博物館4D影院建設(shè)的探討

1、博物館4D影院建設(shè)的探討鄭為貴（中國(guó)濕地博物館陳列展覽部 浙江杭州 310013）【摘要】鑒于4D影院的強(qiáng)大展示功能，現(xiàn)代博物館越來越多地將4D影院建設(shè)納入到整體展示設(shè)計(jì)中，以營(yíng)造全新的觀眾參觀體驗(yàn)。目前我國(guó)博物館4D影院的效果不甚理想，究其原因主要在于建設(shè)者未能很好的把握4D影院總體設(shè)計(jì)原則和系統(tǒng)集成原則，本文首先探討了博物館4D影院建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，最后論述了中國(guó)濕地博物館4D影院集成方案。關(guān)鍵詞：4D影院建設(shè) 設(shè)計(jì)原則 集成原則 集成方案 Research on the Construction of the Museum Digital Cinema 4DZHENG Wei-gui (

2、Display department, Wetlands Museum of China, Hangzhou Zhejiang 310013,China)Abstracts: Given the powerful display features of 4D Cinema, more and more modern museum take the 4D Cinema into the overall design, to create a new visitor experience. At present, 4D Cinema in China is less than ideal, the

3、 main reason is that the constructor can not understood the principles of 4D Cinema design and systems integration very well. This paper firstly discusses the priorities and difficulties of museum 4D Cinemas construction, finally it discusses the 4D Cinemas integration solutions of the Chinas Wetlan

4、d museum.KeyWords: Construction of 4D Cinema, Design principles, integration principles, integration solutions0 引言現(xiàn)代科技日新月異，4D影院的應(yīng)用范圍已相當(dāng)廣泛。4D影院也越來越多的出現(xiàn)在博物館、科技館、紀(jì)念館、藝術(shù)館、水族館等主題內(nèi)容闡釋機(jī)構(gòu)的展示設(shè)計(jì)中，以營(yíng)造全新的觀眾參觀體驗(yàn)。那么什么是4D影院呢？4D影院又稱“4維影院”，是由三維的立體電影和周圍環(huán)境模擬組成的四維空間影院。它不同于普通電影院，4D影院是結(jié)合立體電影和座椅特效、環(huán)境特效，以超現(xiàn)實(shí)的視覺感受配以特殊的、刺激性的

5、真實(shí)效果同步表現(xiàn)，來模仿實(shí)際發(fā)生的事件，讓觀眾在視覺、聽覺、觸覺、互動(dòng)等方面身臨其境。要想建設(shè)一個(gè)展示效果良好的4D影院，關(guān)鍵在于諳通其總體設(shè)計(jì)原則和系統(tǒng)集成原則和方案。1 總體設(shè)計(jì)原則4D影院總體設(shè)計(jì)首先要根據(jù)所投的資金數(shù)量和觀眾席的多少，規(guī)劃其建設(shè)規(guī)模的大小。建設(shè)規(guī)模較大（300萬元以上）的建議采用環(huán)幕放映機(jī)形式；建設(shè)規(guī)模較小（100萬元以下）的宜采用平面投影機(jī)形式。在確定了4D影院的建設(shè)規(guī)模和總體形式后，接下來就要開始考慮影廳設(shè)計(jì)、觀眾席設(shè)計(jì)、放映室設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備間設(shè)計(jì)1。1.1 影廳設(shè)計(jì)影廳設(shè)計(jì)要根據(jù)建設(shè)規(guī)模的觀眾席多少來確定影院尺寸，影廳根據(jù)選定的指標(biāo)，設(shè)計(jì)圓柱型或長(zhǎng)方型影院。影廳設(shè)

6、計(jì)要控制好混響時(shí)間，影廳內(nèi)的混響時(shí)間過短，會(huì)使音質(zhì)干濕、力度感差，較大的影廳中缺少混響聲能，無法調(diào)節(jié)聲場(chǎng)均勻度。一般建議容積為1000 m以下的影廳可取“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定混響時(shí)間的中上限值，容積為1000 m3000 m影廳取其中，大于3000 m的影廳可取其中下限值。對(duì)于體積較大的影廳，建議將地面坡度提升到一定高度，增加主聲道直達(dá)聲對(duì)觀眾席的掠射面，同時(shí)要適當(dāng)?shù)乜刂频蹴數(shù)男螤钆c高度，擴(kuò)大擴(kuò)散面，這樣可減小影廳容積，也有利于混響時(shí)間的控制。影廳設(shè)計(jì)要降低本底噪聲，控制本底噪聲必須從源頭抓起，首當(dāng)其沖的是隔聲，隔振與降低空調(diào)噪聲。在影廳設(shè)計(jì)中，必須要阻止噪聲從廳外傳至廳內(nèi)，隔墻、頂棚與門的隔聲，許多影

7、廳受結(jié)構(gòu)限制，不能采用磚墻結(jié)構(gòu)，而使用輕質(zhì)隔墻，隔聲效果相對(duì)較差（例如雙層石膏板，中空80mm的隔墻，其計(jì)權(quán)隔聲量也僅有44dB），可采用雙層輕質(zhì)磚墻結(jié)構(gòu)，外層再加輕鋼龍骨紙面石膏板，或是中間一道輕質(zhì)磚墻，外兩層為紙面石膏板，且這兩種隔墻結(jié)構(gòu)中間均留有80100mm空腔，內(nèi)填巖棉，這類結(jié)構(gòu)可使整體隔聲量增至60dB以上。采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)隔聲墻，勢(shì)必會(huì)增加墻體厚度，這點(diǎn)應(yīng)予注意，所有隔墻必須與頂部緊密連接，避免噪聲由此侵入。出于消防安全疏散要求，每個(gè)影廳至少有兩個(gè)以上的出、入口門，這是影廳隔聲的薄弱環(huán)節(jié)，要求所有出、入口均設(shè)置有彎道出、入口，避免干擾聲的直接侵入，有條件的影院，每一出、入口均可設(shè)置兩

8、門，構(gòu)成“聲閘”，提高隔聲效果。另外可以在空調(diào)出風(fēng)口和風(fēng)管上安裝消音器和減震器來降低空調(diào)噪聲。1.2 觀眾席設(shè)計(jì)因?yàn)?D影院觀眾座椅是帶自由度運(yùn)動(dòng)的特效座椅，所以座椅的數(shù)量定下后，應(yīng)以影廳中心為基準(zhǔn)向前后左右分布，根據(jù)設(shè)計(jì)在座椅下方預(yù)留管槽，預(yù)埋管路和線槽。觀眾席座椅應(yīng)有足夠的地面提升坡度，確保無遮擋視線設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定視線超高值應(yīng)大于12cm，這個(gè)要求非常重要，實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)銀幕的最低視點(diǎn)高度來確定理想的視線最高值。建筑條件許可下，平均視線超高值宜大于15cm，可設(shè)計(jì)為從前排至后排呈逐級(jí)升高趨勢(shì)的臺(tái)階式地面，這對(duì)直接改善觀眾的視覺條件與聽覺條件均大為有益，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)完全無遮擋。另外座椅的舒適

9、性與觀賞性效果要好，排距、座距、每排視線超高值、視點(diǎn)高度均為影院設(shè)計(jì)重要參數(shù)。排距的寬窄不僅影響到觀眾觀看電影的舒適度，而且對(duì)觀眾的行走與疏散亦十分重要，4D影院特效座椅系統(tǒng)采用固定式座椅排距宜在1.151.2m。1.3 放映室設(shè)計(jì)放映室的空間根據(jù)選定的指標(biāo)來確定:如果采用環(huán)形放映形式，放映室的進(jìn)深應(yīng)不小于3m，高度不小于2.5m；如果采用平面投影形式，放映室的空間不用太大，只要能放下兩臺(tái)放映機(jī)和循環(huán)片柜即可。在放映機(jī)鏡頭前留放映窗口和檢視窗口。檢視窗口得尺寸一般為300mm300mmm和放映窗口水平，具體高度根據(jù)放映機(jī)仰俯角來計(jì)算。因?yàn)榉庞呈业臋C(jī)器對(duì)溫度和濕度的要求比較苛刻，所以根據(jù)4D影院

10、的環(huán)境溫度和濕度應(yīng)增加空調(diào)、加濕機(jī)或除濕機(jī)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度（2024）和濕度（40%60%）。1.4 附屬設(shè)備間設(shè)計(jì)附屬設(shè)備間主要包括音響控制柜、電源配電柜、特效控制柜等，墻壁應(yīng)做好隔聲隔振措施，防止雜音傳入影廳。如果采用氣動(dòng)特效座椅，那就需要增加氣泵房，氣泵房?jī)?nèi)主要放置空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐等設(shè)備，為了安全和減少噪音，氣泵房一定要做隔離、強(qiáng)吸聲處理，宜單獨(dú)放置并封閉。2 系統(tǒng)集成2.1 原則在完成了總體設(shè)計(jì)后，接下來將要進(jìn)行系統(tǒng)集成，系統(tǒng)集成應(yīng)遵循實(shí)用性、可靠性、開放性、擴(kuò)展性，先進(jìn)性、靈活性、易操作性和易維護(hù)性八大原則。其中實(shí)用性和可靠性就是從實(shí)際需求出發(fā)，可靠實(shí)用。采用的技術(shù)手段要具有先進(jìn)性，但必

11、須成熟。盡量選用主流的工業(yè)產(chǎn)品以降低開發(fā)和應(yīng)用過程中的風(fēng)險(xiǎn)，并且具有完整的文檔資料和相對(duì)便宜的價(jià)格。軟件系統(tǒng)必須經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試，并有成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。開放性和擴(kuò)展性就是系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，兼容流行技術(shù)趨勢(shì)，各功能房間的設(shè)備具有一定的互換性。具有開放的數(shù)據(jù)通信媒介接口，支持多媒體技術(shù)，便于系統(tǒng)的智能集成，適應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展，不斷提供增值服務(wù)。先進(jìn)性和靈活性就是在可能的預(yù)算范圍內(nèi)考慮率先采用國(guó)內(nèi)外業(yè)已成熟的先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，以適應(yīng)不斷革新的趨勢(shì)，并利于向更高水準(zhǔn)的系統(tǒng)平臺(tái)升級(jí)。易操作性和易維護(hù)性就是根據(jù)不同的實(shí)際使用情況，針對(duì)操作人員的專業(yè)水平，系統(tǒng)采用不同的操作方式，讓系統(tǒng)發(fā)揮最佳的效果。以上原則應(yīng)用到具

12、體設(shè)備選型上就是在滿足設(shè)備技術(shù)參數(shù)指標(biāo)的前提下，選用知名品牌并通過23年實(shí)踐驗(yàn)證，為廣大技術(shù)人員所認(rèn)同的高可靠性產(chǎn)品（系統(tǒng)），并保證所選器材、設(shè)備接口的一致性，系統(tǒng)的控制界面必須簡(jiǎn)單明了，并具有場(chǎng)景預(yù)設(shè)功能，選擇滿足上述要求的產(chǎn)品及系統(tǒng)，達(dá)到可靠性、實(shí)用性、易維護(hù)性與先進(jìn)性很好的結(jié)合。2.2 方案4D影院系統(tǒng)集成的重點(diǎn)是3D放映系統(tǒng)和4D動(dòng)感特效系統(tǒng)的集成和同步。2.2.1 3D放映系統(tǒng)3D放映系統(tǒng)目前主要有單機(jī)放映、雙機(jī)放映和光譜放映三種放映方式。單機(jī)放映就是單臺(tái)放映機(jī)和播放器通過提高畫面刷新率（為2D放映的2倍刷新率），在同一臺(tái)放映機(jī)上播放左右眼畫面，通過液晶眼鏡的同步開關(guān)功能，讓左右眼看

13、到不同的畫面，產(chǎn)生立體效果。單機(jī)放映的設(shè)備一次性投入低，光利用率相對(duì)比其它立體放映技術(shù)高（約16%），但液晶眼鏡的價(jià)格較高，目前市場(chǎng)價(jià)約為80600美元一幅，運(yùn)營(yíng)成本較高。雙機(jī)放映采用兩臺(tái)放映機(jī)和播放器分別播放左右眼畫面，通過偏振鏡和金屬銀幕為左右眼提供不同方向偏振的光線，觀眾戴上偏振眼鏡，左右眼看到不同的畫面，產(chǎn)生立體效果。雙機(jī)放映的設(shè)備一次性投入高，需要注意的是，由于立體電影的特殊性質(zhì)，影片經(jīng)過分光后亮度降低超過50%，因此要求使用高增益系數(shù)的金屬銀幕，但偏振眼鏡的價(jià)格較低，運(yùn)營(yíng)成本低，光利用率相對(duì)比其它立體放映技術(shù)高（約38%），雙機(jī)放映因其較高的光利用率和低廉的運(yùn)營(yíng)成本，成為目前比較流

14、行的3D放映方式。光譜放映是在放映機(jī)內(nèi)置高速轉(zhuǎn)動(dòng)的RGB分色色輪，為左右眼提供不同的RGB色彩配置，放映機(jī)和播放器通過提高畫面刷新率（為2D放映的2倍刷新率），在同一臺(tái)放映機(jī)上播放左右眼畫面，通過RGB分色眼鏡，讓左右眼看到不同的畫面，產(chǎn)生立體效果。單機(jī)放映的設(shè)備一次性投入較低，光利用率相對(duì)比其它立體放映技術(shù)低（約9%），色飽和度低于其他立體技術(shù)，且RGB分色眼鏡的價(jià)格較高，目前市場(chǎng)價(jià)約為40美元一幅，運(yùn)營(yíng)成本較高，因而這種立體放映很少使用。2.2.2 4D動(dòng)感特效系統(tǒng)4D動(dòng)感特效系統(tǒng)主要包括4D動(dòng)感座椅、4D環(huán)境特效和特效控制軟件。4D動(dòng)感座椅是在普通4D特效座椅的基礎(chǔ)上增加了3自由度運(yùn)動(dòng)能

15、力，4D動(dòng)感座椅從組成形式上一般分為兩類：兩個(gè)座椅一組為一個(gè)單元和動(dòng)感平臺(tái)式。 兩個(gè)座椅為一個(gè)單元，座椅與普通的4D座椅相同，具有4D座椅的所有特效功能，座椅下方是3自由度動(dòng)感設(shè)備，驅(qū)動(dòng)座椅在3個(gè)軸向運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方式可以是液壓，氣動(dòng)或電動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用和造價(jià)都比較靈活。動(dòng)感平臺(tái)式將2040個(gè)4D座椅放置在一個(gè)大的動(dòng)感平臺(tái)上，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具有更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)也更容易維護(hù)，且運(yùn)動(dòng)幅度更大更刺激，在座椅個(gè)數(shù)相同的情況下，比第一種占用更少的空間。由于體積和質(zhì)量較大，動(dòng)感平臺(tái)一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，因而造價(jià)一般也比較高。4D動(dòng)感座椅從動(dòng)感驅(qū)動(dòng)方式上分為三種：液壓，氣動(dòng)和電動(dòng)。其中液壓是通過油源將油液

16、壓入油缸，油缸的伸縮驅(qū)動(dòng)座椅平臺(tái)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，液壓方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠最好的模擬真實(shí)運(yùn)動(dòng)，且載重量大，但造價(jià)相對(duì)較高，易污染。氣動(dòng)通過氣泵將壓縮氣體輸入汽缸，汽缸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)座椅平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，這種方式與液壓方式相比，成本相對(duì)較低，但模擬真實(shí)運(yùn)動(dòng)性能一般，而且需要專門的氣泵房來保障其正常工作，氣泵房的安全性能和噪聲必須在影院總體設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。電動(dòng)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸，從而帶動(dòng)座椅的運(yùn)動(dòng)，這種方式相對(duì)液壓更加環(huán)保清潔，相對(duì)氣動(dòng)相關(guān)設(shè)備也較少。環(huán)境特效系統(tǒng)對(duì)環(huán)境進(jìn)行模擬，包括氣泡、煙霧、閃電、雪花、刮風(fēng)、下雨、互動(dòng)表決等特效，環(huán)境特效主要設(shè)備有水霧發(fā)生器、煙霧機(jī)、泡泡機(jī)、雪花機(jī)和頻閃燈等，環(huán)境特效設(shè)備的安裝應(yīng)注意

17、盡量隱蔽，以便給觀眾足夠的神秘感，同時(shí)還要做好對(duì)環(huán)境特效設(shè)備的隔音處理。 特效控制軟件是控制核心，用于控制和整合電影服務(wù)器、特效硬件控制器、放映機(jī)等，對(duì)聲、畫、特效座椅、環(huán)境特效等設(shè)備進(jìn)行同步控制。特效控制軟件通過對(duì)數(shù)字影片數(shù)據(jù)的提取，專門軟件解析，通過服務(wù)器處理，把數(shù)據(jù)裝載到特效硬件控制器上進(jìn)行后續(xù)處理，特效硬件控制器把開關(guān)量及模擬量的采集構(gòu)成閉環(huán)實(shí)時(shí)控制，保證同步性和實(shí)時(shí)性，同步指標(biāo)應(yīng)控制在1幀以內(nèi)。3應(yīng)用實(shí)例中國(guó)濕地博物館4D動(dòng)感影院影廳設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方形平面放映影院，按照50個(gè)座位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，影廳面積約200，影廳內(nèi)做隔音處理，無外界聲音干擾，具有良好的吸音效果。觀眾廳內(nèi)墻面貼深色吸音板，地面

18、采用深色防靜電地毯或塑膠板，頂部設(shè)聲學(xué)懸掛體，銀幕后面的墻面作強(qiáng)吸聲處理。設(shè)備間的裝修滿足吸聲、減振。其中氣泵室作了隔離、強(qiáng)吸聲處理。在投影機(jī)、氣泵房、通風(fēng)或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)均開啟時(shí)，空?qǐng)鲇^眾席的噪聲級(jí)不超過40dB(A)。所有面向觀眾廳的門均作軟包處理2，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1 中國(guó)濕地博物館4D動(dòng)感影院系統(tǒng)圖由圖可見，該影院主要由3D立體放映系統(tǒng)、5.1音響系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和動(dòng)感特效座椅與特效設(shè)備組成。其中3D立體放映系統(tǒng)采用兩臺(tái)BARCO的放映機(jī)偏振和GDC的數(shù)碼影院服務(wù)器播放來實(shí)現(xiàn)，銀幕采用英國(guó)哈克尼斯仿真專用Spectral2403D屏幕,該屏幕具有特殊的鋁涂層,提供了極其良好的立體放映性能，增益高達(dá)2.8；動(dòng)感座椅采用兩個(gè)氣動(dòng)座椅一組為一個(gè)單元，通過安全帶來控制動(dòng)感座椅的開關(guān)，只有當(dāng)安全帶處于扣合狀態(tài)是，該組座椅才能通過動(dòng)力裝置實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這樣在觀眾不能坐滿的情況下就能有效減少設(shè)備的磨損和電力的消耗。6個(gè)獨(dú)立音源構(gòu)成完全獨(dú)立的5.1聲道環(huán)繞立體聲音響系統(tǒng)，達(dá)到高保真的音響還原效果。經(jīng)調(diào)音臺(tái)、均衡器后期處理后，再通過大功率功放推動(dòng)影院內(nèi)各位置的專業(yè)級(jí)音響3,該音響系統(tǒng)以聽音區(qū)的平均聲壓級(jí)計(jì)，最大聲壓級(jí)為：主聲道每一路127dB，次低頻126dB；環(huán)繞聲111dB，音響輸出最大額定總功率約為6000W，影院滿場(chǎng)最大響度約為103db，系統(tǒng)信噪比98db，系統(tǒng)頻率響應(yīng)