投影機亮度的祕密 (轉載)

wil-wil

轉載自 - http://www.hd.club.tw/thread-36383-1-1.html


引言:
之前曾轉載一篇 "投影機對比值的疑惑" 文章 (http://www.post76.com/discuss/viewthread.php?tid=7966)，現在再找黎多些資料，希望藉此導正一些錯誤的觀念，讓影音市場和消費者的觀念可以更加健全!

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


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

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


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

"光度" 的單位符號就是 cd，也就是燭光。


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


到目前為止，沒問題吧 ...?
本文剛開始的前兩段一直會把亮度兩個字用引號括起來，是想要讓大家在了解正式的名稱前先不要搞混了。就查到有關照明的各種名詞中，正式中文名稱好像沒有用 "亮度" 做正式名稱的。但許多媒體會將輝度 (Luminance) 稱為顯示器產生的亮度 (Brightness)。

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

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

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

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


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

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

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

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


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

2. 姑且先相信廠商的規格 900 ANSI lumen，將 900 除以 44.583 平方呎會得到:
    900/44.583 = 20.19 fc (fc = foot candela，呎燭光，是一種照度單位）

    如果廠商的數據是確實的話，這表示該投影機在這個銀幕的面積上會有
    20.19 foot candela的 "照度" (Illuminance)。

    什麼是照度？就將它想成投影機的光輸出"照" 在這個尺寸銀幕上的強度。

3. 再來，如果你有銀幕的增益值的話，
    (這可以寫另一個迷思的文章，也是個充滿無知廠商的唬爛值，以後再寫。)
    用步驟 2 算出來數字乘上銀幕增益值，就可以得到投影機和這個銀幕搭配出來的 "輝度" 值了。
    假設我們銀幕的增益是 1.3 的話 ...
    20.19 fc x 1.3 = 26.247 fL

這表示這樣的輝度可以符合，我們剛剛設的 16 ~ 24 fL 的標準。

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

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



現在我們彙整一下剛剛的計算：

畫面輝度 (Luminance, fL) = 投影機的流明數 / 銀幕的面積 (平方英呎)＊ 銀幕的增益
以上例來說，如果這台投影機的燈泡用超過100個小時後，燈泡亮度會繼續下降，當畫面輝度低於 8 fL ~ 10 fL 時，多數人都會想換燈泡了。

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

在這樣的狀況下，燈泡用到 1,000 小時的時候，通常還會有不錯的亮度，更何況，在投影機還是新的時候，將燈泡的輸出調低，同時可以將畫面亮度調至適當程度，還可以延長燈泡壽命。


假設我們很貪心，硬要用上 150" 對角，16:9 的銀幕，假設銀幕的增值仍是 1.3，會是怎樣的情形:
畫面的輝度剛開始會有 17.52 fL，
100 ~   500 小時 :畫面輝度約 = 14 fL
500 ~ 1,000小時 :畫面輝度約 = 11.2 fL

在這樣的狀況下，燈泡用到 1,000 小時的時候，亮度就差強人意了。這也是大部分人想換燈泡、或藉口要換投影機的時候。

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


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

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

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

希望在各位，新的一年可以發揮"精"、"研" 的精神，繼續更上一層樓。

johnjohn444

very useful