mmt-virtreal_red

4.2. Домашний кинотеатр.

Коснемся теперь акустических проблем, которые могут возникнуть при оснащении домашнего кинотеатра (ДК). На рис. 4.5 показан вариант ДК с телевизором и акустическими системами озвучения по системе 7.1. Очевидно, принципиальными недостатками здесь являются ничтожные по сравнению с комнатой размеры экрана. Кроме того, такие ДК характеризуются противоречивостью положения зон хорошего восприятия изображения и звукового поля. Так, оптимальным для телезрителей считается расположение на пятикратном расстоянии по отношению к высоте экрана (около двух метров для 25-дюймового телевизора), а для хорошего прослушивания обычно рекомендуется находиться поближе к тыловой стене комнаты. Легко убедиться, что в любом из этих положений угол визирования экрана будет меньше, чем с последнего ряда в кинотеатрах даже устаревших планировок.

отношению скорости звука Vзв = 340 м/с к частоте сигнала Fзв, т.е. когда прямые и отраженные звуковые волны совпадают по фазе (на рис. 7.7). Тогда получается резонанс стоячей волны, и слушатель, двигающийся по линии звуковой волны, будет попеременно ощущать минимальную и максимальную громкость сигнала. Такие резонансы называют собственными тонами помещения. Например, твердые стены, разнесенные на 6 м, вызовут сильный собственный тон на частоте около 30 Гц и убывающие в зависимости поглощения звука тона на частотах 60, 90, 120 Гц и т.д. В отличие от больших залов, в маленьких комнатах не только кратные, но и основные тона попадают в низкочастотную область слышимых частот, что приводит к неравномерности акустического поля, ощущаемой как неестественное увеличение громкости на частотах этих тонов, т.е. их подчеркивание. Размер помещения по диагонали также может влиять на распределение собственных тонов. Проблема возникает, если комната имеет почти кубическую форму, так как частоты собственных тонов по горизонтальным и вертикальному направлениям при этом близки, что может привести к появление звуковых биений на разностных частотах. Пропорции размеров комнат для

прослушивания 1,6:1,25:1 и 2,5:1,6:1 по отношению к высоте потолка в некоторых литературных источниках считаются оптимальными для маленьких и больших комнат соответственно.

Рис. 4.7. Образование стоячей волны

Рис. 4.6. Звуковые волны в помещении

Таким образом, акустическое оформление ДК необходимо в тем большей степени, чем меньше его размеры, и чем больше требований к качеству звучания предъявляется пользователем. Разумеется, в ДК не должно быть резонансных элементов обстановки, например, мебели с посудой, дребезжащими стеклами или зеркалами. Как показывает опыт, использование в ДК дополнительных поглощающих и рассеивающих звук приспособлений в сочетании со шторами затемнения, коврами и мягкой мебелью всегда полезно и, как правило, оказывается экономически выгодным по сравнению с затратами на дорогостоящие усилители и АС в надежде на то, что с ними акустическая коррекция помещения не потребуется. Потребуется так при ее использовании в акустически не оформленных помещениях может ограничиваться динамический диапазон. даже при использовании в ДК звукотехники, автоматически формирующей амплитудно-частотные характеристики каналов звука с учетом собственных тонов помещения.

Особое значение для эффективной коррекции имеет правильный выбор и размещение звукопоглощающих материалов, зависящие от планировки и меблировки комнаты, ориентации акустических систем, их мощности, частотных характеристик и диаграмм акустической направленности.

Способность поглощения звука материалом выражается коэффициентом поглощения α = Iпогл / Iпад = (Iпад – Iотр)/Iпад = 1 – β, где Iпогл – интенсивность поглощенного звука, Iпад – интенсивность звука падающей волны, Iотр – интенсивность звука отраженной волны, β – коэффициент отражения. Поглощением какого-либо звукопоглощающего устройства, предмета или объекта в целом называется эквивалентная им площадь полностью поглощающей поверхности (α = 1). Единицей измерения поглощения, сэбином (Сб), служит квадратный метр поверхности открытого окна (β = 0 без учета дифракции). Поглощение А материала площади S с известным коэффициентом поглощения α определяется по формуле А = αS, м2 или Сб.

Для достижения требуемой частотной характеристики звукопоглощения обычно комбинируют конструкции, поглощающие энергию на низких, средних и высоких частотах звукового диапазона. Как правило, используют три типа звукопоглотителей:

•пористые акустические плиты, коэффициент поглощения которых максимален в области средних и высоких частот;

•пористые перфорированные экраны, представляющие собой слой эффективного поглотителя, например, минеральной ваты, обернутого стеклотканью и закрытого снаружи перфорированным листом. В качестве последнего используется фанера толщиной 4 – 5 мм, гипсовые или металлические листы. Частотная зависимость коэффициента α этих конструкций имеет резонансный характер, причем в зависимости от размера перфорационных отверстий, расстояния между ними и толщины наполнителя изменяется положение максимума звукопоглощения на оси частот;

•панели, резонирующие на нижних частотах, например, листы гладкой фанеры, сухой штукатурки древесностружечные плиты. При увеличении воздушного промежутка между панелью и поверхностью стены (потолка) поглощение резонирующих панелей в области низших частот увеличивается.

Зависимости коэффициента поглощения α от частоты для некоторых строительных материалов и конструкций акустических поглотителей, а также значения А, применяемые для оценки влияния на акустику зала находящихся в нем зрителей и мебели, приведены в табл. 4.1.

Следует заметить, что большинство звукорассеивающих конструкций, выполненных дерева или фанеры (полуколонны, пилообразные членения стен и потолка) обладает заметным поглощением только в высокочастотной области.

4.2.1. Звукоизоляция. Следует подумать также и о звукоизоляции, предотвращающей проникновение шумов из домашнего кинотеатра в соседние помещения и защищающей домашний кинотеатр от внешних акустических помех. Помехи возникают из-за проникновения звуковой волны через перегородку (материальный перенос), в результате их прохождения через отверстия в стенках (воздушный перенос) и из-за колебаний самой перегородки, вызванных механическими ударами или сотрясениями (мембранный перенос).

Звукоизоляцией R (дБ) перегородки называется ее способность ослаблять проникновение звука между двумя помещениями при определенных условиях. Она определяется выражением

R = L1 – L2 + 10lg(S/A),

где L1 и L2 – средние уровни звукового давления в пространстве, где создается помеха, и в помещении с общим поглощением А, находящемся под воздействием помехи, а S – площадь поверхности перегородки, м2. Звукоизоляция осуществляется путем выбора конструкции или соответствующей модификации стен, потолка, дверей и окон помещения или применения одиночных

Таблица 4.2 (однослойных) или двойных (в общем

более слоев из различных (или одного и того же) материалов, расположенных друг за другом, например, в следующем порядке: фанера, стальная пластина, слой пробки, фанера и т.д. Часто эти слои отделяются друг от друга воздушными промежутками, что при той же массе перегородки позволяет улучшить ее звукоизолирующие свойства.

Для защиты студии звукозаписи от шумов, распространяющихся по конструкциям здания, часто реализуется планировка, получившая название «коробка в коробке». При этом изолируемое помещение со всех сторон отделяется от здания упругими резиновыми прокладками и пробкой и исключаются какие-либо жесткие связи, например через трубы отопления и системы вентиляции, с несущей конструкцией здания. Окна и двери изолируемого помещения выполняются звуконепроницаемыми с герметизирующими прокладками из профильной резины, обеспечивающими их плотное примыкание к дверным коробкам и оконным рамам. Используются двойные и многослойные двери, закрывающиеся с помощью специальных ручек, а также двойные и даже тройные окна со стеклами толщиной 6 – 9 мм. Подобные конструктивные решения позволяют понизить уровень акустического шума до 20 дБ, и именно о них следует подумать меломанам, всерьез рассчитывающим озвучить домашний кинотеатр с динамическим диапазоном 97 дБ, рекламируемым у современных проигрывателей. Удешевленный аналог «коробки в коробке» можно реализовать, соорудив из подходящих материалов в просмотровой комнате дополнительные стены и подвесной потолок на расстоянии несколько сантиметров от основных и постелив толстый ковер на полу. Дополнительным и весьма существенным удобством такого решения является простота скрытой прокладки кабельных коммутаций между проектором (монитором), проигрывателями и канальными АС. Таких коммуникаций оказывается довольно много, и их вид не способствует эстетике просмотра и прослушивания.

Как следует из вышеизложенного, рекомендовать даже дорогостоящий комплект звукотехники как универсальный для любой просмотровой комнаты нельзя. Квалифицированная инсталляция системы ДК в целом без привлечения специалистов, профессионально разбирающихся в особенностях кинематографических систем звукозаписи и приборах для измерения акустической обстановки в помещении, невозможна.

4.3. Планировки кинозалов.

Планировка зала современного универсального кинотеатра, отвечающего европейскому стандарту DIN 19045, показана на рис. 4.8. Здесь базовым параметром, относительно которого определяются размеры зала, является ширина обычного экрана bB. Так как в универсальном кинозале могут демонстрироваться как обычные, так и широкоэкранные фильмы, в нем должен быть предусмотрен удобный переход от показа широкоэкранного

фильма к обычному. Для этого широкий и обычный экраны выбираются одинаковой высоты, а их ширина частично, в зависимости от формата изображения, заслоняется кашетами или шторами затемнения.

Данная планировка подходит для всех форматов широкоэкранного изображения, но оказывается несколько удлиненной (Lmax=6bB), не обеспечивающей должную широту поля зрения с последнего ряда для обычных фильмов. Поэтому она в основном используется при проектировании универсальных кинотеатров и центров развлечений. Что же касается модернизации больших кинотеатров с трансформацией их в мультиплексы, подобные планировки довольно сложно реализуемы, требуют больших капитальных затрат и могут оказаться экономически не рентабельными. Поэтому в большинстве случаев при реконструкции используются другие планировки, отвечающие специально разработанным для этого требованиям. Одна из них, опубликованная в журнале «Киномеханик», приведена в табл. 3.1. Пропорциями именно этой планиовки использованы в дальнейшем при рассмотрении примеров применения видеопроекторов Sanyo в кинотеатрах.

Таблица 4.3

4.3.1. Прямая и косая проекция.

Углы проекции. В зависимости от величины экрана, размеры отображаемых предметов возрастают во много раз, причем увеличение это должно быть одинаковым по горизонтали и по вертикали. Однако геометрическое подобие изображений кадра и экрана возможно лишь в том случае, если оптическая ось проектора проходит через центр экрана и перпендикулярна его поверхности, как показано на рис. 4.9.

На этом чертеже вместо проектора условно показано лишь

его кадровое окно К с находящимся в нем кадром кино-

фильма F и объектив в виде линзы О. Оптическая ось про-

ектора образует угол 90° с экраном, плоскость которого параллельна плоскости кадра. Края кадрового окна (точки a,

b, c, d) проецируются точно на края экрана в точки А, В, С и D. Линейное увеличение кадра равно отношению ширины или высоты экрана к ширине или высоте кадрового окна проектора. Так как АВ=CD, то увеличе-

ние по горизонтали у верхнего и нижнего края экрана одинаково. Равны друг другу левая и правая стороны экрана АС и BD, следовательно, и в этих направлениях кадр фильма увеличивается в одно и то же число раз. В практических условиях прямая проекция часто не обеспечивается.

Косая проекция приводит к искажениям демонстрируемого на экране изображения. Чтобы уяснить характер этих искажений, рассмотрим вначале случай, когда имеет место только положительный вертикальный угол проекции, как показано на рис. 4.10. Здесь объектив проектора Р наклонен на угол + β по отношению к горизонтали ОМ. Чтобы в этом положении оптической оси

проектора обеспечить прямую проекцию, необходимо расположить экран в плоскости ABCD, перпендикулярной нормали ON. При этом ширина изображения у верхней AD и нижней ВС части обрамления экрана будет одинакова, совпадут и высоты АВ и

CD. Следовательно, на экран ABCD будет проецироваться прямоугольное изображение. Однако в действительности проецирование ведется на экран ADEF, который расположен не в плоскости ABCD, а в наклоненной по отношению к ABCD на угол проекции β. Поэтому лучи ОВ и ОС, рисующие крайние

точки кадрового окна, пройдут дальше, пока не упадут на экран ADEF зала в точках F и Е.

Таким образом, лучи ОА и ОЕ, идущие к верхней кромке экрана (рисующие нижние крайние точки кадрового окна), оказываются короче крайних лучей OF и OЕ, доходящих до нижних углов экрана. Так как расхождение лучей, выходящих из объектива проектора, увеличивается в зависимости от их длины, то EF будет больше AD. Поэтому проецируемое на экран изображение кадрового окна окажется не прямоугольным, а в виде трапеции ADEF, стороны DE, EF и AF которой больше соответствующих сторон трапеции ABCD. Например, кадр с домом при нисходящей проекции на экран будет изображаться удлиненным и постепенно расширяющимся книзу, а при отрицательном угле проекции деформация изображения также имеет место, но прогрессивное расширение предметов на экране будет направлено не книзу, а кверху.

Аналогичные рассуждения можно отнести и к горизонтальным углам проекции. При этом горизонтально размещенные в кадре объекты при проекции расширяются в направлении справа налево или слева направо в зависимости от того, положителен или отрицателен этот угол, размеры фигур, двигающихся по горизонтали, изменяются и на экране кажутся не-

нормально широкими. В случаях, если показ фильма осуществляется с вертикальным и горизонтальным углами проекции, фигура, в виде которой кадровое окно проецируется на экран, окажется не равнобочной трапецией, а четырехугольником ADEF, как показано на рис. 4.11.

Заметность искажений, вызванных косой проекцией. Искажения изображения, возникающие из-за наличия углов проекции, растут с увеличением этих углов. Вопрос о том, какая величина подобного искажения изображения на экране не обнаруживается зрителем, очень сложен. В одних случаях сильное нарушение размеров предметов кажется незаметным, а в других обнаруживаются и небольшие искажения изображения. Из многочисленных факторов, влияющих на величину допустимых искажений изображения вследствие косой проекции, можно выделить несколько.

Важнейшую роль играет форма демонстрируемого на экране объекта и ее известность зрителю. Если на экране показывают, например, неизвестных животных, кинозритель не заметит и

больших искажений их формы. Но даже маленькие искажения хорошо знакомых предметов (например, колес или мебели) обнаруживаются легко. Особенно заметными они становятся, когда демонстрируются кадры, где сняты лица знакомых актеров. Совсем не видны даже очень большие искажения объектов, форма которых многообразна, например гор, леса, не известных зрителю улиц и даже зданий.

Искажения изображения, вызванные косой проекцией, удобно определять сравнением ширины (высоты) нижней и верхней (правой и левой) кромки кадрового окна на экране. Разность соответствующих размеров, отнесенная к его не искаженной величине на экране, выраженная в процентах, дает число, характеризующее меру внесенного в изображение искажения. Опыт показывает, что, если относительное искажение имеет величину около 1 %, зрители не замечают никакого нарушения размеров даже хорошо знакомых предметов, демонстрируемых на экране. Если же изображение включает объекты, внешний вид которых малоизвестен или в жизни имеет разную форму, могут быть допущены искажения 5% и более. На практике максимально допустимый вертикальный угол проекции принят равным 12°, что соответствует относительному расширению изображения по ширине 3% и примерно 7,5% по вертикали.

Уменьшения заметности влияния косой проекции на качество изображения добиваются несколькими способами. Первый из них заключается в приведении формы экрана к прямоугольной с помощью темного обрамления его конструкции. Аналогичное решение реализуется видеопроекторами при использовании функции цифровой коррекции трапециевидных искажений путем сохранения в работе пикселей модуляторов, соответствующих прямоугольному изображению на экране, и выключения их избыточной части. В обоих случаях до прямоугольной корректируется только внешняя рамка кадра, а искажения изображения внутри нее остаются. Другой способ заключается в наклоне экрана таким образом, чтобы его плоскость была параллельна плоскости кадрового окна.

Как уже отмечалось, прямая проекция характеризуется, в частности, тем, что фильмокопия в кадровом окне проектора и плоскость экрана параллельны. Если это условие обеспечивается сдвигом проекционного объектива относительно кадрового окна, как показано на рис. 4.12, то и при косой проекции искажения изображения не возникают. Действительно, хотя длина лучей ОА и ОВ не равна длине лучей ОС и OD, изображение на экране точно повторяет в увели-

ченном виде форму кадрового окна (прямоугольник ABCD). Объясняется это тем, что при такой схеме проекции не равны друг другу и лучи Оа, Ob и Ос, Od на пути от границ кадра к объективу. Линейное увеличение кадра определяется отношением отрезков лучей ОА и ОВ к Оа и Ob и соответственно ОС и OD к Ос и Od. Линии же Od и Ос во столько раз больше, чем Ob и Оа, во сколько

лучи OD и ОС больше лучей ОВ и ОА. Так как линейные увеличения при проекции верхней и нижней кромок кадра одинаковы, то искажения, характерные для косой проекции, отсутствуют, хотя угол проекции и существует.

Способ сдвига объектива (Lens shift) является самым эффективным для коррекции трапециевидных искажений и предусмотрен в высококачественных видеопроекторах. Он является оптически точным, но требует особой конструкции осветительно-проекционной системы для решения проблем, возникающих из-за косого хода лучей: уменьшения глубины резкости и виньетирования светового потока.

Косая проекция на экран с цилиндрической поверхностью. Такие экраны налагают дополни-

тельные ограничения на величину допустимых углов проекции. Цилиндрический экран можно представить состоящим из большого числа плоских экранов.

Чтобы упростить рассмотрение вопросов, заменим изогнутый по дуге AOEDB экран только двумя плоскими: AОCB и OEDC (рис. 4.13а). Пусть экран AOEDCB установлен так, что вертикальный и горизонтальный углы проекции равны нулю, т. е. осуществляется прямая проекция. Это зна-

чит, что плоскость, касательная к цилиндрической поверхности экрана AOEDCB по линии ОС, перпендикулярна оптической оси проектора. Несмотря на это, плоские экраны АОСВ и OEDC, которые при рассмотрении заменяют изогнутый, оказываются в горизонтальном направлении наклонными по отношению к центральной касательной плоскости. Получается, что половина кадра фильма проецируется на плоский экран АОСВ с положительным горизонтальным углом проекции, а другая половина кадра – на плоский экран OEDC с отрицательным горизонтальным углом проекции.

Так как при плоском экране наличие горизонтального угла проекции приводит к искажениям изображения в виде прогрессивного сжатия по вертикали и расширения по горизонтали, на плоских экранах АОСВ и OEDC изображения каждой половины прямоугольного кадрового окна проектора приобретут соответствующую форму, симметрично располагаясь относительно линии стыка обоих экранов. Только стыковая линия ОС будет воспроизводиться без искажений. Все расположенные в кадре фильма вертикальные предметы будут к краям экрана прогрессивно уменьшаться, расширяясь по горизонтали. Это условно показано пунктиром на рис. 4.13а и сплошными линиями в виде уменьшения высоты ОС до NM на рис. 4.13б. Причем искажения этого вида при прямой проекции на цилиндрический экран будут тем больше, чем меньше радиус образующей его окружности. Следовательно, искажения, вызываемые косой проекцией, добавляются к искажениям, обусловленным изогнутой формой экрана.

Возникающие искажения принято оценивать относительным уменьшением высоты изображения кадрового окна на краю экрана по сравнению с высотой в центре, т.е. в виде отношения

(OC – NM):ОС. Расчетная величина искажений по вертикали, возникающих при прямой проекции на экран с радиусом изгиба, равным проекционному расстоянию, составляет 3 %. Как уже отмечалось, величина таких искажений при косой проекции не должна превышать 7,5%. Поэтому искажения, вызванные косой проекцией на изогнутый экран, ограничены величиной 7,5 – 3 = 4,5%, которая соответствует углу проекции 7°.

4.4. Отражающие и просветные экраны

Кроме выбора варианта проецирования и решения электроакустических проблем, следует особое внимание уделить выбору киноэкрана. Здесь уместно сравнение со звукозаписями высокого уровня, впечатление от прослушивания которых в первую очередь зависит от качества акустического оформления помещения и установленных в нем систем звукоусиления.

для работы и правильного размещения заэкранных акустических систем центрального, левого и правого каналов, лучшую равномерность яркости экрана и фокусировку изображения на нем. Для расширения зоны стереоэффекта в зале АС левого и правого каналов целесообразно устанавливать ближе к краям экрана на расстоянии около 50 см от обрамления. Эти АС должны устанавливаться как можно ближе к полотну экрана, не касаясь его, а расстояние от их излучающих поверхностей до высокочастотных головок АС не должно превышать 10 мм, что повышает их отдачу и снижает излучение звука поверхностью экрана. По этой же причине рекомендуется устанавливать сабвуфер не за экраном, а под ним на полу или небольшом возвышении между нижней кромкой экрана и полом зала или сцены, как можно ближе к стене за экраном.