解析一款LED成像電腦燈——Robe Robin DLS Profile

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學(xué)院，上海 200040）

近幾年，Robe公司因其產(chǎn)品Robin LED染色電腦燈而聲名遠(yuǎn)揚(yáng)。筆者曾測評(píng)過Robin 600染色（Wash）電腦燈，其優(yōu)良的色彩均勻性和平滑的變焦凸顯其強(qiáng)勢性能。LED染色電腦燈市場變得越來越繁忙喧鬧，并且已經(jīng)開始商品化。像素配置型LED PAR燈的時(shí)代已經(jīng)遠(yuǎn)去，很多制造商正在制造具備更多功能的更為復(fù)雜、精致的燈具。然而，對(duì)于LED聚光（Spot）燈具，其現(xiàn)狀與LED染色燈具并不相同。去年，許多靜態(tài)的LED聚光燈具新產(chǎn)品入市，與無處不在的以ETC Source Four成像燈為代表的優(yōu)質(zhì)舞臺(tái)橢球聚光燈展開競爭，這些新品來自ETC、Philips、Prism Projection以及其他制造商，他們都想在燈光設(shè)備市場贏得自己的席位。在自動(dòng)化LED聚光燈具方面，有實(shí)效的燈具甚至更少了，至今在市場上仍只是極少數(shù)。其制造難點(diǎn)是，必須將大量排成陣列的LED光源的光線準(zhǔn)直，并通過聚光燈具的小孔徑光圈。這對(duì)于舞臺(tái)橢球燈的大孔徑光圈已是足夠難了，對(duì)于自動(dòng)化LED聚光燈僅有約1英寸（25.4 mm）數(shù)量級(jí)的小孔徑光圈來說，就更困難了。它還沒有商品化，仍有很大的設(shè)計(jì)創(chuàng)新空間。

Robe公司用Robin DLS Profile產(chǎn)品投入了這個(gè)市場領(lǐng)域。DLS產(chǎn)品系列包括DLX Spot和DLF Wash兩類燈具，所有這些燈具都裝置有相同的RGBW LED光引擎（編譯者注：如同《演藝科技》2012年第5期介紹的GLP的impressiong Spot One，該光引擎系深圳市光峰光電技術(shù)開發(fā)有限公司研發(fā)的LED舞臺(tái)燈模組Atria SL系列產(chǎn)品之一）。Robin DLS Profile提供自動(dòng)化聚光燈具的標(biāo)準(zhǔn)特性，該燈具具有可自動(dòng)造型的4葉光閘片，見圖1，之前在LED燈具中筆者沒有見過這些配置（下文詳述）。Robe Robin DLS Pro fi le是如何構(gòu)成的呢？它是更為傳統(tǒng)的自動(dòng)化燈具的更新替代產(chǎn)品嗎？如同以往考察一樣，筆者將試圖借助對(duì)燈具的光源到光輸出一系列測試盡可能回答許多問題，給予讀者足夠的客觀信息，以幫助讀者得出自己的結(jié)論。測試燈具由制造商提供，本文中所表述的結(jié)果都是基于筆者對(duì)這款燈具的測試。

所有測試都是燈具運(yùn)行在AC 115 V、60 Hz常規(guī)電壓下操作的。不過，Robin DLS Pro fi le能夠在AC 100 V～240 V、50 Hz/60 Hz額定電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，配置有開關(guān)電源的自適應(yīng)電壓選擇。

1 光源

Robin DLS Profile采用一個(gè)450 W的RGBW LED光引擎，見圖2。它運(yùn)用專利技術(shù)以均化4種光色并將它們準(zhǔn)直成一個(gè)光束，幾乎沒有顏色差異或顏色帶。其他制造商的產(chǎn)品中有過相似的光引擎，不過那是RGB引擎。Robe公司選擇添加白光作為第4通道。它不增加總功耗，卻有助于提高顯色性和擴(kuò)展淡柔顏色的色域。Robe公司評(píng)估該引擎功率為450 W，最低壽命為20000 h，擁有高于75%的光束均勻度。這個(gè)光引擎是一個(gè)黑盒子，燈具制造商負(fù)責(zé)提供冷卻和LED驅(qū)動(dòng)器以控制它正常運(yùn)行。Robe公司使用優(yōu)質(zhì)翅式散熱器，三面包圍著光引擎，其頂部和底部安裝有兩臺(tái)風(fēng)扇以強(qiáng)迫空氣通過這些翅片及其周邊。為使燈具運(yùn)行中保持冷卻，兩臺(tái)風(fēng)扇會(huì)調(diào)速以適應(yīng)負(fù)載狀態(tài)的變化。光引擎是密封的，沒有用戶可維修的部件。

圖2 LED模塊

圖3 LED模塊的透鏡

圖3顯示光引擎輸出透鏡的視圖，讀者能夠看到內(nèi)在的復(fù)眼透鏡的六角形小平面，這個(gè)透鏡和交叉設(shè)置的二向色性濾色片一起成為均化系統(tǒng)的要素，它們將光束重疊在一起。此后再?zèng)]有光引擎的光學(xué)器件；被準(zhǔn)直的光線就產(chǎn)生于這個(gè)組件，并直接進(jìn)入這個(gè)燈具的光學(xué)鏈。

2 頻閃與調(diào)光器

該燈具的調(diào)光和頻閃是以電子方式來完成的，即借助PWM技術(shù)調(diào)節(jié)電流來控制LED光源的功率。筆者以DMX 512 Mode1運(yùn)行燈具，這種模式提供許多功能的16-bit控制，其中包括亮度。圖4顯示調(diào)光曲線，幾乎完美地匹配直線型線性調(diào)光。曲線上部90%～95%的調(diào)光非常平滑柔順。一旦低于10%，用戶能察覺到一些步進(jìn)現(xiàn)象；然而，它在其后的調(diào)零過程中保持穩(wěn)定，沒有大的步進(jìn)現(xiàn)象或色彩混合的問題。筆者測得PWM頻率為300 Hz，與Robin LED Wash相同。燈具設(shè)置有一個(gè)專用的通道，能提供多種多樣的頻閃選擇，例如漸變和隨機(jī)選項(xiàng)。筆者測得其最大頻閃速度為17 Hz。

3 顏色系統(tǒng)

圖4 調(diào)光曲線

如上所述，Robin DLS Pro fi le是一款4通道RGBW顏色加法混合燈具。正同Robin 600 LED Wash一樣，對(duì)于顏色混合的目標(biāo)，Robe公司將它當(dāng)作RGB燈具，并不假思索地增加白光（W）以改善顯色性和提高亮度。當(dāng)混合一種不完全飽和的顏色時(shí)，電子設(shè)備就立即在此混合中加入白光光源，以提供更寬泛的光譜響應(yīng)。筆者喜歡這種方法，因?yàn)樗峁┑?個(gè)光發(fā)射器的優(yōu)勢，而不必?fù)?dān)心如何和何時(shí)最好地利用它。在默認(rèn)情況下，以全功率運(yùn)行所有光發(fā)射器時(shí)，燈具產(chǎn)生的白光并不是通常的偏淡粉色的白光，所以，全部光輸出是一種很實(shí)用的顏色。很明顯，燈具實(shí)施了某種內(nèi)部功率分配方式，以使總熱負(fù)載量保持在其技術(shù)規(guī)格之內(nèi)。這允許燈具在光發(fā)射器之間按需轉(zhuǎn)變功率，以使混合最大化。此外，為了與Robin Wash系列的控制方式保持相似，Robin DLS Pro fi le也提供一個(gè)如同RGBW加法混合方式的虛擬色輪通道。這個(gè)色輪通道包括5種不同色溫的白色預(yù)編程混合：2 700 K、3 200 K、4 200 K、5 600 K和8000 K。筆者使用光譜儀測量這些色溫和Δuv值，如表1所示。

圖5 所有LED光源滿功率時(shí)的光譜

圖6 2 700 K白光的光譜

注意：Robe公司告訴筆者，他們使用美能達(dá)CL-200A色溫照度計(jì)測量表1中的量值，測量精度：色溫為±100 K、Δuv為±0.001。這些測量值不同于筆者使用光譜儀測得的結(jié)果，筆者對(duì)此并不感到驚奇，因?yàn)樯珳卣斩扔?jì)（如CL-200A）與光譜儀的測量精度不同。

圖5顯示，混合白光的色溫被設(shè)置于標(biāo)準(zhǔn)的8000 K時(shí)光輸出的光譜，而圖6則顯示2 700 K白光時(shí)的光輸出光譜。2 700 K和3 200 K暖色光與白熾光源很好地匹配，顯示出添加額外的白光發(fā)射器的優(yōu)點(diǎn)。就顯色性而言，色彩越多越好。色光輸出占整體輸出的比例如表2所示。

正如我們對(duì)LED光源所預(yù)期的那樣，所有顏色變化都是瞬間完成的，所以，筆者通常的時(shí)間測試是不確切的。由于某種原因，在聚光燈中看見這種變化比在染色燈中更加令人驚奇。筆者認(rèn)為，我們已經(jīng)習(xí)慣于LED染色燈具的那些突然的色彩變化，但是還沒有習(xí)慣于圖案的變化。通過一個(gè)色輪通道就能獲得許多種顏色，包括彩虹追逐，但是總能夠運(yùn)用RGBW通道去混合出想要的精確顏色。此外，Robin DLS Profile提供CTO通道用色彩混合系統(tǒng)改變標(biāo)準(zhǔn)白光的色溫。運(yùn)用這個(gè)通道，能夠?qū)?000 K標(biāo)準(zhǔn)白光和一種色光混合，而后調(diào)整這種色光達(dá)到與3 200 K白光相似。

4 光圈

測評(píng)對(duì)象由光引擎板塊轉(zhuǎn)向燈具的光學(xué)模塊。第一個(gè)光學(xué)模塊是光圈，見圖7。Robin DLS Profile配置有一個(gè)常規(guī)的多葉片構(gòu)建的光圈，它被安裝在造型模塊的前面。完全關(guān)閉時(shí)的光圈將孔徑尺寸減小到其全尺寸的17%。在這種光圈狀態(tài)下，燈具最小變焦時(shí)的光斑角為2°，而在最大變焦時(shí)則為7.8°。筆者測得打開和關(guān)閉光圈的時(shí)間約為0.2 s。

表1 色溫和Δuv值

表2 色光輸出

5 造型結(jié)構(gòu)

下一個(gè)模塊是4葉片造型結(jié)構(gòu)。造型模塊一直是電腦燈中一個(gè)棘手的部件，很多燈光設(shè)計(jì)師都愿意使用它們，但是難以確保其可靠和精確，所以最終這成為一項(xiàng)昂貴的專業(yè)項(xiàng)目。然而，它們?nèi)绱穗y以制造的最大原因之一是因?yàn)樗鼈儽仨毭鎸?duì)的溫度。通常，來自于白熾光源和HID光源的熱量使光圈葉片灼熱而變成暗紅色。配用LED光源就沒有問題，這樣就不用擔(dān)心熱量使其彎曲變形，意味著光闌金屬片能夠做得更薄更輕；軸承和運(yùn)動(dòng)部件的潤滑油不會(huì)被氣化掉，摩擦力降低、能耗減少，整個(gè)造型模塊可以做得小而輕。

圖7 光圈

圖8 造型模塊

Robin DLS中的造型模塊具體表達(dá)了所有這一切，見圖8。4個(gè)葉片中的每一個(gè)都通過簡單的雙連桿機(jī)構(gòu)直接連接到兩個(gè)步進(jìn)馬達(dá)。因?yàn)槊恳徊糠纸M件都非常小巧輕便，所以它運(yùn)行得非常快速。筆者測得，葉片從光束外緣向完全被插入的位置運(yùn)行所需時(shí)間少于0.1 s。如此快捷的運(yùn)動(dòng)意味著，除了通常的造型應(yīng)用之外，還能將這些葉片用作可充分配置形狀的光圈或特殊效果。葉片能在十字形分隔板之間運(yùn)行，在圖8中能看見這個(gè)分隔板，外面的兩個(gè)葉片置于它們各自的槽中，而中央的兩個(gè)葉片則共置于一個(gè)槽中。每個(gè)葉片能左右旋轉(zhuǎn)45°，完全插入時(shí)葉片能覆蓋一大半光束（平坦插入時(shí)為75%，大角度插入時(shí)為57%）。圖9顯示兩個(gè)不同位置上的葉片，所以能看見馬達(dá)如何運(yùn)動(dòng)到指定位置，而使葉片形成某種角度。此外，整個(gè)機(jī)構(gòu)借助于單獨(dú)的第9個(gè)馬達(dá)能夠旋轉(zhuǎn)90°。整個(gè)行程需時(shí)2 s。筆者關(guān)心如此簡單機(jī)構(gòu)的精度，但測得其滯后僅為0.05°，即在20英尺（6 099 mm）射距上偏差為0.2英寸（5.08 mm）。光學(xué)系統(tǒng)在寬角度時(shí)會(huì)引起一些枕形畸變，這意味著造型插片的直邊在寬光束角時(shí)產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，見圖10和圖11。造型插片以最慢速度運(yùn)行時(shí)稍稍有點(diǎn)抖動(dòng)，這是其最為薄弱的點(diǎn)位，但是其優(yōu)勢是它們運(yùn)行得極為快速。簡單的結(jié)構(gòu)和低熱量意味著它具有良好的可靠性。

6 圖案輪

與造型模塊面對(duì)面配置的器件是一個(gè)常規(guī)的旋轉(zhuǎn)/索引圖案輪，盤面上配置7個(gè)圖案片和一個(gè)開孔。經(jīng)由嵌入式卡盤結(jié)構(gòu)可以更換圖案片。圖案和輪子的旋轉(zhuǎn)范圍是良好的，低速時(shí)運(yùn)行很平滑。圖案輪運(yùn)用快速通道算法以使變化時(shí)間最小化，旋轉(zhuǎn)速度見表3。

圖9 光閘

圖10 造型板和圖案片

旋轉(zhuǎn)定位的滯后精度是0.1°，這相當(dāng)于在20英尺射程上偏差0.4英寸（10.16 mm）。聚焦質(zhì)量通常是好的；大范圍變焦的光學(xué)系統(tǒng)常常會(huì)在大變焦角度時(shí)引起枕形畸變，這對(duì)于邊緣成像有點(diǎn)影響并產(chǎn)生一些輕微的變形，但問題不大。與那些快速的光學(xué)系統(tǒng)一樣，要使圖案、光圈和造型片同時(shí)聚焦是不可能的。

7 效果輪

Robin DLS Profile裝置有一個(gè)效果輪（或稱疊加輪）。這是一個(gè)大的分解圖案，它能以某個(gè)角度移動(dòng)橫穿圖案孔徑。然后，插入和旋轉(zhuǎn)的量（或程度）可以被改變，給予圖案一些有效的閃爍/水型效果。圖12顯示這個(gè)效果輪完全打開和完全被插入定位的視圖。控制通道提供一些有趣的預(yù)編程宏指令，將圖案輪和效果輪的運(yùn)行與有趣的效果結(jié)合起來。

8 透鏡與光輸出

Robin DLS中最后一個(gè)光學(xué)模塊是3組件光學(xué)鏡頭，這種應(yīng)用常見于很多圖案電腦燈中。兩個(gè)組件可移動(dòng)，提供變焦和調(diào)焦效果，而最后一個(gè)組件則是固定的，構(gòu)成燈具的最終光輸出的透鏡。在寬光束角為46.4°時(shí)，筆者測得8000 k白光的光輸出為3 936 lm；在11.7°時(shí)，光通量則緩降為3 049 lm，其變焦范圍達(dá)4∶1。光強(qiáng)分布參見圖13、圖14。其光分布是非常平滑流暢的，混合光分布擁有良好的均勻度。如先前所述，在大角度的末端有一些顯而易見的桶形畸變。從窄角運(yùn)行到寬角的變焦時(shí)間是0.6 s，而全程調(diào)焦則需時(shí)1 s。

表3 圖案旋轉(zhuǎn)速度

圖12 效果輪

圖13 最大變焦時(shí)光強(qiáng)分布

圖14 最小變焦時(shí)光強(qiáng)分布

9 棱鏡與霧化鏡

棱鏡和霧化鏡被安裝在變焦和調(diào)焦透鏡之間，見圖15。每一個(gè)器件都裝置在搖臂上。三棱鏡插入需時(shí)0.5 s，并能被旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度范圍為0.3 s/r（200 r/min）降至162 s/r（0.37 r/min）。圖像分離效果很好，而且可通過變焦來調(diào)整分離程度。霧化鏡是一塊旗形的玻璃片，可在0.2 s內(nèi)降下并橫穿光束。它是一種筆者稱之為“漫射”型的霧化鏡，將光充分漫射使整個(gè)光束的光分布均勻柔和，應(yīng)用這塊霧化鏡以柔化圖案邊緣是不可能的。（筆者將能夠柔化圖案邊緣的霧化鏡稱為“擴(kuò)散”型霧化鏡。兩種類型有它們各自的用途，因而在操作上它們看上去非常不同。）

10 水平與垂直旋轉(zhuǎn)

Robe Robin DLS Pro fi le擁有540°水平旋轉(zhuǎn)和280°垂直旋轉(zhuǎn)。全程水平旋轉(zhuǎn)需時(shí)4 s，而更典型的180°水平旋轉(zhuǎn)則需時(shí)2.4 s。全程垂直旋轉(zhuǎn)需時(shí)2.6 s，180°垂直旋轉(zhuǎn)則需時(shí)2.2 s。

運(yùn)行是平滑流暢的，沒有步進(jìn)現(xiàn)象，并具有極好的重復(fù)性；筆者測得水平滯后為0.07°而垂直滯后為0.03°。這相當(dāng)于在20英尺（6 099 mm）射程上水平偏差為0.3英寸（7.62 mm），垂直偏差為0.1英寸（2.54 mm）。

我們已經(jīng)了解剛性系統(tǒng)的特性，它良好的可重復(fù)性常常在最后定位時(shí)導(dǎo)致一些彈跳，對(duì)于這款燈具，同樣也是這種情況。水平和垂直旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都安裝有譯碼器，如果燈具受阻或受撞時(shí)，譯碼器將糾正定位誤差。圖16顯示安裝有水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的一個(gè)燈弓臂，而垂直旋轉(zhuǎn)馬達(dá)則裝置在另一個(gè)燈弓臂中。

11 噪聲

燈具滿功率輸出白光運(yùn)行30 min之后，在燈具正常工作狀態(tài)下，距離燈具1 m處測得燈具的噪聲值如表4所示。

這款燈具的噪聲級(jí)非常穩(wěn)定，主要源自LED冷卻風(fēng)扇的噪聲。筆者以自動(dòng)模式運(yùn)行風(fēng)扇，但也可以不用此模式，將風(fēng)扇運(yùn)行設(shè)置于劇院模式，此時(shí)能按照用戶需要調(diào)整風(fēng)扇速度。系統(tǒng)會(huì)降低光輸出和用戶所需要的運(yùn)行速度。有時(shí)，擁有固定的風(fēng)扇速度比增加或降低速度更好些；恒定的噪聲在主觀上常常比變化的噪聲較少地令人注意。筆者測試劇院模式，將風(fēng)扇設(shè)置于最小速度；這將靜態(tài)噪聲水平有效地降低至8 dB（A）～37 dB（A），而光輸出則減少到66%。

12 電參數(shù)與復(fù)位/初始化時(shí)間

圖15 霧化鏡和棱鏡

表4 燈具噪聲

表5 功耗（115 V 60 Hz時(shí)）

圖16 燈弓臂

圖17 顯示器

圖18 光學(xué)模塊

圖19 連接器

冷啟動(dòng)的初始化運(yùn)行需時(shí)36 s，而來自DMX 512重置指令的初始化運(yùn)行則需時(shí)30 s。復(fù)位運(yùn)行得很好，在水平和垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)行到最終的定位之前燈具不會(huì)亮起來。

13 電子設(shè)備與控制

Robin DLS Profile采用Robe公司經(jīng)專業(yè)綜合測試的、標(biāo)準(zhǔn)的彩色LED觸摸屏，它也安裝有4個(gè)毗連的按鈕，見圖17。用戶可使用觸摸屏或按鈕去操作此系統(tǒng)；系統(tǒng)配置電池供電，以便在燈具通電之前能設(shè)置參數(shù)。系統(tǒng)提供綜合性的DMX 512選項(xiàng)，以及提供診斷、單獨(dú)操作和相關(guān)服務(wù)的進(jìn)入等選擇范圍。燈具也會(huì)跟蹤所有的故障事件，有可用于客戶檢查的全方位記錄，以及作為遠(yuǎn)程配置和診斷的RDM能力。集成無線DMX也是可選擇的，它采用LumenRadio CRMX模塊。

電子設(shè)備分布在燈具各處的不同小電路板上，控制和電源設(shè)置在底座中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器與它們各自的模塊相毗鄰，如圖18所示。

Robin DLS提供5針XLR DMX512和3針XLR接口以及用于以太網(wǎng)的Ethercon接口，以太網(wǎng)提供Art-Net、MANet 1和MANet 2支持，以及Streaming ACN支持，見圖19。也可以用燈具作為一個(gè)Ethernet-DMX 512的網(wǎng)關(guān)，它接受這些協(xié)議中的某一個(gè)，并通過XLR接口轉(zhuǎn)換為DMX 512信號(hào)。

結(jié)論

Robin DLS Pro fi le是一款簡單的燈具，很方便拆卸和使用。除了密封的LED光引擎之外，其他器件都很容易維修保養(yǎng)。其外觀與Robe的其他圖案電腦燈非常相似，要遠(yuǎn)距離識(shí)別出它是一臺(tái)LED燈具，那是很困難的。

這就是Robe Robin DLS Pro fi le——筆者測試過的配置有自動(dòng)造型光閘的第一臺(tái)LED聚光燈具。LED光源的應(yīng)用有效地解決了熱相關(guān)的問題，從而展示了這類燈具在工程上的發(fā)展?jié)摿Α?/p>