Как построить кинозал с широким экраном?

В этой статье мы предлагаем поговорить об изображении, которое, несомненно, оказывает наибольшее влияние на впечатление от просмотра фильма в домашнем кинозале. Те из вас, кто знаком с форматами кадрирования видео, встречающимися в текущий момент времени на DVD/Blu-Ray/ТВ/в кино, и разбирается, зачем нужна анаморфная линза и как с ней работать, смело могут пропускать первую часть данной статьи. Тем же читателям, которые не знакомы с этими предметами, либо просто хотят освежить свои знания, мы предлагаем краткий исторический экскурс и небольшой технический обзор ниже.

Часть первая. Вводная
Каждый из нас не раз сталкивался с ситуацией, когда фильм на телевизоре или проекторе отображается не на весь экран. Черные полоски - по бокам, сверху и снизу или и там, и там - это, прямо скажем, довольно сильно раздражает. Можно ли справиться с данной проблемой? Прежде, чем ответить на этот вопрос, давайте попробуем разобраться, что такое формат изображения, и какие форматы бывают. Согласно историческим фактам (материал взят из википедии), за всю историю кинофотосъемок с конца 19 века было придумано, испробовано и использовано более 100 различных форматов кадра. В самом начале кинематографа формат картинки на экране зависел от того, какая пленка (негатив) была доступна для использования. А после начала широкого коммерческого применения кинематографа, режиссеры и владельцы кинокомпаний задумались над унификацией - для того, чтобы можно было без особых проблем прокатывать ленты в разных кинотеатрах.
Первый из стандартов, который можно отметить, появился в 1880-1890х годах и ознаменовал собой начало эры «Немого Кино». Был выбран формат кадра 4:3 или 1.33:1 (1.33 части ширины на 1 часть высоты). Его использовали как в Америке, так и в Европе - например, знаменитый ролик «Прибытие поезда» братьев Люмьер, как и самый кассовый немой фильм Голливуда начала 20-го века (Рождение Нации, 1915 год, сборы – 10’000’000 $) были сняты именно в таком формате на 35мм пленку. Это, впрочем, не мешало разным киностудиям проводить эксперименты со слегка отличающимися соотношениями сторон, что естественно, увеличивало проблемы прокатчиков, которые особенно обострилось с появлением в кинематографе звука, когда сбоку кадра пришлось разместить еще и звуковую дорожку и фактически кадр стал еще более квадратным, достигнув соотношения сторон около 1.19, что вызвало еще и некое непонимание у публики, привыкшей к более «широкому» формату.

Анаморфные линзы Panavision для камеры

Именно поэтому в начале 30-х годов 20-го века американская киноакадемия (AMPAS) и ассоциация звукорежиссеров (SMPTE) стандартизировали новый формат кадра с соотношением 1.375:1, который был призван покончить с «разбродом и шатаниями» и прослужил верой и правдой до 1950-х годов, когда начались масштабные эксперименты с «широкоэкранными форматами». Начиная с 1952 года, все основные американские студии начали экспериментировать с кадрами 1.66:1, 1.75:1 и 1.85:1. Последний, кстати, стал стандартом для Голливуда и является им до сих пор. Но формат 1.375:1 не умер окончательно и иногда, даже в наше время, в нем снимаются фильмы. Но это скорее исключение из правил.

Итак, рассмотрим формат 1.85:1 - как и откуда он появился? Не то, чтобы это было первое появление широкого формата на публике. На самом деле, фильмы в широком формате снимались и ранее, но одно дело, когда так снимают один фильм в год и совсем другое, когда вся киноиндустрия начинает работать с форматом как со стандартом. Давайте разберемся, как это происходило в те годы. Очень просто - фильм снимали на стандартную пленку с кадрами 1.375:1 на сферическую линзу, но часть кадра при этом «матировалась» либо сразу на пленке, либо специальными планками в проекторе – они физически закрывали часть кадра. Из-за использования только части кадра, фильмы на взгляд выглядели более зернистыми по сравнению с предыдущим форматом 1.375:1. Довольно быстро процесс съемок был технологически усовершенствован – в нем начали использовать не сферическую линзу, а анаморфную, искажавшую картинку, попадающую на негатив (тот же самый, традиционный, 1.375:1) так, что актеры, например, выглядели вытянутыми по вертикали. Для «разворачивания» картинки в кинотеатре использовалась такая же линза, которая расширяла картинку по горизонтали, и «вытянутость» исчезала.

Анаморфная линза Panavision для проектора

Примерно в тоже время (начало 1950-х) на кинорынке появилась совсем уже экзотическая для того времени штуковина - называлась она Cinerama и отличалась супершироким (соотношение сторон было до 2.66:1) а главное, сильно вогнутым экраном. Первые реализации были весьма сложны - картинка проецировалась одновременно с трех проекторов, синхронизированных друг с другом, но показывающих свою часть кадра, а звук воспроизводился с отдельного устройства. Снимались фильмы тоже тремя камерами с синхронизированными затворами, билет в такой кинозал стоил приличных денег, и позиционировались такие кинопоказы скорее как поход на театрализованное представление - с программками, резервом мест и так далее. Усовершенствование технологии произошло довольно быстро и уже традиционным способом - снимать начали на 70-мм пленку вместо традиционной 35-мм, для съемки и показа использовали анаморфные линзы и один проектор вместо трех. Практически музейный формат Cinerama и его реинкарнации Ultra Panavision 70/Super Panavision 70 до сих пор можно встретить в отреставрированных кинотеатрах в США и Англии.

В попытках реализовать формат более широкий, чем 1.85:1 (по примеру Cinerama), но более доступными способами, студии проводили опыты на традиционной 35мм пленке с соотношением сторон 1.375:1. Эти эксперименты выявили ряд ограничений - так, например, необходимость добавления магнитной полосы на пленку сократила соотношение сторон с 2.66:1 до 2.55:1, а впоследствии до 2.39:1. Этот формат наиболее удачно получилось реализовать у FOX Studios и его назвали CinemaScope. Кроме него эксперименты проводились Technicolor (Techniscope), а также Европейскими студиями – форматы Euroscope, Francoscope и Naturama. В пользу CinemaScope сыграло то, что компания Warner Brothers решила не создавать свой WarnerScope, а лицензировать CinemaScope у Fox и то, что свежеобразованная компания Panavision сумела быстро наполнить рынок недорогими и качественными линзами, как для камер, так и для проекторов кинотеатров.

Необходимость добавления магнитной полосы на пленку сократила соотношение сторон в формате CinemaScope с 2.66:1 до 2.55:1, а впоследствии до 2.39:1

Часть вторая. Форматы сегодня
Теперь давайте попробуем систематизировать все вышесказанное и перенести эти знания в реальную жизнь. Рассмотрим цифровые носители (Blu-Ray), коммерческий кинематограф и телевидение. Также будем рассматривать кроме соотношения сторон еще и понятие «разрешение», то есть количество точек на сторону.
Начнем с широкого формата и пойдем к узкому, а заодно дадим комментарии, где эти форматы можно встретить:
⊗ 2.39:1 или 12:5 - стандартный кинотеатральный широкоэкранный формат, корнями уходящий в вышеописанный Cinemascope. Применялся на пленке путем анаморфного преобразования в момент съемок и потом - во время показа. При адаптации для бытовых носителей (Blu-Ray) для упрощения формат доводится до соотношения 2:40:1 или 1'920x800 пикселей;
⊗ 2.37:1 или 21:9 – попытка телевизионной индустрии в 2010-х годах создать синтетический широкоэкранный стандарт под кое-кому знакомые «суперширокоэкранные телевизоры» - этим отметился, например, Philips. Физическое разрешение матрицы у таких телевизоров – 2’560x1’080;
⊗ 1.85:1 - официальный кинематографический стандарт для США и Англии, впервые представлен компанией Universal Pictures в мае 1953 года (чуть шире, чем традиционный 16:9);
⊗ 1.78:1 или 16:9 – один из официальных стандартов для цифрового телевидения, широко использующийся также в бытовых видеокамерах. Является одним из официальных стандартов для сжатия MPEG-2. Текущая спецификация Full HD с разрешением 1920х1080 как раз имеет соотношение сторон 16:9;
⊗ 1.43:1 – формат IMAX, приведен для справки;
⊗ 1.33:1 или 4:3 – формат, ранее использовавшийся повсеместно в аналоговом телевидении и в кино до появления стандарта 1.375:1. Также является одним из стандартных форматов кодирования в MPEG-2.
 
Часть третья. Как использовать эту информацию на практике?
А теперь давайте рассмотрим это все через призму построения системы видеопроекции для домашнего кинозала. Почему кинозала? Да потому, что если у вас есть телевизор, а не проектор, то ничего с ним сделать вы не сможете. Подавляющее большинство телевизоров на рынке имеют стандарт 16:9. Так что максимум, что можно сделать с таким телевизором - замуровать в стену, искусственно ограничив его по высоте, ибо эксперименты с «суперширокими телевизорами» 21:10 закончились, едва начавшись, что можно только приветствовать. Всякие режимы «заполнения» черных полос по бокам (при просмотре старых фильмов) или сверху-снизу (при просмотре «блюреев» с форматом 2:40:1) рассматривать не будем, они либо банально обрезают «лишнее», либо существенно искажают картинку.
С экранами для проекторов ситуация диаметрально противоположная - экраны доступны в любом формате от 1:1 до 2:40:1 и даже более при заказе кастомного экрана например, тот же Stewart с удовольствием сделает любой экран за ваши деньги по предоплате. Но есть нюанс - матрицы бытовых видеопроекторов в настоящее время, за небольшим исключением, имеют то же соотношение сторон, как и ТВ - 16:9. Нам известна модель проектора с физической матрицей в 2,35:1 – это одна из моделей Projection Design/Avielo. По слухам, есть шанс, что некоторые из более крупных игроков на рынке сделают подобные проекторы, но давайте отталкиваться от реалий - а реалии имеют цифры 16:9.
Это не так плохо, если вы или ваш заказчик (в случае, если вы инсталлятор) не против пустого места на экране при просмотре широкоэкранных фильмов или же если основной источник контента - это спутниковый ресивер или игровая приставка. Но что же делать, если вы не хотите смотреть на черные полосы во время просмотра фильмов, если вы строите кинозал для кино, а не для просмотра футбола и игры в GTA V? Первое и самое главное - нужно использовать экран формата 2.40:1. Это, очевидно, просто и не всегда дорого. Несколько сложнее задача получения на нем картинки «во весь экран» с плеера, который отдает картинку в 16:9 и проектора, матрица которого тоже имеет разрешение 16:9, ведь у нас на экране в этом случае будет изображение меньшего формата.

Самый простой способ выхода из данной ситуации - использовать проекторы, которые оснащены моторизованными объективами с памятью на «зум» и «шифт» - на увеличение и сдвиг, если по-русски. В этом случае вы можете записать в память проектора несколько режимов объектива, один из которых будет отвечать за картинку 16:9, а второй - за картинку 2.40:1 (картинка будет увеличена, чтобы заполнить экран по ширине, а сдвигом картинки вверх-вниз можно компенсировать смещение изображения). Правильно ли это? Давайте просто посчитаем. Разрешение blu-ray и матрицы проектора - 1920х1080 пикселей, что равняется 2 073 600 пикс. При записи фильма в формате 2.40:1, используется только 1'920х800 пикселей (см выше), что равняется - 1'536'000 пикс, что на 25% меньше чем «нативное» разрешение проектора! То есть 25% матрицы проектора никак не участвуют в работе.

Кроме этого, соответственно, падает и яркость проектора, потому что четверть матрицы банально не пропускает свет (постоянно работает в режиме затемнения, «показывая» черный цвет). А освещенности проектора порой отчаянно не хватает, особенно в 3D фильмах. Кроме того, переключение из режима в режим занимает немало времени и сопровождается далеко не тихим жужжанием моторов объектива. Что делать и как можно заставить проектор работать на полную во всех режимах?

Ответ прост, но как обычно недешев - можно использовать те же самые анаморфные линзы, которые используются в киноиндустрии вот уже более полувека. Одной линзы, впрочем, недостаточно. Необходимо каким-то образом модифицировать картинку до попадания на матрицу проектора, «вытянуть» ее, чтобы картинка из формата 2.40:1 и разрешения 1’920x800 превратилась в вытянутую 16:9 и 1’920x1'080, пересчитать ее, добавить недостающие пиксели. А линза потом растянет ее по горизонтали оптически.

Неподвижная анаморфная линза, установленная на проекторе

Для таких пересчетов «на лету» используются специальные видеопроцессоры, коих на рынке присутствует приличное количество. И в случае правильно подобранных линзы и процессора (линза, к слову, может располагаться стационарно на проекторе), переключение между режимами будет занимать буквально долю секунды, при этом в любом режиме будет использоваться вся матрица проектора и, соответственно, весь его световой поток.

Моторизованная линза, установленная на проекторе

Какие еще есть варианты? Их немного, но они есть. Во-первых, есть моторизованные линзы, которые можно двигать. Если в использовании линзы есть необходимость, то ее можно пододвинуть и поставить перед объективом проектора, если она не нужна, то линзу соответственно можно отодвинуть. Зачем это нужно? Теоретически любая линза неидеальна. Линзы бывают цилиндрическими или призматическими, сделанными из хорошего просветленного стекла или же не очень хорошего. В любом случае возникают потери внутри сборки оптических элементов, а также переотражения внутри корпуса линзы. Таким образом, перед пользователем стоит выбор – добиться мгновенного переключения или все-таки получить чуть лучше качество, но только в режиме 16:9. Кроме этого, иногда проектор может выполнить часть функций видеопроцессора (скейлера). В этом случае можно как раз обойтись моторизованной линзой и сэкономить на отдельном скейлере. Впрочем, прецизионный электрический привод линзы может стоить вполне сравнимых со скейлером денег.
 
Часть последняя. Заключительная
Стоит отметить, что построение действительно хорошей системы видёеопроекции - весьма непростая задача, которая требует от инсталлятора или проектировщика знаний и специальных навыков. Уметь выбирать размер экрана в зависимости от размера стены и мощности проектора, а также учитывать финансовые пожелания заказчика подчас недостаточно. Имеет смысл до выбора экрана, проектора, линзы и процессора опросить конечного пользователя кинозала на предмет того, чего же все-таки ему хочется больше всего - смотреть фильмы как в кино или он больше склоняется к просмотру футбольных матчей и компьютерным играм.
Также имеет смысл держать в голове, что для системы, основанной на памяти объектива проектора обычно надо использовать экран ровный, а для анаморфной линзы нужен экран «гнутый», с определенным радиусом кривизны. Также стоит уделять самое пристальное внимание размещению проектора относительно экрана, ведь даже если проектор имеет встроенные функции по коррекции трапецеидальных и бочковидных искажений, то качество картинки от их применения явно не выиграет.
Надо сказать, что это лишь один из нюансов получения видеоизображения в домашнем кинотеатре. В ближайшее время мы постараемся подготовить для вас обзор различных материалов для экранов (акустически прозрачных - перфорированных или плетеных, белых/серых/серебристых и так далее).