电影放映机工作原理

1. 电影放映机工作原理

(2010-05-18 15:07:55)

电影是现代文明的一部分。虽然以VHS 和DVD 为代表的便利观影模式已经非常流行，但它们仍然无法比拟在影院观看影片时的壮阔感受与宏大场面，例如只有通过银幕才能很好展示其魅力的影片《爱国者》。仅仅在美国，就有超过37,000个影院，这就足以证明我们是多么喜欢到电影院观看电影！

在本篇文章中，您将了解到带给您壮阔感受的影院放映系统的工作原理。这个系列的其他文章介绍了电影院的银幕和座椅、音响系统和数字音响、THX 和电影发行。

要想放映现代的胶片电影，必须具备以下五个条件：

? 按帧推进胶片的方式

? 放映胶片图像的方式

? 读取音频的方式

? 投射图像的接受装置

? 播放音频的系统 放映机实现了以上列表的前三项。由于电影通常在银幕上放映，所以您真正所需的是一块白色的大墙壁。

1. 什么是电影放映机？

电影放映机是一种能够沿着轨道连续拖动胶片的设备，以便胶片的每一帧能在光源前短暂停留。光源提供了极强的照明，将胶片上的图像通过透镜投射到银幕上。

放映机是由以下四个主要部件构成的：

? 卷轴组件（拱柱、输片齿轮、抓片爪、电动机和输片盘）

? 光源组件（灯泡、聚光器、风扇和镜子）

在世界各地的电影院里，放映机是

放映电影的关键技术。

?透镜组件（透镜、光圈门和遮光器）

?音响组件（光学和数字读取装置以及红外LED）

在下面几部分中，我们将介绍前三个组件。关于音响组件的信息，请查看电影音响工作原理。2.装入胶片

拍摄一部电影会消耗大量的胶片，其数量之多令人乍舌。大多数的电影都是采用35毫米的生胶片进行拍摄的。拍摄16帧（独立画面）需要30.5厘米的胶片。电影放映机移动胶片的速度是每秒24帧，那么每产生一秒钟的电影就要使用45.7厘米的胶片。

以这个速度，要完成一部电影将需要大量的胶片。看看下面的计算结果：

?1秒=45.7厘米（24帧/秒除以16帧/30.5厘米）

?1分钟=27.4米（45.7厘米/秒乘以60秒）

?1小时=1645.2米（27.4米/分钟乘以60分钟）

?一般一个两小时的电影加上5分钟预告片=3.4千米（3.4千米除以5,280）

通过这个公式您可以计算出看一部电影要使用多少胶片。只需用27.4乘以电影的分钟数就可以得到胶片的长度（单位：米）。

由于电影放映所使用的胶片如此之长，因此发行商会将

胶片分成几部分，分别绕到不同的卷轴上。一般一个两

小时电影的胶片大概会被分成五到六个卷轴。早期的电

影由两台放映机放映。一台放映机装入电影的第一个卷

轴，在另外一台上装入第二个。电影放映员从第一台放

映机开始放映电影，在第一个卷轴还剩11秒就要结束时，

银幕角落会短暂地闪现一个小圆圈。这是在提醒电影放

映员准备换另外一台放映机。当第一个卷轴只剩下一秒

时，银幕会再闪现一个圆圈，这时电影放映员会用力踩

下转换踏板来启动第二台放映机，并关闭第一台放映机。

当第二个卷轴在滚动时，电影放映员要卸下第一个卷轴，

然后装入第三个卷轴。这种卷轴的交换工作要一直持续

放映机旁的输片盘。

到电影结束。

3.移动胶片

二十世纪六十年代，电影院中出现了一个叫输片盘的设备。这种输片盘由2到4个大圆盘组成，每个圆盘的直径大约为1.2到1.5米，它们垂直叠放，相互之间的距离大约为0.3到0.6米。位于输片盘一侧的输出装置会将胶片传送到放映机，并将放映完的胶片收回，装入第二个圆盘。圆盘非常大，完全可以装入全部胶片，这样放映员就可以把不同卷轴的胶片接合起来装入一个圆盘。接合就是将一条胶片的末端剪掉，与另一条胶片的开始端仔细衔接，并用胶布将两条胶片粘在一起。一旦电影放映员可以把电影的所有胶片装入一个卷轴上，那么：

?一台放映机就可以播放整部电影。

?一个电影放映员就可以轻松地在同一时间、几个不同的礼堂放映电影。

这两个因素减少了人力和放映机的数量，因而降低了电影放映的成本。这就催生了综合性多厅影院，即一个电影院里有几个电影放映礼堂。自从采用了这种技术，综合性多厅影院的礼堂数从2到4个增加到15至20个，这种超大型电影院常常被称作影城。

电影放映员接好胶片后，将其装载到输片盘上，再通过输片盘的输出装置将胶片装入放映机的顶端。每条胶片的两侧都有正方形的小孔，称为输送孔。它们可以固定在特殊的齿轮状轮子的轮齿上，这些轮子称为输片齿轮。输片齿轮由电动机驱动，可在放映机中拖动胶片。拱柱是由弹簧支撑的小滚柱，它所提供的张力可避免胶片拧成一团或者从输片齿轮上滑脱。

从输片盘装入的胶片被传送到放映机（第一幅图）。胶片通过放映机后又回到输

片盘（第二幅图）。

胶片每前进一帧，需进行短暂停顿，然后才走下一帧。这样的工作方式是通过一组机械装置（共

两个）实现的。第一种装置是将一个称为抓片爪的小控制杆安装在靠近胶片轨道的横杆上，抓片

爪连接在作为转动曲柄的轮子的外缘。转动曲柄的圆周运动使抓片爪上升并脱离输片齿轮；随后，下降时再抓住另一个输片齿轮孔。这样一来，胶片就前进到下一帧。输片齿轮的速度和抓片爪的

控制杆动作基本一致，以确保抓片爪不断地以每秒24帧的速度推动胶片。

第二种装置是另外一个安装在光圈门正下方的输片齿轮。该齿轮称为间歇链轮，其转动速度比较快，足够将胶片下拉一帧，暂停一会儿，然后再转动。间歇齿轮的性能更可靠，并且不会像抓片

爪那么快地磨损输片齿轮孔。

在胶片移动到透镜前，几个小横杆会将胶片展开。这些小横杆使胶片绷紧、对齐。根据放映机的

配置和所使用的音频格式，胶片会通过一个安装在透镜组前部或后部的光学音频解码器。对于数

字音响，胶片则会通过一个连接在放映机顶部的专用数字解码器。当胶片离开放映机（或数字音

频解码器）时，会被一系列的滚柱载回至输片盘输出装置并绕到收紧盘上。

4.放映电影

放映机中的主要组件是光源。早在二十世纪初，人们就开始使用碳弧灯，但其使用寿命比较短。而如今，最常用的灯是氙灯。氙是一种稀有的气体，它所具有的某些特性使其特别适合在放映机中使用：

?密度极大，可以导电。

?作为一个导体，它可以发出很强的光。

?它可以连续提供很长时间的照明（2千到6千小时）。

灯箱（第一幅图）内安装了一个氙灯和一个抛物面镜。氙灯（第二幅

图）由石英外壳、氙气组成，内部还有一个阴极和一个阳极。

制造氙灯是个需要技巧的过程。为避免氙灯灯泡过热，其外壳使用石英而不是玻璃。石英外壳内有一个阴极和一个阳极。由于氙气本身是导电的，所以灯泡是不需要灯丝的。当电流施加在灯泡上时，电荷会在阴极和阳极之间形成电弧。由于灯泡会发出很强的光，因此氙气必须是纯的并且石英外壳必须是真空密封的。由于氙气比较稀有并且灯泡制造过程也比较复杂，因此每个氙灯的售价通常为700美元或更高。

氙灯被安装在灯箱内抛物面镜的中心位置上。抛物面镜反射灯泡的光线，并把光线聚焦在聚光器上。聚光器由一对透镜组成，可以将光线加强并聚焦到主透镜组上。聚焦光线所产生的热量是难以估算的。这就是为什么当放映机停止卷动胶片时，胶片会很快熔化的原因。

遮光器（第一幅图）旋转可以防止胶片闪烁。根据银幕格式，光圈门

（第二幅图）可调整大小。

当聚焦的光线离开灯箱进入放映机时，它被遮光器拦截。遮光器是一种小型的类似螺旋桨的设备，其旋转速度为每秒24帧。遮光器的每个桨片在转动到某个位置时，会遮挡住光线。光线的遮挡与

胶片的前进是同步进行的，因此当胶片从一帧移动到下一帧时，光线在这极短的时间内不会投射。如果没有遮光板，胶片看上去就会闪烁或者图像会因为不同步而显得模糊。许多放映机采用了双

遮光器，并逆向旋转。这样可以挡住每帧的上部和下部的光线以进一步减少闪烁。

在光线照射到胶片前，首先要通过光圈门。光圈门是一个小的、可移动的金属框，它可以遮挡光线，使光线只会照射到您想在银幕上看到的那部分胶片。比如，输片齿轮孔和胶片两边的音频信

息就是两个您不希望出现在银幕上的图像。根据电影的银幕格式，可对光圈门的尺寸进行调整。

改变放映机透镜（第一幅图），可播放不同格式的胶片。视窗（第二

幅图）位于放映室

的前部。

光线通过光圈门后，会穿过胶片进入主透镜。透镜是可移动的，也可改变透镜来放映不同格式的影片。其中平面透镜和宽银幕电影透镜是两种最常用的透镜。许多放映机上都装有一个透镜旋转盘（可安装这两种类型的透镜），放映机可将需要的透镜旋转到相应位置。

光线通过放映机后，会穿过放映室前部的视窗，到达礼堂前部的银幕。最后，胶片上的图像就会出现在银幕上。

5.自动化放映过程

电影放映员们已经研发了许多新技术来确保放映工作可以正常进行。提示磁带就是其中一个非常有趣且实用的技术。它是一条比较短的金属，固定在胶片某个特定位置的边缘。在某一个时刻，胶片经过两个电触点，提示磁带和两个触点之间就形成一个电子电路。这个电路的作用就如同一个开关，并且能提供多种功能。提示磁带开关可以提供以下用途：

?使房间灯光变暗

?关闭房间灯光

?改变透镜位置

?改变音响格式

?改变银幕遮蔽（遮蔽就是使用窗帘来构造银幕）

?转换放映机

最后一项功能的意义不是很大，因为现在大多数电影院都使用输片盘，但是放映机的交替使用确实是发明提示磁带的最初的原因。利用提示磁带，制造商可以在一个卷轴停止工作时自动启动另外一个卷轴。优秀的电影放映员发现通过组合使用几个提示磁带可以实现许多功能的自动化。

提示磁带的确已经使电影放映的许多方面实现了自动化，例如：改变预告片和电影的音频格式，但是诸如Reel Automation's Showtimer，这样的新系统在电影放映的自动化领域无疑具备更大的潜力。

6.电影放映机的历史

电影已经有一个多世纪的历史了。它的广泛流传得益于人类的视觉暂留，即当人的眼睛看到一个图像后，会保留这个图像二十分之一秒。十九世纪初，利用视觉的暂留性，用静止的图像制造运动幻觉的设备开始出现。威廉·乔治·霍纳于1834年发明了西洋镜，它就是一个旋转的鼓，内壁上贴着画有一连串图片的条状纸。通过鼓上的狭长切口，人们可以看到鼓内侧所贴的图片。

实用镜是一种特殊的西洋镜，其中间位置安装了一个带有镜子的鼓，这样从设备上部就可以看到内侧的图片了。相邻的两张图片只有微小的变化。当鼓旋转得足够快时，您就会错误地认为正在看一个移动的图像。这些图片是一些典型的重复动作，如：一个人在走路、跳舞，因为这些动作很容易循环。在这些循环图片中最后一张图片和第一张图片几乎是一样的，这样一系列的图片才可以建立一个单一的模拟运动循环，无穷重复就可以产生不停运动的幻觉。

Wileman Collection供图

位于北卡罗来纳州科学数学学校内

发明者利用人类眼睛的视觉持续性发明了电影。以下是一些早期发明：

（从上到下）西洋镜，西洋镜中使用的图片条状纸和实用镜。

最早的电影放映机（如幻灯机）大约出现在十七世纪后期，但是它只能呈现静态的图片。最早的一些能够放映移动图像的放映机也只是改进过的西洋镜。精明的生产者在鼓上贴上半透明的条带纸，并在盒子中间放置一个光源（通常是一盏灯）。然后通过一个小孔或者光圈将图片投影到一个空白的墙上或者一块展开的白布上。显然，这些设备是非常简陋的。最初都是手动操作的，并

使用与原始西洋镜相同类型的循环动画或照片。

排列在西洋镜的鼓内的图片。

1891年，托马斯·爱迪生发明了活动电影放映机，一切都随之改变了。活动电影放映机在光源前使用一个发动机来旋转胶片条。在一个小房间里，光源将胶片上的图片投射到一块银幕上。当活动电影放映日渐成为一种商机时，许多投资者开始对爱迪生最初的设备进行改进。其中有一种手动操作的改进设备叫kinora，它由卢米埃尔（Lumiere）兄弟发明于二十世纪三十年代，并获得了极大的成功。

1895年，卢米埃尔兄弟——路易斯（Louis）和奥古斯特（Auguste）发明了一款让全世界吃惊的电影放映机。这种便携式设备是照相机、胶片处理室和放映机的综合体！兄弟两个在法国乡村拍摄了最多只能播放几分钟的胶片。然后，他们当场处理和放映胶片！第二年，老式放映机（活动电影放映机的另一个变体）宣布了一个崭新的娱乐时代的到来，老式放映机工作原理与活动电影放映机相似，但有一个本质的区别：图像被投射到房间里的一块大银幕上，而不是在小房间的一块小银幕上。从此，第一家电影院诞生了，这就是位于宾夕法尼亚州匹兹堡市的“五分钱戏院”（The Nickelodeon）。

Wileman Collection 供图

位于北卡罗来纳州科学数学学校内

幻灯机（第一幅图和第三幅图）是放映机的前身。由卢米埃尔兄弟发

明的可手动操作的Kinora （第二幅图）。

经过二十世纪的漫长发展，电影和放映机更加复杂了。工程师用输片齿轮和卷轴来装配放映机，使得胶片在光源前的快速移动更为容易。电影的长度从几分钟变为一个小时，甚至更长时间。在二十世纪二十年代末，常去看电影的人就已经可以欣赏到具有声道的有声电影了。第一部彩色电影出现于二十世纪三十年代，四十到五十年代期间又出现了一些新的处理方法，同时银幕格式也得到了发展。输片盘始创于二十世纪六十年代，它使电影业发生了彻底的改变。二十世纪七十年代和八十年代，自动化开始占主导地位，九十年代数字音响问世，同时LCD技术开始发展。虽然现代的放映机比前身更亮、更快、性能更优越，并由生产商增添了许多高级功能，但其本质和二十世纪初相比没有变化。

虽然在一些一流的电影院里数字放映机蓬勃发展，但模拟信号还是电影院行业中的主流。这完全是出于实际考虑。大多数电影院都有备用的零件和设备问题也可以由本地技术员轻松解决。而相比之下，维修数字放映机则要麻烦的多，额外购买零件以及聘请专业的技术人员都会增加影院的成本。数字放映机使用LCD来产生图像，而不是胶片。听上去这很不错，不会再有划伤或污渍！但LCD存在一个重要缺陷：如果LCD有一、两个坏的象素（这种情况经常有），那么在这台放映机上放映的每一部电影都会全程出现瑕疵。而使用胶片时，一旦替换了划伤的胶片或观看其他电影，就不会出现任何问题.