EPSONIN WHITE PAPER -RAPORTTI OPAS VÄRIVALOTEHOON HÄIKÄISTYTKÖ VÄRIVALO- TEHOSTA?
2 Värivalotehon (CLO) merkitys digitaalisia projektoreita arvioitaessa ja vertailtaessa Siitä ei ole kovinkaan kauan, kun opettajat, luennoitsijat ja kaikki muut, joiden työhön kuuluu esitysten pitäminen, pitivät piirtoheitintä tärkeänä työkaluna. Se oli kuitenkin kaukana ihanteellisesta työvälineestä ja harvoin kannettava. Tosin käsin piirrettyjä, enimmäkseen mustavalkoisia kalvoja käytettäessä piirtoheitin hoiti jotakuinkin tehtävänsä. Lisäksi niiden ostaminen oli helppoa ja oikea tuote oli mahdollista valita pelkästään kirkkauden tai valkoisen valon tehon perusteella. Piirtoheittimen päivät ovat kuitenkin onneksi menneisyydessä, ja sen on korvannut vastaava digitaalinen laite, joka on yhteydessä, nykyään yleensä langattomasti, pöytätietokoneeseen tai kannettavaan tietokoneeseen. Tällainen kehitys tuo kuitenkin mukanaan uusia haasteita, varsinkin nykyään tarjolla olevien monien erilaisten projektorien erottamisen osalta. Päähaasteena on, että tänä multimediaesitysten, HD-videoiden ja animaatioiden aikana yksinkertainen valkoisen valon kirkkaus (ilmoitetaan yleensä lumeneina) ei sellaisenaan ole enää paras ostopäätöksen peruste. Monivärisessä maailmassa värikirkkaus onkin yhtä tärkeää ellei tärkeämpää. Johtavan AV-alaan keskittyvän markkinatutkimusyhtiön TFCinfon 1 äskettäin Epsonille tekemän kyselyn mukaan yritys- ja opetusprojektorien ostajien näyttämästä sisällöstä 86 prosenttia on värillistä. Projector Brand Customer Perception and Preference -tutkimus paljasti myös, että 40 prosenttia tästä ryhmästä näyttää vain värillistä sisältöä. Tämän lisäksi tutkimuksessa kyseltiin myös ostokäyttäytymistä projektorien osalta koko kanavan kattavassa suuremmassa yleisössä. Tämä kirjava ryhmä oli samaa mieltä monista asioista, etenkin siitä, että kuvanlaatu on tärkein tekijä projektoria valittaessa (keskimäärin 89 prosenttia oli joko samaa mieltä tai vahvasti samaa mieltä). Lisäksi 99 prosenttia koko ryhmästä oli samaa mieltä tai vahvasti samaa mieltä siitä, että väri on tärkeä osa kuvanlaatua. Tämän tutkimuksen sekä vuonna 2012 käyttöön otetun värivalotehon (CLO) mittaamisen standardin kehityksen johdosta alalla tunnustetaan nykyään värivalotehon tärkeys ja sen vaikutus kuvanlaatuun. Tämän vuoksi tässä raportissa tarkastellaan tarkemmin värivalotehoa sekä selitetään, miksi se on tärkeää, miten se mitataan ja miksi sillä on merkitystä. Projektorin kirkkauden mittaaminen vanhanaikainen tapa Projektorin kirkkaus on perinteisesti mitattu American National Standards Instituten (ANSI) kehittämällä testimetodologialla, ja tästä syystä valoteho ilmoitetaan joskus ANSI-lumeneina. Lumenit valkoisen mittaaminen Lumen mittaa lähteen, kuten digitaalisen projektorin, lähettämän valon kokonaismäärää eli käytännössä sen kirkkautta. Absoluuttisena mittana se on aika merkityksetön useimmille ihmisille, mutta kirkkauden vertailussa lumenarvo on hyvä lähtökohta. Tässä on muutamia vertailuarvoja: Kotona käytettävä 100 watin lamppu lähettää vähintään 1 600 lumenia. Auringonvalon voimakkuus aurinkoisena päivänä on 32 000 100 000 lumenia neliömetriä kohti. Hyvin valaistun toimiston valaistustaso on 400 lumenia neliömetriä kohti. 1990-luvulla kehitetty ANSI-testi alkaa projektorin kontrastin kalibroinnilla. Sitten projektorin kirkkaus mitataan täydellä valkoisella kentällä yhdeksässä eri sijainnissa valkokankaalla ja lukemien keskiarvo lasketaan. Keskiarvo kerrotaan sitten valkokankaan pinta-alalla, mikä antaa projektorin kirkkauden ANSI-lumeneina. Kun on valittava yleisön kokoon ja käyttöympäristöönsä soveltuva projektori, näiden lumen-kirkkauslukujen katsotaan olevan hyvin tarkkoja ja niitä pidetään tärkeänä työkaluna. Miksi kirkkaus on tärkeää? Tärkeintä on saada tarkka, selkeä kuva ottaen huomioon ympäristön valotasot. Otetaan esimerkiksi kuluttajien kotikäyttöön hankkimat projektorit. Näitä käytetään enimmäkseen niin, että muutama ihminen katsoo elokuvia ja TV:tä pienessä, helposti pimennettävässä huoneessa, jolloin 1 000 3 000 lumenia riittää erittäin hyvin. PowerPoint-esityksiä pitävät yrityskäyttäjät tarvitsevat yleensä enemmän kirkkautta, etenkin tilapäisiin esityksiin toimistoissa, joita ei voi kokonaan pimentää. Tällaisissa tilanteissa tarvitaan vähintään 3 000 lumenia, ja suuremmille yleisöille tarkoitettuihin isoihin tiloihin asennetut projektorit voivat vaatia noin 5 000 lumenia tai enemmän. 1 www.tfcinfo.net
3 Valkoinen ei ole aina oikein Vaikka lumenien määrä kertoo, kuinka kirkas projektori on näyttäessään valkoista valoa, se ei valitettavasti mittaa värivalotehon kirkkautta. Värien muodostamiseen käytettävän tekniikan (tätä käsitellään kohta tarkemmin) mukaan värien kirkkaus voi usein olla paljon pienempi kuin valkoisen valon kirkkaus, mikä saa koko kuvan näyttämään himmeämmältä. Himmeämpi kuva puolestaan vaikeuttaa esitysten näkemistä sekä pimennetyissä ympäristöissä että ympäristöissä, joissa taustavaloa on paljon. Tämä on selkeästi kaukana ihannetilanteesta ja heikentää esityksen sisältöä ja vaikutusta. Tämä puolestaan saa projektorien ostajat etsimään malleja, joissa on tarvittavaa enemmän lumeneita, parempien värikuvien saamiseksi. Miksi RGB? Tietokoneen näyttöjen ja digitaalisten projektorien muodostama laaja väripaletti muodostuu vain kolmesta osaväristä punaisesta, vihreästä ja sinisestä joita sekoitetaan eri suhteissa ja eri voimakkuuksina silmän hämäämiseksi. Yksinkertaisin tapa mitata värikirkkaus on siis kunkin osavärin kirkkauden testaaminen. Keltainen Punainen Magenta Vihreä Syaani Sininen Vasemmanpuoleisen projektorin (2 700 lumenia) värivaloteho on pieni (700 lumenia), kun taas oikeanpuoleisen projektorin värillisen ja valkoisen valon teho on sama (kumpikin 2 800 lumenia). Värivaloteho on siis valkoisen valon tehon ohella tärkeä kuvanlaadun indikaattori. TFCinfo-kysely painotti tätä, sillä kuvanlaatu ja sen jälkeen kirkkaus ovat tärkeimmät ostokriteerit. Kuitenkin vain viidesosa (21 prosenttia) kyselyyn osallistuneista ostajista ymmärsi, että useimmat toimittajat julkaisivat vain valkoisen valon kirkkauslukemat, kun taas loput uskoivat, että annetut lumenlukemat sisälsivät automaattisesti värin. Kiinnostavaa kyllä, kun TFCinfo-tutkimuksen osallistujilta kysyttiin, vaikuttaisiko värikirkkaustietojen saatavuus ostopäätöksiin, useimmat (91 prosenttia) sanoivat kyllä. Itse asiassa tämä ominaisuus on niin tärkeä, että useimmat ostajat maksaisivat keskimäärin 19 prosenttia enemmän kirkkaammista väreistä. Nämä luvut kertovat siitä, että projektorivalmistajien tulisi mitata ja julkaista tuotteidensa värikirkkaustiedot. Onneksi nykyään on jo käytössä standartoitu värivalotehon mittausprosessi, joka on suunniteltu projektorin ostajien avuksi. Projektorin kirkkauden mittaaminen uusi ja parempi tapa Värivaloteho voidaan nyt mitata julkistetun alan standardimetodologian avulla. Tämä toukokuussa 2012 julkistettu standardi määrittää punaisen, vihreän ja sinisen värin kirkkauden. Näitä perusvärejä tietokoneiden näytöt ja digitaaliset projektorit käyttävät kuvien muodostamiseen. Kirkkausmittauksilla on vähän arvoa, jollei niitä tehtäessä käytetä tätä standardimetodologiaa, sillä muuten mittauksia ei voida luotettavasti verrata. Värivalotehon mittausmetodologian on laatinut Society for Information Display (SID) 2, maailmanlaajuisesti tunnettu organisaatio, jonka noin 5 000 näyttöalan ammattilaista työskentelee näyttö- ja projektioalan jäsenten kouluttamiseksi. 2 www.icdm-sid.org
4 Koko Information Display Measurements Standard -asiakirja, joka sisältää CLO-testausmetodologian, on ladattavissa ilmaiseksi SID-sivustolta. Itse testissä värivaloteho mitataan periaatteessa lähes täsmälleen samalla tavalla kuin valkoisen valon teho. Kuitenkin sen sijaan, että mittauksia tehtäisiin valkoisten alueiden ruudukossa, käytetään pääväreistä (punainen, vihreä ja sininen) koostuvaa ruudukkoa. Kolmen osavärin takia käytetään kolmea eri ruudukkoa. Kirkkauden (valkoisen värin valotehon) mittauksessa tehdään yhdeksän mittausta ruudukon X:llä merkityissä kohdissa. Värivalotehon mittauksessa käytetään kolmea yhdeksänosaista ruudukkoa, jotka mittaavat kunkin päävärin kirkkautta. Vastaavasti myös mittausten määrä kasvaa. Vakiokirkkauden laskemiseen käytetyn yhdeksän mittauksen sijaan tehdään yhteensä 27 mittausta CLO-arvon saamiseksi. CLO-esimerkkikuvien lukemat lasketaan yhteen, minkä jälkeen niistä lasketaan keskiarvo, joka kerrotaan valkokankaan pintaalalla. Näin saadaan kokonaisvärikirkkauden taso, joka yhtenäisyyden vuoksi ilmoitetaan myös lumeneina. Epsonin kehittämä 3LCD-tekniikka otettiin käyttöön 1970-luvulla. Sitä markkinoi ja kehittää alaorganisaatio, joka on myös nimeltään 3LCD 4, ja se on lisensoitu suurelle määrälle muita valmistajia. Tämän johdosta Epsonin lisäksi noin 40 muuta valmistajaa tarjoaa 3LCD-projektoreita. Kuten DLP-tekniikassa, nämä projektorit kattavat kaikki tärkeimmät sovellukset kotiteatterista yritys- ja koulutuskäyttöön. Kuvien muodostamisessa nämä kaksi tekniikkaa toimivat hyvin eri tavoin, etenkin värin käsittelyn osalta. Nämä erot voivat vaikuttaa suuresti värikirkkauteen. Katsotaanpa tarkemmin kumpaakin tekniikkaa. Kuinka DLP toimii DLP-tekniikassa käytettävään sirua, jossa on heijastava pinta. Pinta koostuu jopa kahdesta miljoonasta pienestä kääntyvästä peilistä, jotka kukin vastaavat yhtä pikseliä. Projektorin lampun valo heijastuu DLP-sirun pinnan peileistä linssiä kohti. Peilit kääntyvät heijastamaan valon joko linssiä kohti, jolloin pikseli syttyy (ON), tai pois linssistä valon absorboijaan, jolloin pikseli sammuu (OFF). Tämä voi tapahtua tuhansia kertoja sekunnissa. Mitä tulee taajuuteen, useammin syttyneenä kuin sammuneena oleva peili muodostaa vaaleamman pikselin ja useammin sammuneena oleva peili muodostaa tummemman pikselin. Valkoisen valon tehon mittausruudukko (vasemmalla) ja värivalotehon mittausruudukot (oikealla). Todelliset arvot saattavat vaihdella, mutta ihannetapauksessa värivalotehon tulisi olla sama tai lähes sama kuin valkoisen valon teho lumeneina kirkkaiden, eloisien värien muodostamiseksi. Valitettavasti joidenkin tuotteiden värivalotehon arvon määrittäminen voi olla hankalaa, sillä jotkin toimittajat antavat vain valkoisen valon arvot. Joitakin oletuksia voi kuitenkin tehdä tietyssä projektorissa käytetyn kuvankäsittelytekniikan perusteella. Tästä on lisätietoja jäljempänä. Tekniikka voi aiheuttaa näkyvän eron Projektioobjektiivi (ON) Valon absorboija (OFF) Kuinka DLP-peilit toimivat DLP-tekniikka Valonlähde Yhtä tai kahta poikkeusta lukuun ottamatta 3 moderneissa digitaalisissa projektoreissa käytetään jompaakumpaa kahdesta päätekniikasta (DLP tai 3LCD). DLP (Digital Light Processing) käyttää sirutekniikkaa, jonka alunperin kehitti Texas Instruments mutta joka on nykyään laajalti lisensoitu ja jota käytetään koko toimialalla digitaalisissa projektoreissa ja muissa kuvankäsittelylaitteissa. DLP-projektoreita on saatavilla moniin eri tarkoituksiin kotiteatterikäytöstä yritys- ja luokkahuonekäyttöön sekä ammattimaiseen auditorioja elokuvateatterikäyttöön. DLP-siru on edistyksellinen valokytkin, joka koostuu jopa 2 miljoonasta kääntyvästä peilistä. Kutakin peiliä kääntämällä vastaava pikseli voidaan sytyttää tai sammuttaa. Yksisiruinen DLP-projektori edellyttää erillisen värikiekon tarvittavien RGB-värien muodostamiseen. Elokuvaprojektoreissa ja muissa kalliissa huippuluokan tuotteissa voidaan käyttää kolmea erillistä DLP-sirua, yhtä kullekin osavärille (punainen, vihreä, sininen). Jotta hinnat olisivat useimpien yritysten ulottuvilla, useimmissa DLP-tuotteissa on kuitenkin vain yksi siru, mikä edellyttää lisätekniikkaa värien käsittelyyn. 3 Saatavilla on myös muita vähemmän käytettyjä kuvankäsittelytekniikoita, kuten LCoS (Liquid Crystal on Silicon), mutta näiden värikirkkautta ei käsitellä tässä raportissa. 4 www.3lcd.com
5 Useimmissa tapauksissa käytetty mekanismi on värikiekko, joka yleensä jakaantuu punaiseen, vihreään ja siniseen suodatinalueeseen 5 ja joka pyörii valon reitillä valonlähteen ja DLP-sirun välillä vaadittavien värielementtien lisäämiseksi. Optinen 3LCD-moottori sisältä Valkokangas Prisma Värinerottelupeilit DLP-siru (peilit) Projektio Linssi Punainen, vihreä ja sininen LCD Valonlähde Väriki ekko Optinen DLP-moottori sisältä Yksi ongelma pyörivän värikiekon käyttämisessä on, että yksisiruisessa DLP-projektorissa vain yhden värin voi projisoida kerrallaan, mutta pyörimisnopeuden vuoksi silmä luulee näkevänsä yhdistelmävärikuvia. Värikiekon nopeus on kriittistä. Jos kiekko on liian hidas, katsojat voivat nähdä niin sanottuja sateenkaariefektejä (hetkellisiä värivälähdyksiä). Tämä tosin tapahtuu yleensä liikkuvissa kuvissa eikä niinkään liikkumattomissa esityksissä. Kuinka 3LCD toimii Linssi Valonlähde Kuten nimi kertoo, 3LCD-projektoreissa käytetään kolmea erillistä LCD (Liquid Crystal Display) -paneelia, yhtä kullekin värikuvan osalle (punainen, vihreä, sininen). Kuten tietokoneen tai väritelevision LCD-näyttö, kukin paneeli koostuu miljoonista nestekiteistä. Paneelia voi ajatella sulkimena tai kaihtimena, jossa yksi nestekide kussakin paneelissa vastaa kutakin pikseliä projisoidussa kuvassa. Punainen, vihreä ja sininen valo loistavat kukin oman LCDpaneelinsa läpi. Sitten jokaisen paneelin kukin nestekide avautuu, sulkeutuu tai sulkeutuu osittain päästääkseen läpi eri valomääriä ja ohjaa näin sitä, kuinka paljon kutakin väriä tarvitaan vastaavassa pikselissä lopullisen kuvan muodostamiseen. Sateenkaariefekti ei ole ongelma 3LCD-projektoreissa, sillä kolmen LCD-väripaneelin tuotokset yhdistetään valkokankaalle projisoitavien yhdistelmävärikuvien luomiseksi. 3-siruinen LCD-tekniikka Peilit jakavat valon sen kolmeksi osaväriksi (RGB-värit). Kolme LCD-paneelia päästää sitten läpi täsmälleen vaadittavan valomäärän. Kolme värikuvaa yhdistetään prismalla, ja tulokseksi saadaan täysvärikuva. Täysvärikuva kulkee linssin läpi, ja se projisoidaan valkokankaalle. Miten tekniikka voi vaikuttaa värikirkkauteen Kun mitataan 3LCD-projektorin punaisen, vihreän ja sinisen osavärin valon kirkkaus, saadaan värivalotehon arvo. Tämä on sama kuin valkoisen valon teho. Kaikissa Epsonin projektoreissa esimerkiksi on samat lumenlukemat valkoiselle ja värilliselle valolle, niin kuin on muissakin Epsonin 3LCDtekniikkaan perustuvissa projektoreissa. Tämä ei ole yllättävää, sillä 3LCD toimii niin, että se muodostaa valkoista valoa yhdistämällä kolme osaväriä. Tavallisissa 1-siruisissa DLP-projektoreissa värivaloteho on tekniikan rajoitusten takia vain noin kolmannes valkoisen valon tehosta, joten ne tuottavat tummempia värejä kuin 5 Punaisen, vihreän ja sinisen suodattimen lisäksi värikiekot sisältävät muita segmenttejä, kuten valkoisen (kirkkaan) suodattimen, joita käytetään yleensä kirkkauden tehostamiseen.
6 3LCD-projektorit. Koska 3LCD-projektorin valkoisen ja värillisen valon teho on sama, siinä on kolme kertaa kirkkaammat värit 6 kuin vastaavassa DLP-projektorissa, jolla on sama ilmoitettu lumenarvo. Suurin osa yrityskäyttöön tarkoitetuista DLP-projektoreista ei voi saavuttaa samoja värikirkkaustasoja, koska niiden RGB-kuvan luomiseen käyttämässä värikiekossa on valkoinen segmentti kirkkauden lisäämiseksi. Tämän tuloksena värivaloteho jää paljon pienemmäksi kuin valkoisen valon teho usein vain kolmannekseen sen kirkkaudesta. Asioita monimutkaistaa myös se, että joissakin DLPprojektoreissa käytetään värikiekkoja, joissa on suodattimet muillekin väreille kuin pääväreille. Saatavilla on syaaneja, magentoja ja keltaisia suodattimia, jotka voivat parantaa värien laatua mutta vähentää kirkkautta edelleen. Tämä ei myöskään lisää värivalotehoa ollenkaan, sillä se ei edelleenkään vastaa valkoisen valon tehon kirkkaustasoa. Kolme kertaa yhtä kirkas 3LCD-projektorien CLO (värivaloteho) -arvot ovat yleensä samat kuin niiden valkoisen valon tehon arvot. Molempia mitataan lumeneina. Yksisiruisissa DLP-projektoreissa värivaloteho saattaa olla vain kolmannes valkoisen valon tehosta. 3LCD-projektorit tuottavat johdonmukaisesti jopa kolme kertaa kirkkaampia värejä samoilla lumentasoilla. Pelkkä valkoisen valon kirkkaus ei riitä todellisen kuvanlaadun mittaamiseen, kun taas värivaloteho (CLO) antaa projektorin ostajille tiedot, joita he tarvitsevat laitteiden tehokkaaseen vertailuun. Nämä tiedot ovat tähän saakka puuttuneet kaikilta paitsi johtavilta 3LCD-projektorien valmistajilta. Värikirkkaus määräytyy osittain projektorissa käytetyn kuvankäsittelytekniikan perusteella. Epsonin ensimmäisenä markkinoille tuoman 3LCD-tekniikan ansiosta valkoisen ja värillisen valon kirkkaustaso on sama. Useimpien yritysluokan projektorien yksisiruiset DLP-toteutukset jäävät usein kauas tästä tavoitteesta ja tuottavat vain kolmanneksen ilmoitetusta kirkkaudesta, kun on kyse värivalotehosta. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että valkoisen valon tehoa lisätään keinotehoisesti näissä tuotteissa. Laadukkaita kuvia vaativien ostajien olisi siis hyvä huomata, että 3LCD tuottaa kolme kertaa kirkkaammat värit kuin 1 sirun DLP-mallit, joilla on sama ilmoitettu lumenarvo. Toukokuussa 2012 julkistettu värivalotehon mittausstandardi antaa loppukäyttäjille luotettavia tietoja, joiden avulla voi verrata eri projektorien värikirkkaustasoja ja sen myötä kuvanlaatua. Johtavat valmistajat ennen kaikkea Epson (joka on käyttänyt standardia jo jonkin aikaa) ovat ottamassa CLOstandardia käyttöön ja antavat nykyisin projektorien teknisissä tiedoissa kaksi mittaustulosta, valkoisen valon kirkkauden (valkoisen valon tehon) ja värikirkkauden (värivalotehon). CLO-lukemien julkistaminen ei kuitenkaan ole läheskään yleismaailmallista, ja projektorin ostajien tulisi etsiä ja vaatia tätä tietoa. Optimaalisen visuaalisen kokemuksen saamiseksi ostajien tulisi lisäksi varmistaa, että jokaisen ostettavan projektorin värivaloteho on yhtä suuri kuin valkoisen valon teho. Yhteenveto värivaloteho on tärkeä kaikille projektorin ostajille Vaikka projektorin ostamisessa on huomioitava monta tekijää, kuten resoluutio, helppokäyttöisyys, kestävyys ja kuljetettavuus, kuvanlaatu ja kirkkaus ovat kuitenkin tärkeimpiä kriteerejä. Kirkkaat värit koetaan tärkeäksi kuvanlaadun tekijäksi, kun sisältö tulee yhä värikkäämmäksi ja markkinoilla ollaan valmiit tarkastelemaan väriä uudella tavalla. Lumeneina mitattava kirkkaus ei enää ole paras ominaisuus projektorien vertailuun, mutta alalla on vielä pitkä matka siihen, että ostajat tuntevat laajalti värivalon vaikutuksen kuvanlaatuun. 6 Verrattuna johtaviin yritys- ja opetuskäyttöön tarkoitettuihin 1-paneelisiin DLP-projektoreihin NPD:n antamien tietojen mukaan ajanjaksolla heinäkuusta 2011 kesäkuuhun 2012. Värien kirkkaus (värivaloteho) mitattu IDMS 15.4 - standardin mukaisesti. Värien kirkkaus vaihtelee käyttöolosuhteiden mukaan. Lisätietoja on osoitteessa www.epson.eu/clo Lisätietoja on osoitteessa: www.epson.eu/clo Liite Värivalotehon tietolähteet: Epsonin värivalotehosivusto: www.epson.eu/clo 3LCD-ryhmän opas värivalotehoon: www.colorlightoutput.com 3LCD-sivusto: www.3lcd.com Society for Information Display (SID): www.sid.org Information Display Measurements Standard (IDMS) -asiakirjan ilmainen lataus: www.sid.org/lcdm.aspx