Come fare video proiezioni in pieno giorno

TL;DR – Non puoi. Questo è un titolo clickbait serio.

Sono stato in cose audiovisive per un po’ e ancora ricevo richieste o domande su come fare proiezioni all’aperto durante il giorno. Sfortunatamente, fino a quando non inventeremo un cannone di luce super carica o un proiettore di ombre anti-luce, questo non accadrà molto presto.

Questo articolo si occuperà più dell’ipotetico “Cosa ci vorrebbe per una luce elettronica per essere percepita come più luminosa del sole? Questo è un buon momento per notare che non sono uno scienziato – questo è solo un divertente esperimento di pensiero. Vi avverto che probabilmente ci sarà più di un’affermazione o un concetto impreciso che segue.

Prima, dobbiamo rispondere a “Come si misura la luminosità?” – Poi ci addentreremo nell’ipotetica quantità di luminosità di cui avremmo bisogno per competere con il sole.

Ci sono molti metodi diversi per misurare la luce, e alcuni di quelli rilevanti per questo esperimento di pensiero sono i seguenti:

• Candela – intensità della luce emessa da una fonte in una particolare direzione.
• Lumen – quantità o flusso di luce emessa da una fonte. Questo tiene conto del fatto che la maggior parte delle luci (come una candela) sono essenzialmente omnidirezionali e sparano la luce in molti angoli diversi
• Lux – una misura di lumen quando applicata a una superficie o 1 lumen/metro quadro. La luce diventa più fioca quando è diffusa su una superficie più grande
• Foot-candle – collegato al lux, ma utilizza il sistema di misura imperiale invece. 1 foot-candle = 1 lumen/sq ft. = ~10lux
• Nits – simile ai lumen, ma utilizzato più come misura di luminosità per i dispositivi di visualizzazione come gli schermi degli smartphone e monitor dove non c’è un singolo punto di luce, ma piuttosto un campo di luce.

Esempio di letture lux da wikipedia:

• Luce lunare notturna/stellare – 0.0001 lux
• Luna piena, notte chiara – 0.36lux
• Illuminazione domestica – 50-250lux
• Giorno coperto – 1000lux
• Luce solare diretta – 32.000-100.000lux

Per ottenere effettivamente queste misure, ci sono diversi strumenti disponibili. Ho usato un illuminometro per vederli di persona. Questi misuratori di luce sono per lo più utilizzati nel settore della fotografia, ma sono utili anche in molti altri settori, dall’orticoltura, all’illuminazione dei musei e altri.

Con il mio illuminometro, sono stato in grado di ottenere una lettura tra 90.000 e 110.000 lux in una luminosa giornata di sole a NYC in giugno. Spostandomi all’ombra di un albero e ottenendo luce indiretta, di solito la lettura era compresa tra 3.000 e 9.000 lux.

Con queste letture in mano, possiamo iniziare a pensare a quanto un proiettore sia tipicamente luminoso su una data superficie.

Previsioni semplificate

Per prima di tutto, ci sono diverse cose note su cui faremo delle supposizioni, o che lasceremo fuori dai nostri calcoli. In primo luogo, i proiettori sono tipicamente fatti per proiettare in un rapporto di aspetto 16:9 che renderà il nostro calcolo per i lumen per metro quadrato (1:1) un po’ più impegnativo, quindi dal momento che questo è comunque un esercizio ipotetico – possiamo semplicemente assumere che i proiettori coprano un quadrato e non un rettangolo. In secondo luogo, i produttori di proiettori hanno standard piuttosto diversi su ciò che costituisce un lumen (alcuni seguono una misurazione ANSI lumen standardizzata). Possiamo anche supporre che stiamo parlando di nero a bianco puro qui come i diversi colori hanno diverse luminosità percettive per i nostri occhi. Le immagini a colori avranno potenzialmente bisogno di ancora più luce per apparire vivide rispetto ai semplici gradienti in bianco e nero. Infine, la maggior parte dei proiettori non può proiettare un nero puro e non va da 0 lux al bianco pieno in una stanza nera come la pece. (btw Medium rende uno zero e una O minuscola allo stesso modo…strano…o0o0o0o0). In breve – misurare la luminosità è complicato e stiamo drasticamente semplificando.

Indoor

Va bene – con questo fuori dai piedi. Se abbiamo un videoproiettore da 1000 lumen che copre un metro quadrato di superficie (non una superficie molto grande), diciamo che il nostro livello di nero è 0 lux e il nostro bianco più luminoso è 1000 lux. Questo ci dà un buon rapporto di contrasto per mostrare tutti i colori tra il bianco e il nero in una stanza buia. Ora, accendiamo le luci in questa stanza e facciamo finta di aver appena aumentato l’illuminazione ambientale nella stanza a 250 lux. Ora il nostro livello di nero sulla nostra superficie inizia a 250lux e il nostro bianco è ancora a 1000 lux – il nostro contrasto è sceso e l’immagine inizia a sembrare piuttosto slavata. Apriamo la finestra della stanza e aumentiamo la luminosità a 1000 lux. Ora la superficie del muro è luminosa quanto il nostro proiettore può andare e non c’è davvero spazio per un livello di nero – la nostra immagine proiettata, anche se è neve bianca pura – probabilmente non è affatto visibile a questo punto.

Fuori all’ombra

Andiamo fuori all’ombra dove ci sono 10,000 lux di luminosità oggi. Questo significa che per ottenere anche il nostro precedente contrasto di 0-1000lux, dovremmo iniziare con un proiettore da 11.000 lumen che proietta un metro quadrato. Il nostro nero è la superficie a 10.000 lux e il nostro bianco è il punto più luminoso della nostra proiezione a 11.000 lux. Percettivamente, per i nostri occhi, questo senso di contrasto diventa un po’ difficile da spiegare a causa di tutti i cambiamenti ottici e chimici in corso per i nostri occhi per regolare e percepire questi diversi livelli di luminosità. Un proiettore da 10.000 lm in una stanza buia su una superficie di 1 metro quadrato può avere un rapporto di contrasto migliore di un proiettore da 1.000 lm sulla stessa superficie, ma i tuoi occhi potrebbero avere difficoltà a capire la differenza. Oppure i bianchi di un’immagine a 10.000 lux così piccola potrebbero essere dolorosi o sgradevoli da guardare.

Full Daylight

Se state ancora seguendo – passiamo alla luce del giorno. Abbiamo uno schermo di proiezione di un metro quadrato nel deserto ed è una giornata di pieno sole con 100.000 lux provenienti dalla superficie dello schermo solo dal sole. Per raggiungere questo tipo di luminosità su un singolo metro quadrato con un proiettore avremmo bisogno di un proiettore da 100.000 lumen.

Purtroppo – questi non esistono. 😨

Il record mondiale per il proiettore più luminoso è fermo a 43.000 lumen. Consuma 7kW di potenza. Un proiettore molto più standard da 20.000 lumen consuma circa 3kw e assomiglia a questo:

“Beh – non puoi semplicemente impilarne 2 o 3 e sommarli?” Purtroppo la luce additiva non funziona così. Solo perché ci sono il doppio dei lumen provenienti da questi proiettori non significa che sia percettivamente due volte più luminoso. Questo è dovuto a qualcosa che ho menzionato prima, dove i proiettori tipicamente non proiettano zero lux come nero, specialmente quelli più luminosi. Quindi, impilando 2 proiettori e proiettando il nero, la luminosità del nero aumenterà ancora di più, danneggiando il vostro contrasto. Impilando 2 proiettori da 5.000 lumen si ottiene qualcosa come 7.500 lm, non 10.000.

Potremmo ottenere 100.000 lux di luminosità con un proiettore standard da 20.000 lumen, ma solo su una superficie molto piccola – solo 0,20 metri quadrati o 20 x 20cm. Non esattamente uno schermo delle dimensioni di un cinema.

Che cosa succederebbe se volessimo coprire uno schermo teatrale di dimensioni normali con una proiezione in piena luce di 100.000 lux. Diciamo una superficie di proiezione di 10m x 10m o ~33ft x 33ft. Per eguagliare i 100.000 lux su uno schermo di quelle dimensioni, avremmo bisogno di un singolo proiettore in grado di proiettare 1 milione di lumen di luminosità. Avremmo bisogno di aggiungere un altro 50-100% solo per darci un contrasto appropriato di bianco e nero. Quindi con i nostri proiettori abbastanza standard da 20.000 lumen siamo solo all’1-2% circa della luminosità di cui avremmo bisogno per coprire uno schermo adeguato. Anche se torniamo al nostro rapporto di aspetto 16:9 approssimativo per uno schermo reale, questo riduce solo la nostra superficie a poco più della metà di una superficie di 10m x 10m e ci porta nell’intervallo 500.000-750.000 lumen. Un proiettore da 20.000 lumen è tipicamente molto luminoso in un normale cinema dove uno schermo largo 30 piedi potrebbe ottenere circa 400lux per la sua superficie.

Per quanto riguarda il consumo di energia e il calore – Seguiremo solo (inaccuratamente) un aumento lineare per lumen e wattaggio (20k lumen era circa 3500W, 43k lumen era circa 7000W) – questo significa che per alimentare il nostro proiettore da 1 milione di lumen, avremmo bisogno di circa 175000W di potenza. Tutto dipende dal tipo di materiali usati per generare quella luce – come i LED che usano meno energia degli incandescenti – anche se la maggior parte dei proiettori di fascia alta usano lampadine allo xeno. Non sono sicuro del modo corretto di calcolare la dissipazione di calore potenziale per qualcosa di così luminoso, ma probabilmente è abbastanza luminoso e caldo da fondere la maggior parte dei materiali che possono anche generare, contenere e dirigere tanta luce in una piccola superficie.

Ci sono video là fuori di torce super luminose che arrivano a quantità folli di lumen (qui ce n’è uno che dichiara 90.000 lumen), ma i proiettori devono passare attraverso molte più ottiche solo per generare effettivamente la loro immagine e questo costa luminosità significativa. Rimuovere la ruota dei colori da un proiettore DLP può raddoppiare o triplicare la luminosità per esempio.

Ci sono cose che possono essere fatte per migliorare la superficie stessa per la proiezione in modo che non assorba così tanta luce solare. Alcuni di questi schermi sono cose come gli schermi d’argento che riflettono la luce proveniente dal davanti molto meglio della luce proveniente dall’alto. Gli schermi grigi possono aiutare un po’ perché riducono l’assorbimento della luce ambientale – specialmente se combinati con la proiezione posteriore e la maggior ombra possibile sulla parte anteriore.

E le pareti a LED?

Quindi… proiezione all’esterno in piena luce del giorno – probabilmente non sarà possibile a breve. Ma che dire dei video wall a LED? Quelli sono visibili a Times Square in qualsiasi momento del giorno in piena luce e sono solo un mucchio di piccoli LED. Tuttavia, una superficie di proiezione è progettata per riflettere l’intero spettro della luce – che riflette il proiettore e tutta questa luce ambientale. I pannelli LED non hanno questo problema – sono neri e progettati per assorbire la luce ambientale ed emettere la propria luce brillante. Questo significa che il contrasto necessario per percepire una bella immagine non ha bisogno di essere da nessuna parte vicino al livello di proiezione.

Come discusso in precedenza, cose come le pareti a LED sono misurate con nits invece di lumen.

Nits sono più sull’emissione da una superficie invece di riflettere solo altra luce. La conversione (che persone molto più intelligenti di me hanno capito) è:

1 Nit = 3,426 Lumen

Uno schermo di iPhone è circa 600-700nits alla massima luminosità. Le piastrelle LED per esterni sono incredibilmente luminose per piede quadrato – queste piastrelle Barco sono 5.000 nits – o un equivalente di 17.000 lumen per piede quadrato. 5000+ nits sono raccomandati per applicazioni all’aperto con luce solare diretta. Ma questo non è nemmeno arrivare alla luminosità del LED reale morire stesso – il piccolo punto del LED che emette effettivamente la luce. La matrice del LED potrebbe essere da qualche parte più vicina ai 100.000 nits sulla sua piccola superficie. Quindi, al nostro occhio, sembra molto più luminoso del resto del pannello LED nero. Se si scompone la superficie di un pannello LED, forse solo il 4% sono i punti effettivi di luce e il 96% è solo il nero dedicato ad assorbire la luce del sole. Questo fa sì che la luminosità percepita sia molto più alta della sola luce solare proiettata e riflessa.

Involucro

Non puoi proiettare una luce che succhia antifotoni neri e non puoi proiettare e competere con il sole – attacca con le pareti a LED se sei fuori.

Ci sono anche monitor LCD specializzati fatti appositamente per l’uso all’aperto – hanno anche il bonus di essere resistenti alle intemperie e sono una scelta migliore per una vasta gamma di temperature e ambienti.

Riferimenti altre letture:

Luce misurata contro luce percepita

Nits contro Lumens

Nits contro Lumens – proAV

Nits contro lux

Candela, Lumens, Lux: Le equazioni

Comprendere e interpretare i valori di lux

Flashlights dichiarati più luminosi del sole

Lumen e lux spiegati in un’immagine

XKCD: E se tutti sulla terra puntassero un puntatore laser sulla luna, cambierebbe colore?

Foto dell’alba presa da: https://astrosolar.com/en/gallery/images-various/sebastian-voltmer-sunrise-spicheren/