【數(shù)字視聽網(wǎng)訊】01前言

如何科學(xué)地推薦教室顯示設(shè)備?為何選擇的是投影機(jī)而不是大屏一體機(jī)?顯示尺寸為何是86英寸?哪種才是選擇教室顯示設(shè)備的正確姿勢?

不知道你是否有如上的問題和困惑?筆者在十幾年的從業(yè)經(jīng)歷中，需要經(jīng)常面對(duì)這樣的問題，時(shí)至今日，筆者萌生一個(gè)念頭，希望寫就一篇淺顯易懂的基礎(chǔ)文章，看完文章的人，銷售人員得到技術(shù)支撐，研發(fā)人員有了理論依據(jù)，技術(shù)愛好者的疑問也豁然開朗。即便是沒有專業(yè)基礎(chǔ)的人，也能以最快的速度做到專業(yè)入門，這篇文章需要既有專業(yè)水準(zhǔn)又淺顯易懂。大道至簡!

今天，我們就來嘗試一下，你需要的僅僅是完整閱讀此文的耐心(30分鐘左右)，以及初中物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。沒錯(cuò)，你沒有看錯(cuò)，只需要有初中的物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，加上對(duì)顯示設(shè)備一些基礎(chǔ)參數(shù)的了解(如分辨率、流明這些，可以通過百度來了解)，就可以通過此文獲得足夠的專業(yè)知識(shí)。

02參考標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置

言歸正傳，目前教室內(nèi)的顯示設(shè)備主要分兩大類，一類是投影機(jī)互動(dòng)方案，一類是觸控液晶大屏方案，今天我們從技術(shù)的角度來探討教室顯示設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)�；诰唧w的技術(shù)指標(biāo)的探討，可以讓我們更接近事實(shí)真相。時(shí)至今日，世界第一的學(xué)生近視率已經(jīng)讓國人都對(duì)保護(hù)視力產(chǎn)生最大的重視，我們今天的討論主要從“保護(hù)視力健康”這一核心需求來展開。

我們都知道，教室內(nèi)的顯示設(shè)備，效果優(yōu)劣，一定有各類的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在這些主觀和客觀的指標(biāo)，基于寶視來的理解，我們提出如下關(guān)鍵指標(biāo)，我們的討論也圍繞這些關(guān)鍵指標(biāo)展開：

• 安全• 尺寸 • 亮度 • 分辨率

• 可視角度 • 色彩 • 交互性

安全

根據(jù)馬斯諾需求理論，安全是介于生理需求的次低需求，提到安全，可能還有人會(huì)覺得奇怪，教室的顯示設(shè)備還有不安全的嗎?您別說，這里還真有不安全的因素，損害視力健康方面，顯示設(shè)備可是源頭之一，顯示設(shè)備不安全的因素主要體現(xiàn)在光熱輻射和光學(xué)傷害，光熱輻射主要源頭是觸控液晶大屏，只要大家近身體驗(yàn)，就會(huì)有切實(shí)的體驗(yàn)，老師在日常使用中，要注意適當(dāng)防范，這部分不再贅敘。

至于光學(xué)傷害，我們先通過下面的小視頻來了解，小視頻的主人公就是用一臺(tái)激光投影機(jī)改造了一把激!光!槍!

當(dāng)然，激光投影機(jī)設(shè)計(jì)人員充分考慮了激光的潛在危害，安全設(shè)計(jì)上做了充分的考慮，投影機(jī)里的激光模塊，我們做個(gè)比喻，是被關(guān)進(jìn)了籠子的野獸。因?yàn)殛P(guān)在籠子里，所以不再會(huì)傷人，只不過，仍然會(huì)有傷人的潛在風(fēng)險(xiǎn)。早在2015年2月，F(xiàn)DA相關(guān)報(bào)告就指出：Class4等級(jí)的激光器不適合在家庭環(huán)境中使用。而2016年，歐盟建議用LED光源替代低于2000流明的燈泡光源，而激光光源則因?yàn)榘踩詥栴}沒有列入考量。

教室用激光投影機(jī)，目前采用的激光模塊均為藍(lán)色，我們都知道，藍(lán)光危害是損害視力的一大元兇。不得不說，這是激光的又一個(gè)短板�；谏鲜隹剂�，我們在投影機(jī)光源的選擇上，沒有把激光放在第一重要的位置。寶視來一直致力于開發(fā)有足夠安全邊際的產(chǎn)品，這是我們大力推廣HLD光源產(chǎn)品的根本原因。

我們需要了解兩種尺寸，一是教室尺寸，二是顯示尺寸。經(jīng)調(diào)研，我國中小學(xué)教室面積在30平方米-63平方米之間，教室以正方形(Square)和長方形(Deep)為主，教室長寬從5米×6米-9米×7米不等，桌椅排布從5排6列到9排9列不等。如下圖所示：

了解了教室的尺寸之后，我知道了教室顯示設(shè)備的工作環(huán)境——這是一個(gè)面向多達(dá)30-60人進(jìn)行顯示的明亮環(huán)境。這樣的環(huán)境下，顯示設(shè)備的顯示尺寸有什么講究呢?是不是越大越好呢?

答案是否定的，研究表明：教室的顯示顯示面積過大，由于視覺跟隨運(yùn)動(dòng)增加而產(chǎn)生肌肉過度疲勞;而顯示面積過小的危害，則很容易理解，面積過小會(huì)造成看不見、看不清，這些都將加劇視疲勞、視力下降及其他衍生的視覺健康風(fēng)險(xiǎn)。

在進(jìn)行科學(xué)探討顯示設(shè)備尺寸之前，我們需要對(duì)零基礎(chǔ)的學(xué)員普及一下顯示尺寸的常識(shí)(這部分屬于死記硬背型知識(shí)點(diǎn))：

• 顯示設(shè)備的尺寸是以其對(duì)角線的長度來定義的

• 顯示設(shè)備的尺寸一般用“英寸”這個(gè)單位來表示，1英寸=2.54cm

• 顯示設(shè)備的成像寬高比主要有16:10/4:3/16:9這三種

• 100寸4:3顯示設(shè)備的尺寸為：長2.0米寬1.5米對(duì)角線2.5米(勾股定理)

• 100寸16:9顯示設(shè)備的尺寸為：寬2.2高1.4

• 100寸16:10顯示設(shè)備的尺寸為：2.15高1.35

關(guān)于顯示尺寸的科學(xué)研究是在如下兩種情況下展開的：

• 書寫觀看是針對(duì)漢字筆畫的細(xì)節(jié)辨識(shí)，在教學(xué)過程中新知識(shí)和內(nèi)容的學(xué)習(xí)均與此場景相似，例如生字、數(shù)學(xué)公式、生物物種結(jié)構(gòu)、地理地標(biāo)等，可認(rèn)為是“會(huì)形學(xué)習(xí)”

• 閱讀觀看則是針對(duì)文字語句的信息獲取和含義理解，在教學(xué)過程中的有一定基礎(chǔ)的知識(shí)和內(nèi)容的再學(xué)習(xí)均與此場景相似，例如中文閱讀、數(shù)學(xué)讀題、英語閱讀理解等，可認(rèn)為是“會(huì)意學(xué)習(xí)”

科學(xué)研究表明：

• PPT常用最小字號(hào)為16號(hào)-20號(hào)，在進(jìn)行“會(huì)形學(xué)習(xí)”時(shí)，最遠(yuǎn)觀看距離(L)不宜超過顯示屏幕高度(IH)的3.5倍

• 在進(jìn)行“會(huì)意學(xué)習(xí)”時(shí)，最遠(yuǎn)觀看距離(L)不宜超過顯示屏幕高度(IH)的7.5倍

簡單來說，在顯示設(shè)備尺寸的選擇上，我們需要遵循“會(huì)形3.5/會(huì)意7.5”原則。在這個(gè)原則下，我們根據(jù)教室的長度，就能得到顯示尺寸的最佳建議。

橫軸為教室長度即最遠(yuǎn)觀看距離(L)，縱軸為顯示屏幕高度 (IH)。圖中紅色區(qū)域表示會(huì)形學(xué)習(xí)和會(huì)意學(xué)習(xí)均觀看困難;黃色區(qū) 域表示會(huì)形學(xué)習(xí)觀看困難，會(huì)意學(xué)習(xí)可接受;綠色區(qū)域表示兩者均可接受。

前面我們通過了解教室尺寸知道，9米是很常用的教室長度尺寸，那么根據(jù)上表紅框處，顯示畫面的安全高度是1.2米-1.3米，經(jīng)過簡單換算，對(duì)應(yīng)的顯示尺寸是89-96英寸。

2017年8月24日，教育部發(fā)布《交互式電子白板》教育行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)，這是教室顯示設(shè)備尺寸的最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，正是上述科學(xué)論證的結(jié)果體現(xiàn)。

亮度

首先，我還是要問，顯示設(shè)備的亮度是不是越亮越好?

答案再次是否定的，設(shè)備過暗，看不清楚，容易用眼疲勞，設(shè)備過亮，肉眼負(fù)擔(dān)過重，近視的一大元兇是電視機(jī)，就是因?yàn)槿庋坶L期被動(dòng)接收過亮內(nèi)容的緣故。教室環(huán)境是明亮且復(fù)雜多樣的，因?yàn)檫@種環(huán)境的不確定性，顯示設(shè)備的亮度指標(biāo)就變得很難琢磨，不要急，我們先從簡單的理論計(jì)算開始入手，然后把環(huán)境因素考慮進(jìn)來，就不難找到科學(xué)建議。我們先來了解理想環(huán)境下的亮度要求。

問題：對(duì)于全黑的理想環(huán)境下，最佳屏幕表面反射亮度多少是合適的?

參考：電影電視工程師協(xié)會(huì)SMPTE對(duì)于影院標(biāo)準(zhǔn)的建議：12-16ft-L。

解答：

ft-L(英尺朗伯)是亮度測量單位，1ft-L相當(dāng)于1平方英尺內(nèi)有3.43流明。

以100寸16：9增益為1的顯示面積為例，長度2.2m，寬度1.2m，面積為2.757平方米=29.68平方英尺(1平方米=10.76平方英尺)，則100英寸所需要的屏幕最佳屏幕表面反射亮度為356.1-474.8流明(29.675*12=356.1lm;29.675*16=474.8lm)

通過上面的計(jì)算，我們得到了最佳屏幕表面反射亮度，原來全黑的環(huán)境下，亮度的需求是不高的，100英寸只需要約400流明的亮度，如果是教室的使用環(huán)境，這部分該如何計(jì)算呢?

標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式是：需求亮度=環(huán)境系數(shù)*最佳屏幕表面反射亮度*屏幕面積/增益，環(huán)境系數(shù)就是考慮不同的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。這個(gè)公式里有個(gè)陌生的專業(yè)用詞，“增益”，這里先賣個(gè)關(guān)子，在“可視角度”這部分，我們再來進(jìn)行具體說明。在明亮的教室環(huán)境里，這個(gè)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值建議在5-7左右，我們再簡化一下，方便記憶，寶視來提供簡單估算法則：

明亮的教室顯示設(shè)備亮度要求：1000流明/平方米。

根據(jù)上述簡單法則，我們得出下表結(jié)論：

分辨率

顯示設(shè)備的分辨率是不是越高越好?

我想你已經(jīng)開始學(xué)會(huì)謹(jǐn)慎思考再回答問題的習(xí)慣了——正確答案依舊是否定的!我們很容易理解低分辨率會(huì)帶來顯示精度的問題，那么對(duì)于過高的分辨率，會(huì)有什么困擾呢?我們可以通過設(shè)置自己筆記本電腦來模擬高低分辨率的區(qū)別，我們把分辨率設(shè)置過高，顯示的字體就會(huì)變小，從而增加閱讀的難度，這對(duì)顯示距離就提出了要求。

經(jīng)過廣泛實(shí)驗(yàn)的ISF研究的結(jié)果，也證實(shí)了上述的主觀描述，具體結(jié)論請參考下圖：

結(jié)論：當(dāng)顯示畫面為90-100英寸時(shí)，理想的顯示距離約為4.5-9.5米，最合適的分辨率選擇為720p(1280*720)，如果是對(duì)應(yīng)的投影機(jī)，針對(duì)最常見的長方形(Deep)教室，WXGA(1280*800)分辨率的投影機(jī)是最優(yōu)解;如果是正方形(Square)教室，WUXGA(1920*1200)/1080p分辨率的顯示設(shè)備是最優(yōu)解。

可視角度

屏幕在所有方向上的反射是不同的，在水平方向離屏幕中心越遠(yuǎn)，亮度越低;當(dāng)亮度降到50%時(shí)的觀看角度，定義為視角。一般來說屏幕的增益越大，視角越小;增益越小，視角越大。

前面的“尺寸”部分，有關(guān)增益這一指標(biāo)，在這里進(jìn)行說明。增益表示屏幕反射入射光的能力。在入射光角度一定、入射光通量不變的情況下，屏幕某一方向上亮度與理想狀態(tài)下的亮度之比，叫做該方向上的亮度系數(shù)，把其中最大值稱為屏幕的增益。通常把無光澤白墻的增益定為1，如果屏幕增益小于1，將削弱入射光;如果屏幕增益大于1，將反射或折射更多的入射光。

上面這張圖，是一張高增益幕布的屏攝圖，大家可以看到，相同亮度的字體，因?yàn)榭梢暯嵌缺容^小的原因，字體顯示了不同的亮度水平，從而導(dǎo)致不太理想的顯示效果，我們在教室的應(yīng)用環(huán)境中，要避免出現(xiàn)這樣的問題。

根據(jù)上述兩個(gè)概念的描述，如果是教室的使用環(huán)境，我們希望顯示設(shè)備的可視角度越大越好，這樣能照顧到坐在各處的學(xué)生。投影機(jī)利用了幕面的漫反射原理進(jìn)行成像，只要配置的投影面是適當(dāng)?shù)�，投影機(jī)的顯示效果是最優(yōu)解決方案。

如果是觸控液晶大屏，可能還需要解決可視角度偏小的問題，因?yàn)槠浔砻媸遣ＡР馁|(zhì)，還要解決玻璃反光的問題。

色彩

色彩是顯示設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)之一，這是一個(gè)專業(yè)且復(fù)雜的話題，我們在這里選取最基本最核心的知識(shí)點(diǎn)來描述。也就是CIE色域空間，在顏色感知的研究中，CIE 1931 XYZ色彩空間(也叫做CIE 1931色彩空間)是其中一個(gè)最先采用數(shù)學(xué)方式來定義的色彩空間，它由國際照明委員會(huì)(CIE)于1931年創(chuàng)立。顯示領(lǐng)域里常用HDTV(709)這一空間指標(biāo)，一般都會(huì)用顯示設(shè)備達(dá)到HDTV(709)的百分比來表達(dá)顯示設(shè)備的色彩還原能力。百分比越高，色彩表現(xiàn)力越好。

從上面的圖中，你是不是看到了不同的顏色表現(xiàn)，特別是紅色部分的表現(xiàn)力?你能想象到不同顯示設(shè)備之間的差距竟然是如此之大嗎?

交互性

教室中顯示設(shè)備的交互性是強(qiáng)制需求，關(guān)于設(shè)備的交互解決方案，目前市場上的主流解決方案分為投影機(jī)+電子白板、互動(dòng)投影機(jī)、觸控液晶大屏這三大類，我們用一張表來匯總這三個(gè)方案的優(yōu)劣如下：

03結(jié)論

經(jīng)過上面各關(guān)鍵指標(biāo)的充分討論，我們各部分的結(jié)論匯總?cè)缦拢?/p>

•安全：優(yōu)選安全無輻射、藍(lán)光能量低的HLD固態(tài)光源

•尺寸：根據(jù)“會(huì)形3.5/會(huì)意7.5”法則，顯示畫面安全高度是1.2米-1.3米，對(duì)應(yīng)的89-96英寸(16:10)，取整90-100英寸(16:10)或者100-108英寸(4:3)

•亮度：根據(jù)1000流明/平方米的基本法則，100英寸的投影市場亮度>3750流明

•分辨率：最合適的分辨率選擇為720p/WXGA(顯示尺寸為90-100英寸，顯示距離約為4.5-9.5米

•可視角度：越大越好

•色彩：HDTV(709)標(biāo)準(zhǔn)，色域越寬廣越好。

如果你能耐心地看到這里，每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容甚至經(jīng)過實(shí)際動(dòng)手計(jì)算消化，那么恭喜你，對(duì)于教室顯示設(shè)備，你已經(jīng)具備專業(yè)認(rèn)知能力。

最后，請?jiān)俅瘟私釨oxlight寶視來的HLD 2.0互動(dòng)投影機(jī)，所有提到的要點(diǎn)，我們是不是都Get到了?!

（編輯：bingjiling）