В связи с многообразием выпускаемых сегодня светодиодных экранов, а также типов используемых светодиодов, повысилась актуальность их правильной установки. В первую очередь речь идет о дистанциях и углах наблюдения. В основном мы будем говорить о показе на экране текста, так как видеоизображение по сравнению с текстом имеет существенно большую избыточность.
Дистанция наблюдения
Диапазон дистанций наблюдения экрана определяется двумя параметрами зрения: максимальным углом зрения и разрешающей способностью глаза.
Минимальная дистанция. Максимальный горизонтальный угол зрения (без перемещения зрачков) составляет 35°. Соответственно, если мы хотим охватить одним взглядом весь экран, его угловой горизонтальный размер не должен превышать 35°.
По номограмме можно определить минимальную дистанцию наблюдения экрана (например, для горизонтального размера 8 м, минимальная дистанция составит около 25 м).
Максимальная дистанция наблюдения определяется разрешающей способностью зрения. Принято считать, что типовая разрешающая способность составляет 1,5 угловых минуты. Это означает, что при расстоянии менее 1,5 угловых минут два соседних пикселя будут сливаться в один. В этом случае могут возникнуть проблемы, например в различении букв Ш и Щ. По номограмме можно определить максимальное расстояние наблюдения при заданном шаге пикселей (например, для экрана с шагом пикселей 60 мм максимальная дистанция наблюдения составит около 140 м).
Следует отметить, что приведенные расчеты минимальной и максимальной дистанций достаточно условны. Максимальная дистанция сильно зависит от контраста изображения - с уменьшением контраста (экран на солнечной стороне) дистанция будет уменьшаться. Эта дистанция сильно зависит и от контекста – мы уверенно прочитаем слово «бор?» как «борщ», а не как «борш».
Но все же эти расчеты можно принять за базовые, при необходимости уточнив их на практике.
Угол наклона экрана
В идеальном случае при установке экрана на уровне человеческого роста необходимости в наклоне конструкции нет. Но, как правило, экраны устанавливаются на существенно большей высоте. В связи с тем, что светодиоды имеют определенную диаграмму направленности, для достижения оптимального наблюдения необходимо устанавливать экран с наклоном.
Диаграмма направленности светодиодов зависит от используемых типов светодиодов. В качестве характеристики диаграммы используется угол половинной яркости, определяемый по спаду яркости на 50% относительно центральной оси диаграммы. На рисунке приведена характерная диаграмма направленности светодиода (угол половинной яркости по горизонтали 90°, по вертикали - 35°).
Следует понимать, что свечение светодиода можно будет наблюдать и при больших углах (например, при наблюдении данного типа диодов под горизонтальным углом -60° яркость составит 20% от номинальной).
Углы половинной яркости непосредственно связаны с яркостью. Чем больше эти углы, тем (при условии равности светового потока) меньше яркость.
Например, светодиодный экран с шагом пикселей 20 мм, выполненный на светодиодах со световым потоком 5 лм с углами половинной яркости 90х35° будет иметь яркость 11 Книт, а тот же экран на диодах с тем же световым потоком, но половинными углами 120х120° - всего 4 Книт.
Дистанции наблюдения наклонного экрана. На рисунке показан экран, установленный на высоте H с углом наклона относительно вертикальной оси табло (он же угол наклона нормали экрана относительно уровня земли) β. Вертикальная диаграмма направленности светодиодов составляет 2α. На рисунке показаны три дистанции:
· L0,5min – минимальная дистанция наблюдения экрана с половинной яркостью;
· L0,5max – максимальная дистанция наблюдения экрана с половинной яркостью;
· L1,0 – средняя дистанция наблюдения экрана с номинальной яркостью.
Из этого рисунка можно сделать несколько выводов:
· чем уже вертикальная диаграмма направленности светодиодов, тем больший угол наклона экрана требуется;
· чем выше высота установки экрана, тем больший угол наклона требуется;
· при установке экрана на большой высоте без наклона он будет светить, в основном, в воздух.
Далее будут приведены несколько вариантов расчета дистанции наблюдения для различных аргументов.
Определение дистанции наблюдения экрана (L1,0) в зависимости от высоты установки (H) при различных углах наклона (β).
На номограмме показана дистанция как функция высоты для экрана на светодиодах с вертикальным углом наблюдения 2α=35°. Например, для высоты установки 16 м и угле наклона 10°, дистанция наблюдения экрана с номинальной яркостью составит 90м.
Определение дистанции наблюдения экрана (L1,0) в зависимости от угла наклона (β) для различной высоты установки (H). На номограмме показана дистанция как функция угла наклона для табло на светодиодах с вертикальным углом наблюдения 35°. Например, угол наклона табло 10° при высоте установки 10 м обеспечит дистанцию наблюдения табло с номинальной яркостью в 55м.
Пример расчета
Пусть необходимо установить экран на крыше 9-этажного дома. Примем следующие исходные данные:
· Высота установки табло Н=25м. Размер экрана 5х1 м. Шаг пикселей 60 мм. Вертикальный угол половинной яркости светодиодов - 2α=35°.
В соответствии с вышеприведенными номограммами определим дистанции наблюдения:
· Минимальная дистанция наблюдения (определяется максимальным углом зрения) - 17м
· Максимальная дистанция наблюдения (определяется разрешающей способностью зрения) - 140 м.
Зададим угол наклона табло 10°. Тогда, при Н=25м получим дистанцию наблюдения табло с номинальной яркостью L1,0=140 м. Эта дистанция приемлема, но находится на границе максимальной. Поэтому лучше увеличить угол наклона до 15°, тогда L1,0=90м.
Расчетные формулы
L1,0 = H*ctg(β) L0,5min=H*ctg(β+α) L0,5max=H*ctg(β-α)
Примечание. Если α>β, то L0,5max равна бесконечности (не пересекается с уровнем земли).
Применимость расчетов для светодиодных видеоэкранов
Все вышеприведенные расчеты будут действительны и для видеоэкранов. Единственное отличие в том, что для наблюдения видео максимальная дистанция наблюдения может быть существенно больше, чем для текста. Это связано с избыточностью видеоизображения и возможностью изменения уровня его детализации (чем меньше детальность, тем с большего расстояния графическое изображение можно распознать).
На фото приведен светодиодный экран размером 4х3 м с 10-мм пикселем, установленный на высоте 10 метров. Наклон экрана составляет 20 градусов, обеспечивая оптимальную яркость.
