровой обработки готового кинофильма (на 35-мм кинопленке) и преобразования его в цифровой вид, приемлемый для доставки (передачи) фильма в кинотеатр. Этот процесс включает в себя сканирование 35-мм кинопленки (рис. 2.1), если фильм снят 35-мм кинокамерой, для преобразования изображения кинофильма с пленки в цифровой файл с помощью телекинодатчика. Сканирование изображения может осуществляться с различным разрешением – от 2К до 8К – в зависимости от поставленных задач и целей дальнейшего использования. Цифровая коррекция яркости и цветовой гаммы изображения обеспечивается с помощью цифровых цветокорректоров. В процессе мастеринга формируются файлы звуковых фонограмм фильма (например, дублированных версий на нескольких языках или полученных при съемке на натуре). Компрессирование файла кинофильма. Сканированный с высоким разрешением кинофильм имеет очень большой объем файла. Например, кинофильм длительностью 120 мин, сканированный с разрешением 4К, имеет размер файла в некомпрессированном виде более 12,8 Тб. Такой объем данных практически невозможно ни обработать, ни передать в кинотеатр. Для достижения приемлемых объемов файлов в ЦК применяют специальный алгоритм компрессии файлов (JPEG2000), позволяющий без видимых для глаза дефектов изображения сжать файл с 2-часо­вым фильмом до 40–50 Гб (при степени компрессии файла с разрешением 2К от 1:20 до 1:30). 59 Шифрование файла кинофильма. Американская ассоциация кинопродюсеров (МРАА) оценивает ежегодные потери киноиндустрии от пиратства (копирования, несанкционированного отбора) в астрономическую сумму – 2,5 млрд долл.! Пиратство может происходить на любом этапе производства кинофильма – от съемочной площадки до обычной съемки фильма видеокамерой с экрана кинотеатра. Учитывая, что система цифрового кинематографа распространяет изображение очень высокого цифрового качества, вопрос защиты от пиратства для цифрового кинематографа является одним из самых важных. При современном развитии технологий шифрования максимально возможную защиту информации обеспечивают методы DCI. Файл с фильмом зашифровывают прежде, чем этот файл будет отправлен кинотеатру. И только в самом кинотеатре файл будет дешифрован для проекции. Из соображений безопасности дешифрование файла должно происходить внутри цифрового проектора, непосредственно перед проекцией. Как отмечается в журнале «Синемаскоп» [32], способ защиты видео­контента от несанкционированного вмешательства, предложенный DCI, одобрен ведущими голливудскими студиями и признан единственным существующим на сегодня механизмом защиты данных. Методики, предлагаемые DCI, кроме защиты файлов с фильмами предусматривают шифрование файлов и организацию управления показами и плей-листами. Основные процедуры защиты, рекомендованные DCI, сводятся к следующему. 1. Шифрование фильма происходит в момент создания «финального файла» фильма (DCP) на киностудии, одновременно с кодированием изображения. Наиболее распространенным способом пиратства является съемка фильма видеокамерой в зале кинотеатра. Суть шифрования заключается в том, что системы шифрования позволяют добавить в изображение специальные водяные знаки, которые будут невидимы при цифровой проекции для зрителя кинотеатра, но в то же время внесут большие искажения в изображение при съемке фильма видеокамерой с экрана кинотеатра. Файл с фильмом зашифровывается прежде, чем будет отправлен кинотеатру. Из соображений безопасности дешифрование файла 60 производится внутри цифрового проектора непосредственно перед проекцией. К зашифрованному файлу фильма присоединяется первичный, или материнский, ключ фильма, который позволяет прочесть этот зашифрованный файл. 2. Создание материнского ключа дешифрования файла кинофильма. Материнский ключ KDM (Key delivery message) – это информационный файл, состоящий, с одной стороны, из первичного ключа фильма, а с другой стороны, из элементов, идентифицирующих оборудование, которое обслуживает кинозал (сервер и цифровой кинопроектор), – эти элементы называются публичными ключами, или сертификатами. Материнский ключ изготавливают в специальной лаборатории, отделенной от процесса создания фильма. Он доставляется в кино­театр иным путем, чем при передаче фильма, но одновременно с файлом фильма. Задержка его доставки приводит к большим проблемам в кино­ театре. Ключ KDM позволяет воспроизводить фильм на конкретном сервере и проекторе кинозала, который включен в договор о прокате фильма, заключенный между кинопрокатчиком и кинотеатром. Ключ KDM строго гарантирует, что ни один файл фильма не сможет быть показан в другом зале. Ключ чтения (KDM) может к тому же содержать срок действия, соответствующий контракту, заключенному между прокатчиком и кинотеатром, что гарантирует демонстрацию фильма в конкретном зале только в течение определенного периода. 3. Создание учетных записей. К этим операциям, отправляемым кинотеатрам, может добавиться сбор возвращаемой из кинотеатра информации, называемый учетными записями. Учетные записи позволяют точно узнать, как был использован фильм (количество и время сеансов и т. п.) в течение срока демонстрирования в кинозале. Таким образом, в схеме «безопасного» кинопроката (дистрибьюции) цифровых кинофильмов устанавливается сложная взаимосвязь, поскольку дистрибьютор должен организовать два или три потока передачи данных: –– отправку пакета фильма, который сам по себе является недействующим, так как он не может демонстрироваться без материнского ключа; –– отправку ключа чтения, открывающего файл, который должен содержать два обозначенных нами элемента: материнский ключ 61 фильма и сертификаты проекционного оборудования, к которым может добавляться определение срока использования; –– внедрение учетных записей для анализа и обработки результатов проката. Выполнение этих операций является обязательным для «безопасного» кинопроката. Доставка фильма в кинотеатр. Фильм может быть доставлен в кинотеатр несколькими способами. Физический способ доставки фильма. Компрессированный и зашифрованный файл с кинофильмом легко доставляется физическим способом в кинотеатр. Такой способ может быть осуществлен с использованием пакета из 1–2 жестких дисков (HD), которые будут загружены в систему кинотеатра (аналогично загрузке программы в персональный компьютер с дисков). Этот способ получил широкое распространение в первые годы существования цифрового кинематографа по ряду причин: –– физическая доставка фильмов широко применялась в традиционном кинематографе, поэтому для доставки комплекта HD-дисков может быть легко использована существующая инфраструктура доставки; –– получение физической копии цифрового фильма гарантирует, что фильм получен кинотеатром, и все части файла с фильмом доставлены; –– физические копии фильма на 1–2 HD-дисках недороги, менее 50 долл. за комплект; –– физические копии легко учитываются, легко контролируются и легко уничтожаются по окончании лицензии (стираются из памяти). В настоящее время этот традиционный способ уступает свои позиции другим методам доставки. Доставка фильма через спутник. Система доставки файла с цифровой копией фильма через спутник предполагает радиопередачу этого файла из Центра распространения непосредственно на приемную систему кинотеатра, оборудованную принимающей антенной и ресивером. Каждый кинотеатр имеет доступ к базе данных прокатной организации с фильмами на основе лицензионного соглашения. За короткое время кинотеатр может получить из этой базы любой фильм. Скорости передачи данных через спутниковый канал обеспечивают получение кинотеатром цифрового фильма со скоростью, всего в два раза превышающей реальную длительность фильма. 62 Этот способ передачи имеет ряд преимуществ: –– передача фильма через спутниковый канал становится недорогой при передаче сразу нескольким сотням кинотеатров; –– логика передачи через спутник очень легка – фильм пересылается один раз; –– неограниченная география одновременного получения одного кинофильма на территории нашей страны. Фильм может быть получен одновременно несколькими тысячами кинотеатров в разных уголках нашей страны, находящихся в зоне действия спутника. К недостаткам этого способа передачи следует отнести проблемы с получением качественного сигнала в некоторых районах мира, связанные с атмосферными явлениями в воздухе, и дороговизну передачи информации отдельному кинотеатру. Доставка фильма по оптоволоконным линиям связи. Распространение (доставка) цифровой копии фильма по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) подразумевает наличие оптоволоконной линии в кинотеатр из центра распространения фильмов с использованием технологий и протоколов Internet. Еще несколько лет назад такая передача данных считалась непрактичной из-за относительно низких скоростей передачи данных по ВОЛС. Однако революционные изменения в технологиях оптоволоконных связей делают этот способ передачи фильма очень перспективным и недорогим в ближайшем будущем. Преимуществом распространения (доставки) фильма по ВОЛС является возможность получения разными кинотеатрами различных фильмов одновременно. Доставка фильма по Интернету. Доставка фильмокопий, трейлеров (анонсов кинофильмов), рекламных роликов и ключей дешифрирования фильмов (KDM) в кинотеатры происходит по-разному. Ключи в обязательном порядке отсылаются кинотеатрам на электронную почту по Интернету. Рассмотрим систему цифровой доставки фильмокопий в кинотеатр на примере алгоритма, разработанного российской компанией DCP24. В кинотеатр не приезжает курьер с кейсом, в котором находятся жесткие диски с фильмом, а в нем устанавливается некий сервер с программным обеспечением от компании DCP24, подключенный к сети Интернет, либо к спутниковой «тарелке», и фильм скачивается 63 по внутренним защищенным каналам связи на этот сервер. В дальнейшем киномеханик «забирает» фильм с сервера. Система цифровой доставки DCP24 включает в себя доставку не только фильмов, но также трейлеров и ключей KDM к киномеханику. Физически это отдельный сервер с интерфейсом управления, в котором существуют три основные закладки – фильмы, трейлеры, ключи. Если оборудование правильно настроено, то, как только ключ выпускается какой-либо лабораторией, он сразу попадает на электронный адрес менеджера кинотеатра и одновременно с этим доставляется киномеханику на сервер, установленный в киноаппаратной. Таким образом, киномеханику нет необходимости идти к менеджеру по репертуару или директору кинотеатра, давать ему флешку, чтобы на нее записали ключ, потом на другом компьютере распаковывать полученный zip-файл, загружать ключ на сервер, узнать, что, возможно, этот ключ не подходит, и повторять все сначала. На оборудование, подключенное к линии Интернет в аппаратной, ключи попадают уже в виде готовых к использованию файлов, они отображаются в виде списка ключей, в котором указаны номер зала (если это мультиплекс), название фильма, время действия ключа. Дальше уже задача киномеханика с помощью специальной кнопки на программном интерфейсе отправить нужный ключ на нужный сервер. То же самое с трейлерами. Все трейлеры, попадающие в базу данных на сайт, автоматически отображаются у киномеханика в интерфейсе сервера. Таким образом, когда в кинотеатре возникает необходимость поставить, например, новый трейлер «Викинга», то киномеханику менеджер по репертуару или другое ответственное лицо говорит: «Поставь новый трейлер “Викинга”». Киномеханик, видя в списке нужный трейлер, нажимает кнопку «Скачать». При этом киномеханик сам выбирает, какой формат ему нужно скачать: кашетированный (Flat) или широкоэкранный (Scope), 2D или 3D. После того как все «скачалось», он загружает трейлер на нужный сервер и настраивает соответствующим образом листы воспроизведения. Достоинством данного способа доставки является то, что с помощью программного обеспечения DCP24 работа киномеханика становится более осмысленной, ответственной, а заодно разгружает от лишней работы администраторов и менеджеров. 64 На сегодняшний день способы физической доставки фильма (на жестких дисках) и доставки фильма по Интернету являются наиболее удобными и практичными. В будущем система цифровой доставки позволит отказаться от чемоданчиков, кейсов, т. е. от физической пересылки фильмокопий и контента. Однако надо учитывать, что физическая доставка цифровой копии не требует от кинотеатра наличия какого-либо специального оборудования, в отличие от доставки через спутник, ВОЛС или Интернет. Сервер кинотеатра. Сервер воспроизведения цифрового контента – это специализированная компьютерная система, выполняющая функции безопасного хранения и воспроизведения контента. Сервер оснащен встроенным RAID-массивом объемом от 1,3 до 6 Тб, доступным для хранения как защищенного контента, так и рекламных роликов и трейлеров. Интерфейс управления сервером (система управления кинозалом или SMS) позволяет управлять контентом и ключами воспроизведения (KDM), создавать плей-листы для автоматического проведения кинопоказа, а также составлять расписание показов до нескольких недель вперед. Сервер позволяет управлять не только однозальным кинотеатром, но и мультиплексом, осуществляя как программирование работы кинозалов, так и программирование сеансов. Сервер кинотеатра состоит из трех основных частей: –– накопителя; –– системы программирования сеансов; –– системы программирования кинозалов. Управление сервером осуществляется с помощью компьютера. Накопитель. Накопитель (дисковый массив) обеспечивает хранение сжатых и зашифрованных кинофильмов, рекламных роликов и других программ. Архитектура дисковых массивов позволяет многократно воспроизводить любые кинопрограммы, а также обеспечивает использование одного файла кинофильма одновременно в нескольких кинозалах кинотеатра. Система программирования сеансов. Сервер позволяет составить из любых доступных файлов с фильмами, рекламными роликами и заставками различные программы сеанса, имитируя так называемые «электронные плэттеры». Например, с помощью системы про65 граммирования сеансов легко составляется рекламная программа для дневного или вечернего сеансов одного и того же фильма. Система программирования кинозалов (расписание). Из различных наборов «программ сеанса» с помощью удобного интерфейса сервера, либо внешнего компьютера программируются кинозалы кинотеатра. При снижении посещаемости кинофильма управляющий кинотеатром легко может заменить фильм в кинозале на другой фильм, либо при большой посещаемости кинофильма поставить его сразу в несколько кинозалов. Сервер одновременно управляет и изображением, и звуком фильма. Легкий, понятный и гибкий интерфейс управления позволяет не только обеспечивать кинопоказ в кинозале, но также и управлять показами рекламных роликов в фойе либо на фасаде кинотеатра и динамическими электронными постерами на базе ЖК-дисплеев. Цифровой кинопроектор – одно из важнейших звеньев цифрового кинотеатра. Цифровой кинопроектор, в соответствии с требованиями DCI, должен обеспечивать проекцию фильма с качеством не хуже, чем у традиционной 35-мм кинопленки. В настоящее время широкое распространение получила технология проекции цифрового фильма DLP Cinema™, разработанная компанией Техаs Instruments и одобренная DCI. Кроме того, существует технология цифровой проекции изображения SXRD™, разработанная компанией Sony. Компания Техаs Instruments заключила лицензионные соглашения с компаниями Ваrсо, Сhristie и NЕС на применение технологии DLР Сinеmа™ в цифровых кинопроекторах, которые они выпускают сами. Выпускаемые этими фирмами цифровые проекторы полностью совместимы с существующей инфраструктурой киноаппаратной. В них в основном используются ламповые фонари с ксеноновой лампой, аналогичные традиционным 35-мм кинопроекторам. Все это позволяет легко интегрировать цифровой проектор с существующими в кинотеатре системами электропитания вентиляции и автома­ тики [32]. В настоящее время цифровое кинотехнологическое оборудование, установленное в России, позволяет также реализовать вид 4D-кинематографа, который смонтирован, например, в кинотеатре сети «Синемапарк» в Санкт-Петербурге. 66 2.2. Технологические схемы взаимодействия кинотехнологического оборудования в современных кинотеатрах 2.2.1. Технологическая схема взаимодействия кинотехнологического оборудования в однозальном кинотеатре Со времени создания цифрового кинематографа по настоящее время технологическая схема взаимодействия цифрового технологического оборудования (ЦТО) для одного кинозала является неизменной. Она показана на рис. 2.3. Доставленная в кинотеатр зашифрованная фильмокопия по защищенной цепи с помощью системы управления кинопоказом загружается в систему хранения контента – сервер зала. По защищенной цепи в кинотеатр по Интернету доставляется ключ KDM расшифровки фильмокопии. При передаче фильмокопии через спутник файл кинофильма поступает на ресивер и с него передается (закачивается) с помощью системы управления кинопоказом на сервер зала. Кроме зашифрованной фильмокопии в кинотеатр поступает контент рекламного характера в незашифрованном виде и в формате, отличном от формата фильмокопии. Устройство воспроизведения такого контента должно обеспечить передачу файлов любых форматов с рекламой в систему хранения (сервер). С помощью системы управления кинопоказом из имеющегося контента (в соответствии с заключенными договорами) составляется плей-лист сеанса и расписание сеансов на день и на больший срок. В плей-лист сеанса вставляются рекламный контент, файл кинофильма и управляющие метки включения в работу задействованного вспомогательного оборудования. В соответствии с расписанием сеансов соответствующие файлы передаются на устройства исполнения. Файл с изображением подается на медиаблок управления цифровым кинопроектором. Кроме файла кинофильма на медиаблок может поступать синхронный текст перевода звука кинофильма на иностранном языке, если он был записан на отдельный физический носитель. Этот синхронный текст может отображаться на подэкранном устройстве изображения, если оно имеется, а при его отсутствии – на киноэкране. 67 68 Ресивер Модем Защита сети Медиаблок Система управления безопасностью Управление темнителем света Управление лебедкой занавеса Синхронизированный текст Дополнительное изображение Основное изображение Цифровой проектор Подэкранное устройство отображения текста Альтернативный контент Аудиосопровождение Аудиоописание Многоканальная система звуковоспроизведения Синхронизированный текст (субтитры) Звуковой медиаблок Звуковой кинопроцессор Звуковой монитор Автоматизация зала Рис.2.3. Пример конфигурации системы кинопоказа цифрового кино Система хранения контента Защита сети (СУКЗ) СУКЗ – система управления кинопоказом зала Рис. 2.3. Пример конфигурации системы кинопоказа для однозального кинотеатра [21] цифрового кино для однозального кинотеатра [21] Контент Устройство на физическом воспроизведения носителе контента Спутниковая антенна Ключи доставки Дистанционное управление Получение контента/ Интерфейс управления Медиаконтент Звуковой сигнал Шифрованный контент Управление кинопоказом Условные обозначения на схеме: Фонограмма кинофильма поступает на кинопроцессор многоканальной системы звуковоспроизведения формата 5.1 или 7.1. Метки, проставленные в плей-листе, по отдельному пути с устройства системы управления кинопоказом поступают на устройства управления автоматикой зала. В автоматику зала могут входить темнитель света, механизм предэкранного занавеса и другие устройства. 2.2.2. Схема взаимодействия технологического оборудования в многозальном кинотеатре Классическая технологическая схема взаимодействия ЦТО для многозального кинотеатра несколько отличается от схемы однозального кинотеатра, но до настоящего времени также не претерпела изменений. Пример технологической схемы для четырехзального кинотеатра показан на рис. 2.4, хотя количество залов принципиального значения для самой схемы не имеет, просто она немного расширится. В конфигурацию (рис. 2.4) включены четыре зрительных зала вместо одного. Конфигурация соединений для одного зала осталась прежней, как показано на рис. 2.3. В схему добавилось «центральное хранилище» с коммутационными элементами, в которое поступают все файловые материалы. С помощью системы управления кинотеатром создаются расписание работы залов и плей-листы сеансов для всех залов. Такой компьютер может быть расположен либо у администратора, либо у главного инженера кинотеатра. В остальном схемы, приведенные на рис. 2.3 и 2.4, идентичны. В настоящее время технологическая схема ЦТО незначительно усовершенствована в части управления КТО при кинопоказе. Рас­ смот­рим это нововведение. 2.2.3. Современная технологическая схема управления оборудованием зала В 2012 году выпускник Санкт-Петербургского университета кино и телевидения А. В. Святозаров в интервью главному редактору журнала «Киномеханик» В. Купцовой [13] раскрыл технологическую схему управления оборудованием зала. Приведем этот текст лишь с незначительными поправками. 69 70 Контент на физическом носителе Спутниковая антенна Коммутатор медиасети Брандмауэр безопасности Брандмауэр (СУКЗ) Коммутатор сети управления кинотеатром Коммутатор медиасети Управление кинопоказом Медиаконтент Зал 1 Рис. 2.4. Пример конфигурации системы кинопоказа цифрового кино для монозального кинотеатра [21] для многозального кинотеатра [21] Рис. 2.4. Пример конфигурации системы кинопоказа цифрового кино Устройство воспроизведения контента Рессивер Модем Администратор безопасности Администратор безопасности Администратор безопасности Шифрованный контент Условные обозначения на схеме: Любой современный цифровой кинозал базируется на взаимодействии двух устройств, соединенных между собой, – цифрового кинопроектора и сервера цифрового кино. Дистрибьютор присылает кино­ театру фильм на жестком диске, фильм загружается на сервер, подгружается файл ключа дешифровки кинофильма, оператор нажимает кнопку «PLAY», и зрители в зале начинают смотреть кино (рис. 2.5). Ключи Фильм Рис. 2.5. Действующее схематическое решение работы основного цифрового кинотехнологического оборудования в зале кинотеатра [13] Увеличение количества залов в кинотеатре не влияет на схему управления оборудованием: в каждом зале для демонстрации фильмов должна быть связка «цифровой кинопроектор – сервер цифрового кино», например в трехзальном кинотеатре нам нужно установить три сервера и три проектора (рис. 2.6). Управление серверами многозального кинотеатра производится с одного компьютера с соответствующим программным обеспечением. Такой компьютер позволяет удаленно управлять серверами каждого зала, программировать кинопоказ, работать с внешним медиа­ хранилищем фильмов. Речь идет об автоматизации существующего парка цифрового оборудования, когда удаленный компьютер следит за работой каждого сервера в локальной сети кинотеатра. 71 Ключи Фильм Ключи Фильм Ключи Фильм Рис. 2.6. Работа основного цифрового кинотехнологического оборудования в трехзальном кинотеатре [13] В более простом варианте, предлагаемом фирмой DCP24, кинотеатр имеет возможность получать кинофильмы путем их загрузки через Интернет на отдельный FTP-сервер кинотеатра (рис. 2.7). Соединение с Интернетом Стандартный FTP-сервер Рис. 2.7. Вариант передачи файлов с фильмом и ключами от DCP 24 [13] В этом случае кинотеатр хранит полученные фильмы в сервере-библиотеке, и в нужное время киномеханик, командуя серверами в проек­ ционных комнатах, загружает фильм из этого компьютера в серверы каждой киноаппаратной. Таким образом реализуется принцип обычного FTP-сервера. Управлять кинопоказом, настраивать расписания, включать и выключать свет в каждом зале приходится непосредственно из каждой кинопроекционной комнаты, а не с удаленного компьютера. Управление серверами многозального кинотеатра производится с одного компьютера с соответствующим программным обеспечени72 ем. Такой компьютер позволяет удаленно управлять серверами каждого зала, программировать кинопоказ, работать с внешним медиа­ хранилищем фильмов. Речь идет об автоматизации существующего парка цифрового оборудования, когда удаленный компьютер следит за работой каждого сервера в локальной сети кинотеатра. Что же принципиально нового предлагается кинотеатрам се­годня? Новая философия сервера для цифрового кинотеатра звучит так: нужно устроить кинопоказ в многозальном кинотеатре по аналогии с офисом, осуществив воспроизведение фильмов во всех залах по точно такой же локальной сети. Локальная сеть, объединяющая несколько офисных компьютеров, выглядит так: любое количество компьютеров пользователей объединяются в локальную сеть вместе с одним центральным сервером. На этом сервере можно расположить общие ресурсы компании, через которые можно коллективно выйти в Интернет и т. д. При построении офисных локальных сетей не нужно устанавливать отдельный сервер на каждом рабочем месте! Это нерационально и дорого. Что при этом в кинотеатре будет играть роль «компьютеров пользователей», а что – «центрального офисного сервера»? Обычный сервер разделим на две части: на дисковый массив с фильмами и медиаблок воспроизведения фильмов, способный получать цифровой контент не по шине PCI-Express, а по локальной сети. Такой медиаблок встраивается в цифровой проектор. При этом мы вплотную подходим к тому, чтобы оставить в каждой кинопроекционной комнате только цифровой проектор с интегрированным в него медиаблоком. Именно такой модернизированный кинопроектор теперь можно представить как «компьютер пользователя» в локальной сети. Объединяя все модернизованные кинопроекторы в единую киносеть, их можно подключить к одному-единственному серверу кинотеатра, способному раздавать фильмы и рекламу сразу на все проекторы. В этом и состоит смысл новой философии построения единой сети кинопоказа в рамках одного многозального кинотеатра. Таким образом, модернизировав цифровой кинопроектор путем встраивания в него сетевого медиаблока (IMB – Integrated Media Block), способного хранить необходимое количество цифровой информации, а серверу кинотеатра оставить функции единого медиасервера кино­ театра, получим локальную сеть кинотеатра, построенную по тому самому принципу, что и обычная локальная сеть любого офиса (рис. 2.8). 73 Интернет – модульный сервер – медиабиблиотека – система кинопоказа – опции и расширения IMB IMB IMB Рис. 2.8. Предлагаемое построение сети многозального кинотеатра [13] Какие требования предъявляются к единому серверу? 1. С учетом специфики кинопоказа на первое место встает надежность. Здесь выступает такое понятие, как модульность сервера, ведущая за собой возможность быстрой (и даже моментальной) «горячей» замены неисправного модуля. Без остановки кинопроекции в кино­залах. 2. Единый сервер априори должен быть медиабиблиотекой, для того чтобы в нем была реализована возможность хранить много разных фильмов, рекламу, ключи. 3. Один сервер должен отправлять фильмы независимо в каждый зал в режиме реального времени, без сбоев и задержек. 4. В нем должно быть организовано единое, автоматически исполняемое расписание кинопоказа для всего кинотеатра. Один и тот же фильм должен считываться с собственного жесткого диска сервера в первый зал и, например, через 15 мин во второй зал, еще через 25 мин в третий зал и так далее. Сервер должен поддерживать любые нюансы программирования репертуара кинотеатра. 5. Единый сервер должен быть дешевле, чем сумма, потраченная на покупку отдельных серверов для залов с отдельной медиабиблиотекой. 6. Единый сервер и его сетевые медиаблоки должны быть полностью совместимы с современными кинопроекторами и со всеми требованиями DCI по защищенности контента. Остальные требования, которые нужно предъявить к единому серверу, традиционны: загрузка нужного контента через Интернет, получение эфирного аудиовидеосигнала со спутника и по кабельной 74 сети, автоматизация управления светом в каждом зале, управление звуком в зале, легкость работы с программным обеспечением, возможность оперативной замены киносеансов и т. д. Преимущества кинотеатров от установки единого сервера. Преимущества видны сразу: достаточно представить, что, например, восьмизальный кинотеатр теперь имеет одно-единственное обособленное место управления кинопоказом во всех залах. Вдобавок, при новой организации киносети кинотеатр реально уходит от такого понятия, как кинопроекционная комната. Все, что нужно, это маленькое пространство где-то за кинозалом для размещения только кинопроектора и его обслуживания, скажем, для замены фильтров и т. п. И все! Единая медиабиблиотека для всех кинозалов – это очень важное конкурентное преимущество любого кинотеатра. Получая фильмы по сети Интернет сразу на жесткие диски единого сервера, достаточно того, чтобы все дистрибьютеры просто загрузили на наш сервер фильмы, ключи и рекламу. Если же библиотека станет когда-нибудь мала для возрастающих потребностей кинотеатра, можно просто нарастить количество и объем жестких дисков в ней. О надежности. Единый сервер – это значительное уменьшение всего того, что может сломаться. Чем больше компонентов в системе, тем больше вероятность поломки этой системы. Упрощая систему, убирая из нее лишние компоненты (локальные серверы из киноаппаратных), одновременно повышаем надежность и уменьшаем количество отказов при показе фильмов. Единый сервер сокращает время простоя из-за поломок и время на обслуживание. Еще один плюс – мы существенно снижаем энергопотребление кинотеатра, поскольку количество серверов снижается до одного. И если сейчас мы устанавливаем в каждой проекционной свой собственный источник бесперебойного питания, то в новых условиях нам достаточно подключить единый сервер только к одному источнику. Наконец, стоимость и экономия от внедрения единого сервера. Неоспоримо, что стоимость единого сервера меньше стоимости суммы всех серверов с отдельной медиабиблиотекой. Кроме этого, количество занятых в кинотеатре операторов сократится до одного человека независимо от количества залов. Теперь управлять кинопоказом нужно только с одного места, не перемещаясь 75 из одной проекционной в другую. Сокращение потребления электро­ энергии хотя и не сильно ощутимо на первый взгляд, однако, если мы по­считаем эту экономию за месяц, за год, получится значительная цифра. В апреле 2012 года несколько компаний (Doremi, Christie, Cinemeccanica, GDC) представили на выставке CinemaCon 2012 в Лас-Вегасе свои новые разработки. Это либо единый модульный сервер (как например CINECLOUD от Cinemeccanica), либо интегрированные медиаблоки (IMB), встраиваемые в кинопроекторы. Как организованы соединения интегрированного медиаблока (IMB) с внешним оборудованием? IMB получает от единого сервера потоковый сигнал и разделяет его на аудио- и видеосоставляющие. Видеосигнал внутри кинопроектора обрабатывается и поступает на DLP-матрицу. Звуковая составляющая сигнала поступает на внешний разъем IMB для подачи в систему звукоусиления кинозала (в процессор Dolby CP‑750, например) (рис. 2.9). IMB Звуковой процессор Единый сервер Сеть LAN Звук AES/EBU Управление темнителем Рис. 2.9. Соединения интегрированного медиаблока с внешним оборудованием [13] Как осуществляется соединение единого сервера с каждым кинопроектором? Необходимо проложить локальную сеть от каждого проектора к тому месту в кинотеатре, где организуется единое место управления кинопоказом. Каждый кинопроектор соединится с единым сервером (понадобится обычный сетевой коммутатор типа D-Link, TrendNet Cisco и т. п.) в единую сеть (рис. 2.10). После назначения IP-адресов у всего оборудования система готова к работе [13]. 76 77 Управление Сеть LAN Звук AES/EBU темнителем Звуковой процессор IMB Управление Сеть LAN Сервер Звук AES/EBU темнителем Звуковой процессор Управление Сеть LAN IMB Доп. библиотека Звук AES/EBU темнителем Звуковой процессор Рис. 2.10. Соединения единого сервера с оборудованием залов мультиплекса [13] IMB Интернет Спутниковый приемник контента Глава 3. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ 3D-СИСТЕМ В настоящее время в цифровом кинематографе применяются три системы демонстрирования стереофильмов, или, как их сейчас принято называть, 3D-фильмов. Две стереосистемы – затворная и поляризационная – созданы в первой половине ХIХ века [3]. В отличие от стереосистем ХIХ века, в ХХI веке эти системы работают и построены на современных элементной и технологической базах, но по принципиальной схеме все еще ХIХ века. Третья система – спектральная – разработана фирмой Dolby, использует нанотехнологии и совершенно новую элементную базу. С большой натяжкой спектральную систему можно считать результатом развития цветового (анаглифического) метода сепарации изображения (разделения изображения для левого и правого глаз). 3.1. Технология работы затворных систем Принципы работы современных стереосистем подробно раскрыты в информационном органе компании «Невафильм» газете «Синемаскоп» [32; 33]. Рассмотрим работу этих систем и раскроем их достоинства и недостатки. В настоящее время затворные технологии стереопоказа (3D) представлены, например, системой XpanD 3D, разработанной компанией NuVision. Временная сепарация с использованием обтюраторных и затворных технологий, как и цветовая, начала применяться с середины XIX века. В этом методе изображения стереопары предъявляются поочередно каждому глазу зрителя. В отличие от технологий XIX века современные технологии используют очки с внутренними микроэлектронными компонентами. Эти компоненты приводят в действие электронные LCD-линзы-затворы (жидкокристаллические клапаны), затемняющиеся и перекрывающие световой поток кинопроектора при подаче на них электрического сигнала. Левый и правый затворы очков попеременно открываются и закрываются, пропуская или блокируя прохождение света с достаточ78 но высокой скоростью (96 кадр/с), так что зритель не воспринимает мерцания. Наш глаз замечает мелькания изображения с частотой до 48 кадр/с. Выше этой частоты мелькания изображения незаметны. Смена «левого» и «правого» изображений на обычном бело-матовом экране и затемнение соответствующего светофильтра стерео­ очков жестко синхронизированы. Переключение осуществляется с помощью инфракрасного сигнала от специального эмиттера с ИКсветодиодами с частотой 96 Гц на каждый глаз. В очки встроены элементы питания и приемник ИК-излучения от эмиттера. Проектор демонстрирует со скоростью 96 кадр/с следующую последовательность кадров: левый 1, правый 1; левый 1, правый 1; левый 2, правый 2; левый 2, правый 2 (рис. 3.1). ОБЫЧНЫЙ ЭКРАН Активные очки с электронными затворами Цифровой проектор Синхронизация Фаза L Фаза R IR Пере- Изображение Изображение датчик для левого для правого Сервер глаза глаза Последовательность кадров: L,R, L,R, L,R... Рис. 3.1. Технологическая схема работы системы 3D-проекции с активными (затворными) очками [33] Для демонстрирования цифровых стереокинофильмов по активной системе 3D кинотеатру необходимы: –– цифровой кинопроектор формата DLP Cinema 2K или 4К, или кинопроектор формата SXRD 2К или 4К; –– сервер, поддерживающий передачу двух потоков данных (например, Doremi Dolby, GDC); –– активные 3D-очки; 79 –– машина для мойки очков или гигиенические салфетки для протирания очков; –– инфракрасный эмиттер (IR-передатчик). Дополнительное оборудование показано на рис. 3.2. а б Рис. 3.2. Дополнительные компоненты для использования в технологии демонстрирования 3D-фильмов по системе Xpand [33]: а – IR-передатчик; б – активные 3D-очки Преимущества технологии XpanD 3D: –– высокое качество 3D-изображения; –– больший световой КПД по сравнению с другими 3D-техно­ логиями; –– возможность применения широко используемого проекционного оборудования; –– возможность применения недорогого диффузного или слабо­ направленного экранного полотна; –– возможность мгновенного переключения между 2D- и 3D-форма­­ тами изображения; –– стереоизображение не будет теряться при повороте головы зрителя с очками. Одно из главных преимуществ активной системы – это отсутствие необходимости в поляризации проецируемого светового луча, что позволяет использовать обычный бело-матовый киноэкран, установленный в кинотеатре для 35-мм проекции. В отличие от серебряного экрана, такой экран не создает засвеченных участков, и все зрители видят изображение одинаково. Кроме того, можно легко переносить оборудование из одного кинозала в другой с минимальными затратами. Основные недостатки затворного метода: –– высокая стоимость очков; –– необходимость замены элементов питания; 80 –– эффект двоения изображения быстро движущихся на экране объектов; –– повышенная утомляемость глаз; –– повышенный вес очков, создающий нагрузку на переносицу. Активные очки пока стоят недешево, поэтому их используют повторно, после мойки и проверки качества. Активные очки имеют ограниченный срок службы, так как встроенная батарея требует периодической замены [33]. 3.2. Технология работы поляризационных систем По данным газеты «Синемаскоп» [33], известны около 10 брендов-изготовителей поляризационных систем 3D-кинопоказа с применением поляроидов, но основные из них три: RealD, Master Image и IMAX. Все технологии объединены тем, что зрителям перед киносеансом раздают одноразовые пластиковые очки с пленочными поляризационными фильтрами. В цифровом кинематографе применяются две поляризационные технологии: с линейной и круговой поляризацией. Из теории поляризации света известно, что волны света вращаются в любом направлении. Специфическая ориентация в любой момент времени определяет поляризацию световой волны. При прохождении света через поляризатор только одно из направлений ориентации меняется. При получении определенной поляризации для левого и правого глаза можно направить различную информацию для правого и левого глаза, что обеспечивает глубинное восприятие изображения на экране. Так как человеческий глаз наиболее восприимчив к поляризации, то ориентация световой поляризации не меняет зрительского восприятия. Поляризационные технологии получения стереоизображения осно­ вываются либо на однопроекторной, либо на двухпроекторной сис­теме. Системы с одним проектором RealD (рис. 3.3) и Master Image (рис. 3.4) используют круговую поляризацию света (рис. 3.5, 3.6), когда конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний. В зависимости от направления вращения вектора поляризация может быть правой или левой. При круговой поляризации зритель может наклонять голову или менять угол обзора, так как свет поляризован не в одном направлении. 81 СЕРЕБРЯНЫЙ ЭКРАН зац ия нхр они Цифровой проектор Пассивные очки с поляризационными фильтрами Си Фильтр с электроннопереключаемой поляризацией Сервер Последовательность кадров: L,R, L,R, L,R... Рис. 3.3. Система цифровой 3D-проекции с одним проектором [33] Круговая поляризационная картинка Круговой поляризатор Круговой поляризатор Цифровой проектор 144 кадра L/D в секунду Скорость вращения 4.320 об/мин Поляризационные очки Круговая поляризационная картинка Серебряный экран Рис. 3.4. Система цифровой 3D-проекции от фирмы Master Image [33] Рис. 3.5. Волна с круговой поляризацией на входе деполяризатора [48] 82 Рис. 3.6. Схема работы круговой поляризации [60] Тем не менее, технология линейной поляризации является экономически выгодной по сравнению с активной системой поляризации. Кроме того, технология линейной поляризации может производить качественное стереоизображение с более яркой картинкой в залах больших размеров. Циркулярная (круговая) поляризация применяется в системах RealD и Master Image. В обеих системах проектор попеременно проецирует кадры для каждого глаза, причем эти кадры проецируются в циркулярно поляризованном свете по часовой стрелке для правого глаза, против часовой стрелки – для левого глаза. Очки с взаимно противоположной круговой поляризацией обеспечивают процесс, при котором каждый глаз видит свою собственную картинку. Технология RealD работает как с одним проектором, так и с двухпроекторной системой. При двухпроекторной системе каждый проектор подает на экран противоположно поляризованные левые и правые изображения. Двухпроекторная система использует линейную поляризацию (рис. 3.7), при которой свет поляризован в одной плоскости – по 0Х или 0Y или любой другой (рис. 3.8 и 3.9). СЕРЕБРЯНЫЙ ЭКРАН 3D-система с двумя кинопроекторами Поляризационные фильтры Цифровой проектор для изображения L Цифровой проектор для изображения R Сервер Пассивные очки с поляризационными фильтрами Рис. 3.7. Система цифровой 3D-проекции с двумя проекторами [33] 83 Рис. 3.8. Схема работы линейной поляризации [60] Рис. 3.9. Поляризация света линейными ортогональными поляроидами [55] Линейный способ сепарации изображений стереопары требует, чтобы зритель не наклонял голову в сторону, иначе возникает двоение изображения. При линейной поляризации, если зритель меняет положение головы с очками, то ориентация поляризации не совпадает с плоскостью поляризации поляризационного фильтра, установленного на проекторах, информация о стереоизображении теряется и зритель не воспринимает изображение объемным, а только плоским. 3.2.1. Пассивная поляризационная 3D-технология фирмы RealD В системе RealD поляризующим устройством является специальный электронно-управляемый поляризационный фильтр Z Screen с изменяемой в зависимости от сигналов контроллера поляризацией. При использовании одного проектора после его объектива устанавливается специальная рамка с фильтром переменной поляризации, управляемая контроллером (рис. 3.10). При двухпроекторной системе используются рамки с фильтром постоянной поляризации после каждого объектива (рис. 3.11). 84 Рис. 3.10. Установка поляризационного фильтра Z Screen в системе с одним проектором [56] Рис. 3.11. Установка поляризационных фильтров Z Screen в системе с двумя проекторами [56] При демонстрировании двумя проекторами нет необходимости в два раза увеличивать частоту проекции, но в два раза увеличивается число проекторов. При двухпроекторной системе для левого и правого изображений используют разные направления поляризации. При этом в системе происходит синхронная проекция обоих ракурсов стереопары на экран, что усиливает восприятие стереоэффекта, уменьшается эффект 85 двоения изображения на быстроменяющихся динамических сценах. За счет использования двух проекторов появляется возможность проекции 3D-кинофильмов на экраны до 30 м с нормальной для трехмерного кинопоказа яркостью. Пассивная система предполагает использование: –– пассивных поляризационных очков (рис. 3.12) – левая и правая линзы поляризованы и их плоскости поляризации повернуты под углом 90° противоположно друг другу; –– серебряного (алюминированного) киноэкрана, который отражает поляризованный свет, не деполяризуя его. Рис. 3.12. Пассивные поляризационные очки системы RealD [56] Для демонстрирования цифровых стереофильмов по пассивной системе 3D Digital Cinema кинотеатру необходимы: –– цифровой кинопроектор формата DLP Cinema и SXRD; –– сервер, поддерживающий передачу двух потоков данных; –– поляризационные 3D-очки; –– cеребряный киноэкран; –– переключаемый поляризационный фильтр (Screen RealD); –– эквалайзер 3D-изображения RealD. Стоимость поляроидных одноразовых очков невысока и включается в стоимость билета. При такой переплате зрителя разгружается работа кинотеатра при показе стереофильмов: билетерам не надо собирать очки после кинопоказа, не надо мыть очки или тратиться на салфетки для протирки. Главная проблема использования технологии RealD, выгодной по всем параметрам, – необходимые ежегодные отчисления. Ежегодно кинотеатры, использующие систему RealD, перечисляют существенные суммы за применение технологии. 86 Преимущества технологии RealD 3D: –– высокое качество 3D-изображения; –– дешевые поляризационные очки. Однако сложность в том, что комбинированный оптический путь, создаваемый активным поляризационным фильтром, серебряным экраном и пассивными очками, дает низкий коэффициент затухания для яркости изображения, которое зритель может наблюдать как фантомное. Недостатки технологии RealD 3D: –– интенсивный луч света, который пропускает поляризационный фильтр, потенциально сокращает срок его службы, и в скором времени требуется его замена; –– серебряный экран стоит довольно дорого; –– необходимые лицензионные отчисления кинотеатров фирме RealD за использование оборудования. 3.2.2. Пассивная поляризационная 3D-технология фирмы Master Image В настоящее время выпуск продукции компанией Master Image остановлен в связи с приобретением ее фирмой RealD. Информация об этом приведена в [31]. Но за время своего существования компания поставила на российский рынок большое количество своей продукции, о которой умолчать было бы неправильно. Поэтому рассмотрим все по порядку. Корейская компания Master Image выпустила на рынок в 2009 году продукт, технологически идентичный Real D. Технология Master Image использует круговую поляризацию, серебрянный экран и пассивные очки, единственное отличие от системы RealD 3D – техническая реализация процесса. В качестве поляризующего элемента в системе Master Image применяется вращающийся диск, установленный на подъемном механизме. Два разных сектора этого диска представляют собой поочередно сменяющие друг друга поляризационные светофильтры с различным направлением вращения вектора поляризации (рис. 3.4 и 3.13). Поляризационный диск системы Master Image устанавливают перед объективом цифрового проектора. Диск поднимается в рабочее положение подъемным устройством для демонстрирования 87 Рис. 3.13. Установка системы Master Image у объектива кинопроектора (Из личного архива автора) 3D-фильмов. Если производится демонстрирование не стереоконтента, поляризующий диск опускается ниже оптической оси проекции. Вращение диска строго синхронизируется с работой матриц проектора. Операция по синхронизации производится каждый раз при включении системы. Для удобства работы с системой вращение диска не прекращается и в перерывах между сеансами, чтобы не тратить время на юстировку синхронности и синфазности диска поляризатора. Если демонстрируется фильм формата 2D, то подъемный механизм по команде с пульта управления опустит диск ниже луча проекции. Поляризационный диск является дорогим расходным материалом. Со временем он может разрушаться, как любой поляризатор, под действием света, что влияет на качество воспроизведения стереоизображения. Так как поляризованный свет электризует поверхность диска, то пыль притягивается к диску, хотя он и вращается с большой частотой – 72 об./с. Поэтому пыль периодически с диска следует удалять. Чтобы уменьшить мерцание изображения при использовании системы Master Image, каждый кадр проецируется три раза. Каждая половинка сектора делится также на 3 сектора, которые чередуются друг с другом: вертикальный поляризатор – горизонтальный поляризатор. И так чередуются все три сектора. Результат – непрерывная 3D-кар­ тинка, при рассмотрении которой кажется, что она расширяется перед и за экраном. Такое разбиение на 6 секторов дает системе Master Image преимущества, которые позволяют убрать головные боли и потери 88 стереоэффекта из-за неудачного места в зале, возникающие при просмотре фильма с другими поляризационными системами. Потеря яркости изображения – вот основная проблема всех поляризованных 3D-систем, используемых в большинстве кинотеатров. Любой из поляризационных фильтров, находящихся между проектором и экраном, поглощает почти половину исходящего от проектора света. Кроме того, технология предъявляет высокие требования к экрану. Экран не должен менять поляризацию падающего на него света. В противном случае происходит разрушение стереоэффекта. Чтобы этого избежать, для работы с системой Master Image используется экран с серебряным покрытием. Поляризационные очки, выдаваемые зрителям, являются одноразовыми и ни в каком обслуживании не нуждаются. 3.2.3. Пассивная поляризационная 3D-технология IMAX В цифровой системе IMAX 3D применяются два кинопроектора, работающие синхронно и установленные side-by-side (рядом друг с другом). После объективов проекторов устанавливают фильтры с линейной поляризацией (рис. 3.14, а). Два однотипных цифровых проектора Christie СР-серии разработаны специально для корпорации IMAX и размещаются в фирменных металлических корпусах с логотипом «IMAX Digital» (рис. 3.14, б). а) б) Рис. 3.14. Проекторы IMAX: а – вид спереди; б – вид сзади (Из личного архива автора) 89 Запатентованная технология улучшения изображения IMAX Image Enhancer представляет собой алгоритм наложения пикселов. Изображение в каждом аппарате формируют три 1,2˝ DMD-чипа фирмы Texas Instruments. Чипы имеют разрешение 2048×1080 пикселов каждый. Пикселы каждого проектора смещены на половину пиксела в ширину в то время, когда их изображения попадают на экран. Это означает, что результирующее изображение получается эквивалентным 2,9К. Такое разрешение лучше, чем просто 2К, но хуже, чем 4К. Светочувствительный датчик, установленный в аппаратной или зрительном зале, направленный на экран, сканирует изображение так, как видит его зритель, и полученные данные отправляет на обработку ПО Image Enhancer. В результате обработки данных компьютерной программой обеспечивается безукоризненная точность воспроизведения изображения на экране. Применение линейной поляризации, которая применяется в IMAX, не позволяет избавиться от исчезновения стереоэффекта при наклонах головы влево/вправо. Цифровая проекционная система IMAX использует серверы воспроизведения медиаконтента фирмы Doremi (установленные в корпусе проекторов, по одному на каждый проектор). Серверы производят дешифровку DCP-файлов и преобразуют цифровой поток в форму, пригодную для работы цифровых кинопроекторов. Серверы также специально спроектированы в соответствии с техническими требованиями IMAX и отвечают существующим требованиям DCI. Весь цифровой контент, который демонстрируется цифровой проекционной системой IMAX, обрабатывается при помощи специально разработанной технологии IMAX DMR. Технология IMAX DMR – это запатентованный программный алгоритм, основанный на преобразовании готового монтажного материала и позволяющий улучшить качество изображения. Система способна воспроизвести любой совместимый DCPконтент, однако, в том случае, если используемый формат отличен от формата IMAX, технология IMAX DMR, улучшающая качество изображения, работать не будет. Взамен типичного для IMAX формата кадра 1,44:1 первоначально был выбран новый – 1,9:1. Этот формат близок к формату кашетированного изображения. Он подвергался значительной критике со 90 стороны кинематографистов. Поэтому впоследствии специалисты фирмы IMAX усовершенствовали ПО и смогли добиться получения изображения на экран прежних размеров с форматом 1,44:1. Новый цифровой IMAX-кинотеатр, как и пленочный (классический IMAX 15/70), делает упор на 3D-кинопоказ. Экран, как раньше в пленочном IMAX, также серебряный, недеполяризующий, обладает высоким коэффициентом отражения. При демонстрировании 3D-контента кадры стереопары одновременно проецируются на экран, при этом после объектива каждого проектора устанавливают рамку со съемными линейно-поляризационными фильтрами и специальными вентиляторами охлаждения (рис. 3.15). Недостатком линейной поляризации, как было отмечено ранее, является исчезновение стереоэффекта при наклонах головы влево или вправо. Этот недостаток отсутствует в системах стереопроекции с круговой (циркулярной) поляризацией, например в системе Master Image. Рис. 3.15. Установка поляризационного фильтра между объективом и проекционным стеклом в аппаратной (Из личного архива автора) 91 Б. Сорокоумов отмечал, что значение яркости экрана при проекции изображения цифровой системой IMAX соответствует 75 кд/м2 при демонстрировании для 2D (широкоэкранных и кашетированных) кинофильмов, что значительно превышает показатель 50 кд/м2, принятый за эталон в обычных цифровых и 35-мм системах и даже в классическом (15/70) пленочном IMAX [22]. Оборудование системы IMAX, установленное в кинопроекционной и зале, показано на рис. 3.16, 3.17. Рис. 3.16. Общий вид оборудования IMAX в аппаратной (Из личного архива автора) Рис. 3.17. Пульт управления системой IMAX Digital (Из личного архива автора) 92 Специально разработанная для IMAX технология записи-воспроизведения звука ProportionaL Point Source (5 дискретных аудиоканалов) позволяет получить высокое качество звучания при воспроизведении фонограмм кинофильма. Пять заэкранных громкоговорителей расположены по центру в виде креста. Низкочастотные громкоговорители размещаются в зале на боковых стенах (рис. 3.18). Рис. 3.18. Низкочастотный громкоговоритель в зале IMAX (Из личного архива автора) 3.3. Спектральная 3D-технология фирмы Dolby По данным газеты «Синемаскоп» [33], компания Dolby Labora­ tories Inc. запатентовала свою систему стереокино, известную на весь мир как Dolby Digital 3D, или технология создания стереоэффекта «Визуализация через волновое умножение». Для этой системы фирма Dolby получила лицензию на использование специальных фильтров у немецкой компании Infitec (аббревиатура от Interferenz Filter Technik – технология интерференционных фильтров). В отличие от других технологий 3D-кинопоказов, эта система является действительно технологически новой. Идея данной системы – разделить три компоненты спектра RGB на левую и правую части и попеременно проецировать их на экран. В данной системе для демонстрирования 3D-кинофильмов перед ма93 трицей DLP в самом проекторе устанавливается вращающийся фильтр с дихроичными слоями (рис. 3.19), разделенный на две половины. Рис. 3.19. Устройства со стеклянным двухсекторным диском [33] Каждая половина дихроичного слоя диска формирует свой спектр. Кроме того, изображение контента подвергается специальной обработке с помощью компьютерной программы Dolby Show Player в реальном времени. Вращающийся диск устанавливается в точке схода лучей ксеноновой лампы (после лампового блока, но до интегратора (рис. 1.13) внутри цифрового проектора) (рис. 3.20). Все современные модели, независимо от производителя, проектируют специальное место для установки 3D-диска Dolby внутри проектора. В комплект Dolby Digital 3D кроме диска-фильтра входят контроллер диска и комплект очков фирмы Dolby (рис. 3.21). У компании Dolby есть также система для стереопоказа с двух цифровых проекторов (спарка, стека), в этом случае в каждом проекторе устанавливается диск, не разделенный на секторы, в каждом проекторе свой вид фильтра для левого или правого ракурса стереоизображения. 94 Рис. 3.20. Установка диска в проекторе [33] Рис. 3.21. Контроллер диска и очки из комплекта Dolby Digital 3D [33] Быстрое вращение дисков не дает им прогорать, поэтому диски не нуждаются в замене, а также они не являются поляризационными, следовательно, их структура не подвержена разрушению из-за природы напыления дихроичного слоя. Дихроичное напыление не выцветает, так как используются не пигменты, а сплавы металлов, напыленные определенным образом. Для справки: тончайший слой напыленного золота может являться красным фильтром! Технология интерференционной (спектральной) фильтрации работает следующим образом. Как известно, весь видимый спектр светового излучения условно разбивают на три цвета: зеленый, синий, 95 красный (RGB – red, green, blue). Сетчатка нашего глаза состоит из двух видов цвето- и светочувствительных клеток – палочек и колбочек. Первые отвечают за восприятие освещенности, а вторые делятся еще на три группы, которые отвечают за восприятие синего, красного или зеленого цветов. Два сегмента диска-фильтра фильтруют свет от проекционной лампы на суммы синего, зеленого и красного цветов, но разных по длине их волны для левого и правого изображений, т. е. для левого глаза красный цвет будет иметь одну длину волны (оттенки красного определенной спектральной области), а для правого – другую. В итоге и левый, и правый глаза видят красный цвет, но разных оттенков диапазона красного цвета (рис. 3.22), в отличие от анаглифической технологии, где только один глаз может воспринимать данный цвет. То же самое происходит с фильтрацией синего и зеленого цветов. Ошибочно считают, что технология Dolby Digital 3D – это, то же самое, что и анаглифическая технология [3], но это далеко не так! Интерференционная технология во много раз сложнее и технологичнее, к тому же исключает искажение в восприятии всего видимого диапазона светового излучения. Ф λ Т 1 Для левого глаза 0 λ 1 Т Для правого глаза 0 λ Рис. 3.22. Спектральные характеристики интерференционной технологии [33] Вращаясь, синхронизованный с работой матриц проектора дискфильтр пропускает на экран левый и правый ракурс стереопары поочередно. Каждая стереопара повторяется трижды или дважды в зависимости от выбранного режима (Triple Flash, Double Flash), 96 следовательно, всего за секунду на экране происходит суммарно 144 мелькания или 96 в соответствии с выбранным режимом, а каждый глаз видит при этом 72 мелькания и 48 соответственно. Левый и правый окуляр очков имеют специальное оптическое покрытие, позволяющее разделить спектр для каждого глаза и таким образом получить раздельные картинки. Очки Dolby 3D являются многоразовыми и содержат стеклянные линзы с тем же напылением, что и на диске-фильтре (рис. 3.23). Риc. 3.23. Очки Dolby Digital 3D [33] Изображение стереопары проецируется на стандартный кино­ экран (рис. 3.24). ОБЫЧНЫЙ ЭКРАН Пассивные очки со спектральными фильтрами Цифровой проектор Вращающийся диск со спектральными фильтрами установлен внутри проектора Сервер Последовательность кадров: L,R, L,R, L,R... Рис. 3.24. Структурная схема технологии Dolby Digital 3D [33] 97 Из-за применения фильтра и специального покрытия окуляров у данной системы самые высокие потери по световому потоку. Лампа 6,5 кВт позволяет засветить бело-матовый экран шириной не более 12 м. Преимущества технологии Dolby: –– высокое качество 3D-изображения; –– дешевые пассивные очки; –– возможность применения стандартного экранного полотна; –– встроенный чип для предотвращения выноса очков. Недостатки технологии Dolby: –– необходимость применения экранного полотна с высоким коэффициентом отражения; –– наличие механики в системе 3D-демонстрировании; –– большие потери света кинопроектора [33]. 3.4. 3D-технологии фирмы Sony Electronics Sony Electronics представила 3D-адаптер получения стереоизображения для работы с одним проектором. 3D-адаптер специально разработан для 4К цифровых проекторов Sony. 3D-адаптер использует всю поверхность устройства отображения полных 2К-картин левого и правого кадров стереоизображения, расположенных параллельно сверху и снизу на SXRD-чипе (рис. 3.25). 2048 Для левого глаза 858 2160 Для правого глаза 4096 Рис. 3.25. Расположение кадров стереопары на матрице 4К в проекторе Sony [58] 98 Для правильного расположения проецируемых на экран изображений левого и правого глаза разработана специальная, двухобъективная, сборка (рис. 3.26). Рис. 3.26. Двухобъективная сборка для цифровых проекторов фирмы Sony [58] Система создана с учетом требований спецификации DCI к цифровой трехмерной проекции. Система разработана для быстрого переключения между 4К (2К)- и 3D-контентом. 3D-адаптер крепится в оправу объектива и совместим со всеми 4К-проекторами Sony. При использовании 3D-адаптера максимальная ширина киноэкрана – 17 м (яркость 4,5 fL на серебряном экране с коэффициентом направленности 2,3). Недостатком этой системы является неэффективное использование площади кадра и светового потока. 3.5. Технология трехлучевой системы стереопроекции Рассмотренные действующие технологии имеют существенный недостаток – малую эффективность. По данным [2], коэффициент эффективности 3D-систем основных фирм составляет: kэф ≈ 15 % для системы Real D (один проектор с технологией ZScreen); kэф ≈ 28 % для системы Real D (два проектора с внешними поляризаторами); kэф ≈ 16 % для системы Xpand (один проектор с технологией ЖКзатворных очков); kэф ≈ 17 % для системы Xpand (два проектора с технологией ЖКзатворных очков); 99 kэф ≈ 7 % для системы Dolby 3D (один трехчиповый DLP-проектор с применением цветоделительного интерференционного двухсекторного диска фильтра Infitec); kэф ≈ 13 % для системы Dolby 3D (два трехчиповых DLP-проектора с применением цветоделительного интерференционного двухсекторного диска фильтра Infitec). В 2015 году целый ряд фирм начал выпуск 3D-поляризатора по технологии тройного луча triple beam получения стереоизображения. Эта система позволяет достигать высокой эффективности. В частности, фирма Master Image выпускает инновационную, запатентованную, трехлучевую систему MI-HORIZON 3D, внешний вид которой показан на рис. 3.27. Рис. 3.27. Система Master Image MI-HORIZON 3D [45] MI-HORIZON 3D позволяет получить высокую эффективность при демонстрировании стереокартинки на диффузный киноэкран с коэффициентом отражения до 0,8. Работу этой системы можно понять, рассмотрев ход лучей в системе MI-HORIZON 3D, показанной на рис. 3.28. Световой поток после объектива проектора попадает на систему параллельных разделительных пластин (parallel reflacnion method), которыми делится на две части. Вторая система параллельных разделительных пластин конструктивно установлена напротив первой. Эта вторая 100 Рис. 3.28. Ход лучей в системе MI-HORIZON 3D (Из архива автора) система параллельных разделительных пластин делит попадающий на нее световой поток на три части. Основная часть потока проходит прямо без преломлений, а два других потока отражаются от расположенных под 90° полупрозрачных поверхностей второй системы параллельных разделительных пластин (Coted PBS). Отражаясь от полупрозрачных поверхностей, потоки направляются ни нижнюю и верхнюю призмы полного внутреннего отражения (Total reflaction prism). Эти призмы расположены таким образом, что каждая из них захватывает только свою часть изображения картинки (верхнюю или нижнюю). Вспомним, что основная часть светового потока прошла без преломлений после второй системы параллельных разделительных пластин на выходные плоскопараллельные стекла. На выходе из системы к этому потоку добавляются два потока (один – верхней части изображения, второй – нижней), которые отразились от поверхностей призм. Таким образом, на киноэкран проецируется полное изображение кадра для одного глаза и на него накладываются половинки верхней и нижней частей изображения другого глаза, образуя на экране стереоизображение. Система работает с проекторами, имеющими мощность ксеноновой лампы до 7 кВт, обеспечивая качество 3D-изображения, близкое к студийному. Особенности системы MI-HORIZON 3D: –– 33 % – эффективность света (Light Efficiency). Оптическая система с отражательной технологией тройного луча сохраняет больше 101 света, чем любая другая система 3D. Данная трехлучевая система дает максимальное световое поле 3D-изображения на экране при отсутствии искажений; –– 0,8 – коэффициент отражения (Throw Ratio) полотнища киноэкрана. Это единственная система высокой яркости для работы с диффузными киноэкранами, имеющими коэффициент отражения 0,8 и обеспечивающая яркое и четкое стереоизображение даже на широких экранах; –– полная цветовая гамма (Wider Color Gamut). Некоторые существующие системы 3D не поддерживают некоторые цветовые волны, в результате чего картинка получается тусклой. Система MI HORIZON не фильтрует цвета, в результате чего изображение в 3D выглядит более живым; –– четкость изображения (Image Clarity). Устойчивая оптическая конструкция и технология тройного луча уменьшает искажение Таблица 3.1 Технические характеристики системы Volfoni Smart Crystal Diamond [44] Параметр Величина параметра Тип проектора D-Cinema 3×DLP Максимальная мощность лампы 7KW/32000lumens Тип экрана Silver (2.4 minimum gain) Тип очков Passive glasses/clip-on Светоотдача 30 % Стереоскопическая контрастность 100:1 Технология Surface Switching (Triple Beam – тройной луч) Питание 110–240 В, частота 50/60 Гц Потребление <40 мA, при напряжении сети 220 В Температура эксплуатации от +10 °C до +50 °C Влажность от 20 % до 80 % Габариты (Д×Ш×Г) 282×263×105 мм Вес 5,7 кг Разработка и дизайн Volfoni, Франция 102 и адаптирует 3D-изображение с чрезвычайно низким процентом перекрестных помех (менее 2 %), что создает максимум четкости киноизображения; –– легкие пассивные очки 3D (Lightweight Passive 3D Eyewear). Для получения стереоизображения система использует пассивные стереоочки оптимальной стоимости. Система MI-HORIZON 3D поддерживает высокую частоту кадров, не требует лицензионных сборов и оплат. Обновление операционной системы кинопоказа осуществляется с помощью компьютера по удаленному доступу [45]. Фирма Volfoni выпускает систему для кинопоказа Volfoni Smart Crystal™ Diamond (конструктивно аналогичную системе MIHORIZON 3D), являющуюся 3D-поляризатором с тройным лучом. Технические характеристики системы Volfoni Smart Crystal Diamond приведены в табл. 3.1. Системы технологии тройного луча «triple beam» обеспечивают яркое и четкое 3D-изображение со световой отдачей, близкой к 30 %. Глава 4. ТЕХНОЛОГИИ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ОБЪЕМНОГО ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ФОНОГРАММ КИНОФИЛЬМОВ 4.1. Технология звуковоспроизведения фонограмм по системе Barco Auro 3D Barco – это международная компания, которая занимается проектированием и разработкой сетевых продуктов визуализации для развлекательного и других рынков. Одной из наиболее ее развитых отраслей в России является внедрение цифровых проекторов и звуковых систем Barco Auro в кинотеатрах. Эти звуковые системы работают с форматами Auro 3D и Auro Max. Впервые формат Barco Auro 3D был представлен на выставке AES Convention в Париже в 2006 году [46]. Современная история объемных звуковых стереосистем началась со звонка из Германии Тома Хапке звукорежиссеру фирмы Barco Вилфриду ван Балену (рис. 4.1) в марте 2005 года. Как музыкальный продюсер он захотел реализовать музыкальный микс в формате 2+2+2 (квадрофония с двумя громкоговорителями над фронтальными). Это послужило толчком к началу экспериментов с объемным звуком. Рис. 4.1. Вилфрид ван Бален [26] Сравнительно быстро выяснилось, что музыка в таком формате вызывала совершенно иные впечатления: существенно увеличилась 104 пространственная глубина фронтальной сцены. Однако возникал существенный дисбаланс между передней и задней полусферами. Уже в 2006 году В. ван Бален представил на съезде AES системы Auro 9.1 и 10.1. После пяти лет непрерывных исследований особенностей пространственного восприятия звуков в 2010 году был представлен формат Auro‑3D®, имеющий поканальную объемную запись, получивший название Immersive Sound (обволакивающий звук) [26]. Для реализации объектной записи в 2015 году на выставке Cinemacon был представлен стандарт AuroMax® [38]. В нашей стране ранее (в 70-х годах ХХ столетия) существовала звуковая система для залов большой вместимости, в которой громкоговорители окружения могли располагаться на потолке. Это система «Стерео 70» с шестиканальной записью фонограммы кинофильма. Но в ней во всех громкоговорителях, расположенных в зале, кроме заэкранных, распространялся окружающий звук, записанный в одном канале. В. Купцова отмечала [15], что принципиальное отличие от звуковых форматов, существовавших до 2006 года, состояло в новом подходе к размещению громкоговорителей в зрительном зале и расширении количества звуковых каналов. К уже существовавшим каналам нижнего, первого, уровня (Layer 1 Surround на рис. 4.2), находящимся на одной высоте вокруг слушателя, прибавились каналы, которые направляются в два новых «слоя» громкоговорителей в зрительном зале. Это второй «слой», высший уровень (Layer 2 Height на рис. 4.2), находящийся выше существующего первого и включающий в себя громкоговорители, направленные к зрителю под углом в 30°. И тре- Рис. 4.2. Распределение уровней в системе Auro 3D относительно слушателя [35]: Layer 1 – surround (зона 1 – окружения); Layer 2 – heght (зона 2 – верхняя зона окружения); Layer 3 – Top (зона 3 – наивысшая зона, потолочная, «голос бога») 105 тий слой, расположенный на потолке, – наивысший, или «голос бога» (Layer 3 Top на рис. 4.2). На рис. 4.2 можно увидеть, какие звуки, как правило, окружают нас на высшем (это шум листвы деревьев, птиц в небе и другие, расположенные на этом уровне высоты) и наивысшем (например, шум пролетающего над головой самолета или шум дождя) уровнях. Такое расположение каналов, по мнению компании и изобретателей, позволяет слушателю максимально погрузиться в кинофильм и достигнуть объемной звуковой репродукции реального мира в зрительном зале [15]. Звуковые форматы Barco Auro 11.1 и 13.1 Формат Barco Auro 3D вызвал большой интерес в киноиндустрии и начал совершенствоваться. В результате появились форматы 11.1 и 13.1. Формат Auro 11.1 включает в себя три уровня акустических систем, размещенных по периметру зала, и шесть экранных каналов. Нижний уровень (обозначен на рис. 4.3 светло-серым цветом в черно-белом изображении) базируется на громкоговорителях окружения формата 5.1 и предназначен на воспроизведение большинства звуков реальной жизни, находящихся на одном уровне с ухом человека (рис. 4.2). Ls Ls Ls L Зона зрительских мест Rs C R Rs Rs Рис. 4.3. Размещение громкоговорителей нижнего уровня в форматах 11.1 и 13.1: L, С, R – левая, центральная и правая заэкранные акустические системы; Ls, Rs – громкоговорители каналов бокового (side) окружения (surround) нижнего уровня окружающего звука (Из архива автора) 106 Верхний уровень (обозначен на рис. 4.4 темно-серым цветом в черно-белом изображении), состоящий из громкоговорителей, расположенных под углом в 30° к слушателю, воспроизводит звуки из пространства над уровнем головы слушателя и позволяет сформировать правильный ориентир в пространстве и передать движение объектов вокруг неподвижно стоящего слушателя. Комбинация этих двух уровней образует вертикальное стереополе вокруг аудитории как ключевого элемента воздействия звука в зале. На громкоговорители Ls, Rs нижнего уровня (рис. 4.2) и HLsr, HRsr (рис. 4.3) верхнего уровня окружения в формате 13.1 подаются одинаковые сигналы, поэтому их считают как два канала, а не как отдельные четыре. Следует подчеркнуть, что указанное на рис. 4.3 и 4.4 количество громкоговорителей в каналах окружения нижнего и верхнего уровней показано условно. Реальное количество должно быть рассчитано в зависимости от требуемой электрической мощности громкоговорителей, которая, в свою очередь, зависит от объема помещения зала. HLs HLsr HLs HL Зона зрительских мест HRsr HC HR HRs HRs Рис. 4.4. Размещение громкоговорителей верхнего уровня в форматах 11.1 и 13.1: HL, HС, HR – левая, центральная и правая заэкранные акустические сис­темы верхнего уровня; HLs, HRs – громкоговорители каналов бокового (side) окружения (surround) верхнего уровня окружающего звука; HLsr, HRsr – громкоговорители тыловых (rear) каналов окружения (surround) и верхнего уровня окружения соответственно (Из архива автора) 107 Третий уровень «голос бога» (обозначен на рис. 4.5 насыщенным темно-серым цветом в черно-белом изображении), расположенный над зрителями на потолке, дополняет реальность звуками окружающей среды или передвигающихся над головой объектов. T Рис. 4.5. Размещение громкоговорителей верхнего уровня в форматах 11.1 и 13.1: Т – акустическая система наивысшего уровня («голос бога») (Из архива автора) Этот уровень включает в себя от одной до шести акустических систем, число которых изменяется в зависимости от размеров зала. При наличии двух, четырех или шести громкоговорителей их располагают двумя линиями, разделенными пополам. Каждая из этих линий громкоговорителей предназначена для правой и левой половин зрительских мест (рис. 4.6 и 4.7). Рис. 4.6. Расположение громкоговорителей в системе Barco Auro 11.1, 13.1 при рассмотрении от левой стены [46] 108 Рис. 4.7. Расположение громкоговорителей в системе Barco Auro 11.1, 13.1 при рассмотрении от экрана [39] Для залов малой и средней вместимости используют два громкоговорителя в потолочном канале. Электрически они должны быть смонтированы в линию как стереопара (один усилитель на канал). Для других залов суммарное количество потолочных громкоговорителей должно соответствовать количеству громкоговорителей, используемых в одном массиве боковых громкоговорителей. Громкоговорители устанавливаются в две линии и равномерно распределяются по потолку аудитории для обеспечения максимально широкой зоны наилучшего восприятия (рис. 4.8). Рис. 4.8. Расположение потолочных громкоговорителей (кинотеатр «Copnella’s Splau» в Барселоне) [35] Для кинозалов шириной более 25 м добавляется третий ряд громкоговорителей в центре аудитории для расширения зоны покрытия [46]. 109 Инновационная технология Auro 3D легкого внедряется во все существующие стандарты, не требуя каких-либо изменений в спецификации. Эта технология позволяет воспроизводить и объемный микс 5.1 и Auro 3D микс на одном и том же оборудовании, сохраняя при этом звук высокого разрешения в каждом канале без повышения пропускной способности [36]. В 2015 году производственные системы Auro 3D были установлены в 35 крупнейших студиях. В России оборудование Auro 3D установлено на студиях «Пифагор» (Москва) и «Нева-Фильм» (Санкт-Петербург). Всего же в России уже более 20 инсталляций Auro 3D в кинотеатрах, которые выполнены в основном компанией «Кинокомфорт». Задача состоит в том, чтобы дать возможность записывать звук в формате Auro 3D не только крупным международным студиям, но и местным продюсерам. Немалым плюсом является то, что формат Auro 3D обходится дешевле для студий и кинотеатров. Кроме того, по сравнению с другими форматами 3D-звука Auro3D обладает большими преимуществами с точки зрения непрерывности производственного процесса и универсальности [27]. 4.2. Технология звуковоспроизведения фонограмм по системе Dolby Atmos Рассмотрим концепцию системы звуковоспроизведения Dolby Atmos. В системе Dolby Atmos многоканальный звук состоит из 2 частей – многоканальный звук форматов 5.1 или 7.1 в качестве основы, к которой добавляются так называемые звуковые объекты: различные моно- или стереофонограммы, в метаданных которых описано, как эти фонограммы перемещаются вокруг зрителя (рис. 4.9). Все эти звуки микшируются и панорамируются в процессе перезаписи. В результате получают так называемый звуковой микс. Каналы Объекты Dolby Atmos Рис. 4.9. Звуковой микс системы Dolby Atmos [40] 110 Кинопроцессор в кинозале раскладывает этот звуковой микс по имеющимся акустическим системам и при этом никакого ограничения на количество громкоговорителей в зале не накладывается. Чем их больше, тем более точно будет отображаться звук в пространстве кинозала. На рис. 4.10 показана схема рекомендуемого размещения громкоговорителей системы Dolby Atoms в зрительном зале. 4 Контрольная точка 3 Rc 1 2 A 3 6 Lc 5 4 3 Рис. 4.10. Рекомендуемое размещения громкоговорителей в системе Dolby Atmos [40]: 1 – три заэкранных громкоговорителя; 2 – два громкоговорителя низкочастотного канала; 3 – громкоговорители канала окружения форматов 5.1 или 7.1; 4 – громкоговорители экстраканалов, расположенные на левой и правой стенах (добавляются в линию с громкоговорителями каналов окружения до киноэкрана); 5 – потолочные громкоговорители; 6 – дополнительные низкочастотные громкоговорители для низкочастотной поддержки каналов окружения задних рядов Кинопроцессор Dolby Atmos подключается к серверу стандартными звуковыми кабелями (8×AES), a также Ethernet-кабелем для потокового воспроизведения аудиоданных Dolby Atmos. 111 При воспроизведении звука Dolby Surround форматов 5.1 или 7.1 используются соединения AES. Аудиоданные Dolby Atmos передаются в потоковом режиме по протоколу Ethernet на кинопроцессор для декодирования и распределения по каналам, а связь между сервером и звуковым процессором обеспечивает идентификацию и синхронизацию звука. В случае возникновения каких-либо проблем, связанных с воспроизведением дорожки Dolby Atmos, звуковой процессор переходит к воспроизведению фонограммы, записанной в формате Dolby Surround 5.1 или 7.1. Расположение заэкранных акустических систем За экраном, на портале, размещаются основные заэкранные акустические системы (АС) и низкочастотные громкоговорители. Все заэкранные акустические системы должны быть повернуты корпусом и одновременно направлены осями своих высокочастотных головок в центр зрительских мест (контрольная точка А на рис. 4.10). Рекомендуемое размещение низкочастотного громкоговорителя за экраном остается неизменным: на полу позади экрана и, по возможности, вплотную к стене или звукопоглощающему материалу, закрепленному на заэкранной стене. Для предотвращения появления стоячих волн желательно устанавливать низкочастотный громкоговоритель за экраном ассиметрично оси симметрии зала. Компания Dolby рекомендует устанавливать дополнительные громкоговорители (левый центральный (Lc) и правый центральный (Rс), см. рис. 4.10) позади экрана в кинозалах, где ширина экрана превышает 12 м. Расположение акустических систем объемного звучания Акустические системы объемного звучания (3 на рис. 4.10, т. е. АС форматов 5.1 или 7.1) в системе Dolby Atmos размещаются в один ряд с боковыми АС объемного звучания. В настояшее время, в соответствии с принятой практикой, АС формата 5.1 или 7.1 (3 на рис. 4.10) устанавливаются на расстоянии, равном приблизительно одной трети длины зала от экрана. В идеале каждая АС объемного звучания должна поддерживать повышенный уровень звукового давления и по мере возможности иметь более широкие частотные характеристики. 112 В кинотеатрах средней вместимости расстояние между громкоговорителями объемного звучания должно составлять от 2 до 3 м при симметричном размещении групп левых и правых колонок объемного поля. В каждой зоне объемного звучания для громкоговорителей необходимо поддерживать равное линейное расстояние до зрительской зоны, если это возможно. Линейное расстояние между громкоговорителями окружения вне зрительской зоны, например между первым рядом и экраном, может быть чуть больше, но при этом следует учитывать характеристику направленности громкоговорителя. Расположение боковых акустических систем объемного звучания Дополнительные акустические системы объемного звучания (4 на рис. 4.10) следует устанавливать ближе к экрану, между АС формата 5.1 или 7.1 и экраном. Как следует из технического описания [41], дополнительные громкоговорители (4 на рис. 4.10) не используются как боковые колонки объемного звучания при воспроизведении звуковых дорожек Dolby Surround 5.1 или 7.1, но обеспечивают плавный переход и согласование тембра при панорамировании объектов от заэкранных акустических систем в зоны объемного звучания. Чтобы усилить восприятие пространства, блоки акустических систем объемного звучания следует размещать как можно ниже, с учетом практических соображений и следующих ограничений: –– вертикальное положение колонок объемного звучания в передней части блока должно быть приближено к акустическому центру заэкранного громкоговорителя; –– они должны располагаться достаточно высоко, чтобы обеспечивать хорошее покрытие зрительской зоны в зависимости от направленности громкоговорителя (рис. 4.11). Размещение акустических систем объемного звучания по вертикали должно быть таким, чтобы они образовывали прямую линию от передней до задней стены. Обычно они наклонены вперед по длине зала таким образом, чтобы относительная высота колонок по отношению к зрительским рядам сохранялась неизменной до задней стены зала по мере подъема пола, как показано на рис. 4.11. На практике это 113 5 4 3 Рис. 4.11. Рекомендуемое расположение АС на стене и потолке [40] достигается очень просто: следует выбрать высоту самого переднего и самого заднего боковых АС и разместить остальные АС по прямой линии между этими точками. Для оптимального охвата зрительской зоны каждой АС объемного звучания, все они должны ориентироваться на контрольную точку (центр зрительских мест – рис. 4.10, контрольная точка А), исходя из следующих соображений: –– боковые АС должны быть наклонены в вертикальной плоскости в направлении последнего сидения на противоположной стороне зала; –– боковые АС должны быть развернуты горизонтально по отношению к контрольной точке. Раньше в каналах окружения устанавливали двухполосные, либо даже однополосные громкоговорители, что ограничивало спектральный диапазон каналов окружения, поэтому в заднем канале окружения не хватало именно низкочастотной составляющей. Если подкрепить каналы окружения двумя дополнительными НЧ-громкоговорителями (6 на рис. 4.10), то спектрального рассогласования удастся избежать и тембральных скачков в спектральном диапазоне не будет [41]. Размещение акустических систем объемного звучания на задней стене При установке задних АС объемного звучания (3 на рис. 4.10) желательно соблюдать примерно такое же линейное расстояние, как и для боковых акустических систем объемного звучания. Хотя рас114 стояние между задними АС может быть немного уменьшено для удовлетворения требований в отношении углов охвата зрительской зоны. Такое уменьшение расстояния дает дополнительное преимущество с точки зрения управления мощностью левой задней и правой задней зон объемного звучания, длина которых обычно вдвое меньше длины боковых зон объемного звучания вдоль боковых стен. Для оптимального покрытия зрительской зоны каждым задним громкоговорителем объемного звучания он должен быть направлен к контрольной точке в кинозале в соответствии со следующими правилами: –– задние громкоговорители должны быть наклонены по направлению к сиденьям переднего ряда в кинозале; –– задние громкоговорители должны быть развернуты горизонтально по отношению к центральной линии кинозала [41]. Расположение потолочных акустических систем объемного звучания Потолочные АС (5 на рис. 4.10) группируются в два блока на потолке – от экрана до задней стены по ширине. Расстояние между рядами потолочных АС должно соответствовать расстоянию между дополнительным левым (Lc) и дополнительным правым (Rc) (см. рис. 4.10) заэкранными АС индивидуально для каждого зала. Потолочные АС должны всегда размещаться симметрично по отношению к центру экрана. Для сохранения тембра при панорамировании потолочные колонки объемного звучания должны обладать такими же техническими характеристиками, как и боковые. Количество потолочных АС объемного звучания и расстояние между ними зависят от расположения боковых акустических систем, которое определяется на основе расположением боковых АС каналов окружения. Однако расстояние между потолочными колонками объемного звучания имеет менее критичное значение, чем расстояние между боковыми АС, поэтому количество потолочных АС, их переднее и заднее положение можно выбирать в зависимости от расположения боковых АС. Потолочные блоки АС объемного звучания должны практически достигать экрана, как и ряды АС на боковых стенах, но необходимо убедиться, что они не будут перекрывать луч проектора в верхнюю кромку экрана. 115 Поперечное положение блоков потолочных АС следует выбирать таким образом, чтобы оптимизировать пространственное погружение и обеспечить однородность звучания в зоне прослушивания. Хороших результатов, как правило, можно достигнуть при установке блоков потолочных АС объемного звучания напротив дополнительных левого (Lc) и правого (Rc) заэкранных каналов (см. рис. 4.10). В залах, где зона зрительских мест значительно шире экрана, или потолочные АС устанавливаются значительно выше уровня верхней части экрана, рекомендуется расставлять потолочные громкоговорители на большем расстоянии друг от друга. Размещение низкочастотных громкоговорителей объемного звучания Тембральная согласованность объектов, панорамируемых из заэкранных громкоговорителей в зону объемного звучания, будет значительно лучше, когда басовая поддержка передается от одной АС окружения к другой АС окружения. Однако акустические системы объемного звучания (3 на рис. 4.10 формата 5.1 и 7.1), как правило, не рассчитаны на воспроизведение частот ниже 100 Гц. Чтобы обеспечить низкочастотную поддержку заэкранного низкочастотного громкоговорителя в задней части зала, необходимо расположить там дополнительно низкочастотные громкоговорители (6 на рис. 4.10). Соответственно низкочастотная информация для колонок объемного звучания в левой половине зала поступает на низкочастотный громкоговоритель, установленный в левой задней части аудитории, а низкочастотная информация для колонок объемного звучания в правой половине зала поступает на низкочастотный громкоговоритель, установленный в правой задней части аудитории. Низкочастотные громкоговорители объемного звучания устанавливаются согласно следующим правилам [41]: –– они должны располагаться в задней трети аудитории вдоль боковых стен или задней стены; –– необходимо обеспечить достаточное разделение между низкочастотными громкоговорителями левой и правой зон объемного звучания; –– необходимо избегать помещать сабвуферы в задний угол аудитории. Минимальное расстояние, на которое необходимо отнести 116 низкочастотные громкоговорители из угла помещения, должно составлять приблизительно один метр. Сравним особенности звуковых систем Barco Auro3D и Dolby Atmos (табл. 4.1). Таблица 4.1 Особенности звуковых систем Barco 3D и Dolby Atmos [16] Система Barco AURO 3D Dolby Atmos Количество каналов 11.1/13.1 (без добавления Поддерживает до 128 звудополнительных громко­ ковых объектов и 64 канала говорителей к системе звуковоспроизведения. Ко11.1) количество кана- личество каналов зависит от замысла звукорежиссера лов фиксировано и архитектурных особенностей кинозала Особенности К традиционному распо- Используется понятие звуложению громкоговори- ковых объектов. К традителей добавляются еще ционному расположению 2 уровня громкоговори- громкоговорителей добавтелей – верхний и пото- ляются экстраканалы, раслочный положенные за экраном и на боковых стенах, а также потолочные громкоговорители. Имеется низкочастотная поддержка заэкранных НЧ-каналов: в задней части кинозала устанавливается два низкочастотных громкоговорителя Совместимость Да с существующими форматами Да Наличие обещаемого контента Да Да Дистрибуция контента Единый DCP пакет. Фор- Отдельный от 5.1/7.1 пакет мат «зашит» как мета- данных данные в традиционные файлы 5.1 и 7.1 117 Кроме фирм Barco и Dolby, работу по созданию объемно-ориентированных систем ведут и другие фирмы. Например, американская компания DTS, которая в 2016 году презентовала свою новую систему кодирования звука DTS: X (ранее была известна как DTS UHD), тоже характеризуется как объектно-ориентированная. Первое демонстрирование технологии состоялась еще в январе 2015 года в рамках ежегодной выставки CES, но точные данные были скрыты, и потому сравнение с Dolby Atmos и Auro 3D носило статус слухов. Но теперь нас, видимо, ожидает очередная война форматов с участием Dolby Atmos, AURO‑3D и нового творения Digital Theater System. В противовес традиционной звуковой дорожке DTS: X (как и Atmos) не смешивает дискретные каналы, но поддерживает большое количество одновременных «объектов», или звуков, в 3D-пространстве вокруг слушателя. Положение этих «объектов» интерпретируется вашим приемником (ушами) на лету. Чтобы создать специфическое расположение колонок DTS: X включает так называемую высоту каналов и полностью совместима с существующими DTS-форматами. Для сравнения: Dolby Atmos и последняя версия Dolby Pro Logic IIz также включают в себя высоту каналов. Компания DTS утверждает [49], что DTS: X-совместимые ресиверы 2015 года будут поддерживать конфигурации звука до формата 11.2 и до 32 различных расположений динамиков. Естественно, поддерживается 24 бита и частота дискретизации 96 кГц для миксов с объектами и 192 кГц для стерео- и многоканальных миксов. Компания DTS планировала запуск технологии DTS: X в более 350 кинотеатрах в Азиатско-Тихоокеанском регионе к концу лета 2015 года, а также поддержку киноиндустрии, учитывая реализацию DTS-HD Master в большинстве Blu-ray дисков. Декодер DTS: X обладает обратной совместимостью с DTS-HD, а также поддерживает Blu-ray, грядущий Ultra HD Blu-ray и потоковые медиаформаты. Почти 90 % производителей процессоров и ресиверов планировали включить поддержку нового формата объемного звучания в свои устройства. Среди них Anthem, Denon, Integra, Krell, Marantz, McIntosh, Onkyo, Outlaw Audio, Pioneer, Steinway Lyngdorf, Theta Digital, Trinnov, Yamaha и другие бренды. Основным недостатком рассмотренных систем воспроизведения звука кинофильмов является невозможность прослушивания фоно118 грамм, записанных по системе Barco Auro 3D или DTS в зале, где установлена система Dolby Atmos, и наоборот. В 2015 году фирма Barco вела переговоры с фирмой Dolby по устранению этого недостатка. Результатом их деятельности стали разработки усовершенствованных систем звуковоспроизведения звука в кинотеатрах форматов Barco AuroМАХ и Dolby Atmos по версии 3.0. Идут переговоры и с компанией DTS. 4.3. Звуковые форматы Barco AuroМАХ В современном мире практически все технические решения быстро устаревают. Нередко это связано со снижением популярности, однако чаще случается, что сравнительно новое решение оказывается лишь переходным к какой-либо более совершенной технической разработке. Это в полной мере можно отнести к последнему предложению в области трехмерного звука для залов кинотеатров фирмы Barco под названием Barco AuroMax®. Система звуковоспроизведения Barco AuroMax® является развитием системы Auro‑3D®. В то же время она нацелена на стандартизацию с системами объемного трехмерного звука других фирмизготовителей, в частности с системой Dolby Atmos. Barco AuroMax (далее – AuroMax) можно отнести к системе Auro‑3D, так как она в своем составе также имеет три уровня: уровень окружения (Surround), верхний (Height) и наивысший (Top) (см. рис. 4.2). Однако в техническом описании [38] отмечаются несколько существенных изменений в системе AuroMax, а именно появление таких новых понятий, как: –– платформа, которая представляет собой многоканальный микс. Платформа может присутствовать в формате Auro‑3D 13.1; –– объект, который представляет собой одно- или многоканальный микс. Объект содержит звук какого-то конкретного источника. Объекты также могут иметь объемный (трехуровневый) характер и быть записанными в формате Auro‑3D 13.1. Примечательно, что платформу можно использовать в качестве объекта; –– зона, которая представляет собой виртуальный канал исходной записи. Зона может быть передана на какой-то конкретный канал 119 в конкретной конфигурации (зале). В особенных случаях некоторые зоны могут не звучать вовсе. В [50] отмечается существенное преимущество AuroMax по сравнению с другими объектно-ориентированными системами – объект может быть многоканальным миксом, который будет передавать реальные реверберационные отражения этого объекта, а не пытаться воссоздать его программно, как это обычно делается в подобных системах. Это очень заметно, к примеру, на звуке самолета, который, как оказалось, не локализуется без отражений в уровне окружения. В Dolby Atmos для звуковой дорожки отводится только плоский микс 5.1 (выводится только на нижний уровень громкоговорителей). К миксу 5.1 программно добавляются объекты, которые могут быть выведены в верхние слои. Кроме того, к преимуществам AuroMax можно отнести более гибкое преобразование зон в каналы, которое позволяет по определенным правилам воспроизводить звук формата AuroMax в более простых конфигурациях, таких как, например, Auro 11.1, с известной системой маршрутизации зон. Также можно отметить, что для переоборудования системы из Auro 3D в AuroMax требуется только процессор и, возможно, несколько усилителей (с коммутацией на нужные громкоговорители) (рис. 4.12). Фирма Barco предлагает 3 варианта форматов AuroMax®: 20.1, 22.1, 26.1. Все они базируются на Auro‑3D формата 11.1. Для того чтобы понять принцип распределения зон в новой системе, рассмотрим размещение громкоговорителей по уровням и зонам в зрительном зале. Для этого покажем размещение акустических систем для каждого формата отдельно по уровням. Введение понятия зон в форматах AuroMax позволило разделить каналы окружения не только на левый, правый и тыловой, как в Auro‑3D форматов 11.1 и 13.1, но и внутри боковых (side) каналов окружения на переднюю (front) и заднюю (back) зоны для форматов 20.1 и 22.1. В формате 26.1 дополнительно выделить зону просцениум (wide). Первые буквы английских слов, приведенных в скобках, внесены в условные обозначения акустических систем на рис. 4.13–4.16. В отличие от Auro‑3D в форматах AuroMax 20.1 и 22.1 в наивысшем уровне (голос бога) размещают либо две, либо четыре акустические системы, которые делят на два самостоятельных канала: левой и правой зон (TL и TR, показанных на рис. 4.13). 120 121 Рис. 4.12. Блок-схема высокоуровневой системы AuroMax® [38] Формат 22.1 предусматривает наличие акустических систем, присутствующих в форматах 11.1 и 13.1, 20.1. Кроме того, четыре акустические системы в наивысшем уровне разделены на левый и правый каналы, которые разделяют на задние и передние зоны (рис. 4.14). Lssb Lssf HLssb HLssf Lsr HLsr Rsr HRsr Rssb Rssf HL HC HR HRssb HRssf L R Рис. 4.13. Размещение акустических систем в формате 20.1: Lssb, Rssb, HLssf и HRssf – акустические системы боковых (side) каналов левого и правого окружения (surround), задние (back) и передние (front) уровня окружения и верхнего уровня; TL и TR – акустические системы наивысшего уровня, левый и правый Система AuroMax формата 26.1 отличается от формата 22.1 добавлением акустических систем Lw, Rw и HLw, HRw каналов просцениум (wide), боковых зон на уровнях окружения и верхнего. Их располагают между экраном и акустическими системами боковых зон (рис. 4.15). При переходе от Auro 11.1 (впрочем, как и 13.1) к 20.1 следует выделить разделение каналов окружения первого и второго уровней на три пары зон: –– боковой (side) окружения (surround) (Rssf), передний (front) (Rw); –– боковой (side) окружения (surround), задний (back) (Rssb); –– тыловой (rear) окружения (surround) (Rrs). 122 Lssb Lssf HLssb HLssf Lsr HLsr Rsr HRsr Rssb Rssf Lb Lf Rb Rf HL HC HR HRssb HRssf Рис. 4.14. Размещение акустических систем в формате 22.1: TLb, TLf и TRb, TRf – акустические системы наивысшего уровня левых и правых зон Lssb Lssf Lw HLssb HLssf HLw Lsr HLsr Rsr HRsr Rssb Rssf Lb Lf Rb Rf Rw HL HC HR HRssb HRssf HRw Рис. 4.15. Размещение акустических систем в формате 26.1: Lw, Rw – акустические системы каналов просцениум (wide), боковых зон уровней окружения и верхнего, расположенные между экраном и акустическими системами боковых зон соответственно 123 В действительности эти три пары существуют и слева, и справа, что дает восемь дополнительных зон. Кроме того, происходит деление зоны трех уровней: Layer 1 – surround (зона 1 – окружения), Layer 2 – heght (зона 2 – верхняя зона окружения), Layer 3 – Top (зона 3 – наивысшая, потолочная «голос бога») (рис. 4.14), в которых каналы делятся на левый и правый, и заэкранная зона. Итого девять зон. Как отмечают Л. А. Марков и А. А. Стратоников [17], изменения между последующими вариантами AuroMax® не столь существенны: переход от 20.1 к 22.1 изменяет только наивысший уровень, деля каждую из присутствующих зон на переднюю и заднюю (2 зоны – громкоговорители TL и TR). Переход к 26.1 добавляет в картину зоны просцениум (wide) (Lw, Rw, HLw и HRw на рис. 4.14), расположенный в уровнях окружения и верхнем между заэкранными и боковыми зонами. В общем виде размещение акустических систем на уровнях окружения, верхнем и наивысшем, в зале кинотеатра по системе AuroMax представлено на рис. 4.16. L Общий 20.1 22.1 26.1 C R HL HC HR Lw Rw HLw HRw Lssf Rssf HLssf HRssf Lssb Rssb HLssb HRssb Lrs Rrs Окружения HLrs HRrs Верхний TLf TRf TL TR TLb TRb Top «голос бога» Наивысший Рис. 4.16. Зоны и уровни AuroMax® [17] Для стандартизации форматов с другими форматами объемного звуковоспроизведения в каналах окружения (Lssf, Lssb, HLssf, HLssb, Rssf, Rssb, HRssf и HRssb) и тыловых (Lrs, Rrs, HLrs и HRrs), в отличие от форматов Barco 11.1 и 13.1, предусмотрено включение акустических систем попарно в каждую. Если необходимо, например, в зале больших размеров, количество парных акустических систем может быть увеличено. Для упрощения на рис. 4.3–4.5 и 4.12–4.15 не показаны громкоговорители канала низких частот, так как изменений в канале низких частот новые форматы не предусматривают. 124 При разработке каждой последующей по формату системы фирма Barco предусматривает ее совместимость с системами предыдущих форматов, чтобы в последующей системе могли демонстрироваться фильмы, снятые в предыдущих форматах. 4.4. Звуковой формат Dolby Atmos версии 3.0 Введение этого нового звукового формата Dolby Atmos по версии 3.0 позволяет изменять конфигурацию в расположении звуковых систем, сохраняя совместимость с существующими системами воспроизведения звука кинофильмов. Специалисты Dolby переработали важнейшие составляющие воспроизведения звуковой фонограммы, включая рабочие характеристики оборудования, схемы размещения и инсталляции в студиях перезаписи и кинотеатрах. Рассмотрим требования, предъявляемые к акустическим системам и громкоговорителям системы Dolby Atmos версии 3.0 Заэкранные акустические системы Система Dolby Atmos версии 3.0 не устанавливает новых требований к заэкранным АС. Им необходимо обеспечивать воспроизведение полного динамического диапазона цифрового звука сквозь экран в кинозал и иметь частотную характеристику, соответствующую спецификациям ISO 2969:1987/SMPTE ST 202:2010. Требуется минимум три заэкранных громкоговорителя. Для залов с экраном шириной более 12 м рекомендуется добавление левого центрального и правого центрального громкоговорителей, как в системе Dolby Atmos версии 1.0, рассмотренной ранее в параграфе 4.2. Низкочастотные громкоговорители При использовании нескольких заэкранных громкоговорителей низких частот плотное размещение их корпусов друг к другу может увеличить их эффективность за счет взаимного влияния. Расположение одного или нескольких корпусов громкоговорителей низких частот должно быть в районе центра экрана, но ассиметрично относительно центра зала, чтобы уменьшить возможность образования эффекта «стоячей волны». 125 Зоны и регионы окружения Звуковой формат Dolby Atmos версии 3.0 предусматривает разделение зрительного зала на зоны и регионы. В соответствии со спецификацией 2015 года [42] требования к звуковому тракту усиления (B-chain), включающие количество и расположение громкоговорителей окружения и каналов усиления, определяются с помощью зон и регионов в кинозале. Имеется пять зон: левая боковая; правая боковая; тыловая; левая потолочная и правая потолочная. Боковые и потолочные зоны разделяются на регионы таким образом, чтобы каждый регион содержал пару левых и правых боковых громкоговорителей окружения, за исключением самого переднего (ближайшего к экрану) региона (регионов). Самый передний регион всегда состоит из одной пары (левого и правого) громкоговорителей, как показано на рис. 4.17, а. Для залов с четным числом боковых громкоговорителей окружения два самых передних региона состоят из одной пары боковых громкоговорителей окружения (рис. 4.17, б). а б Рис. 4.17. Разбиение зрительного зала на регионы [42]: а – расположение громкоговорителей с нечетным количеством в переднем регионе; б – расположение громкоговорителей с четным количеством в переднем регионе 126 Число регионов R определяется числом боковых громкоговорителей окружения (number of side surrounds – Nss), которые расположены на каждой стороне, по формулам: R > (Nss+1) / 2; (4.1) R ≥ min (4, Nss). (4.2) Для определения числа регионов следует использовать данные, приведенные в табл. 4.2. Таблица 4.2 Определение числа регионов [42] Nss (Nss+1)/2 min (4, Nss) R 1 2 3 4 4 2.5 4 4 5 3 4 4 6 3.5 4 4 7 4 4 4 8 4.5 4 5 9 5 4 5 10 5.5 4 6 11 6 4 6 12 6.5 4 7 Спаривание боковых АС окружения АС, находящиеся внутри одной зоны и региона, можно объединять в пары (т. е. подавать на них один и тот же сигнал). Это позволяет в совокупности всей системы оптимизировать распределение звука, эффективнее использовать мощности, пространственное разрешение и сложность системы. Преимуществом версии 3.0 над версией 1.0 является то, что сигналы в версии 3.0 посылаются на каждый громкоговоритель в паре без коррекции фазы, уровня или задержки, т. е. могут использовать один канал усиления. Часть (или все) громкоговорители, в пределах региона, можно объединить в пары, соблюдая следующие правила [42]: 127 –– количество и места расположения боковых громкоговорителей окружения должны соответствовать требованиям, показанным на рис. 4.17; –– спаренные громкоговорители должны быть одной марки и модели; –– все спаренные громкоговорители должны располагаться позади дискретных, т. е. не объединенных в пары. Иными словами, процесс объединения громкоговорителей в пары следует начинать с самой задней области и продвигаться вперед. Самый передний левый и самый передний правый боковые громкоговорители окружения всегда должны располагаться в их собственном регионе. Они не могут быть объединены в пары. Количество потолочных АС окружения, их спаривание и сокращение Рекомендуемое число потолочных АС окружения совпадает с числом боковых АС. Две АС в пределах одной зоны и региона можно объединить в пару (подключив к одному каналу усиления) или заменить одной АС и тем самым сократить их общее количество, чтобы в совокупности оптимизировать распределение звука, эффективнее использовать их мощности, пространственное разрешение и сложность системы. Чтобы объединить в пары потолочные громкоговорители окружения, необходимо соблюдать следующие правила [42]: –– громкоговорители должны располагаться в одной зоне и одном регионе (например, самый задний регион левой потолочной зоны окружения); –– левая и правая зоны одного региона должны быть одинаковыми, т. е. либо обе дискретные, либо обе спаренные; –– спаренные громкоговорители должны быть одной марки и модели; –– все спаренные громкоговорители должны располагаться позади дискретных, не объединенных в пары. Объединение громкоговорителей в пары следует начинать с самой задней области и продвигаться вперед. Самые передние левый и правый боковые громкоговорители окружения всегда должны располагаться в своем собственном регионе, и они не могут быть спарены. 128 29,0 25,9 27,4 24,4 21,3 18,3 19,8 16,8 13,7 15,2 12,2 9,1 10,7 6,1 75 22,9 70 21,3 65 19,8 60 18,3 55 16,8 50 15,2 45 13,7 40 12,2 35 10,7 30 9,1 25 7,6 20 6,1 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Длина, фут Ширина, м Ширина, фут 7,6 Длина, м 22,9 Чтобы сократить количество потолочных громкоговорителей окружения, необходимо следовать следующим правилам [42]: –– громкоговорители должны располагаться в одной зоне и одном регионе (например, самый передний регион с двумя громкоговорителями в левой потолочной зоне окружения); –– левая и правая зоны одного региона должны быть одинаковыми, т. е. либо обе дискретные, либо обе сокращенные; –– все регионы, где количество громкоговорителей было сокращено, должны содержать по одному (индивидуально усиленному) громкоговорителю и располагаться впереди регионов с двумя громкоговорителями. Сокращение количества громкоговорителей нужно начинать спереди и продвигаться назад; –– неспаренный громкоговоритель должен располагаться посередине между парой боковых громкоговорителей окружения того же региона; –– расстояние от пола до громкоговорителя в сокращенном регио­ не должно быть больше длины региона (от передней до задней его границы), в противном случае количество громкоговорителей в этом регионе не может быть сокращено (однако их можно объединить в пары). На рис. 4.18 указано рекомендуемое число громкоговорителей в тыловой зоне в виде функции от длины и ширины зала. Рис. 4.18. Рекомендуемое число громкоговорителей в тыловой зоне [42] 129 29,0 25,9 27,4 22,9 24,4 21,3 18,3 19,8 16,8 13,7 Длина, м 15,2 12,2 9,1 10,7 6,1 75 22,9 70 21,3 65 19,8 60 18,3 55 16,8 50 15,2 45 13,7 40 12,2 35 10,7 30 9,1 25 7,6 20 6,1 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Длина, фут Ширина, м Ширина, фут 7,6 На рис. 4.19 указано минимальное число громкоговорителей в тыловой зоне в виде функции от длины и ширины зала. Рис. 4.19. Минимальное число громкоговорителей в тыловой зоне [42] Допускается объединение в пары тыловых громкоговорителей окружения. Сигналы посылаются на каждый громкоговоритель в паре без коррекции фазы, уровня или задержки, т. е. могут использовать один канал усиления. Часть (или все) громкоговорители в пределах региона можно объединить в пары, соблюдая следующие правила [42]: –– количество и места расположения тыловых громкоговорителей окружения должны соответствовать обычной спецификации, как указано на вышеприведенных графиках; –– спаренные громкоговорители должны быть одной марки и модели; –– все спаренные громкоговорители должны располагаться снаружи дискретных, не объединенных в пары. То есть, процесс объединения в пары нужно начинать с крайних громкоговорителей и продвигаться к центру; –– обязательно наличие, по крайней мере, четыре раздельных тыловых канала (2 левых и 2 правых); –– если количество тыловых громкоговорителей нечетное, то центральный не может входить в состав пары. 130 Продольный шаг расположения тыловых громкоговорителей окружения, т. е. расстояние между громкоговорителями на задней стене, должен быть в пределах от W/N и W/(N + 1), где W – ширина зала и N – число громкоговорителей на задней стене. Расстояние между крайними громкоговорителями и боковыми стенами должно составлять 50–100 % от расстояния между громкоговорителями. Горизонтальная ориентация боковых и тыловых АС окружения Чтобы определить правильную горизонтальную ориентацию для боковых и тыловых АС окружения, нужно задать прямоугольник в центральной зоне прослушивания (Central Listening Area – CLA) со сторонами: длиной, равной d/3, и шириной, равной w/3, где d – длина зоны зрительских рядов, w – ширина зоны зрительских мест (рис. 4.20). а) б) Рис. 4.20. Горизонтальная ориентация боковых и тыловых громкоговорителей окружения [42]: а – дискретное расположение громкоговорителей окружения и тыловых каналов; б – расположение спаренных громкоговорителей окружения и тыловых каналов Боковые и тыловые АС окружения, граничащие с центральной зоной прослушивания, необходимо направить непосредственно в зал (т. е. под прямым углом к стене) с допуском ±10° (рис. 4.20, а). Остальные боковые и тыловые АС окружения должны быть направлены горизонтально к ближайшему углу центральной зоны прослушивания, но не в обход референсной точки прослушивания 131 (RLP – контрольная точка, расположенная в центре зоны зрительских мест) с допуском ±10°. Следует избегать резких изменений горизонтальной ориентации (≥30°) между соседними АС. Пары левой/правой АС должны быть направлены под одинаковым углом (рис. 4.20, а). В соответствии со спецификацией [42] дискретные громкоговорители должны быть направлены с учетом CLA; –– ширина центральной зоны прослушивания составляет W/3 (одна треть ширины зала); –– длина центральной зоны прослушивания составляет D/3 (одна треть расстояния между первым и последним рядом); –– центральная зона прослушивания центрирована относительно референсной точки прослушивания. Для установки использующих спаривание громкоговорителей рекомендуется разнонаправленность спаренных громкоговорителей, что улучшает звуковое покрытие. Для всех спаренных громкоговорителей рекомендуются следующие параметры ориентации, основанные на CLA (рис. 4.20, б): –– направление переднего громкоговорителя пары к ближайшему переднему углу; –– направление заднего громкоговорителя пары к ближайшему задне­му углу. Расположение потолочных АС окружения Потолочные АС окружения всегда располагаются парами (левый/ правый), причем левая и правая АС должны находиться на одинаковом расстоянии от передней стены. Пары потолочных АС окружения необходимо располагать симметрично относительно центральной оси экрана. Массивы потолочных АС чаще всего размещаются на одной линии с левым центральным и правым центральным заэкранными АС, что является минимальной шириной, которая на рис. 4.21 обозначена W/3 (одна треть ширины зала). Разработчики системы рекомендуют более широкое расположение АС для высоких залов, что также допустимо и в обычных помещениях, когда стандартное расположение невозможно. Продольное расположение потолочных АС окружения. Потолочные АС окружения обычно располагают на одной линии с соответ132 W/3 Рис. 4.21. Расположение потолочных АС [42] ствующими боковыми АС, если к ним не применялось сокращение, или на одной линии с соответствующей парой боковых АС, если они были объединены в пару. В сокращенном потолочном регионе потолочная АС окружения располагается в центре региона, посередине между боковыми АС соответствующего региона или эквидистантно (эквидистантность – это расположение нескольких объектов на одинаковом расстоянии друг от друга или от чего-либо), когда самая передняя и самая задняя потолочные АС располагаются на одной линии с самой передней и самой задней боковыми АС (рис. 4.22). а) б) в) Рис. 4.22. Продольное расположение потолочных АС окружения [42]: а – дискретные или спаренные; б – сокращенные в центре; в – сокращенные эквидистантно 133 Ориентация потолочных АС окружения. Потолочные АС окружения наклоняют латерально (внутрь, по ширине зала) в точку (1/2х), находящуюся посередине между латеральным положением потолочной АС и центральной осью экрана, ±10° (рис. 4.23). CL X 1/2X Рис. 4.23. Ориентация потолочных АС окружения [42] По требованиям спецификации [42] потолочные АС окружения должны иметь продольный наклон (по длине зала) аналогично боковым громкоговорителям окружения (за 0° принимается направление вертикально вниз). При ориентации дискретных АС (рис. 4.24, а) [42]: –– АС, расположенные над центральной зоной прослушивания CLA (CLA – Central Listening Area, центральная зона прослушивания), не должны быть направлены ни вперед, ни назад, т. е. их угол наклона должен быть 0°; –– АС спереди и позади центральной зоны прослушивания CLA наклоняют к передней и задней стороне центральной зоны прослушивания, соответственно; –– необходимо избегать резких изменений углов наклона (≥30°) между соседними громкоговорителями. Для улучшения звукового покрытия рекомендуется разнонаправленность спаренных громкоговорителей (рис. 4.24, б). При ориентации спаренных АС необходимо [42]: –– наклонить передний громкоговоритель пары к передней сто­ роне CLA; –– наклонить задний громкоговоритель пары к задней стороне CLA. При ориентации рассмотренных громкоговорителей все изменения углов наклона АС имеют допуск ±10°, если нет других указаний. 134 а) б) Рис. 4.24. Направление потолочных АС [42]: а – направление дискретных громкоговорителей; б – направление спаренных громкоговорителей Громкоговорители низкочастотного окружения Как отмечалось ранее, кинозалы, оборудованные системой Dolby Atmos, должны поддерживать воспроизведение сигналов объемного звука в полном частотном диапазоне. Применение громкоговорителей окружения с ограничением воспроизведения низких частот допускается лишь в том случае, если используются сабвуферы окружения и система управления низкими частотами (Bass management). На практике для реализации проектов это наиболее распространенный подход. Для использования системы управления низкими частотами громкоговорители окружения должны удовлетворять требованиям, описанным в [42]. Требуется, по крайней мере, два низкочастотных громкоговорителя окружения. В больших залах (более 500 мест) или залах с более чем 7 громкоговорителями окружения на боковой стене, или если система управления низкими частотами использует частоту раздела частот выше 80 Гц, рекомендуется установка дополнительных пар громкоговорителей. Рекомендации к размещению громкоговорителей окружения в кинозалах сводятся к следующему [42]: –– расстояние от громкоговорителя окружения до угла зала должно быть ≥1 м; –– при размещении на задней стене или потолке разнос по ширине должен быть больше, чем разнос массивов потолочных громкоговорителей окружения; –– при размещении за экраном разнос по ширине должен быть больше, чем разнос левого и правого заэкранных громкоговорителей; 135 –– если используются несколько пар сабвуферов окружения, эти пары должны быть распределены по длине зала. Например, если используются две пары, необходимо установить одну пару в глубине, а другую – в передней половине зала; –– необходимо избегать размещения сабвуферов вблизи любого места прослушивания. Наилучшим вариантом является установка на боковых стенах или потолке. Расстояние от каждого сабвуфера окружения до ближайшей точки прослушивания должно быть больше или равно четверти расстояния от сабвуфера до контрольной (референсной) точки прослушивания RLP (см. рис. 4.20). Например, для кинозала с крутым подъемом гребенки (когда задние кресла располагаются вблизи потолка) сабвуферы объемного звука должны устанавливаться дальше от задней стены. Как видим, системы Barco AuroMax и Dolby Atmos (v.3.0) приближены по структуре каналов, что создает предпосылки для прослушивания фонограмм в залах, независимо от системы записи фонограммы фильма. Но это дело фирм Barco и Dolby. Как говорят: «Поживем – увидим». Глава 5. СОВРЕМЕННЫЕ КИНОПРОЕКЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В этом разделе рассматриваются самые передовые на сегодняшний день технологии цифрового кинематографа, которые только начинают внедряться. 5.1. Технологии кинематографа высокого качества Частота смены кадров – это количество изображений, показываемых проектором в течение одной секунды на киноэкране (кадр/с). Еще Томас Эдисон доказывал, что частота смены кадров должна быть 96 кадр/с, так как критическая частота мельканий для глаза человека составляет 48 кадр/с. Первые немые фильмы на заре кинематографа снимались кинокамерами, имевшими ручной привод с любой частотой кадров в диапазоне от 14 до 24 кадр/с, и демонстрировались примерно с той же скоростью, так как пленка перемещалась вручную. Когда появилось звуковое кино, эпоха «великого немого» завершилась, возникла необходимость в постоянной скорости проекции и особенно звуковоспроизведения, чтобы обеспечить синхронность звука фонограммы и изображения новых фильмов. Использование большего количества кадров означало увеличение затрат на кинопленку и на ее обработку. Владельцы киностудий решили, что дешевле всего для показа «говорящих» фильмов, использовать частоту 24 кадр/с как минимально допустимую частоту кадров, позволявшую сохранять относительную плавность движения на экране. Применение обтюратора в обычной 35-мм проекции выполняло дополнительное перекрывание проецируемого изображения для достижения критической частоты мельканий. Так частота 24 кадр/с стала стандартом, который жив спустя почти столетие. Начиная с конца 20-х годов XX века в кинопроекторах используются затворные стереосистемы, демонстрирующие каждый кадр два или три раза, чтобы увеличить общую частоту смены кадров. Это по137 зволяет сделать мерцание изображения на киноэкране менее заметным, иначе большинство зрителей будут его замечать. Однако этого все еще недостаточно для съемки динамичных сцен и сцен с широкими проходами камеры (панорамами), которыми сегодня широко пользуются операторы. Дрожание изображения, вызванное технологическими особенностями процессов съемки и кинопоказа, ставшее привычным спутником пленочного кинопроцесса, вызывает сильный дискомфорт при просмотре 3D-фильмов, так как глазам зрителя становится очень сложно фокусироваться на движущихся объектах. 5.1.1. История развития кинематографа высокого качества Томас Эдисон для своего кинетоскопа определил частоту смены кадров 46 кадр/с. И, если отвлечься от финансовых проблем, эта частота в современных условиях представляется более близкой к оптимальной, чем 24 кадр/с. Как показано в [4], в нашей стране исследования по определению оптимальной частоты смены кадров начались значительно позже. В 1974 году Евсей Михайлович Голдовский (рис. 5.1) на основе теоретического анализа условий для высококачественной киносъемки и экономических соображений отмечал, что частота кадросмен в кинематографе должна быть не менее 30 кадр/с. Рис. 5.1. Евсей Михайлович Голдовский [60] 138 В 1976 году на проходившем в Москве XII Международном конгрессе кинотехников УНИАТЕК профессор кафедры киноаппаратуры ЛИКИ Олег Федорович Гребенников (рис. 5.2) сообщил о результатах теоретических и экспериментальных исследований, проводимых в Ленинградском институте киноинженеров, по выбору оптимальной для кинематографа частоты смены кадров. Рис. 5.2. Олег Федорович Гребенников (Из архива кафедры киновидеоаппаратуры СПбГИКиТ) Из его доклада следовало, что при частоте, превышающей 48 кадр/с, наиболее неприятные искажения в виде дробления и смазывания изображения, возникающие при быстром панорамировании кинокамерой, практически исчезают. В 1984 году американский кинооператор Д. Трамбелл после специальных исследований разных частот смены кадров от 24 до 72 кадр/с предложил новую систему широкоформатного кинематографа «Шоускэн», в которой для улучшения качества киноизображения и звуко­воспроизведения увеличена скорость смены кадров в 2,5 раза, т. е. до 60 кадр/с. Это позволяет повысить яркость киноизображения на экране до 150–200 кд/м2 (в четыре раза) без восприятия мельканий, что одновременно повышает устойчивость и реалистичность кино­ изображения, его пластичность (кажущуюся глубину, объемность). Кроме того, магнитные звуковые дорожки 70-мм фильмокопии предполагалось заменить шестью фотографическими фонограммами 139 Dolby, благодаря чему был упрощен процесс изготовления и снижена стоимость фильмокопии. После успешного кинопоказа в некоторых городах США в 1985 году на всемирной выставке ЭКСПО‑85 в Цукубе (Япония) состоялась мировая премьера системы «Шоускэн» в павильоне «Тошиба» на изогнутом экране шириной 24×11 м. Демонстрировался коротко­метражный 70-мм фильм на космическую тему. В 1987 году в ЛИКИ были развернуты работы по исследованию 70-мм системы кинематографа высокого качества (КВК) с частотой смены кадров 60 кадр/с и сравнению ее со стандартной широкоформатной системой. Был снят и на технической конференции ЛИКИ продемонстрирован видовой фильм, подтвердивший зрелищные преимущества системы КВК. В 1994 году канадская фирма «Аймекс Системз Корпорейшн» распространила формат АЙМЕКС (IMAX) на создание кинематографа высокого качества, разработав систему АЙМЕКС Хай Дефинишн (IMAX High Definition – высокая четкость) с частотой смены кадров 48 кадр/с. Двухпленочная стереокинокамера АЙМЕКС ЗD обеспечивает возможность киносъемки также и на одну кинопленку с частотой смены кадров 48 кадр/с. В 2000 году американская фирма «Супер Виста Корпорейшн» показала в Голливуде новый вариант 70-мм кинематографа, названный Супер Дименшн‑70. В этой системе используется стандартный пятиперфорационный кадр, а скорость проекции увеличена до 48 кадр/с. При этом проекция каждого кадра прерывается обтюратором, вследствие чего частота мельканий достигает 96 Гц, и они становятся незаметны зрителям при любом уровне яркости киноизображения. Такой кинопоказ усиливает ощущение натуральности изображения, его глубины, сочности красок до степени, превосходящей все прежние виды театрального кинопоказа, а также цифровую видеопроекцию. Этот формат особенно целесообразен для больших плоских или криволинейных экранов шириной 15×24 м. 5.1.2. Недостатки традиционного 35-мм кинематографа Несмотря на быстрое развитие техники кинематографа традиционное киноизображение и отчасти цифровой кинематограф имеют ряд существенных недостатков. 140 В о - п е р в ы х. Малые угловые размеры рассматриваемого изображения. Поле зрения человека (без поворота головы) составляет почти 200° по горизонтали и 140° по вертикали. В 35-мм и цифровом широкоэкранном кинематографе поле киноизображения даже для первого ряда не превышает 61×26°. Малые угловые размеры поля киноизображения обусловлены ограниченной разрешающей способностью как у фильмокопий, так и у цифровых копий, имеющих разрешение 2К. В о - в т о р ы х. Пониженная яркость киноизображения (не более 60 кД/м2), которая уменьшает насыщенность цветовоспроизведения, т. е. приводит к определенным искажениям цветопередачи. Максимальная воспринимаемая человеком на натуре яркость (до порога ослепления) превышает десятки тысяч кд/м2, тогда как в кинотеатре максимальная яркость киноизображения не превышает 60 кд/м2. Подобное ограничение яркости киноизображения обусловлено не только недостаточной мощностью кинопроекционных ламп, но и возникновением на киноизображении мельканий, возникающих при большой яркости и мешающих его восприятию. В - т р е т ь и х. Применяемое в 35-мм кинопроекторах устройство смены кадров с мальтийским механизмом, имеющим четырехлопастный крест, имеет существенный недостаток: при частоте кинопроекции 24 кадр/с любая погрешность в изготовлении креста или скачкового барабана приводит к неустойчивости киноизображения, повторяющейся через каждые четыре кадра, что соответствует частоте 6 Гц. Исследования, проведенные в ЛИКИ, показали, что частота 6 Гц наиболее критична для обнаружения неустойчивости киноизображения. Уменьшение или увеличение этой частоты значительно снижает для зрителей заметность неустойчивости киноизображения. Появление биений гладкого барабана с частотой 6 Гц приводит к появлению нелинейных искажений при звуковоспроизведении. В цифровом кинематографе данного недостатка нет из-за отсутствия мальтийского креста и гладкого барабана. В - ч е т в е р т ы х. Принятая в кинематографе частота 24 кадр/с ограничивает скорость панорамирования (движение киносъемочной камеры за снимаемым объектом) при киносъемке, не позволяет качественно воспроизводить быстродвижущиеся объекты, которые по141 лучаются либо смазанными (нерезкими), либо с дроблением их движения (движение скачками). А при вращении, скажем, колес кареты или автомобиля, когда скорость их вращения уменьшается, отчетливо видно, что колеса движутся в обратном направлении по сравнению с направлением движения кареты или автомобиля. Все эти недостатки видны зрителям при просмотре изображения с частотой смены кадров 24 кадр/с. 5.2. Высокая частота кадров в цифровом кинематографе В 2011 году Джеймс Кэмерон (рис. 5.3) и Питер Джексон (рис. 5.4) выступили за внедрение в цифровой кинематограф технологии высокой частоты кадров (High Frame Rate – HFR) и началась подготовка действующего проекционного оборудования к переходу на эту технологию. Рис. 5.3. Джеймс Кэмерон [52] Следует отметить, что перспективность этой технологии обсуждали еще при рождении кинематографа. Весной 2011 года Джеймс Кэмерон снял рекламные ролики с частотой смены кадров 24, 48 и 60 кадр/с и продемонстрировал их перед кинематографической общественностью США и Европы. 142 Рис. 5.4. Питер Джексон [52] В России такое выступление состоялось в сентябре 2011 года на ХIX международной выставке «Киноэкспо». Превосходство качества изображения, демонстрировавшегося с повышенной частотой смены кадров, не оставляла сомнения. 20 октября 2011 года в Майами (Флорида) компания Christie подписала историческое пятилетнее соглашение с компанией Джеймса Кэмерона Lightstorm Entertainment, Inc., предметом которого являются исследования, испытания и разработки в области технологий высокой частоты смены кадров (HFR). Две компании договорились о совместном использовании опыта, оборудования и интеллектуального капитала. Компания Christie оказала Кэмерону также помощь в оборудовании новых студий, в том числе просмотровых залов, которые будут использоваться для съемки двух продолжений «Аватара». Чтобы поддержать долгосрочные инвестиции кинопрокатчиков в ожидании прихода кинофильмов с высокой частотой кадров, которые в настоящее время снимают ведущие кинорежиссеры Голливуда, компания Christie выпустила масштабное обновление программного обеспечения (ПО) Solaria V.2.2 для цифровых кинопроекторов серии Christie Solaria™. Это ПО включает в себя поддержку технологии высокой частоты смен кадров Christie Previsto™ и ряд других обновлений прошивки, что позволяет проекторам Christie Solaria Series 2 работать с сигналом, имеющим частоту смены кадров 48 или 60 кадр/с. 143 Технология High Frame Rate обеспечивает исключительно высокую детализацию быстро движущихся объектов, повышенную четкость и плавность их изображения [6]. 11 мая 2014 года в кинотеатре Cinerama (Сиэтл, США) в рамках ежегодного фестиваля научно-фантастического кино состоялась премьера короткометражного экспериментального фильма режиссера Дугласа Трамбалла «UFOTOG», рассказывающего о человеке, пытающемся сфотографировать НЛО. Фильм создавался в формате 4К 3D/120 кадр/с. Демонстрирование картины осуществлялось с помощью проектора Christie ® Mirage 4K35 [28]. В настоящее время все производители цифровых кинопроекторов проектируют и выпускают оборудование, способное работать с высокой частотой смены кадров. Особенности демонстрирования стереоизображений с различной частотой смены кадров достаточно обоснованно показала В. Купцова в [11]. Остановимся на них более подробно. В однопроекторных системах стереопары кадров демонстрируются для левого и правого глаза зрителей, которые надевают на глаза определенный тип 3D-очков – поляризационные, затворные и др. Для уже демонстрируемых в кинотеатрах стереофильмов современное поколение проекторов DLP® Cinema™ использует скорость 24 кадр/с, но при этом каждый кадр изображения показывается по три раза. Этот способ называется утроением частоты мельканий (tripleflashing), в результате чего зритель видит 144 кадра в секунду. Это необходимо для устранения заметности последовательной смены кадров и, следовательно, возникающих помех при просмотре фильма (рис. 5.5). Левый глаз Правый глаз Суммарно 144 кадр/с Рис. 5.5. Утроение частоты мельканий [11] Такое утроение (в общей сложности с 24 кадр/с для каждого глаза до 144 кадр/с суммарно для обоих глаз) обеспечивает большую естественность изображения и позволяет улучшить плавность движений для контента со стандартной частотой кадров. 144 Для полнометражных фильмов, снятых и выпущенных с высокой частотой кадров, HFR-совместимые проекторы обеспечивают удвоение частоты мельканий. Иначе говоря, они показывают каждый кадр дважды (рис. 5.6), что увеличивает суммарную частоту кадров до 192 или 240 кадр/с. Левый глаз Правый глаз Суммарно 192 кадр/с Рис. 5.6. Удвоение частоты мельканий [11] Для новых 3D-фильмов, снимаемых с высокой частотой кадров, в проекторах будет использоваться удвоение частоты мельканий. При просмотре фильма, снятого с частотой 48 кадр/с, зритель увидит каждый кадр дважды, т. е. с частотой 96 кадр/с каждым глазом или 192 кадр/с суммарно для обоих глаз. Удвоение частоты мельканий для фильмов, снятых с частотой 60 кадр/с, обеспечивает невероятно комфортный просмотр 3D-фильмов с частотой 240 кадр/с. Таким образом, устраняется любой намек на возникновение мерцаний, эффекта стробирования и неравномерность движения, а восприятие фильма становится более естественным, зрелищным и привлекательным для кинозрителей (рис. 5.7). Рис. 5.7. Кадры с частотой кадров 24 кадр/с и 48 кадр/с [11] Несмотря на то, что пока неизвестно, насколько такое увеличение частоты мельканий изображения окажется полезным для HFRконтента, эта технология будет встраиваться в проекторы. Стандарты DCI регламентируют такие параметры, как разрешение и скорость кодирования цифрового потока, а также частоту кадров. 145 В настоящее время DCI стандартизировал частоты 24 и 48 кадр/с, при этом для 3D-фильмов используется 48 кадр/с (по 24 кадр/с на каждый глаз). Стандарты хороши, но ряд проблем остался нерешенным. Стандарт DCI для 3D разочаровал режиссеров, понимающих, что своими недостатками фильмы обязаны именно традиционной частоте кадров. В случае HFR-фильмов поток видеоданных становится настолько большим, что уже нет никакой возможности передать его через кабельный интерфейс (провод) от сервера на проектор. Лучший способ борьбы с этой проблемой заключается в ее ликвидации путем применения архитектуры Integrated Media Block (IMB). При этом медиаблок физически размещается внутри проектора. В этом случае HFRконтент поступает непосредственно в проектор без каких-либо компромиссов и с максимально полной цветовой информацией фильма. При показе в кинотеатрах альтернативного 3D-контента, такого, как прямые трансляции спортивных мероприятий или концертов с использованием существующих технологий цифровой кинопроекции, применяются стандартные кинопроекторы с частотой 24 кадр/с для каждого глаза. Кинематографисты полагают, что потрясающий реализм изображения, обеспечиваемый технологией High Frame Rate благодаря плавности движения, проходов камеры и кристальной четкости изображения, будет приводить зрителей в кинотеатры для получения новых впечатлений и эмоций, которые нельзя получить с помощью телевидения, игр и других развлечений. Кинопрокатчикам прокат фильмов с HFR даст возможность обеспечить новый уровень зрительских впечатлений от просмотра и благодаря этому получить дополнительные доходы [11]. 5.3. Технологии цифрового кинопоказа с разрешением 4К Аббревиатуры 2К и 4К обозначают разрешающую способность изображения, проецируемого на экран. Если сказать проще, то разрешающая способность 4К-изображения в 2 раза выше, чем 2К-изображения при одинаковых размерах экрана. Это позволяет на экранах больших размеров создать более четкую и детализированную 146 картинку. Изображения на экране, полученные с помощью различных технологий съемки и проекции, показаны на рис. 5.8. Рис. 5.8. Изображения на киноэкране при разных технологиях съемки и проекции [18] А. Мусинов в [18] отмечает, что явным преимуществом технологии 4К над 2К является то, что разрешение 4К позволяет улучшить цветопередачу изображения, так как на каждый отдельный пиксел 2К-изображения в 4К-изображении приходится 4 пиксела, а, как известно, изображение при цифровом кинопоказе растровое, т. е. строится из пикселов разного цвета и тона. Соответственно, чем больше пикселов отображается на экране, тем более плавный можно сделать переход из одного цвета в другой цвет и из одного тона в другой тон, так как каждая точка имеет свои цвет и яркость. Помимо этого, в 4К-проекторах используется DMD-матрица большего размера (1,4 дюйма), чем в 2К-проекторах (рис. 5.9), что позволяет увеличить яркость изображения при одних и тех же условиях эксплуатации проектора, на том же самом экране, с той же самой лампой в кинопроекторе. Вследствие этого можно либо достигнуть требуемой яркости изображения, если она недостаточна на данный момент, либо, если яркости достаточно, немного понизить мощность на ксеноновой лампе и увеличить общий ресурс ее работы по яркости, так как со време147 ~ 10 м ~ 20 м S2K 2K ~ 24 м ~ 32 м 2K 4K Рис. 5.9. Матрицы цифровых проекторов [18] нем яркость лампы уменьшается. Известно, чем ниже ток на лампе, тем менее активно протекает процесс ее старения. На рис. 5.10 наглядно показано, чем различаются форматы изображения 2К и 4К в разрезе стандартных киноформатов: кашетированное изображение (Flat), широкоэкранное изображение (Scope) и полнокадровый формат матрицы (Full). Полнокадровый 4К Полнокадровый 2К Широкоэкранный 4К Кашетированный 4К Рис. 5.10. Сравнение форматов 2К и 4К [18] Эти различия форматов в цифровом эквиваленте сведены в табл. 5.1. Цветопередача является субъективной мерой качества изображения (применительно к восприятию изображения каждым отдельно взятым человеком). Поэтому в результате объективного анализа можно сказать, что при использовании разрешающей способности 4К при кинопроизводстве и кинопоказе изображения итоговая картинка, 148 Таблица 5.1 Таблица сравнения форматов 2К и 4К [18] Формат изображения Соотношение сторон Разрешение Всего пикселей Scope 2K 2,39:1 2 048×858 1 757 184 Scope 4K 2,39:1 4 096×1716 7 028 736 Flat 2 К 1,85:1 1 998×1080 2 157 840 Flat 4 К 1,85:1 3 996×2160 8 631 360 Full 2K 1,9:1 2 048×1 080 2 211 840 Full 4K 1,9:1 4 096×2160 8 847 360 без сомнения, будет лучше. Но, как показывает практика, это преимущество технологии 4К заметят далеко не все зрители, да и на больших экранах это тоже не всегда очевидно, поэтому было проведено сравнение яркости изображения при прочих равных условиях для 2К и 4К-изображений. Результаты измерений сведены в табл. 5.2. Таблица 5.2 Таблица сравнения показателей яркости 2К и 4К-проекторов [18] Модель проектора CHRISTIE CP4230 CHRISTIE CP4230 Яркость, фут-Лб 9,6 11,0 Примечание. При проведении измерений был использован один и тот же проектор Christie CP4230. Для теста в режиме 2К в него был установлен новый Light Engine 2К (новый интегратор 2К ВВР). Для теста в режиме 4К в него был установлен новый Light Engine 4К (новый интегратор 4К, ВВР). Версия программного обеспечения проектора – 3.1.1. Лампа: Osram XB 06000 DHP. Объектив настроен идентично по размеру экрана в обеспечение формата Scope. Использованный экран Harkness Spectral 2.4 размером 22 980×9 500 мм. Что касается яркости изображения на экране, то чтобы увидеть разницу между 2К и 4К, нужно смотреть один и тот же фильм в обоих форматах и желательно одновременно. Субъективно при просматривании одинакового контента в 2К и 4К-форматах 4К-изображение подсознательно смотрится комфортнее и приятнее при прочих равных условиях кинозала, чем 2К-изображение. Поэтому технология 4К, без сомнения, перспективна и требует развития. 149 Распространенность в прокате 4К-технологии. Формат 4К пока не очень распространен в индустрии цифрового кино. Вызвано это тем, что использование новой технологии требует существенных затрат как от кинопроизводителей, так и от кинотеатров, а рядовому зрителю, как сказано ранее, это не дает существенной выгоды. Для зрителя формат 4К не является бóльшим преимуществом, чтобы заплатить бóльшую стоимость за билет, чем на обычный 2D/2K сеанс (в отличие от сеансов 2D и 3D). Несмотря на все сложности технология 4К развивается. Кинофильмы в формате 4К хотя и в меньшем объеме, но все же снимаются, а кинотеатры устанавливают 4К-оборудование. Нельзя не согласиться с утверждением [18], что технология 4К является перспективной и требует дальнейшего развития. 5.4. Технологии кинопоказа с лазерным источником света В истории кинопроекционной техники до настоящего времени было три поколения источников света. П е р в о е п о к о л е н и е – друммондов свет, или limelights, – свечение с помощью кислородно-водородного пламени, направленного непосредственно на цилиндр из негашеной извести (окиси кальция, англ. lime), заставляя его светиться ярким белым светом. Устройство друммондовой лампы показано на рис. 5.11. Горелка Цилиндр из оксида кальция Шток для вращения цилиндра Подача водорода Краны для регулировки расхода газов Подача кислорода Рис. 5.11. Устройство друммондовой лампы [60] 150 Проблема – горение водородно-кислородной смеси в непосредственной близости от легко воспламеняющейся кинопленки из нитрата целлюлозы представляло серьезную угрозу в плане пожароопасности. Достоинство данного источника света – не требует электричества и может применяться в полевых условиях. В т о р о е п о к о л е н и е – электрическая угольная дуга. Фонарь кинопроектора с угольной дуговой лампой показан на рис. 5.12. Рис. 5.12. Фонарь кинопроектора КПТ‑3 с угольной дуговой лампой [59] Электрическая угольная дуга в пожарном отношении более безопасна, чем источники первого поколения, надежнее, но требует много электроэнергии и трудоемка в работе для киномеханика. Т р е т ь е п о к о л е н и е – ксеноновые лампы. Ксеноновая лампа показана на рис. 5.13. Рис. 5.13. Ксеноновая лампа [59] Достоинства ксеноновых ламп: возможность свечения ярким белым светом, близким по спектру к солнечному свету; продолжитель151 ный срок службы; не требуют дополнительной регулировки в течение длительного времени. В настоящее время на очереди ч е т в е р т о е п о к о л е н и е источников света – лазерные источники. В сентябре 2013 года на Международной выставке «Киноэкспо 2013» в Санкт-Петербурге (рис. 5.14) впервые в России был представлен цифровой кинопроектор с лазерным источником света – модель NC 1040L. Рис. 5.14. Выставочный зал «Ленэкспо» [29] Проектор фирмы NEC модель NC 1040L (рис. 5.15) более эффективен, чем аналогичные проекторы с ксеноновой лампой, так как у лазерного источника до 80 % энергии идет на производство света, а остальная энергия выделяется в виде тепла. Рис. 5.15. Проектор фирмы NEC модель NC 1040L [29] Жизненный цикл лазерного источника, в течение которого поддерживается постоянная яркость, составляет от 20 000 до 30 000 ч и более. 5.4.1. Лазеры Слово «лазер» состоит из первых букв словосочетания light amplification by stimulated emission of radiation (в пер. с англ. – усиление света посредством вынужденного излучения). 152 Лазер – это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического и узконаправленного потока излучения. Лазеры бывают твердотельные, полупроводниковые, газовые и т. д. В качестве источников света в кинопроекторах используются матрицы из лазерных диодов. Сам источник лазерного света состоит из следующих компонентов (рис. 5.16). Оптоволокно Концентратор Лазерные диоды Драйвер Система охлаждения Рис. 5.16. Схема лазерного источника света [12] Матрица лазерных диодов – это источник света, который заменяет ксеноновую лампу. В отличие от нее лазерный диод излучает монохромный цвет (свет одной длины волны). В RGB-кинопроекторах используются диоды, излучающие красный, зеленый и синий свет. Возбужденные электрическим током диоды излучают свет определенной длины волны. Мощность светового потока лазерного источника света зависит от количества диодов в матрице. Необходимо несколько десятков лазерных диодов, чтобы создать световой пучок, мощность которого эквивалентна мощности одной ксеноновой лампы высокой мощности. Сопряжение нескольких источников света позволяет эту мощность существенно увеличить. Основным достоинством применения диодной матрицы является ее высокая надежность. При выходе из строя одного из диодов сама матрица продолжит работать, только мощность светового потока на ее выходе немного уменьшится, что не скажется негативным образом на общем качестве кинопоказа. Драйвер представляет собой набор электронных компонентов, которые позволяют регулировать частоту излучения диодов. 153 Система охлаждения поддерживает температуру диодов во время работы постоянной – примерно 25 °C. Концентратор собирает свет, излучаемый различными диодами, в единый пучок и направляет его в оптическую систему проектора (где формируются изображения, проецируемые на экран). Чипсеты используются такие же, как и в проекторах с ксеноновой лампой. Сегодня существуют кинопроекторы с лазерным источником света на основе DLP-технологии. Компания Sony пока официально не объявляла о выпуске своего проектора с лазерным источником света. Лазерные источники света бывают двух типов: встроенные в проектор и внешние источники. Первые встраиваются в проектор вместо осветительного блока. Внешний же источник света представляет собой устройство в отдельном независимом корпусе (рис. 5.17), подключаемое к проектору с помощью оптоволоконного кабеля, по которому световой сигнал поступает в проектор. Рис. 5.17. Внешний вид лазерного источника света [12] Длина кабеля может варьироваться от 2 до 20 м, что позволяет располагать внешний источник света как в непосредственной близости от проектора, так и в отдельном помещении, что является несомненным преимуществом. Недостаток подобного подключения – дороговизна, так как оптоволоконные кабели стоят недешево [12]. Лазерный свет производится тремя компонентами света: красным, синим и зеленым. Виды лазерных источников света, созданных компанией NEC, показаны на рис. 5.19. 154 Модуль красного лазера Модуль синего лазера Модуль зеленого лазера Рис. 5.18. Модули лазерных источников света (Из архива автора) Лазерный свет узкого спектра, поэтому он очень чистый и очень сильный. Сравнение границ цветовых треугольников лазерного источника света и параметров DCI показано на рис. 5.19. Первым несомненным достоинством лазерных источников света является богатство вариативных окрасок, так как невозможно ни в одном обычном проекторе достигнуть такого количества зеленого, синего и красного, которые превосходят все стандарты DCI. 0,8 y 0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 x 0,6 0,8 Рис. 5.19. Границы цветовых треугольников различных стандартов [6]: черного цвета – цветовой треугольник лазерного источника света (LASER); синего цвета – цветовой треугольник по стандартам фирмы Adobe (Adobe RGB); красного цвета – цветовой треугольник по стандартам DCI 155 При создании лазерных источников света для кинопроекторов возникало множество проблем. Рассмотрим некоторые из них [12]. 1. Ни одна компания, выпускающая промышленные лазеры, не производила лазерные компоненты, которые легко можно было бы адаптировать для кинопроектора. Необходимо было разработать совершенно новые лазерные решения буквально с нуля. 2. Качество изображения. Как известно, лазеры являются источниками когерентного света. Когда такой свет попадает на диффузнорассеивающую поверхность (экран), на ней будет наблюдаться интерференционная картина, называемая спеклом и представляющая собой небольшие пятнышки, негативно влияющие на изображение. Необходимо было разработать меры по устранению этого неприятного явления. 3. Высокая стоимость. Несмотря на предпринятые меры по сокращению стоимости проекторов с лазерным источником света, большинство представленных сегодня на рынке лазерных кинотехнологических решений достаточно дороги по сравнению с существующими проекторами на ксеноновых лампах. 4. Самая сложная проблема – применение лазерных источников света в местах с большим скоплением людей. Существуют многочисленные правила безопасности по применению лазеров. По заявлению производителей проекторов, свет, генерируемый лазерным источником, проходит через оптическую систему проектора и отражается от экрана, по существу, таким же, как и раньше, только потенциально ярче и охватывает более широкий цветовой диапазон. Получение согласия различных регулирующих органов для коммерческого применения лазерных проекторов стало главным препятствием на пути производителей, разрабатывающих лазерные источники света для кинопроектора. В результате была создана специальная ассоциация Laser Illuminated Projector Association (LIPA), члены которой занимаются внедрением лазерных технологий в индустрию кино как с технической, так и с нормативной точки зрения. 5.4.2. Технологии лазерных проекций 3Р, 6Р, ВLUЕ Технологию лазерной проекции очень полно раскрыла в своих статьях [12; 14] главный редактор журнала «Киномеханик сегодня», выпускница факультета технологий кино и телевидения Санкт156 Петербургского университета кино и телевидения В. Купцова. Вот что она пишет. В настоящее время существует три способа создания лазерной проекции: 3Р, 6Р и проекция BLUE. Проекции 3Р и 6Р Эти две архитектуры основаны на комбинации источников красного, зеленого и синего лазерного излучения. 3Р означает 3 Primary, т. е. проекцию на основе 3 источников лазерного излучения – красного, зеленого и синего (рис. 5.20). Рис. 5.20. RGB лазеры [12] Это решение не очень популярно среди производителей кино­ проек­торов и более прижилось в мультимедийных видеопроекторах. Для больших экранов производители разработали более усовершенствованную схему – 6Р. Схема 6Р (6 Primary) совмещает шесть лазерных источников (два красных, два зеленых, два синих). Система 6 Primary стала активно применяться производителями оборудования для улучшения качества 3D. Этот метод известен как «3D с разделением цветов». Данный подход основан на получении изображения с помощью попиксельного сочетания основных цветов: красного, зеленого и синего (RGB). С помощью специальных очков можно отфильтровать волны определенной длины, соответствующие конкретным цветам (рис. 5.21). В результате каждый глаз увидит световые волны нужной длины. Изображение для одного глаза создается одним сочетанием основных 157 Рис. 5.21. Использование 3D-очков с цветовой фильтрацией [12] цветов RGB (R1G1B1), а для другого глаза – другой комбинацией основных цветов (R2G2B2). Очки со светофильтрами позволяют каждому глазу видеть только предназначенное ему изображение. Этот подход используется в 3D-системах Dolby® Laboratories. Подобные системы особенно эффективны в тех случаях, когда за одновременный показ изображений для правого и левого глаза отвечают две проекционные головки. Система Dolby 3D существует уже несколько лет, однако ламповые системы имеют один весьма серьезный недостаток. Две комбинации основных RGB цветов приходится изолировать от широкого спектра ксеноновой лампы, которая испускает белый свет. Эта процедура крайне неэффективна и усугубляет проблему недостатка яркости в кинозалах с большими экранами. Системы лазерной проекции 3Р создают световой поток при помощи одного набора основных цветов RGB, используемых для создания изображения. Чтобы создать изображение с разделением цветов для второго глаза, к источнику света следует добавить три дополнительных основных цвета, установив второй лазерный источник. Система, созданная по такому принципу, и называется 6 Primary (6P) (рис. 5.22). Одна лазерная головка в такой системе состоит из трех лазеров RGB и излучает свет R1G1B1, другая также состоит из трех лазеров RGB, но излучает немного другой свет R2G2B2. 158 R1 B1 Инфракрасный R2 G1 Ультрафиолетовый B2 G2 Рис. 5.22. Набор цветов в системе 6Р [12] Например, в проекторе Barco DP4K‑60L эти шесть источников встроены непосредственно в проектор. А вот компания Christie пошла по другому пути и для своего решения 6Р использует два отдельных проектора и систему Christie Duo. Оптическая схема проектора с лазерным источником света 3Р (6Р) приведена на рис. 5.23. DMD Проекционный объектив Рассеиватель Концентратор Двухмерный массив RGB-лазеров Экран Рис. 5.23. Оптическая схема проектора с лазерным источником света 3Р (6Р) [12] С помощью решения 6Р можно достичь отметки светового потока в 50 000 лм и выше. 159 Проекция BLUE Проекция с лазерно-фосфорными источниками света использует синие лазерные диоды. Эти источники работают по технологии Blue Pumped Phosphors (BPP) – «синяя накачка люминофора». Свечение синего лазера используется для стимуляции люминофора, который в свою очередь излучает свет в зеленом и красном спектре. Этот метод является более экономичным, но и менее ярким. Почему именно синие? Ответ прост – это самые дешевые лазерные диоды и они проще всего изготавливаются, поэтому лазерно-фосфорные проекторы намного дешевле решения 6Р. Но зато и ограничений у таких проекторов больше. Ширина экрана – до 25 м для 2D- и до 16 м для 3D-фильмов. Световой поток наиболее мощного проектора достигает 24 000 лм. В таком проекторе используются две матрицы из синих лазерных диодов. Одна из них используется для получения синего света, излучение другой направляется на фосфорное колесо, которое преобразует синий свет в желтый, который уже затем с помощью дихроичных зеркал преобразуется в красный и зеленый (рис. 5.24). DMD Проекционный объектив Рассеиватель Фосфорное колесо и концентратор Двухмерный массив синих лазерных диодов Экран Рис. 5.24. Схема работы лазерно-фосфорного проектора [12] 160 Лазерно-фосфорная проекция обеспечивает меньшую яркость изза отсутствия зеленого светодиода, вследствие чего такие проекторы более дешевые. Проекторы с лазерными источниками света предоставляют следующие преимущества для кинотеатров: –– высокую яркость изображения (особенно в режиме 3D); –– равномерность яркости по всему экрану; –– высокую контрастность изображения; –– более широкий цветовой охват; –– экономию электроэнергии по сравнению с ксеноновыми лампами (в зависимости от конкретной конструкции системы лазерный проектор будет потреблять от 50 до 70 % мощности, потребляемой эквивалентной ксеноновой лампой); –– уменьшение совокупной стоимости владения. Лазеры имеют длительный срок службы и в отличие от ксеноновых ламп держат яркость на первоначальном уровне намного дольше в течение жизненного цикла. Для просмотра объемных изображений при лазерной проекции по рассмотренным технологиям зрителям предлагают очки, технология изготовления которых позаимствована у фирмы Dolby. Очки показаны на рис. 5.25. Рис. 5.25. Очки для просмотра стереоизображения лазерного источника света [43] 5.4.3. Конструктивное оформление проекторов с лазерными источниками света В настоящее время производители кинопроекционной техники предлагают два решения конструктивного оформления лазерных источников света для кинопроекторов. П е р в о е конструктивное оформление лазерного источника света – в самостоятельном модуле, с последующей подачей света от ла161 зера в оптическую схему проектора по светопроводу – предложили конструкторы фирмы NEC в модели NC 1040L. Модуль лазерных источников света этой модели показан на рис. 5.26. Рис. 5.26. Лазерный блок питания фирмы NEC (Из личного архива автора) Следует напомнить, что энергоэффективность проекторов с лазерным источником света значительно выше, чем с ксеноновыми. Так, у ксеноновых 35 % энергии уходит непосредственно на подачу света, остальное – на разогрев; у лазерных – до 80 % энергии уходит на производство света, остальное – на разогрев. По данным журнала «Киномеханик сегодня» [30], в 2013 году существовали ограничения по яркости (должно быть меньше 6000 лм), поэтому яркость проектора NC 1040L делали 5 000 лм. При использовании двух модулей она достигала 10 000 лм. В 2013 году стоимость лазерных модулей была достаточно высока, так как не существовало никакого объема рынка. Продано буквально несколько штук. Проектор на 5 000 лм стоил приблизительно 150 000 долл. В 2013 году применение цифровых проекторов с лазерным источником света было ограничено по следующим причинам: 162 –– не было стандартов по использованию лазера как источника света в кинопроекторах; –– киномеханик должен был работать с аппаратом с большой осторожностью; –– нельзя было допускать, чтобы зритель из зала смог заглянуть в объектив работающего проектора, во избежание ожога глаз; –– стоимость проектора была высокой. Предполагалось, что после устранения названных причин цифровые кинопроекторы с лазерными источниками заменят проекторы с ксеноновыми лампами. Компания Christie объявила о заключении договора на поставку и установку первого в мире коммерческого цифрового проектора на основе лазерных технологий. Заказчиком стал кинотеатр «Seattle Cinerama Theatre» (США, штат Вашингтон, Сиэтл) – цифровой лазерный 4К-проектор Christie с изменяемой мощностью светового потока (до 60 000 лм). По первому конструктивному оформлению в апреле 2014 года компания Cinemeccanica выпустила системное решение для лазерных проекторов. В отличие от коллег-производителей – NEC, Christie, Barco – итальянцы пошли совсем другим путем и решили всех удивить лазерной доступностью и универсальностью. CineCloud LUX – так называется внешний блок лазерного источника света от компании Cinemeccanica (рис. 5.27), который предназначен для модернизации существующих DLP-проекторов. Характеристики блока Cinecloud Lux приведены в табл. 5.3. Рис. 5.27. Серийный лазерный источник света Cinecloud Lux [47] 163 Таблица 5.3 Характеристики внешнего лазерного источника света Cinecloud Lux [47] Показатель Величина показателя Световой поток От 19 000 до 57 500 лм Световой поток в системе с двумя проекторами До 110 000 лм Применяется с экранами шириной До 50 м Срок службы лазерных диодов 30 000 ч В мае 2015 года на рынке производителей кинотехнологического оборудования появилось новое содружество, результатом которого явилось создание серийного лазерного источника питания. Компании XpanD и Cinemeccanica объявили о совместном продвижении на рынок второго поколения разработки итальянских инженеров – LUX «Lux the smart cinema laser». Внешний источник света на базе лазерного излучения способен работать со всеми моделями цифровых кинопроекторов. Это по-прежнему модульная конструкция, конфигурация и стоимость которой выбираются в зависимости от требуемого светового потока для конкретного кинозала – от 20 000 до 60 000 лм. Источник света обеспечивает яркость 14 fL для режимов 2D- и 3D-показа. Может поставляться вместе с новым проектором и как отдельный блок, подключаемый к уже существующему проектору. На рис. 5.28 блок показан подключенным к кинопроектору DCP‑80, установленному в аппаратной. Рис. 5.28. Система «цифровой кинопроектор – лазерный источник света» от компании Cinemeccanica [27] 164 Срок службы лазерного источника заявлен не менее 10 лет, причем за это время яркость излучения снизится не более чем на 20 %. Устройство позиционируется как альтернатива дорогим ксеноновым лампам, имеющим небольшой срок службы и явные падения яркости с начала их эксплуатации [53]. Применение модулей с лазерными источниками света или блоков света значительно упрощает конструкцию самого цифрового проектора. Для усовершенствования работающих цифровых проекторов вместо ксеноновой лампы в ламповый отсек проектора вводится оптоволокно. Крепление выходного торца светопровода в фонаре проектора СР2230 показано на рис. 5.29. Рис. 5.29. Фонарь СР2230 с открытой крышкой и лазерным источником света Cinecloud Lux [51] Уменьшение габаритных размеров проекторов за счет уменьшения ламповых отсеков привело разработчиков к созданию малогабаритных моделей цифровых проекторов. В т о р о е конструктивное оформление лазерного источника света – установка его непосредственно в проекторе. Такое оформление возможно для источников малой мощности, работающих по схеме с лазерно-фосфорным источником света для небольших киноэкранов шириной до 11 м. Изготовление проекторов рассматриваемого конструктивного оформления производят фирмы Barco, NEC, Christie. Внешний вид проекторов фирм NEC, Barco показан на рис. 5.30. 165 Рис. 5.30. Проекторы фирм NEC и Barco [30] Срок службы встроенного лазерного источника света составляет около 20 000 ч. Благодаря лазерному источнику света проектор практически не требует обслуживания и имеет чрезвычайно низкую совокупную стоимость владения. 5.4.4. Меры безопасности при работе с лазерными проекторами В этом параграфе обобщена информация, содержащаяся в журналах «Киномеханик» [14], «Киномеханик сегодня» [29] и в Руководстве по установке и эксплуатации лазерных проекторов [19]. Лазеры – это устройства, представляющие повышенную опасность для человека. Даже маломощная лазерная аппаратура может являться угрозой нашему зрению, а мощные приборы могут стать причиной серьезных ожогов кожных покровов и сетчатки глаз. Чтобы этого избежать, важно иметь представление о лазерной безопасности. Механизм повреждения глаз Повреждение глаз от теплового эффекта происходит, когда на сетчатку глаза приходится чрезмерно высокая плотность мощности излучения, что приводит к ранам, родственным солнечному ожогу. Это равносильно эффекту, когда человек смотрит на яркое солнце без защитных очков или после лыжной прогулки. При повреждении глаз вследствие фотохимического эффекта, т. е. при воздействии определенных длин волн, базовая структура сетчатки (молекул, из которых она построена) может быть нарушена. Например, резина, которая слишком долго находится на солнце, 166 становится сухой и ломкой в результате воздействия УФ-солнечных лучей, которые нарушают структуру полимера. Оба повреждающих эффекта относятся и к лазерным лучам. Сфокусированный лазерный пучок даже низкой мощности освещает небольшую поверхность, что приводит к высокой плотности мощности излучения. Рассмотрим несколько ситуаций с учетом условий просмотра кинофильма. Зритель, сидящий близко к экрану, получит лишь небольшую часть от общего света, отраженного от него, в то время как человек, находящийся в этот момент близко к объективу, получит легкую световую нагрузку. Если в кинотеатре проходит какое-либо мероприятие, а ведущий должен произносить речь, стоя перед киноэкраном, на который проецируется изображение, то его глаза подвергаются световой нагрузке в течение длительного времени. Человек же, случайно зашедший в световой лазерный луч, подвергнется облучению в течение короткого промежутка времени. В перечисленных примерах результирующая плотность мощность излучения, которая определяет потенциальную опасность повреждения глаз, будет разной. При составлении правил безопасности учитывается наихудший сценарий, когда пользователь смотрит непосредственно в объектив с близкого расстояния (примерно 10 см). Такое поведение может показаться абсурдным, но инсталляторы или киномеханики во время работы с оборудованием могут это сделать совершенно случайно. Даже зритель, сидящий в последнем ряду, находится под угрозой, если кинопроектор установлен недостаточно высоко: человек, вставший в полный рост, может случайно заглянуть через кинопроекционное окно в аппаратную. Классы безопасности лазерной аппаратуры Лазерные устройства согласно стандарту IEC 60825-1 «Безопасность лазерной аппаратуры» подразделяются на четыре класса безопасности. Рассмотрим их кратко. Лазерные устройства класса 1 совершенно безопасны даже при длительном воздействии. Приборы класса 2 имеют немного более высокую мощность, но до сих пор считаются безопасными (во внимание принимается естественный рефлекс человеческого глаза, позволяющий нам зажмуриваться при столкновении с очень ярким све167 том). Продукты классов 3 и 4 являются самыми мощными и требуют защиты глаз при любом потенциальном воздействии. Когда лазерные проекторы только-только начали внедряться, производители присваивали им класс опасности 3, так как на тот момент не было проведено достаточно исследований и не были установлены «правила игры». Сравнение лазерных и ксеноновых источников света Теперь, когда мы имеем представление о механизме повреждения глаз и лазерной классификации, давайте выясним, чем проекторы с лазерным источником света отличаются от своих собратьев с ксеноновыми лампами. Существует один факт, о котором постоянно забывают во время дискуссии по лазерной безопасности: далеко не безопасно смотреть в объектив любого проектора! Перечисленные выше причины повреждения глаз светом лазера также касаются и источников не лазерного света. Более того, тепловой эффект у ксеноновой лампы, как правило, выше чем у лазера. А вот фотохимический эффект более сильный у лазерного источника. Монохроматический свет может приводить к повреждению спе­ ци­фических глазных молекул; его когерентный характер может вызывать появление определенных интерференционных максимумов. Сравнивая лазер как таковой и проектор с лазерным источником света, специалисты пришли к выводу, что излучение последнего более близко к «ксеноновой» проекции, чем к направленному лазерному световому пучку. 16 мая 2014 года Ассоциация производителей проекторов с лазерными источниками света (The Laser Illuminated Projector Association – LIPA) совместно с Международной электротехнической комиссией (IEC, МЭК) объявили о публикации стандарта IEC 60825-1:2014 (изд. 3). Этот стандарт признает, что проекторы с лазерными источниками света (LIP) должны классифицироваться так же, как проекторы с ксеноновыми лампами, а не как продукт лазерного светового шоу. Это означает, что световой поток, излучаемый проектором с лазерным источником света, отличается от коллимированных (параллельных) лазерных лучей, используемых в световых шоу или других продуктах с направленным лазерным лучом. 168 Технический совет МЭК № 76 (TC 76) разработал и обсуждает новый стандарт. МЭК № 76 – это международная группа экспертов лазерных технологий, которые гарантировали, что изд. 3 IEC 608251:2014 отражает текущее состояние научных знаний [29]. По данным В. Купцовой [14], допустимое минимальное безопасное расстояние для глаз (Nominal Ocular Hazard Distance – NOHD) – это расстояние до источника света, на котором интенсивность или энергия на единицу поверхности ниже максимально допустимого воздействия (МРЕ) на роговую оболочку глаз и кожу. Таким образом, считается, что световой луч может нанести вред, если расстояние от источника света до оператора меньше указанного выше безопасного расстояния для глаз. Это расстояние зависит от светового потока, излучаемого проектором, и типа установленного объектива. Чтобы обезопасить необученных конечных пользователей (например, зрителей в кинотеатре), при установке оборудования необходимо соблюдать следующие требования: – интенсивность лазерного излучения не должна превышать допустимое значение на высоте до 3 м (высота разделения – рис. 5.31) над любой точкой поверхности, на которой могут стоять люди, не являющиеся операторами, исполнителями или сотрудниками, или на расстоянии 1 м (ширина разделения – рис. 5.32) ниже или сбоку от мест, где могут находиться люди; Зрительный зал Световой поток Зона ограничения Высота разделения должна быть не менее 3 м Рис. 5.31. Разрез аппаратной и зрительного зала [19] 169 Зрительный зал Зона с ограниченным доступом 1м Ширина разделения Зона ограничения в зрительном зале 1м КП Ширина разделения Рис. 5.32. Вид аппаратной и зала сверху [19] – согласно стандартам безопасности, людям запрещается входить в проекционный луч на участке от объектива проектора до точки допустимого минимального безопасного расстояния для глаз. Чтобы физически ограничить доступ в эту зону, необходимо обеспечить достаточную высоту разделения или оградить эту зону препятствиями. При расчете минимальной высоты разделения учитывается поверхность, на которой могут стоять люди, не являющиеся операторами, исполнителями или сотрудниками. На рис. 5.31 и 5.32 показана стандартная схема размещения проектора. При проектировании необходимо проверить, соблюдаются ли указанные выше минимальные требования. При необходимости следует создать в зрительном зале зону ограничения. Это можно сделать, установив физические препятствия, например оградить эту зону красным канатом, как показано на рис. 5.33. Таким образом, внедрение проекторов с лазерным источником света в современных кинотеатрах будет зависеть, прежде всего, от экономических возможностей того или иного киновладельца, а также от желания производителей вести разработки по снижению стоимости своего нового продукта. Сегодня основным сдерживающим фактором для кинотеатров остается высокая стоимость существующих 170 Рис. 5.33. Зрительный зал (вид сверху) и аппаратная [19] лазерных проекторов. Когда именно источники света нового поколения вытеснят из кинотеатров ксеноновые лампы – вопрос довольно сложный. Возможно, для этого понадобится не одно десятилетие. 5.5. Технология Escape Технология Escape разработана фирмой Barco в 2014 году. Она основывается на трехпленочной системе Тriрtусh® («Триптих»). По этой технологии впервые в 1927 году была снята киноэпопея Ганса Абеля «Napolеon» («Наполеон»). Как показано в [3], это колоссальное историческое кинополотно включало целый эпизод, снятый по трехпленочной системе «Триптих», состоящий как из полиэкранных кадров, так и настоящих панорамных фрагментов (рис. 5.34 и 5.35). В 1950-х годах в США была разработана система панорамного кинематографа «Синерама», а в СССР – система «Кинопанорама», использовавшие проекцию киноизображения на один большой, изогнутый, киноэкран тремя проекторами. Современная технология Escape разработана бельгийской компанией Barco по заказу компании W. Disney. Эта технология позволяет демонстрировать как основное киноизображение, так и другой вспомогательный контент в самых разных вариантах. 171 Рис. 5.34. Панорамные кадры, снятые по трехпленочной системе «Триптих» [3] Рис. 5.35. Полиэкранный кадр, снятый по трехпленочной системе «Триптих» [3] Для реализации технологии Escape в кинотеатре устанавливают основной экран и два дополнительных экрана, слева и справа от основного. Технология Escape позволяет работать в двух режимах просмотра цифровых кинофильмов. Демонстрирование фильмов в режим Escape При реализации этого режима единое изображение демонстрируется на три экрана одновременно (рис. 5.36). В соответствии с техническим описанием и спецификацией версии 1.1 Barco Escape [34], изображение на центральный экран подается с основного кинопроектора, расположенного в киноаппаратной. Изображения на боковые киноэкраны проецируются двумя дополнительными проекторами, которые установлены в специальных шумопонижающих боксах в зале. Режим Escape предоставляет зрителю дополнительную возможность для расширения его периферического зрения. 172 Рис. 5.36. Вид на киноэкраны при демонстрировании кинофильмов, снятых по технологии Escape [37] Этот «боковой» контент может быть синхронным по отношению к контенту, который демонстрируется на основной экран, а может и отличаться. Например, это может быть отдельный диалог или эффекты, напрямую не связанные с основным изображением на центральном экране, а дополняющими его другим киноизображением. В этом заключен основной смысл данной технологии. На рис. 5.37 схематично показано расположение оборудования технологии Escape в зале. 2 1 3 3 1 4 Рис 5.37. Схема расположения оборудования технологии Escape [34]: 1 – два дополнительных боковых экрана с автоматизированными стойками маскирования экрана; 2 – с автоматизированными шторами; 3 – два дополнительных проектора, установленных на лифты hushboxes для доступа на обслуживание; 4 – основной проектор 173 Так как основной экран расположен от зрителя дальше, чем боковые, то высота изображений на боковых экранах должна быть меньше, чем изображения на основном экране. Поэтому на время демонстрирования кинофильма, снятого по технологии Escape, основной экран закрывается снизу (если необходимо, то и сверху) механизированными кашетами черного цвета до высоты изображения, соответствующего высотам изображения на боковых экранах. Для проекции изображения на боковые киноэкраны открываются занавесы (шторки, драпировки), которые в других режимах могут быть закрыты. Открытие кашет основного экрана и занавесов боковых экранов производятся механизмами зашторивания в автоматизированном режиме с помощью программного обеспечения. Чтобы совместить изображения в единое на трех экранах и избежать стыков (разрывов) на киноизображении, изображения боковых экранов накладываются на основной экран. Как и основной экран, боковые экраны крепятся на раму точно по размеру изображения. Работа оборудования по технологии Escape осуществляется в следующей последовательности. Дополнительный контент загружается в специальный медиасервер. Он получает синхросигнал от кинопроектора и сервера, который демонстрирует контент на основной экран. Получая сигнал по тайм-коду, медиасервер начинает воспроизводить контент для двух проекторов, которые демонстрируют свой контент на боковые экраны. Каким будет контент на медиасервере, полностью зависит от режиссера, который осуществлял монтаж данного контента фильма. Дополнительный контент может воспроизводиться в виде дополнительного панорамирования. Скажем, мы едем в автомобиле, смотрим через лобовое стекло, а боковые экраны – это его боковые окна. Или, например, необходимо снять изображение по ширине, тогда его можно снять на специальную широкоугольную камеру и из снятого изображения сделать так называемое маскирование изображения по вертикали, а по горизонтали изображение можно разбить на три части. Из полученного материала можно сформировать соответственно три раздельных контента с одной камеры. Также можно использовать технологии съемки одновременно с трех камер. Кроме того, режиссер к изображению на центральном экране может добавить любые элементы на боковые экраны: например с помощью компьютерной графики дополнить транслируемое изображение 174 любыми спецэффектами или своими оригинальными идеями. К тому же система Escape не требует использования трех экранов в течение всего показа кинофильма. Система может включаться тогда, когда это требуется, например в захватывающий момент или при показе живописной панорамы, когда именно этот эффект трех экранов, эффект широкого периферического зрения, усиливает впечатление. Режим демонстрирования 2D- и 3D-кинофильмов При реализации этого режима изображение демонстрируется на основной – центральный – экран (рис. 5.38). Рис. 5.38. Вид на киноэкраны при демонстрировании 2D- и 3D-фильмов [34] Для просмотра фильмов в режиме 2D и 3D автоматизированная стойка маскирования основного экрана 2 на рис. 5.37 полностью открывает его, а боковые экраны 1 автоматически закрываются темными занавесами. Демонстрирование кинофильма осуществляется с помощью основного проектора 4. Дополнительные проекторы в работе не участвуют. В соответствии с рекомендациями фирмы Barco при демонстрировании кинофильмов, снятых по технологии Escape, в зрительном зале угол обзора киноэкранов должен составлять не более 120°, чтобы не утомлять зрителей при просмотре кинофильмов. При этом первые зрительские ряды попадают в нежелательную зону просмотра фильма. Поэтому необходимо закрывать эти места на время показа по технологии Escape черной тканью. При просмотре 2D- и 3D-фильмов эти места открываются. Для наглядности приведем рис. 5.39, на котором изобразим размещение зрительских мест и размещение киноэкрана с добавлением экранов по технологии Escape. 175 Рис. 5.39. Размещение зрительских мест и киноэкрана с добавлением технологии Escape [8] В черном прямоугольнике на рис. 5.39 показаны места, которые необходимо накрывать черной тканью при демонстрации фильмов, снятых по технологии Escape. Технические характеристики системы Barco Escape приведены в табл. 5.4. Экономические факторы в пользу установки оборудования Barco Escape в кинотеатре Прибыль на инвестиции: –– модель основана на одной установке Barco Escape; –– взимается стоимость билета в размере 5 долл. США; –– был добавлен дополнительный прирост посещаемости по отношению к средней посещаемости, что положительно сказывается на прибыли и прибыли концессии; –– производители обязуются предоставить минимум 12 кинофильмов к 2018 году (4 наименования в 2016 году и 8 наименований в 2017 году); –– единовременный платеж за установку оборудования и настройку в размере 125 000 долл. США; –– плата за прокат кинофильма в размере 10 000 долл. США. Сопровождение эксплуатации оборудования с течением времени Предполагаемые расходы и доходы от эксплуатации оборудования, работающего по технологии Escape, приведены в табл. 5.5. 176 Таблица 5.4 Технические характеристики системы «Barco Escape» [34] Параметр Величина параметра Проекционные устройства Три кинопроектора фирмы Barco серии II Автоматизация, автоматика Серия Jnior Integ 4 Боковые экраны Два моторизованных диффузных экрана с коэффициентом отражения более 0,7 для работы в двух режимах: режиме Escape и в зашторенном состоянии. Высота изображения от 3,8 м до 5,1 м. Ширина от 9,08 м до 12,19 м Соотношение сторон изо- 7,17:1 или 3×2,39:1 изображения бражения на экранах Размещение 2 дополни­тель­­ В зале, в шумопонижающих боксах, установ­ ных кинопроектров ленных на моторизованной платформе, управляе­ мой из зала (для проведения ремонтных работ) Маскирование (кашетиро­ Одна автоматизированная система, маскируюва­ние) основного кино­ щая нижнюю часть основного экрана в режиэкрана ме Escape Занавесы Два черных занавеса, закрепленных на моторизованных рельсах (монорельсовых дорогах) перед боковыми экранами Таблица 5.5 Сравнительные расходы и доходы Время с момента установки Расходы, долл. США Доходы, долл. США 1 год эксплуатации 100 000 0 2,6 года эксплуатации «Точка безубыточности» 5 лет эксплуатации 400 000 600 000 8 лет эксплуатации 720 000 1 200 000 По расчетам специалистов, после «точки безубыточности» наступит время превышения доходов над расходами, от эксплуатации оборудования Barco Escape – время чистой прибыли. При этом доходы будут опережать в росте расходы от эксплуатации [37]. Заключение В учебном пособии рассмотрен широкий круг вопросов, связанных с обеспечением качественного цифрового кинопоказа. В первой главе проанализированы свойства и особенности кинотеатров, зрительных залов, киноэкранов, основного, электросилового и вспомогательного оборудования. Даны некоторые их классификации. Следует отметить, что кроме рассмотренных в работе существуют и другие классификации кинотеатров и зрительных залов, основанные на иных классификационных признаках. Например, зрительные залы можно классифицировать в зависимости от установленного в них звуковоспроизводящего оборудования. Что касается основного, электросилового и вспомогательного оборудования, то их классификации следует считать вполне законченными. Рассмотренные в первой главе технологии проекции DLP Cinema и SXRD являются основополагающими для демонстрирования цифровых кинофильмов и остаются неизменными со дня создания этого вида кинематографа. Оптические схемы цифровых кинопроекторов сохраняются с первых их выпусков, хотя активно разрабатываются и новые серии и модели. Системы звуковоспроизведения Dolby в цифровой кинематограф перешли из 35-мм пленочного без изменений, поэтому раскрыты в сжатом виде. В отличие от них системы объемного звуковоспроизведения здесь представлены подробно и многопланово. В учебниках и учебных пособиях прошлых лет (даже для 35-мм кинематографа) киноэкранам уделялось недостаточно внимания, хотя от них во многом зависит качество киноизображения. В этой книге свойства и характеристики киноэкранов раскрыты достаточно широко, но все же неполно. С материалами по киноэкранам рекомендуется ознакомиться в других литературных источниках, указанных в параграфе 1.3. С качественными показателями киноизображения и кинозвука автор настоятельно рекомендует ознакомиться в приложении к учебному пособию, так как в тексте они только обозначены. Заканчивается первая глава историей создания коалиции DCI. Отмечена ее роль в развитии цифрового кинематографа, в частности по 178 заданию коалиции ведущими проектными организациями по стандартизации специально для цифрового кинематографа были разработаны качественные показатели изображения и звука. Во второй главе показана технологическая схема цифрового кинематографа, действующая со дня его основания, исследованы ее основные элементы и требования к ним. В конце главы описана усовершенствованная схема цифрового кинематографа, которая стала возможной после создания блоков IMB. В третьей главе раскрыта технология работы всех установленных в настоящее время в кинотеатрах 3D-систем ведущих мировых производителей. Проанализированы их достоинства и недостатки. Четвертая глава посвящена объемному звуковоспроизведению. В ней охарактеризованы первые и последние разработки ведущих в этой области кинематографии фирм Dolby и Barco. Системы объемного звуковоспроизведения рассмотрены достаточно широко и на хорошем техническом уровне. Заключительная пятая глава пытается заглянуть в будущее цифрового кинематографа. Она посвящена новейшим технологиям цифрового кинопоказа. Технология 4К нашла применение в кинотеатрах с цифровыми кинопроекторами третьего поколения. Технологии лазерной кинопроекции разработаны для последних моделей кинопроекторов всех ведущих производителей. Их широкому внедрению препятствует в основном высокая стоимость. Системы кинематографа высокого качества и высокой частоты кадров разработаны, но в настоящее время широко не применяются – их внедрение зависит от создателей кинофильмов. Фильмы, снятые по этим технологиям, со временем займут свое достойное место в кинотеатрах мира и нашей страны. Таким образом, в учебном пособии рассмотрены технологии цифрового кинопоказа, которые сегодня являются самыми передовыми. Их широкое внедрение будет способствовать повышению качества цифрового кинопоказа и улучшению восприятия кинофильмов зрителями. Вопросы для самопроверки К главе 1 1. Дайте классификацию современных кинотеатров. 2. Дайте классификацию кинотехнологического оборудования. 3. Охарактеризуйте технологию проекции кинофильмов DLP Cinema™. 4. Приведите оптическую схему проектора DLP Cinema. 5. Приведите конструкцию оптической схемы проектора DLP Cinema, и поясните ее работу. 6. Поясните работу устройства отображения, работающего по технологии SXRD. 7. Приведите конструкцию оптической схемы проектора, работающего по технологии SXRD, и поясните ее работу. 8. Приведите схему звуковоспроизведения фонограмм кинофильмов по системе Dolby формат 5.1, и поясните ее работу. 9. Приведите схемы и поясните назначение элементов в каналах системы воспроизведения формата 5.1. 10. Приведите схемы и поясните расположение элементов систем воспроизведения форматов 5.1 и 7.1 в зрительном зале и аппаратной. 11. По каким признакам классифицируются киноэкраны? Приведите характеристики и применение киноэкранов. 12. Раскройте оптические свойства диффузных экранных материалов. 13. Раскройте оптические свойства направленно-рассеянных экранных материалов. 14. Раскройте оптические свойства направленных экранных материалов. 15. Охарактеризуйте киноэкраны, построенные в полярных и декартовых системах координат. Поясните эти характеристики. 16. Как влияют на качество киноизображения характеристики диффузных экранных материалов, и экранных материалов направленного действия для зрителей, сидящих в первых рядах, в середине зала и в его последних рядах? 17. Перечислите показатели качества киноизображения и звуковоспроизведения в кинотеатрах и дайте их классификацию. 18. Какое влияние оказывает коалиция DCI на развитие цифрового кинематографа? 19. Назовите основные процедуры защиты цифровых кинофильмов, рекомендованные DCI. 20. Перечислите качественные показатели демонстрирования цифровых кинофильмов. Раскройте параметры концепции цифрового кинематографа DCI v.1.0. 180 21. Назовите допустимые отклонения от качественных показателей в цифровом кинематографе. 22. Расскажите о системе ТHX. 23. Перечислите качественные показатели звуковоспроизведения цифровых кинофильмов и основные требования сертификации ТHX. К главе 2 1. Дайте определение понятий «электронный кинематограф» и «цифровой кинематограф». Приведите и поясните технологическую схему цифрового кинематографа. 2. Что включают в себя такие элементы технологической схемы цифрового кинематографа, как мастеринг и компрессирование файла кинофильма? 3. Охарактеризуйте основные процедуры защиты цифровых кинофильмов, рекомендованные DCI. 4. В чем состоят возможные пути доставки цифровой фильмокопии в кинотеатр? Перечислите их основные достоинства и недостатки. 5. Что включают в себя такие элементы технологической схемы цифрового кинематографа, как сервер кинотеатра и цифровой кинопроектор. 6. Покажите схему взаимодействия технологического оборудования в однозальном кинотеатре. 7. Покажите схему взаимодействия технологического оборудования в многозальном кинотеатре. 8. Покажите современную схему управления оборудованием зала кинотеатра. Раскройте ее достоинства и недостатки. К главе 3 1. Охарактеризуйте активную 3D-технологию с затворными очками. Перечислите достоинства и недостатки этой системы. 2. Охарактеризуйте пассивную поляризационную 3D-технологию от фирмы RealD. Перечислите достоинства и недостатки этой системы. 3. Охарактеризуйте пассивную поляризационную 3D-технологию фирмы Master Image. Перечислите достоинства и недостатки этой системы. 4. Охарактеризуйте пассивную поляризационную 3D-технологию системы цифрового IMAX. Перечислите ее достоинства и недостатки. 5. Охарактеризуйте спектральную 3D-технологию фирмы Dolby. Перечислите достоинства и недостатки этой системы. 6. Охарактеризуйте 3D-технологию от фирмы Sony Electronics. Перечислите достоинства и недостатки этой системы. 7. Охарактеризуйте технологию трехлучевой системы стереопроекции. Перечислите технические данные, достоинства и недостатки этой системы. 181 К главе 4 1. Каковы предпосылки разработки технологии звуковоспроизведения фонограмм по системе Barco AURO 3D? Покажите, как размещаются громкоговорители в кинозале по системе Barco AURO 3D. 2. Каковы предпосылки разработки технологии звуковоспроизведения фонограмм по системе Dolby Atmos? Покажите, как размещаются заэкранные акустические системы в кинозале по системе Dolby Atmos. 3. Каковы предпосылки разработки технологии звуковоспроизведения фонограмм по системе Dolby Atmos? Покажите, как размещаются акустические системы объемного звучания и боковые акустические системы объемного звучания в кинозале по системе Dolby Atmos. 4. Каковы предпосылки разработки технологии звуковоспроизведения фонограмм по системе Dolby Atmos? Покажите, как размещаются акустические системы объемного звучания и боковые акустические системы объемного звучания на задней стене кинозала по системе Dolby Atmos. 5. Каковы предпосылки разработки технологии звуковоспроизведения фонограмм по системе Dolby Atmos? Покажите, как размещаются акустические системы низкочастотных громкоговорителей объемного звучания и потолочных систем объемного звучания в кинозале по системе Dolby Atmos. 6. Покажите, как размещаются акустические системы формата 20.1 системы AuroMax. 7. Покажите, как размещаются акустические системы формата 22.1 системы AuroMax. 8. Покажите, как размещаются акустические системы формата 26.1 системы AuroMax. 9. Покажите, как размещаются заэкранные акустические системы и низкочастотные громкоговорители в звуковом формате Dolby Atmos версии 3.0. 10. Дайте определения понятий «зоны» и «регионы окружения» в звуковом формате Dolby Atmos версии 3.0. Как определить число регионов? 11. Что такое спаривание боковых акустических систем окружения в звуковом формате Dolby Atmos версии 3.0? В чем цель спаривания? 12. Что такое спаривание потолочных акустических систем окружения в звуковом формате Dolby Atmos версии 3.0? Как выбрать количество потолочных акустических систем окружения? 13. Как произвести горизонтальную ориентацию боковых и тыловых акустических систем окружения в звуковом формате Dolby Atmos версии 3.0? 14. Как произвести ориентацию спаренных и неспаренных потолочных акустических систем в звуковом формате Dolby Atmos версии 3.0? К главе 5 1. В чем состоят недостатки проекции кинофильмов с частотой 24 кадр/с? Как развивался кинематограф высокого качества в нашей стране? 182 2. Как появилась высокая частота смены кадров в цифровом кинематографе? Как происходит утроение и удвоение частоты мельканий? 3. Охарактеризуйте технологию цифрового кинопоказа с разрешением 4К. 4. Какие существовали поколения источников света в кинематографе? 5. Какая фирма, когда и где представила первый цифровой проектор с лазерным источником света? Назовите марку этого проектора и его технические данные. 6. Что такое лазер, как он устроен и как работает? Как образуется цветное изображение в цифровом проекторе с лазерным источником света? 7. Какие возникли проблемы при создании цифровых проекторов с лазерным источником света? 8. В чем состоят технологии лазерных проекций 3Р, 6Р, ВLUЕ? Приведите оптические схемы проекторов с лазерным источником света, работающих по технологиям 3Р, 6Р и ВLUЕ. 9. Покажите конструктивное оформление проекторов с лазерным источником света. 10. Почему необходимо применять меры безопасности при работе проектора с лазерным источником света? 11. Какие меры безопасности необходимо соблюдать при работе проектора с лазерным источником света? 12. Как возникла технология Escape? 13. В чем суть технологии Escape? Какое оборудование используется при ее работе и как оно располагается в зале? 14. В каких режимах демонстрируются кинофильмы по технологии Escape? 15. Приведите технические данные технологии Escape и ее экономические факторы. Библиографический список Основная литература 1. DCI, Digital Cinema System Specification v.1.0, 2005. 2. Грибов В. Д. Проектирование залов для цифрового кинопоказа: учеб. пособие. – СПб.: СПбГУКиТ, 2011. 3. Грибов В. Д. История кинематографа и телевидения. Ч. 1. История создания и развития пленочных кинематографических систем: учеб. пособие. – СПб.: СПбГУКиТ, 2014. 4. Грибов В. Д. История телевидения и кинематографа. Ч. 2. История цифрового кинематографа и телевидения: учеб. пособие. – СПб.: СПбГИКиТ, 2015. Использованная литература 5. Башилов Г. Три цвета: белый // Компьютера. 1999. № 9. 6. Бирючинский С. Б. Лазерные системы отображения 3D-контента высокой четкости // Мир техники кино. 2013. № 1(27). 7. Инструкция по эксплуатации проектора СР 2000ZX. 8. Кауров О. Переоборудование кинотехнологического комплекса зала № 1 кинотеатра ТРК «Балкания-NOVA». – ВКР. 9. Комар В. Г., Блохин А. С. Концепция технологических решений развития цифрового театрального кинематографа в России // Мир техники кино, 2006. № 1. Июнь-август. 10. Крикливец М. Зрительный зал. Ч. 2 // Киномеханик. 2008. № 4–5. 11. Купцова В. Будущее киноиндустрии: ясно, четко и плавно // Киномеханик. 2012. № 1. 12. Купцова В. Гости из будущего // Киномеханик. 2015. № 5. 13. Купцова В. И один в мультиплексе сервер. Интервью с гендиректором компании «KinoLab» А. В. Святозаровым // Киномеханик. 2012. Майиюнь. 14. Купцова В. Лазерная проекция // Киномеханик. 2014. № 5. 15. Купцова В. Обзор систем многоканального 3D-звука // Киномеханик. 2012. № 5. 16. Купцова В. CINEEUROPE 2015 // Киномеханик. 2015. № 4. 17. Марков Л. А., Стратоников А. А. Современная система объемного звука Barco // Неделя науки и творчества: Материалы Межвузовского научно-практического форума студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященного Году российского кино. В 5 ч. Ч. 5 / редкол.: А. Д. Евменов (отв. ред.) [и др.]. – СПб.: СПбГИКиТ, 2016. 18. Мусинов А. Обзор технологии 4К // Киномеханик. 2015. № 3. 184 19. Руководство по установке и эксплуатации DP4K-L R 5905874RU/03 27/03/2015. 20. Самохин В., Терехова Н. Видеопроекция сегодня и завтра // ТТК. 2007. № 5(13). 21. Семичастная В. Кинофорум в северной столице // Киномеханик. 2006. № 12. 22. Сорокоумов Б. IMAX digital: кухонный гарнитур в спичечной коробке. Ч. 2. // Киномеханик. 2009. № 11. 23. Усачев Н. Н. Качество кинопоказа: учеб. пособие. – Л.: 1989. 24. Черниловская Г. Отражательные экраны для кино- и видеопроекции // Киномеханик / Новые фильмы. 2001. № 3. 25. Черниловская Г. Пленочные экранные материалы для проекционных систем // Киномеханик / Новые фильмы. 1997. № 10. 26. Чечелев А. Отражения реальности // АудиоМагазин. 2015. № 2. 27. Киномеханик сегодня_09 (132)_29–04–2014 28. Киномеханик сегодня_11 (134) _27–05–2014 29. Киномеханик сегодня_19 (117)_24–09–2013 30. Киномеханик сегодня _21 (119)_29–10–2013 31. Киномеханик сегодня_№ 05 (200)_14.03.2017 32. // Синемаскоп. – СПб.: Невафильм. 2006 33. // Синемаскоп. – СПб.: Невафильм. 2007, 2011. 34. A New Way to Enhance the Auditorium. Техническое описание и специ­ фикация. Версия 1.1. Март 2016. 35. Auro 3D for Cinema Theaters. Theatrical System Performance Specification. 2011. 36. Barco Auro Max White Paper Auro Technologies NV. – Belgium, 2015. 37. Barco Escape. Техническое описание и спецификация. Версия 1.1. Март 2016. 38. Вarco NV, Auro Technologies NV, «AuroMax® Next generation Immersive Sound System», White Paper, 2016. 39. Bert Van Daele, R&D Manager, Auro Technologies NV, Wilfried Van Baelen, CEO, Auro Technologies NV и Brian Claypool, Sr.Dir. Business Development, Barco Inc. AURO‑3D® FOR CINEMA THEATERS Theatrical System Performance Specification Rev.: 1.7. AURO TECHNOLOGIES NV, 2012. 40. Dolby Atmos. Cinema Technical Guidelines, 2011. 41. Dolby Atmos. Новое поколение технологий звука для кинотеатров. Обзор // Техническое описание. 2011. 42. Dolby Laboratories, Inc. Спецификация Dolby Atmos® издание 3 43. TP_Barco DP4K_60L_EN_19 november_2015 44. http://artsound-k.ru/3D 45. http://asiacinema.ru 46. http://barco.com/ru 185 47. http://cinemas.nevafilm.ru/equipment/01_digital_cinema_projectors/ cinemeccanica-cinecloud-lux 48. cxem.net/ntv/ntv18.php 49. http://hi-fi.ru А. Чечелёв «Отражения реальности». Интервью с Вильфридом Ван Баленом (Wilfried Van Baelen), создателем формата объемного трехмерного звучания Auro 3D. 50. http://www.hdclub.ua/news/oficialno-predstavlen-format-mnogokanal­ nogo-zvuka-dts: x/330 51. http://kinocomfort.ru 52. kinopoisk.ru/name 53. https://mail.rambler.ru/#/folder/INBOX/5765 54. http://news.meta.ua/archive/04.01.13/cluster:28386916-TvoretsZvezdnyk… 55. http://nkj.ru/archive/articles/13930 56. http://reald.com 57. http://thx.com 58. http://Sony.ru/pro/hub/home/цифровое кино/3D-проекция 59. https://yandex.ru/images 60. http://ru.wikipedia.org Приложение Извлечение из учебного пособия Н. Н. Усачева «Качество кинопоказа» [23] 1. Основные показатели качества киноизображения Качество кинопоказа в той или иной степени зависит от комплекса технологических операций с их технологическим обеспечением как самостоятельных факторов качества киноизображения и, кроме того, от психофизиологических особенностей зрительского восприятия. Поэтому будем понимать для упрощения качество кинопоказа как слагаемое двух параллельных рядов восприятия: качества кино­ изображения и качества кинозвука. Задачу технологического процесса кинопоказа в течение сеанса определим как неискаженную передачу (а практически – с допустимыми из условий субъективного зрительского восприятия искажениями) изображения и звука. Показатели (характеристики) качества киноизображения с некоторой долей условности можно подразделить на две группы: геометрические и светооптические. К геометрическим относятся такие характеристики, как форма изображения, его размеры (линейные и угловые), объемность изображения (реальная или кажущаяся) и, соответственно, те или иные искажения этих характеристик. В группе светооптических характеристик важнейшими являются: опознаваемость наблюдаемых образов, точность передачи яркостей и цветов объектов, точность передачи движения объектов, контраст, резкость и четкость изображений, непрерывность воспринимаемых образов (степень заметности мельканий). Многие из перечисленных характеристик взаимосвязаны. Большинство из них определяется не только техникой и технологией кинопоказа, но и психофизиологией зрительного восприятия, что, в свою очередь, делает их зависимыми от взаимного расположения зрителя 187 и киноэкрана. Следовательно, киноизображения, видимые зрителями, находящимися в разных участках зрительного зала, отличаются друг от друга, и добиться абсолютной их идентичности невозможно, важно лишь обеспечить для всех зрителей приемлемое субъективно качество изображения. 1.1. Объемность киноизображения Во всех существующих видах кинематографа, включая стереоскопическое кино, экранное изображение необъемно, объемность же воспринимаемого киноизображения определяется рядом психофизио­ логических и технических факторов. К психофизиологическим факторам относится жизненный опыт зрителя, привыкшего наблюдать все предметы в объемном виде. Влияние этого в значительной степени зависит от физических факторов, таких как угловые и линейные размеры киноэкрана, компоновка кадра (загораживание одних предметов другими, искусственно созданная по живописным рецептам линейная и тональная перспектива и т. д.). К техническим факторам несколько условно можно отнести в широкоэкранном кино вогнутость (цилиндрическую форму) киноэкрана, а в стереокино – целый комплекс технических средств и приемов, позволяющих создать бинокулярное восприятие кинокадра, т. е. имитировать объемность не на психофизиологическом уровне, а ступенькой ниже – на физико-физиологическом. Объемный характер самого оптического изображения возможен только в голографическом кинематографе, которого пока нет. 1.2. Опознаваемость наблюдаемых объектов Опознаваемость живых объектов, важнейших деталей натурного и декорационного фонов, костюмов является главным условием просмотра кинофильма. Этот показатель определяется длительностью наблюдаемой сцены и функцией зрения, называемой скоростью зрительного восприятия. Последняя, в свою очередь, зависит от условий наблюдения: яркости фона, на котором образуется изображение (т. е. яркости киноэкрана), контраста изображения и размеров наблюдаемой детали изображения, что связано с расположением зрителя относительно экрана. Важнейшая роль процесса кинопоказа в смысле влияния на опознаваемость образов (если считать, что при 188 создании кинофильма и изготовлении фильмокопии все необходимые технические и технологические требования выполнены) заключается в обеспечении достаточной яркости киноэкрана. На рис. 1. приведена экспериментальная зависимость скорости зрительного восприятия Vзв (в относительных единицах 1,34), oт яркости фона Lф. Vзв (отн) 1 0,5 0 100 200 300 400 Lф, кд/м2 Рис. 1. Зависимость скорости зрительного восприятия (в относительных единицах) от яркости фона Видно, что стандартная номинальная яркость экрана в 50 кд/м2 не обеспечивает наилучшую опознаваемость образов. Отметим также, что при всех равных условиях скорость зрительного восприятия уменьшается при утомлении зрительного аппарата. 1.3. Яркостные характеристики киноизображения Для обеспечения неискаженной передачи кинофильма в кинотеатре распределение яркостей киноизображения Lи(x, y, t) должно точно соответствовать распределению абсолютных значений яркости изображения в каждой точке. В каждый момент времени распределение яркостей изображения должно быть таким же, как у реальных объектов, но не объектов съемки, а объектов в замысле создателей фильма: режиссера, оператора, художника. Это важно, ибо светотехнические условия киносъемки диктуются характеристиками носителя и киносъемочной аппаратуры. Ясно, что идеальное (абсолютное) решение этой задачи невозможно, и ее следует переформулировать следующим образом: каков диапазон яркостей, какие абсолютные значения яркости и соответствующие допуски должны быть и могут быть получены при кинопоказе при условии субъективно приемлемого качества киноизображения? 189 1.3.1. Значения яркостей киноизображения, диапазон яркостей Яркость – это световая величина, характеризующая излучение источника света, или элемента его светящейся поверхности, в данном направлении. Яркость численно равна отношению силы света источника в рассматриваемом направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. При кинопоказе зритель наблюдает не самосветящуюся поверхность, а поверхность киноэкрана, т. е. в этом случае яркость – это сила света с единицы площади светящейся отраженным или пропущенным светом поверхности экрана. При наблюдении прерывистого изображения на киноэкране глаз в силу инерционности реагирует на так называемую «кажущуюся» яркость Lк = кд/м2 в соответствии с законом Тальбота: T 1 Lк = L(t )dt , (1) Т0 где Т – время интеграции. При этом необходимо выполнить следующее условие: частота мельканий яркости на экране должна быть больше критической частоты, при которой мелькания заметны. Диапазон яркостей, потенциально воспринимаемых зрительным анализатором человека, весьма широк: примерно от 10–5 кд/м2 до 165 ккд/м2, т. е. более 1 010. Величина яркости Lсa = 165 ккд/м2 называется абсолютной слепящей яркостью, потому что при ней слепящий эффект возникает независимо от яркости фона предварительной адаптации глаза. Но поскольку глаз оценивает не абсолютную яркость, а относительную, в кино можно изображать реальные объекты менее яркими, чем в действительности. Однако слепящий эффект может возникнуть при яркостях, намного меньших абсолютной слепящей яркости. Выражение (2) – формула Неттинга – показывает связь между величиной относительной слепящей яркости Lco и яркостью фона адаптации Lф (кд/м2): Lсо = 173 3 Lф . (2) Lco практически недостижима в кинотеатре, но при решении вопроса о повышении яркости киноэкрана это обстоятельство следует учитывать. 190 Диапазон яркостей цифрового кинопоказа при норме яркости 50 кд/м2 составляет Lи мин = 0,24 кд/м2, Lи макс= 24 кд/м2. Этот диапазон может существенно уменьшиться при наличии засветки киноэкрана посторонним светом или рассеянным проекционным светом: Lи макс Lз K= , (3) Lи мин Lз где Lз – яркость засветки; K – реальный диапазон яркостей (максимальный яркостный контраст). При допустимой засветке, составляющей 1 % от величины проекционного светового потока (если предположить, что засветка равномерно распределяется по площади экрана), получаем согласно формуле (3) K = 50, т. е. вдвое меньше по сравнению с тем, что достижимо в фильмокопии. Уменьшению засветки способствует отсутствие посторонних источников света, чистота оптических сред (объективов, стекол проекционных заслонок) и воздуха, темная окраска потолка и стен зала, особенно вблизи экрана, применение светопропускающих, направленных киноэкранов (главным образом, в открытых кинотеатрах). 1.3.2. Количество воспринимаемых (передаваемых) градаций яркости Восприятие градаций яркости определяется контрастной чувствительностью глаза, которая зависит от условий рассматривания изображения, в первую очередь, от яркости фона (рис. 2 – по данным Кёнига). А 60 40 20 0 0,1 1 10 100 1 000 Lф, кд/м2 Рис. 2. Зависимость контрастной чувствительности глаза от яркости фона адаптации 191 Величина Kп, обратная контрастной чувствительности глаза А, называется пороговым контрастом (Kп = I/A) и характеризует минимальное отличие в яркостях двух участков изображения ∆Lмин, которое может быть замечено глазом, т. е. Kп = ∆Lмин /L0, где L0 – яркость одного участка, а L0 + ∆Lмин, – яркость другого участка. Следовательно, максимальный яркостный контраст K и число воспринимаемых градаций яркости n связаны выражением (4), и тогда n можно определить по формуле (5); K = (1 + Kп)n – 1; (4) lgK lg(1 Kп ) . lg(1 Kп ) (5) n В соответствии с рис. 2 при оптимальной яркости фона порядка 100–200 кд/м2 Амакс ≈ 57, Kп мин ≈ 0,018, и число воспринимаемых градаций яркости теоретически исчисляется сотнями в пределах реальных диапазонов яркостей. Но, учитывая, что, во‑первых, яркость киноизображений значительно меньше 100 кд/м2 и к тому же имеется засветка, и во‑вторых, график на рис. 2 построен по результатам экспериментов со статическими объектами, а не киноизображениями, можно считать, что кинопоказ в настоящее время обеспечивает передачу порядка 20–30 градаций яркости. 1.3.3. Стабильность яркостных характеристик киноизображения Передача яркостей изображения при кинопоказе осложняется нестабильностью яркости киноэкрана во времени и по его площади. Причины изменения яркости экрана во времени: –– изменение режима питания источников света; –– пульсация питающего напряжения; –– изменение регулировки осветительно-проекционной системы; –– загрязнение оптики и стекла заслонки; –– изменение отражающих свойств экрана вследствие пожелтения, запыления. Первая из названных причин вынуждает применять для питания ксеноновых ламп питающие устройства со стабилизацией тока. 192 Человеческий зрительный аппарат мало замечает медленные (плавные) изменения яркости рассматриваемых изображений при условии, что изменения происходят в пределах, когда еще не наблюдаются собственные изменения тех или иных функций зрения. Значительно заметнее резкие, скачкообразные изменения, особенно при рассматривании цветных изображений. Пределы заметности скачков яркости примерно ±20 % для черно-белых и ±15 % для цветных изображений от номинального значения яркости. Причины неравномерности яркости по площади экрана: –– неравномерность освещенности экрана по причине неравномерной светимости источника света, виньетирования светового потока, оптических неоднородностей отражателя, объектива, стекла заслонки и воздуха, а также вследствие различного оптического увеличения для разных частей экрана; –– неравномерный характер светораспределения экрана, что особенно свойственно экономичным в отношении использования светового потока направленным экранам. Неравномерность яркости экрана особенно заметна при движении объекта в плоскости экрана, причем в цветных фильмах больше, чем в черно-белых. 1.4. Передача движения объектов на экране Нарушение точности передачи движения проявляется в виде дробления, т. е. прерывистости контуров изображения предметов при их движении в плоскости экрана (кадра) или при соответствующем панорамировании киносъемочной камеры относительно неподвижных объектов съемки. Заметность этих искажений увеличивается с возрастанием скорости движения и яркости изображения (экрана). Причина явления для современной кинотехники принципиальна – это дискретизация изображения при сравнительно низкой частоте кадросмен (24 кадра, т. е. 48 полукадр/с). Тем самым накладываются серьезные ограничения на творчество кинооператора, и все-таки во многих случаях избежать заметности дробления не удается. Коренным решением проблемы может быть изменение системы: съемка – проекция – увеличение частоты кадросмен (есть предложения, частично реализованные, увеличить частоту съемки – проекции до 30 кадр/с). 193 1.5. Мелькания изображения Как отмечалось ранее, закон Тальбота справедлив только при условии, что частота мельканий яркости, вызванных дискретной передачей изображений, выше критической. Критическая частота мельканий, т. е. та минимальная частота, при которой глаз не замечает мельканий и воспринимает дискретное изображение как слитное, непрерывное, зависит не только от индивидуальных свойств глаза, но и от условий наблюдения, яркости рассматриваемого изображения и его угловых размеров. Согласно исследованиям Айвса и Голдовского, для среднего глаза эти зависимости могут быть выражены так: и fм кр = 12,4 lgLи + α (6) fм кр = 0,13α + b, (7) где Lи – яркость изображения, кд/м2; α – угловой размер, град. Коэффициент α в формуле (6) зависит от цветности изображения, но по усредненным результатам экспериментов принято α = 35,6. Коэффициент b в формуле (7) зависит от яркости и цветности изображения, например, для Lи 6 кд/м2 b = 39, а для Lи = 24 кд/м2 b = 46. Приведенные выше зависимости проиллюстрированы рис. 3 и 4, согласно которым в современной системе кинематографа возможность заметности мельканий изображения существует (по крайней мере, на больших экранах) для первых рядов и светлых, особенно крупных и длительных кинематографических планов. f м. кр. Гц 60 /м 3 24 кд 2 12 кд/м 2 2 1 6 кд/м 2 50 40 30 0 10 20 30 40 αэ, ° Рис. 3. Зависимость критической частоты мельканий от угловых размеров изображения при различных его яркостях: 1 – Lи = 6 кд/м2; 2 – Lи = 12 кд/м2; 3 – Lи = 24 кд/м2 194 f м. кр. 70 2 60 1 50 40 30 20 1 2 3 5 10 20 30 50 100 Lи, кд/м2 Рис. 4. Зависимость критической частоты мельканий от яркости киноизображения при различных угловых размерах: 1 – при рассматривании центра экрана; 2 – при нефиксированном рассматривании киноизображения на всем экране Наиболее критичным с этой позиции является широкоформатный кинопоказ. Повышение частоты кадросмен способствует более надежной защите от этого вида искажений. 1.6. Резкость и четкость киноизображения Резкость киноизображения характеризует степень отчетливости (ясности, различимости) точек, контуров и деталей оптического изображения на киноэкране. Это понятие тесно связано с понятием четкости киноизображения, характеризующим субъективное восприятие мелких деталей оптического экранного изображения. Резкость и четкость киноизображения в кинотеатре зависят от целого ряда факторов: –– точности фокусировки кинопроекционного объектива; –– качества проекционной системы (аберраций, глубины резкости, рассеяния и дифракции света, конструктивных и сборочных погрешностей системы); –– величины оптического увеличения; –– угловых размеров наблюдаемых деталей (т. е. размеров экрана и положения зрителя в зале); –– яркости и контрастности киноизображения. Субъективные требования к резкости и четкости изображения зависят также от сюжета, «зашумленности», кинематографического плана. Кроме того, некоторая нерезкость изображения или его деталей нередко выступает в кино как художественный операторский 195 прием. В силу многофакторности проблема достоверного и сравнительно простого способа количественной оценки резкости и четкости изображения до настоящего времени не разработана, несмотря на усилия многих cпециалистов. Дня кинотеатров важнейшими являются, в этом смысле, вопросы установления необходимой яркости, размещения зрителей и точность фокусировки объектива. На рис. 5 показана зависимость угловой разрешающей способности глаза αг угл. мин от яркости фона адаптации (согласно исследованиям Новопашина). αг, угл. мин 100 10 1,0 0,1 10–1 1 10 102 103 Lф, кд/м2 Риc. 5. Зависимость угловой разрешающей способности глаза от яркости фона адаптации Угловая разрешающая способность характеризует минимальный угловой размер детали изображения, при котором деталь воспринимается отдельно. Таким образом, этот показатель характеризует субъективную сторону резкости и четкости изображения. Согласно рис. 5, принятая яркость киноэкрана (45 кд/м2) с этой позиции неоптимальна, кроме того, можно сделать вывод, что изменения яркости экрана по площади и во времени могут вызывать изменения резкости и четкости киноизображения. Эту зависимость следует также учитывать при размещении зрительских мест. На практике измерение угловой разрешающей способности затруднительно, поэтому стандартами предусмотрен контроль кинопроекционной системы по линейной разрешающей способности (мм–1) с помощью штриховых или кольцевых мир, изображения которых наблюдаются с определенного расстояния (0,3–0,5 м) или через оптическую увеличивающую систему (8–20×). 196 Разрешающая способность проекционной системы, кинопроекторов 35-мм должна быть не менее 40 мм –1 в центре и 20 мм –1 по полю экрана при широкоэкранной проекции и не менее 50 мм –1 в центре и 25 мм –1 по полю экрана для других видов кинопоказа. 1.7. Цветопередача при кинопоказе Цветопередача – процесс отображения цветов оригинала в его цветном изображении, в частности на киноэкране, а также результат этого процесса. В теории цветовоспроизведения выделяют цвето­ передачу физически точную, физиологически точную. Как и в отношении других характеристик, при кинопоказе достижима в настоящее время лишь психологически точная цветопередача. Главная задача – передать с незаметными субъективно цветовыми искажениями хорошо известные цвета объектов, с которыми зритель постоянно сталкивается в жизни: неба, травы, лица человека и т. д. К счастью, и в этих цветах природе свойственно разнообразие, что упрощает задачу. Введем некоторые основные понятия. Главными субъективными характеристиками цвета являются цветность и светлота. Цветность определяется цветовым тоном, обусловленным в человеческом сознании привычным характерным типом преобладающего красителя (например, зеленый – от зелени травы, вишневый – от цвета вишни и т. п.), и насыщенностью цвета, выражающей интенсивность, силу зрительного восприятия цветового тона. Количественная мера насыщенности цвета называется чистотой цвета. Она выражается отношением количества энергии монохроматического излучения данной длины волны света λс к общему количеству энергии. Чистые спектральные тона имеют чистоту цвета, равную 1, а ахроматические, не имеющие цветового тона и насыщенности, – равную 0. Светлота – субъективная характеристика яркости цвета. Разница в цветности разноокрашенных предметов или их изображений называется цветовыми различиями (цветовым контрастом). Минимальная разница в длине волны света ∆λс, при которой глаз воспринимает два объекта как отличающиеся по цветности, называется пороговым цветовым контрастом. Пороговый цветовой контраст неодинаков в различных областях светового спектра (рис. 6). Легче все197 го изменения цветности замечаются в зелено-голубом, желто-оранжевом и оранжево-красном участках спектра. Δλ, нм 6 4 2 0 440 480 520 560 600 λ, нм Рис. 6. Зависимость порогового цветового контраста от длины волны света Любые несоответствия между цветовыми различиями в изображении и соответствующими цветовыми различиями, присущими реальному объекту изображения, возникающие при цветопередаче, называются цветовыми искажениями. Остановимся на причинах и проявлениях цветовых искажений только непосредственно в процессе кинопоказа. 1. Спектральные характеристики излучения (зависимости относительной спектральной светимости Wотн от длины волны излучаемого света λс) проекционных источников света – ксеноновых ламп и ламп накаливания – в сопоставлении с характеристикой солнечного света приведены на рис. 7. Wотн, % СС ЛН 100 КЛ 50 0 400 600 800 λс, нм Рис. 7. Зависимость относительной светимости от длины волны излучаемого света: СС – солнечное излучение; КЛ – излучение ксеноновой лампы; ЛН – излучение лампы накаливания 198 2. Спектральная селективность киноэкранов (желтый оттенок, увеличивающийся в процессе старения). 3. Неоптимальная яркость киноизображения (киноэкрана). Чем меньше яркость, тем хуже различаются красные и оранжевые цвета, светлеют голубые и синие. Цветовые искажения, возникающие по этой причине, особенно заметны при перемещении окрашенного объекта вдоль экрана вследствие неодинаковости яркости экрана по его площади. При очень малой яркости киноизображения цвета вообще не различаются (сумеречное зрение). 4. «Паразитная» засветка киноэкрана. Засветка белым светом уменьшает насыщенность всех цветов, засветка окрашенным светом изменяет цветность отдельных участков изображения по-разному, в зависимости от их цветности в каждый данный момент времени. 5. Некоторые субъективные особенности зрительного восприятия: – явление последовательного цветового контраста вследствие затухания в глазу образов различного цвета (в частности, зеленый затухает быстрее красного); – изменение насыщенности некоторых цветов при малых угловых размерах объектов (при уменьшении углового размера пурпурный цвет переходит в красный, при размерах менее 1,5° уменьшается насыщенность зелено-голубых цветов); – изменение цветов вследствие утомления зрения при длинных по времени, более 20 с, планах и при наблюдении изображения с запрокинутой головой). Стандартами, определяющими прямо или косвенно качество киноизображения, какое-либо измерение или оценка его цветностных характеристик не предусмотрены. Кроме уже упоминавшихся норм яркости, оговорено только, что киноустановка должна быть укомплектована объективами и отражателями одной или смежных групп цветности – во избежание изменения цветопередачи при работе спарен­ных кинопроекторов. УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ Грибов Владимир Дмитриевич ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ЗРЕЛИЩНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Технологии и системы цифрового кинематографа Учебное пособие Редактор Л. Н. Горбачева Корректор Т. В. Бракс Компьютерная верстка С. И. Рожковой Подписано в печать 13.08.2018. Формат 60H84 1/16 . Бумага офсетная. Печ. л. 12,5. Усл. печ. л. 11,6. Уч.-изд. л. 11,8. Тираж 113 экз. Заказ 56. СПбГИКиТ. 191119, Санкт-Петербург, ул. Правды, 13. ИзПК СПбГИКиТ. 192102, Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.
