论一台优秀的教室显示设备的自我修养

2019年05月24日 10:04 来源：中国数字视听网字体【大中小】

【数字视听网讯】01前言

如何科学地推荐教室显示设备?为何选择的是投影机而不是大屏一体机?显示尺寸为何是86英寸?哪种才是选择教室显示设备的正确姿势?

不知道你是否有如上的问题和困惑?笔者在十几年的从业经历中，需要经常面对这样的问题，时至今日，笔者萌生一个念头，希望写就一篇浅显易懂的基础文章，看完文章的人，销售人员得到技术支撑，研发人员有了理论依据，技术爱好者的疑问也豁然开朗。即便是没有专业基础的人，也能以最快的速度做到专业入门，这篇文章需要既有专业水准又浅显易懂。大道至简!

今天，我们就来尝试一下，你需要的仅仅是完整阅读此文的耐心(30分钟左右)，以及初中物理和数学基础。没错，你没有看错，只需要有初中的物理和数学基础，加上对显示设备一些基础参数的了解(如分辨率、流明这些，可以通过百度来了解)，就可以通过此文获得足够的专业知识。

02参考标准的设置

言归正传，目前教室内的显示设备主要分两大类，一类是投影机互动方案，一类是触控液晶大屏方案，今天我们从技术的角度来探讨教室显示设备的关键指标。基于具体的技术指标的探讨，可以让我们更接近事实真相。时至今日，世界第一的学生近视率已经让国人都对保护视力产生最大的重视，我们今天的讨论主要从“保护视力健康”这一核心需求来展开。

我们都知道，教室内的显示设备，效果优劣，一定有各类的评价指标，在这些主观和客观的指标，基于宝视来的理解，我们提出如下关键指标，我们的讨论也围绕这些关键指标展开：

• 安全• 尺寸 • 亮度 • 分辨率

• 可视角度 • 色彩 • 交互性

安全

根据马斯诺需求理论，安全是介于生理需求的次低需求，提到安全，可能还有人会觉得奇怪，教室的显示设备还有不安全的吗?您别说，这里还真有不安全的因素，损害视力健康方面，显示设备可是源头之一，显示设备不安全的因素主要体现在光热辐射和光学伤害，光热辐射主要源头是触控液晶大屏，只要大家近身体验，就会有切实的体验，老师在日常使用中，要注意适当防范，这部分不再赘叙。

至于光学伤害，我们先通过下面的小视频来了解，小视频的主人公就是用一台激光投影机改造了一把激!光!枪!

当然，激光投影机设计人员充分考虑了激光的潜在危害，安全设计上做了充分的考虑，投影机里的激光模块，我们做个比喻，是被关进了笼子的野兽。因为关在笼子里，所以不再会伤人，只不过，仍然会有伤人的潜在风险。早在2015年2月，FDA相关报告就指出：Class4等级的激光器不适合在家庭环境中使用。而2016年，欧盟建议用LED光源替代低于2000流明的灯泡光源，而激光光源则因为安全性问题没有列入考量。

教室用激光投影机，目前采用的激光模块均为蓝色，我们都知道，蓝光危害是损害视力的一大元凶。不得不说，这是激光的又一个短板。基于上述考量，我们在投影机光源的选择上，没有把激光放在第一重要的位置。宝视来一直致力于开发有足够安全边际的产品，这是我们大力推广HLD光源产品的根本原因。

我们需要了解两种尺寸，一是教室尺寸，二是显示尺寸。经调研，我国中小学教室面积在30平方米-63平方米之间，教室以正方形(Square)和长方形(Deep)为主，教室长宽从5米×6米-9米×7米不等，桌椅排布从5排6列到9排9列不等。如下图所示：

了解了教室的尺寸之后，我知道了教室显示设备的工作环境——这是一个面向多达30-60人进行显示的明亮环境。这样的环境下，显示设备的显示尺寸有什么讲究呢?是不是越大越好呢?

答案是否定的，研究表明：教室的显示显示面积过大，由于视觉跟随运动增加而产生肌肉过度疲劳;而显示面积过小的危害，则很容易理解，面积过小会造成看不见、看不清，这些都将加剧视疲劳、视力下降及其他衍生的视觉健康风险。

在进行科学探讨显示设备尺寸之前，我们需要对零基础的学员普及一下显示尺寸的常识(这部分属于死记硬背型知识点)：

• 显示设备的尺寸是以其对角线的长度来定义的

• 显示设备的尺寸一般用“英寸”这个单位来表示，1英寸=2.54cm

• 显示设备的成像宽高比主要有16:10/4:3/16:9这三种

• 100寸4:3显示设备的尺寸为：长2.0米宽1.5米对角线2.5米(勾股定理)

• 100寸16:9显示设备的尺寸为：宽2.2高1.4

• 100寸16:10显示设备的尺寸为：2.15高1.35

关于显示尺寸的科学研究是在如下两种情况下展开的：

• 书写观看是针对汉字笔画的细节辨识，在教学过程中新知识和内容的学习均与此场景相似，例如生字、数学公式、生物物种结构、地理地标等，可认为是“会形学习”

• 阅读观看则是针对文字语句的信息获取和含义理解，在教学过程中的有一定基础的知识和内容的再学习均与此场景相似，例如中文阅读、数学读题、英语阅读理解等，可认为是“会意学习”

科学研究表明：

• PPT常用最小字号为16号-20号，在进行“会形学习”时，最远观看距离(L)不宜超过显示屏幕高度(IH)的3.5倍

• 在进行“会意学习”时，最远观看距离(L)不宜超过显示屏幕高度(IH)的7.5倍

简单来说，在显示设备尺寸的选择上，我们需要遵循“会形3.5/会意7.5”原则。在这个原则下，我们根据教室的长度，就能得到显示尺寸的最佳建议。

横轴为教室长度即最远观看距离(L)，纵轴为显示屏幕高度 (IH)。图中红色区域表示会形学习和会意学习均观看困难;黄色区域表示会形学习观看困难，会意学习可接受;绿色区域表示两者均可接受。

前面我们通过了解教室尺寸知道，9米是很常用的教室长度尺寸，那么根据上表红框处，显示画面的安全高度是1.2米-1.3米，经过简单换算，对应的显示尺寸是89-96英寸。

2017年8月24日，教育部发布《交互式电子白板》教育行业新标准，这是教室显示设备尺寸的最新行业标准。这个标准，正是上述科学论证的结果体现。

亮度

首先，我还是要问，显示设备的亮度是不是越亮越好?

答案再次是否定的，设备过暗，看不清楚，容易用眼疲劳，设备过亮，肉眼负担过重，近视的一大元凶是电视机，就是因为肉眼长期被动接收过亮内容的缘故。教室环境是明亮且复杂多样的，因为这种环境的不确定性，显示设备的亮度指标就变得很难琢磨，不要急，我们先从简单的理论计算开始入手，然后把环境因素考虑进来，就不难找到科学建议。我们先来了解理想环境下的亮度要求。

问题：对于全黑的理想环境下，最佳屏幕表面反射亮度多少是合适的?

参考：电影电视工程师协会SMPTE对于影院标准的建议：12-16ft-L。

解答：

ft-L(英尺朗伯)是亮度测量单位，1ft-L相当于1平方英尺内有3.43流明。

以100寸16：9增益为1的显示面积为例，长度2.2m，宽度1.2m，面积为2.757平方米=29.68平方英尺(1平方米=10.76平方英尺)，则100英寸所需要的屏幕最佳屏幕表面反射亮度为356.1-474.8流明(29.675*12=356.1lm;29.675*16=474.8lm)

通过上面的计算，我们得到了最佳屏幕表面反射亮度，原来全黑的环境下，亮度的需求是不高的，100英寸只需要约400流明的亮度，如果是教室的使用环境，这部分该如何计算呢?

标准计算公式是：需求亮度=环境系数*最佳屏幕表面反射亮度*屏幕面积/增益，环境系数就是考虑不同的应用环境进行设置。这个公式里有个陌生的专业用词，“增益”，这里先卖个关子，在“可视角度”这部分，我们再来进行具体说明。在明亮的教室环境里，这个系数的经验值建议在5-7左右，我们再简化一下，方便记忆，宝视来提供简单估算法则：

明亮的教室显示设备亮度要求：1000流明/平方米。

根据上述简单法则，我们得出下表结论：

分辨率

显示设备的分辨率是不是越高越好?

我想你已经开始学会谨慎思考再回答问题的习惯了——正确答案依旧是否定的!我们很容易理解低分辨率会带来显示精度的问题，那么对于过高的分辨率，会有什么困扰呢?我们可以通过设置自己笔记本电脑来模拟高低分辨率的区别，我们把分辨率设置过高，显示的字体就会变小，从而增加阅读的难度，这对显示距离就提出了要求。

经过广泛实验的ISF研究的结果，也证实了上述的主观描述，具体结论请参考下图：

结论：当显示画面为90-100英寸时，理想的显示距离约为4.5-9.5米，最合适的分辨率选择为720p(1280*720)，如果是对应的投影机，针对最常见的长方形(Deep)教室，WXGA(1280*800)分辨率的投影机是最优解;如果是正方形(Square)教室，WUXGA(1920*1200)/1080p分辨率的显示设备是最优解。

可视角度

屏幕在所有方向上的反射是不同的，在水平方向离屏幕中心越远，亮度越低;当亮度降到50%时的观看角度，定义为视角。一般来说屏幕的增益越大，视角越小;增益越小，视角越大。

前面的“尺寸”部分，有关增益这一指标，在这里进行说明。增益表示屏幕反射入射光的能力。在入射光角度一定、入射光通量不变的情况下，屏幕某一方向上亮度与理想状态下的亮度之比，叫做该方向上的亮度系数，把其中最大值称为屏幕的增益。通常把无光泽白墙的增益定为1，如果屏幕增益小于1，将削弱入射光;如果屏幕增益大于1，将反射或折射更多的入射光。

上面这张图，是一张高增益幕布的屏摄图，大家可以看到，相同亮度的字体，因为可视角度比较小的原因，字体显示了不同的亮度水平，从而导致不太理想的显示效果，我们在教室的应用环境中，要避免出现这样的问题。

根据上述两个概念的描述，如果是教室的使用环境，我们希望显示设备的可视角度越大越好，这样能照顾到坐在各处的学生。投影机利用了幕面的漫反射原理进行成像，只要配置的投影面是适当的，投影机的显示效果是最优解决方案。

如果是触控液晶大屏，可能还需要解决可视角度偏小的问题，因为其表面是玻璃材质，还要解决玻璃反光的问题。

色彩

色彩是显示设备的关键指标之一，这是一个专业且复杂的话题，我们在这里选取最基本最核心的知识点来描述。也就是CIE色域空间，在颜色感知的研究中，CIE 1931 XYZ色彩空间(也叫做CIE 1931色彩空间)是其中一个最先采用数学方式来定义的色彩空间，它由国际照明委员会(CIE)于1931年创立。显示领域里常用HDTV(709)这一空间指标，一般都会用显示设备达到HDTV(709)的百分比来表达显示设备的色彩还原能力。百分比越高，色彩表现力越好。