解析一款LED圖案電腦燈——GLP impression Spot One

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學(xué)院，上海 200040）

GLP公司是歐洲的一家知名自動化照明設(shè)備制造商。多年前，筆者首次看到GLP產(chǎn)品——一款360°旋轉(zhuǎn)的Patend Light時，對其印象很深刻。此后，GLP推出了一系列自動化照明產(chǎn)品，其中大部分產(chǎn)品都采用傳統(tǒng)造型，包括本文介紹的Impression Spot One（以下簡稱“Spot One”）。它是筆者測評的第一款RGB混色的圖案電腦燈。雖然現(xiàn)在市場上已經(jīng)有不少RGB LED染色燈具，但是將LED光學(xué)系統(tǒng)用作圖像投影燈具畢竟還不太容易，尤其是適用于小尺寸圖案片的自動化燈具。因此，筆者希望這次檢測提供的數(shù)據(jù)，能幫助用戶了解Spot One的基本性能和功能，以及它與采用傳統(tǒng)光源的電腦燈的差異。

與以往一樣，本次檢測依然從對光源的測試開始，直至光輸出鏡頭結(jié)束，報告筆者在檢測時的觀察和分析，記錄測量數(shù)據(jù)。報告的所有結(jié)果都來自對GLP公司發(fā)送給筆者的唯一一臺燈具的測試，如圖1所示?？紤]到時間和物流成本等因素，筆者并沒有去測量若干臺燈具，而后對測量數(shù)據(jù)取平均值，盡管那是一種較好的技術(shù)方法。

在本次測試中，燈具均運行于115 V、60 Hz的標(biāo)稱電壓下。Spot One技術(shù)規(guī)格允許它在額定的100～240 VAC、50/60 Hz電源下正常運行，該電源具有開關(guān)模式的自動電壓選擇。

1 光源

本次檢測從光源開始。不過，這對Spot One來說就有些困難了。此燈具采用產(chǎn)自Appotronics的集成光引擎，它安裝在被稱為“黑盒子”的組件里。圖2和圖3分別是光引擎兩側(cè)的側(cè)視圖。圖的主體是其冷卻系統(tǒng)，在光引擎周圍裝置有許多熱管和一個巨大的鰭形散熱器，它借助熱管將熱量傳導(dǎo)給散熱器而達(dá)到冷卻效果。散熱器的頂部又被2只大的冷卻風(fēng)扇所覆蓋。由于無法取出黑盒子組件，也觀察不到該組件內(nèi)的情況。光引擎的技術(shù)規(guī)格中說明，它是1只400 W RGB LED芯片集，其額定壽命為20 000 h。并未注明LED光源的類型及其制造商（編者注：光源制造商為深圳市光峰光電技術(shù)有限公司）。

雖然無法看到光源內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但筆者認(rèn)為RGB三種色彩的組合形式設(shè)計很值得關(guān)注，故根據(jù)經(jīng)驗簡要說明。LED光源的三色陣列結(jié)構(gòu)是，綠色光位于光引擎的后部，紅色光和藍(lán)色光則在綠色兩側(cè)，彼此相向向內(nèi)放置。通過一對交叉的二向色性濾色片將三色光束組合為集成的單一輸出光束，這與應(yīng)用于投影機或攝像機中的光束分光鏡有點相像。系統(tǒng)的設(shè)計目的是使RGB三色光源的光學(xué)表現(xiàn)接近一體化光源，仿佛所有發(fā)射器都緊密地組合在一起。圖4是由制造商提供的Appotronics光引擎結(jié)構(gòu)圖，顯示出這款燈具應(yīng)用的光學(xué)系統(tǒng)，它采用交叉的二向色性濾色片和光輸出復(fù)眼透鏡。當(dāng)然，這個系統(tǒng)運行效果很好，在輸出光束中幾乎沒有色散，也沒有彩色陰影。

據(jù)筆者觀察，Appotronics的光引擎屬于用戶不可維修的部件，因而被設(shè)計成單一部件以便更換。

2 頻閃與調(diào)光

考察LED光引擎的同時，或許也是討論頻閃和調(diào)光的好時機。由于這是一款LED產(chǎn)品，所以，這兩個功能完全是電子化的。Spot One為用戶提供了一系列調(diào)光曲線；筆者選擇的是燈具提供的默認(rèn)調(diào)光曲線，如圖5所示，它被描述為Elog曲線。曲線順滑流暢，在調(diào)光下降至5%之前，幾乎是連續(xù)無跳步變化的，此后它突變至零點。這個第一步——從完全關(guān)閉（亮度為零）調(diào)控至可能的最低亮度值——總是與LED光源有關(guān)聯(lián)，沒有類似預(yù)先加熱燈絲的方法以使其調(diào)光順滑些。當(dāng)調(diào)光至30%以下時，筆者還能察覺到有向綠色輕微偏移的色彩變化。該燈具設(shè)置有一個專用的頻閃通道，以便選擇多種多樣常用的頻閃模式，包括直線加速頻閃和急變頻閃。筆者測得的可能頻閃范圍是1 Hz～24 Hz。

3 色彩系統(tǒng)

Spot One是一款RGB LED燈具，所以，燈具的所有顏色都由紅、綠、藍(lán)三基色通過加法混合而獲得。除了三基色的控制通道之外，GLP公司還提供一個單獨的色彩控制通道，它給予12個預(yù)混合和預(yù)設(shè)置的色彩、彩虹效果以及各種不同色溫的白光以便能快速獲取。此外，還有一個色溫通道，它能夠在其他任何選取的顏色上再疊加不同色溫的白光，以模擬3 200 K至7 000 K的白色光源。圖6顯示了所有三基色通道都處于滿額度輸出時的光譜分布；這給出了燈具最高的光輸出量，但是，其光輸出略微缺少點綠光，因此，其光色略帶一點桃紅色而不是白色，這是RGB燈具常有的情形。圖7顯示混合光輸出被調(diào)整后產(chǎn)生7 500 K白色時的光譜分布，而圖8顯示在3 200 K色溫時的光譜分布?；旌袭a(chǎn)生7 500 K白光時的光輸出量降至RGB滿額度光輸出量的75%，在5 600 K白光時的光輸出量為滿額度時的68%，而在3 200 K白光時則為50%。如同所有RGB LED燈具一樣，其輸出系統(tǒng)是加法混合，所以，與采用濾色片的減法混合方式帶來的色光光損相比，高飽和度色彩的光輸出量的減少要小些。表1顯示了該燈具幾種色彩的傳遞率。

通常，藍(lán)光輸出是LED燈具的一個弱項，而Spot One具有極佳的藍(lán)光輸出，色彩混合的范圍符合用戶期望，色彩飽和度高。LED要混合出柔和淡雅并接近白色的顏色不太容易，這款燈具也是如此。電腦燈中的RGB LED光源優(yōu)點之一是色彩變化速度快，能實現(xiàn)瞬間的色彩突變效果?，F(xiàn)在，大多數(shù)LED染色燈具都已能實現(xiàn)該效果。令人欣喜的是，Spot One在實現(xiàn)強勁光束和圖案投影功能的同時，又具有突變的色彩效果。

表1 色彩的傳遞率

4 效果盤

光引擎之后的第一個物理光學(xué)器件是效果盤。這是現(xiàn)在常見的一種裝置，是一個巨大的圖案圓盤，能以45°的角度穿越光束；當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時，能產(chǎn)生穿越光束的線性運動效果。當(dāng)用戶調(diào)控效果盤出入光束時，就能產(chǎn)生縱向、橫向或兩者之間任何位置的運動。在效果盤上只有一個可更換的圖案。圖9顯示效果盤從光束外向光束內(nèi)作縱向運動時的兩個位置狀態(tài)。效果盤完全穿越光束需時0.6 s，一旦到位，它的旋轉(zhuǎn)速度就能實現(xiàn)大幅度變化。筆者測得，最快旋轉(zhuǎn)速度約為33 r/ min，而最慢旋轉(zhuǎn)速度太慢了，以至于筆者實際上無法測量出來。

5 圖案盤

Spot One具有兩個完全相同的旋轉(zhuǎn)圖案盤。每一個具有7個可更換的圖案片外加一個開孔，每一個都采用相同的嵌入式卡盤系統(tǒng)以便更換圖案片。進(jìn)入更換圖案的入口是很容易的。圖10顯示部分卸掉圖案片的卡盤，圖11顯示圖案片卡盤的正面和背面。金屬和玻璃圖案片都可使用；裂紋玻璃片也可使用。表2顯示了圖案旋轉(zhuǎn)速度。

Spot One所有圖案片和圖案盤本身具有極佳的旋轉(zhuǎn)速度變化范圍，所以，其運動都運用快速通道算法，以使運動時間最小化。旋轉(zhuǎn)本身非常平滑，在定位時幾乎察覺不到滯后現(xiàn)象。筆者測得總誤差為0.02°，這相當(dāng)于在20英尺（6 096 mm）射距處的偏差僅為0.1英寸（2.54 mm）。圖案投影的聚焦質(zhì)量及清晰度都非常好；只有少量的彩色邊紋現(xiàn)象，但是筆者認(rèn)為那是來自于鏡頭的色差，而不是產(chǎn)生自RGB三色勻化機制。產(chǎn)生邊緣－中心聚焦差異的球面像差可察覺到，但是數(shù)值極小。圖12顯示了兩個投影的圖像。如果特意將這些圖案片調(diào)置于焦距之外一段距離，光引擎的復(fù)眼光學(xué)系統(tǒng)會在圖案四周創(chuàng)造出一些有趣的圖形——筆者曾見過這種技巧和效果在演藝中的運用。

6 光圈

Spot One裝置有一個標(biāo)準(zhǔn)的光圈，它緊挨在兩個圖案盤之后。充分關(guān)閉的光圈可將孔徑尺寸減小至全開孔徑尺寸的16%，這使得燈具在最小變焦?fàn)顟B(tài)時產(chǎn)生1.6°的光斑角，而在最大變焦?fàn)顟B(tài)時產(chǎn)生4.2°光斑角。筆者測得打開和關(guān)閉光圈所需時間約為0.2 s。圖案和光圈之間聚焦的差異相當(dāng)大，所以，清晰地將光圈投影疊加在圖案成像上是不可能實現(xiàn)的——其中任一個能夠處于聚焦?fàn)顟B(tài)，但兩者不能同時聚焦。

7 鏡頭與光輸出

Spot One中的光學(xué)系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的三組件設(shè)計，其中組件1和組件2可移動以提供變焦和調(diào)焦，而組件3是固定的光輸出透鏡。前兩個透鏡組件設(shè)置于光圈之后、棱鏡之前的區(qū)間。筆者測得RGB三色光源滿額運行、27°寬光斑角投光時，疊加的光輸出量是4 660 lm，在10.4°窄光斑角時，其光輸出稍有下降，光通量為4 281 lm。光斑在所有情況下都非常平坦，在窄光斑角狀態(tài)更是如此，這對于圖像投影和展現(xiàn)空中特技很不錯，盡管對相鄰燈具之間的光斑銜接或許有點過于平坦了，見圖13和圖14。圖15顯示了使用相關(guān)聯(lián)的皮帶傳動機構(gòu)運行的變化和調(diào)焦鏡頭。從窄光斑角運行至寬光斑角的變焦所需時間是1.2 s，而調(diào)焦全程需時0.5 s。

表2 旋轉(zhuǎn)圖案速度

8 棱鏡

位于透鏡組件2和組件3之間的光學(xué)器件是可移動的三棱鏡。將棱鏡移動定位的機械裝置與筆者以前見過的結(jié)構(gòu)有些不同。整個棱鏡結(jié)構(gòu)從燈具頂部即透鏡組件2的上部以樞軸為中心轉(zhuǎn)動定位，而不是通常從側(cè)面滑動定位的方式。圖16顯示棱鏡轉(zhuǎn)動定位順序的3個視圖，整個運作過程需時1.1 s。一經(jīng)定位，棱鏡就能被雙向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度范圍為113 r/min～0.13 r/min。調(diào)整變焦通道可以改變3個投影圖像的分離間隔，從分離狀態(tài)變化至約40%的圖像重疊。

9 水平與垂直旋轉(zhuǎn)

Spot One可水平旋轉(zhuǎn)630°、垂直旋轉(zhuǎn)270°。水平全程630°旋轉(zhuǎn)需時5 s，而更為典型的180°旋轉(zhuǎn)則需時3.5 s。垂直全程270o旋轉(zhuǎn)需時3.5 s，而180°旋轉(zhuǎn)則需時3 s。

旋轉(zhuǎn)運行質(zhì)量非常好，察覺不到步進(jìn)現(xiàn)象。定位精度極佳，在水平和垂直旋轉(zhuǎn)方面，測得的滯后誤差都是0.05°。這相當(dāng)于在20英尺（6 096 mm）射距上偏差為0.2英寸（5.08 mm）。對這種剛性系統(tǒng)來說，滯后確實略微下降，然而，在運行的終端位置又會產(chǎn)生相當(dāng)多的反彈，尤其是在水平旋轉(zhuǎn)時。這是自動化燈具設(shè)計中常見的工程困境：需要獲得但也是難以同時獲得的三個結(jié)果——高速運動、最后定位精準(zhǔn)和極輕微的反彈。對上述三個要求，可以做好任意兩個，但三者同時達(dá)到最佳則是困難的。水平和垂直旋轉(zhuǎn)軸都安裝有編碼器，如果旋轉(zhuǎn)被阻擋或被撞擊，編碼器將糾正定位誤差。圖17顯示安裝在燈弓臂內(nèi)的垂直旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。

10 噪聲

運用提供的軟件，鏡頭變焦時Spot One產(chǎn)生的噪音最大（棱鏡的運行顯示出相同的噪音數(shù)值，因為它必須從變焦鏡頭上部轉(zhuǎn)動后才能定位）。 表3為聲強水平，其中所報告的靜態(tài)噪音數(shù)值是LED光源及其相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇在滿功率運行30 min之后所測得的。

表3 聲強水平（常規(guī)模式）

表4 燈具功耗（ 115 V 60 Hz）

11 電子參數(shù)與復(fù)位/初始化時間

表4為燈具功耗值。無論是冷啟動還是由DMX512重置指令再啟動，初始化需時51 s。復(fù)位表現(xiàn)得很差，水平和垂直旋轉(zhuǎn)在完成最后定位狀態(tài)之前，燈具中的LED光源就逐漸變亮起來（制造商表示，這個問題已經(jīng)在新的軟件版本中得到解決）。

12 結(jié)構(gòu)

如上所述，用戶不能對Spot One LED引擎進(jìn)行維修或調(diào)整，但是，圖案和效果系統(tǒng)都容易打開，維護(hù)方便。該燈具設(shè)計幾乎沒有置頂盒；只有一個小的圓面，在圓面上設(shè)置連接和電源。其余的所有器件都安裝在燈弓臂或搖頭內(nèi)。進(jìn)入頭部很簡便：卸下每個側(cè)面上的4個直角回轉(zhuǎn)螺絲，打開蓋子，就顯露出所有的系統(tǒng)。總的說來，它是一款外觀典雅的燈具。

13 電子設(shè)備與控制

圖18顯示安裝有接口的殼體的一個側(cè)面，它配置著電源和5針、3針XLR DMX 512輸入接口。同時也留有以太網(wǎng)端口的位置（但在筆者檢測的這臺燈具上沒有使用）。在殼體的另一側(cè)配有相應(yīng)的DMX 512輸出端口，與其在一起的還有電源開關(guān)和熔斷器。彩色液晶顯示器和觸摸板菜單系統(tǒng)被安裝在一個燈弓臂內(nèi)，見圖19。它提供進(jìn)入所有常規(guī)設(shè)置和服務(wù)的功能。良好的觸控板是圖形化界面，當(dāng)燈具自檢時，顯示燈具每一個系統(tǒng)初始化時的實際狀態(tài)。電子設(shè)備分布于整個燈具，電源安裝在燈弓臂的底部，見圖20，而馬達(dá)驅(qū)動器則安裝在搖頭內(nèi)，見圖21。

以上就是GLP impression Spot One這款RGB LED圖案電腦燈的表現(xiàn)，這款燈具是否能滿足需要，還需要用戶自己作出結(jié)論。

（本文編譯自美國《Lighting &Sound America》雜志2011年11月刊《The GLP impression Spot One》一文，獲其許可，http://www.lightingandsoundamerica.com/LSA.htm l。）