談宇宙劇場及建設.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除談宇宙劇場的建設摘要：近年來，我國的科技館事業(yè)面臨著前所未有的發(fā)展機遇，宇宙劇場也已成為科技館建設的重要部分。本文從宇宙劇場的建設實際出發(fā)，對宇宙劇場的功能、設備選擇、建聲設計、設備維護以及宇宙劇場建設中應注意的問題進行深入探討，總結(jié)建設中經(jīng)驗，以期對各科技館的宇宙劇場建設有所幫助。關(guān)鍵詞：宇宙劇場 天象儀 穹幕電影 科普法頒布實施后，一系列有利于科技館建設的政策、措施相繼出臺。2006年2月6日，國務院在頒布的全民科學素質(zhì)行動計劃綱要（2006-2010-2020）中，把科普基礎(chǔ)設施工程列為全民科學素質(zhì)行動計劃的四大基礎(chǔ)工程之一，并明確要求在十一五期間，各直轄市和省會城市、自治區(qū)首府至少要擁有一座大中型科技館。這些政策的實施，為我國科技館事業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇，一些新科技館在國內(nèi)各省市破土動工，原有的科技館也在進行改建、擴建。在新一輪科技館建設過程中，宇宙劇場成為各科技館建設的重要部分。筆者參與了河北省科技館宇宙劇場設備的前期調(diào)研、基礎(chǔ)設施建設、設備的安裝調(diào)試以及設備的后期維護，現(xiàn)結(jié)合實際工作，談一些在宇宙劇場建設過程中的感受，希望對各館宇宙劇場的建設有所幫助。1、宇宙劇場概況宇宙劇場（Cosmos Theater）又稱太空劇場（Space Theater），是天文科普的重要設施。劇場內(nèi)裝有天象儀和穹幕電影放映機兩套設備，銀幕呈半球形，直徑通常為1530米，傾斜角1530。通過天象儀模擬星空和穹幕電影全天域電影的協(xié)調(diào)配合，使天象節(jié)目表現(xiàn)得寓意深刻，形象生動。再輔之以多種投影設備和多聲道的立體聲音響效果，給觀者帶來強烈的視覺、聽覺沖擊，并由此激發(fā)無盡的想象力，帶來特殊的藝術(shù)享受。目前，宇宙劇場播放的節(jié)目主要包括宇宙探索、天體演化、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及風光旅游類的內(nèi)容。2、宇宙劇場設備選擇隨著科技的進步特別是計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，宇宙劇場設備的各項性能也得到大幅度提高，給原本沉悶的天象節(jié)目表演賦予時代氣息，特別是穹幕電影和天象儀的有機結(jié)合，為節(jié)目帶來無限的活力。2.1 天象儀 人們通常把天象儀分為光學天象儀和數(shù)字天象儀兩大類。其中，光學天象儀集光學、機械、電于一體，通過精確的光學成像、精密的機械傳動和電控設備來模擬自然星空和天體的運動。傳統(tǒng)的啞鈴式雙球天象儀由兩個球體組成，每個球分別投影半個天球的星空，太陽系投影器整合在啞鈴型的設備上，例如北京天文館光學廳的國產(chǎn)光學天象儀。另一種為單球式的光學天象儀，把太陽系投影器分離出來由計算機控制，從而使觀察者能夠脫離地球，漫步太陽系，例如河北省科技館從日本引進的GSS-VI光學天象儀。數(shù)字天象儀則完全利用計算機圖形處理技術(shù)和投影系統(tǒng)來產(chǎn)生星空，例如天津科技館從美國益世引進的Digistar數(shù)字天象儀。兩種天象儀各有特色，光學天象儀模擬的星空異常逼真，可同觀測條件良好自然星空相媲美，但在演示天體運動方面受到一定的限制。同光學天象儀相比，數(shù)字天象儀的星空表演極具靈活性，幾乎不受任何限制，并且天象節(jié)目可移植性強，不需改動即可在多個宇宙劇場播放，預示了天象儀的發(fā)展方向。但在模擬星空的亮度、分辨率等主要指標上，現(xiàn)有的數(shù)字天象儀與光學天象儀相比還存在很大的差距。目前，國際上知名的光學天象儀有德國蔡司Universarium系列、日本五藤光學研究所HELIOS、URANUS系列和美能達Infinium系列，其中以德國蔡司的產(chǎn)品性能最好，售價也最高，大約500萬美元，五藤和美能達產(chǎn)品的售價也在200萬美元以上。數(shù)字天象儀以美國益世的Digistar為代表，售價在100萬美元左右。2.2 穹幕電影機 穹幕電影是一種全天域的電影系統(tǒng)，70 mm的膠片通過魚眼鏡頭的擴展將圖像覆蓋在半球形的銀幕上，為觀眾帶來置身其中的絕對臨場感。按照膠片的格式，穹幕電影放映機可分為以下幾類：2.2.1 70mm 15片孔格式：例如加拿大IMAX和美國Ultra公司產(chǎn)品。IMAX是穹幕電影的最初開發(fā)者，使用1520KW氙燈，國外的大多宇宙劇場都在使用其產(chǎn)品，我國的上?？萍拣^、黑龍江科技館的IMAX影院也使用IMAX的設備。2.2.2 70mm 10片孔格式：例如日本五藤光學的ASTROVISION系列產(chǎn)品，使用6.5 KW氙燈。中國科技館穹幕影院和河北科技館宇宙劇場均采用了五藤公司此系列產(chǎn)品。2.2.3. 70mm 8片孔格式：例如日本美能達870系列，使用12 KW氙燈，天津科技館引進了該公司產(chǎn)品。國內(nèi)廠家（例如廣東珠江影視設備有限公司（原廣東電影機械廠）開發(fā)的700mm 8片孔的穹幕電影放映機在畫面穩(wěn)定度和清晰度方面也已達到技術(shù)要求，在價格上具有很大的優(yōu)勢。近幾年來，國內(nèi)的70mm影院得到快速發(fā)展，天津科技館、沈陽科學宮、合肥科技館等單位由于相同的膠片格式和共同的影片需求，聯(lián)合成立了“穹幕影院870協(xié)作組”，以期以較低的價格共同租用、拍攝70mm影片。2.3 視頻投影設備為配合天象節(jié)目表演，天象儀還配備了多種投影設備，這些附屬設備大多以幻燈機為主，例如北京天文館的光學天象廳和河北科技館宇宙劇場，都配備了8臺以上的幻燈機和各種投影設備。近兩年，視頻投影技術(shù)逐漸在新建的宇宙劇場應用。利用視頻投影拼接技術(shù)，取代大量附屬投影設施，為天象節(jié)目帶來了動態(tài)畫面，極大地豐富天象節(jié)目內(nèi)容和表現(xiàn)形式。視頻投影拼接技術(shù)以計算機多媒體技術(shù)為基礎(chǔ)，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展為視頻投影拼接應用帶來無限的前景。利用計算機強大的圖形處理能力和最新的多媒體天文數(shù)據(jù)庫，通過視頻投影拼接，即可實現(xiàn)全天域的投影，為觀者帶來天象儀和穹幕電影協(xié)調(diào)配合般的藝術(shù)感受。雖然投影的星空還達不到光學天象儀的水平，但其靈活的演示方法、準確的空間定位、實時的虛擬宇宙漫游使得該技術(shù)備受推崇。在我國，北京天文館的SGI數(shù)字宇宙劇場首先采用了該技術(shù)，它也是世界上第一個全天域激光投影（ADLIP（All-dome laser Image Projection）的劇場。所有的圖像，包括星空的表演，都是由計算機計算生成，通過6束激光投影出來。2006年9月，筆者參加了香港電訊盈科和美國Sky-Skan公司在北京天文館舉辦的技術(shù)展示會，考察了其8通道2 SXRD全天域數(shù)字宇宙劇場系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 2 臺配備Sky-Skan獨有的definiti HD 鏡頭的索尼SXRD 投影機和8通道 Sky-Skan系統(tǒng)（包括 DigitalSky 2 全天軟件、Digital Universe配置、SPICE 自動系統(tǒng)、控制臺和其它硬件）組成，模擬星空的效果雖不及光學天象儀逼真，但已可為一些非天文專業(yè)的場館接受，而其靈活的表現(xiàn)方式、豐富的天象節(jié)目、相對低廉的價格贏得了與會者的一致好評。在天象節(jié)目的演示中，天象儀、穹幕電影和視頻投影各有特色，一些新建的科技館、天文館，正在考慮將光學天象儀的星空背景、穹幕電影的全天域放影和視頻投影靈活的表現(xiàn)結(jié)合起來，充分發(fā)揮各設備功能，構(gòu)建世界一流的數(shù)字宇宙劇場。3、宇宙劇場建設在確定天象儀等設備后，即可根據(jù)所選設備進行宇宙劇場的基礎(chǔ)設施建設，在建設過程中，通常需要作如下的考慮。3.1 宇宙劇場的建筑形式宇宙劇場半球形的銀幕使劇場的外觀有別于其它建筑物，精心的設計、施工能使其成為城市中一道亮麗的風景。但在宇宙劇場的建設過程中，不應過分強調(diào)建筑形式的“造型新穎”、“標志性建筑”，因為獨特的外觀往往意味著數(shù)倍于一般建筑的工程造價和工期，同時也會對宇宙劇場的使用帶來極大的影響，諸如噪音大、空間浪費、不利于使用等問題。國內(nèi)外的宇宙劇場和穹幕影院的建筑外觀大多呈球形，加之天象儀等設備又必須安放在最理想的位置才能滿足播放需求，這又對球型建筑的內(nèi)部使用功能提出了嚴格要求。筆者認為，在宇宙劇場的建設過程中，應充分考慮到劇場的使用功能，特別是在建筑外觀和使用功能發(fā)生沖突時，應首先滿足使用的要求，以保證宇宙劇場的節(jié)目播放的最佳效果。3.2 宇宙劇場的消防安全作為科學普及和實施全民素質(zhì)行動計劃的公益性的設施，科技館更應將觀眾的安全放在首位，消防設計必須符合我國規(guī)范的要求。宇宙劇場的設計也應嚴格按照國家規(guī)范進行，要充分考慮結(jié)構(gòu)阻燃、煙霧檢測、自動噴淋、火災監(jiān)測和報警等系統(tǒng)。但由于宇宙劇場建筑的特殊性和放映設備的高價值，往往會出現(xiàn)個別部位不能完全滿足規(guī)范要求的情況。例如：建筑設計防火規(guī)范（GB516-87）、自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范（GB50261-96）都對劇場的自動噴淋提出了具體要求，在宇宙劇場的走廊、觀眾休息室，這些規(guī)范都可以滿足，但在觀眾廳中卻難以實現(xiàn)。一是半球形的銀幕上根本無法安裝相應的消防器材，二是即使在銀幕外側(cè)設法安裝了噴淋裝置，一次誤報就足以給安裝在觀眾廳中央、價值千萬的天象儀設備帶來致命的損害。對于這些未能完全滿足規(guī)范的部分，需要借鑒國外相應規(guī)范，并與相關(guān)單位、專家探討解決的最佳方案，例如將觀眾廳中所用的材料全部設計為阻燃材料，加裝遠紅外對射系統(tǒng)和紅外監(jiān)控設備，來達到消防安全的要求。3.3宇宙劇場的建聲設計宇宙劇場的音響效果與建筑的聲學特性有著密切的關(guān)系，要使音響系統(tǒng)發(fā)揮最佳的性能，就必須對劇場進行建聲設計。嚴格地說，建聲設計應在劇場的基礎(chǔ)設施建設之前進行，但目前大多宇宙劇場音響系統(tǒng)的施工往往是在完成建筑施工后，所以劇場的建聲測試、建聲設計顯得尤為重要。宇宙劇場的建聲設計主要包括“噪聲控制”和“音質(zhì)設計”兩部分。噪聲主要來源于空調(diào)系統(tǒng)和外界干擾，通過加裝消聲、減震器和隔音設施，這些噪聲都可以得到有效控制。音質(zhì)設計主要是聲音的擴散、反射和吸聲的設計與處理，音質(zhì)的優(yōu)劣用混響時間及其頻率特性表示。適當?shù)幕祉憰r間可使樂音豐滿、語音飽滿，過短會使聲音枯燥發(fā)干，過長時聲音會顯得混淆不清。一般地說，宇宙劇場的混響時間在1.21.5秒之間比較合適。對于一個確定的宇宙劇場，混響時間主要取決于吸聲處理，目前常用的吸聲材料是地毯、絲絨和穿孔板。劇場的建聲測試、設計必須請有資質(zhì)的單位實施，然后依據(jù)預期音響指標進行吸聲處理和音響系統(tǒng)的施工，使劇場的音效達到最佳。3.4 宇宙劇場的防水處理對于外觀呈球形的宇宙劇場而言，防水處理必不可少。劇場滲水不僅影響觀眾的參觀，也關(guān)系到劇場內(nèi)天象儀設備的安全。由于是異型建筑，增加了防水處理的施工難度。因為外殼材料的熱脹冷縮和密封材料的使用期限都可能導致劇場內(nèi)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，所以在設計、施工中必須在外殼和銀幕之間增加防水措施。根據(jù)宇宙劇場和穹幕影院建設的經(jīng)驗，采用外堵和內(nèi)疏相結(jié)合的方法，能有效防止漏水現(xiàn)象的出現(xiàn)。在外殼施工過程中嚴把質(zhì)量關(guān)，防止水的滲入；在球殼內(nèi)設置集水槽，即可將非人為因素造成的滲水收集后通過管道導出。值得注意的是，由于水的粘滯作用，在球體赤道以下也可能出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，這一點在設計中有時會被忽略。如果象上海科技館的IMAX影院、北京天文館的SGI數(shù)字宇宙劇場那樣，在設計過程中將宇宙劇場、穹幕影院設在建筑物內(nèi)部，就沒必要再顧慮劇場的防水問題了。4、宇宙劇場內(nèi)部環(huán)境宇宙劇場的天象儀設備采用了大量的集成電路和電子設備，除了在防塵方面的嚴格要求外，對劇場內(nèi)溫度和濕度也有一定的要求。在溫度低、相對濕度大時，集成電路等電子元件會受到一定程度的損害，所以，要保證設備工作時的溫度要不低于10和適當?shù)臐穸?。穹幕電影膠片在環(huán)境溫度1923、相對濕度4555的環(huán)境中存放時，才能免受損害，從而保證膠片的質(zhì)量，延長使用年限。值得注意的是，普通的家用加濕器在加濕過程中會出現(xiàn)水霧，不利于膠片的維護，必須采用專業(yè)的設備，例如高精密的恒溫恒濕空調(diào)器或?qū)Ｓ玫募訚裨O備。穹幕電影放映設備的散熱問題在建設過程中也需認真考慮。節(jié)目播放過程中氙燈散發(fā)的熱量會使放映室溫度迅速上升，如果熱量不能及時排出，氙燈會因為溫度過高而自保護性熄滅，導致節(jié)目播放中斷。如果設計了專有的通道，