測評一款光束電腦燈

【摘 要】 通過對一款新型光束電腦燈的解構(gòu)和測試，分析其構(gòu)成、性能及特點。

【關(guān)鍵詞】 光束電腦燈；Elation Platinum Beam 15R Pro；測評；溫度傳感器；光展量（集光率）

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.01.014

【Abstract】Based on the deconstruction and test of a new type beam moving light， its structure， performance and features were expounded in the paper.

【Key Words】beam moving light； Elation Platinum Beam 15R Pro； evaluation； temperature sensor； etendue

LED光源可能是有史以來最好的東西，但是單個點狀的LED光源的光通量還不能與弧光燈泡相匹敵。因此，對于Elation Platinum Beam 15R Pro（以下簡稱該燈具）一類電腦燈具來說，弧光燈泡依然是最佳選擇。該燈具是超窄光束投射燈新品種之一，應(yīng)用了飛利浦MSD Platinum 系列燈泡，外觀類似ACL燈，見圖1。這類光束燈具是目前最流行的小型電腦燈之一。該燈具的光束變化表現(xiàn)如何呢？筆者將試圖測量從光源到輸出透鏡的每一項參數(shù)，并給出測試結(jié)果。

如同筆者測量過的其他光束電腦燈一樣，這個客觀測量方法用于該燈具時也存在一些問題。因為它很可能不是用來照明景物表面和表演者的燈具，而主要被用作空中特效或“光束效果”。感知并客觀地測量這些光束并非易事，因為這既取決于燈具光束的亮度，還在很大程度上取決于空中的環(huán)境和空氣中的霧氣。我們能測量燈具的亮度，也能夠獲取似乎有些主觀的感知：光束如何緊密、如何平行準直以及光束邊緣如何干凈利落。由于不可避免的主觀性，用戶在自己的演出場所，親自實地檢驗這類燈具就顯得更加重要。適合筆者的方法不一定適合所有人。所有測試在Elation公司給筆者提供的一臺樣燈上進行，燈具在標(biāo)稱電源115 V、60 Hz下運行。

1 光源

筆者先前曾談?wù)撨^光展量及其守恒原理（編者注：有關(guān)光展量或稱集光率的概念，讀者可參閱本刊2012年第4期刊發(fā)的邁克·伍德《解析光學(xué)擴展量》一文），這些光束燈具是光展量原理推動設(shè)計決策的一個完美例子。在這種應(yīng)用情況中，總想要最終得到一個角度非常窄小、直徑又不太大的光束。從光展量守恒原理可知，當(dāng)光束角度變得更窄小時，光束的直徑也必定變得更大。為了得到角度更窄的光束和最終的光束直徑（指光束燈出光口）不大于6英寸（152.4 mm）的探照燈，需要采用能獲得的最小光源進行燈具設(shè)計。該燈具采用飛利浦MSD Platinum 15R燈泡，見圖2。

MSD Platinum系列光源中更小的燈泡是MSD Platinum 5R。此燈泡的弧光管內(nèi)擁有1.3 mm的電弧，而弧光管安裝在二向色性玻璃反光鏡內(nèi)。飛利浦已使用反光鏡對弧光管進行了精確的預(yù)校準，以使光輸出最大化。那個極小的電弧意味著此校準很關(guān)鍵：因為對于燈泡在燈具反光鏡中的位置，采用通常的螺絲調(diào)整是很粗略的、不精確的，較好的方法是在工廠里就將其預(yù)先定位。筆者喜歡預(yù)聚焦燈泡：它們將臆測排除在燈具設(shè)計之外，并確保燈具在演出使用中的運行狀況與其在測試工作臺上的運行相一致。MSD Platinum 15R燈泡的額定功率為3 00 W，光通量為13 500 lm，色溫為8 000 K，而半衰減壽命則為1 500 h。

燈泡更換相當(dāng)簡單。從早期的型號Platinum Spot 5R至今，Elation公司將更換燈泡變得愈發(fā)容易。卸下3個螺絲，拆掉后面板，就露出燈泡。拆除連接，然后對著用彈簧支撐的金屬板推動燈泡，并將燈泡向下滑落，將其從固定夾中取出，見圖3和圖4。更換新燈泡的操作方法相同，將燈泡法蘭盤插入燈泡隔板上的金屬板即可。

燈泡安裝在一個封閉的光源腔體內(nèi)，而腔體設(shè)置有溫度傳感器和專用的風(fēng)扇，以使燈泡保持穩(wěn)定運行。對于這些單泡殼的燈泡，溫度控制是關(guān)鍵；封閉的光源腔體幾乎是必不可少的，電腦燈尤其如此，因為空氣對流模式隨著搖頭的運動在不斷地變化。

緊挨在燈泡之后、覆蓋光源腔體的器件是典型的對半開成角度安裝的二向色性熱鏡。此鏡能將紅外線反射回去以使熱量脫離光束，也可防止熱量因直接反射回來而進入燈泡。

2 色輪

通常，看見的下一個器件是調(diào)光器/旗形光閘，但是該燈具并不是這樣，而是把色輪直接安裝在光源腔體之后。它擁有8個固定的二向色性濾色片和一個開孔。有趣的是，如同熱鏡一樣，二向色性濾色片也被劈開成兩半，并被成角度安裝。筆者推測，其道理和熱鏡成角度安裝一樣：避免反射回來的能量進入燈泡。圖5是其中的一張濾色片。圖6顯示透過熱鏡和一張濾色片后光源腔體的視圖。每一張濾色片由兩片二向色性玻璃組成，它們被粘在色輪上并構(gòu)成相互成角度的組件。由于采用這種粘貼的方法，所以濾色片是不可更換的。表1顯示了固定色輪的透射率。

色彩變化速度很好；濾色片很小，但是成角度安裝結(jié)構(gòu)使得它們相比平裝的濾色片顯得有點厚重。色輪旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)流暢。表2是色輪運行速度。

3 圖案

該燈具配置有兩個圖案輪。第一個是旋轉(zhuǎn)圖案輪，它擁有8個可更換的旋轉(zhuǎn)/索引圖案和一個開孔，緊接著是一個固定色輪，擁有13個不可更換的圖案和一個開孔。固定色輪將所有濾色片分割拼接成單一的大色輪，如圖7所示。它也顯示出固定色輪上較厚的輪緣；推測起來，這是為了避免因熱量而引起屈曲或翹曲。兩個色輪都包含有各式各樣的開孔和簡單圖形。兩個圖案輪在光學(xué)鏈上離得相當(dāng)遠，所以實際上不能將它們疊合在一起。因為具有較小景深的光學(xué)系統(tǒng)運作非常迅捷，以致不能將其同時聚焦。不過，它們給予了良好的圖案選擇。筆者注意到，旋轉(zhuǎn)圖案輪上的小孔故意設(shè)計為偏心的。這可以讓用戶借助旋轉(zhuǎn)那個偏軸的小孔獲得一些有趣的特效。表3、表4是旋轉(zhuǎn)圖案輪和固定圖案輪運行速度。endprint

圖案的定位精度和旋轉(zhuǎn)平滑度極好，毫無抖動和跳動。筆者測得其滯后僅誤差0.04?，這相當(dāng)于在20英尺（6 096 mm）的射距上偏差0.2英寸（5.08 mm）。

考慮到這是一款光束電腦燈而不是圖案電腦燈，其圖案的聚焦質(zhì)量還是很好的，像差也很小。它具有某些燈光師想要的那種光束在空中的清晰度，而不是在天幕上的圖案投影的清晰度。這種應(yīng)用選擇的圖案很簡單。固定圖案輪配置有最小的開孔，可用它獲得最緊湊的光束。運用這個最小孔徑，能將光束尺寸減少至全尺寸的24%，其結(jié)果是光束角僅為1?。

4 調(diào)光器與頻閃器

調(diào)光器/頻閃器類似筆者見過的其他Elation燈具產(chǎn)品，由一對帶鋸齒狀的旗形金屬板構(gòu)成，以剪刀動作閉合橫越光束。峰值光束分布的光學(xué)系統(tǒng)不利于調(diào)光，如果在天幕上硬聚焦，就會看見許多人為的光影現(xiàn)象和陰影。不過，這并非該燈具的應(yīng)用目標(biāo)。對于空中的光束，用戶不會注意到任何有關(guān)的光影現(xiàn)象。實際的調(diào)光曲線緊挨著線性曲線，見圖8。同一對旗形金屬板被用來產(chǎn)生頻閃效果，筆者測得其頻率范圍為1.7 Hz～9 Hz（當(dāng)燈具被稍微向下調(diào)光時，其頻率也會變得稍快些）。

5 棱鏡與霧化鏡

緊接在調(diào)光器之后，該燈具配置有可旋轉(zhuǎn)的八棱鏡（光學(xué)部件的順序稍微有點不同尋常；光束電腦燈的光學(xué)系統(tǒng)與更常見的圖案電腦燈的光學(xué)系統(tǒng)迥然不同）。這個棱鏡帶來了良好的圖像分離和一些非常有趣的光束效果。Elation公司在棱鏡控制通道中提供一系列預(yù)編程的棱鏡和圖案宏指令，使用戶能快速存取許多有用的組合。將棱鏡插入或移出光學(xué)鏈，筆者測得需時0.6 s，而其旋轉(zhuǎn)速度的變化范圍是從0.33 s/r（185 r/min）下降至非常慢的976 s/r（0.06 r/min）。

最后，在鏡頭前，燈具配置了霧化鏡，見圖9。這是一塊大的旗形光擴散片，它可以落下穿越光束。它只有兩種變化：要么進入光束，要么移出光束。但起了相當(dāng)大的作用，能將光束擴散成寬大的泛光。很明顯，霧化鏡就是為了獲得特效而設(shè)計，這種特效恰好適合于這類燈具。霧化鏡插入或移出光束需時0.7 s。

6 鏡頭與光輸出

該燈具配置有兩個大口徑的透鏡部件。第一個部件緊跟著霧化鏡，它可以移動以調(diào)整光學(xué)組件的焦點。第二個部件則構(gòu)成燈具最后的輸出透鏡，它是固定不動的。圖10顯示燈具的光輸出曲線。這是典型的峰值型曲線，顯得有點不均衡，但是對于光束投光燈具的應(yīng)用，這種光分布還是不錯的，在通過小光圈的光束中心區(qū)域，可得到盡可能多的光。由于這種不均勻的光分布，筆者不能從中推算出其光通量輸出的確切數(shù)據(jù)（筆者的算法需要一種平滑、對稱的光分布）。然而，筆者在圖表上已經(jīng)提供了發(fā)光強度數(shù)值，顯示了光束的亮度。當(dāng)全孔徑、光束角成4.4 ? 時，光束中心的峰值發(fā)光強度約為8 000 000 cd。

注解：由于這種燈具極度窄小的角度，筆者需要比通常更長的射距以測量。為了在筆者的工作室實現(xiàn)這個目標(biāo)，筆者使用一面鏡子以曲折光線路徑，其結(jié)果是將通常的16英尺（4 879 mm）射距增加到約30英尺（9 146 mm）。增加一面鏡子產(chǎn)生的副作用是，它也引起一些光輸出的損失，這是由于在鏡子的玻璃表面和反射面本身引發(fā)的反射損失。為了補償此損失，如同在屏幕上測量一樣，筆者測量光束在鏡子表面上的中心照度。然后，應(yīng)用標(biāo)準的平方反比定律來計算校正系數(shù)以抵償鏡子的影響。于是，這個校正系數(shù)被應(yīng)用到所有的光輸出測量工作中。

7 水平與垂直旋轉(zhuǎn)

筆者測得該燈具的運轉(zhuǎn)范圍是水平540?和垂直221?。全程水平旋轉(zhuǎn)需時4 s，而180?運轉(zhuǎn)也耗時4 s。全程垂直旋轉(zhuǎn)需時2 s，而180? 運行同樣耗時2 s。假如它被撞擊而偏離定位，水平和垂直旋轉(zhuǎn)都配置有光編碼器使燈具復(fù)位。這款燈具似乎運用了與筆者測試過的其他Elation燈具相同的算法，用很有效的運動分析程序做到緩慢減速，進入最終位置。采用這種算法可減少最終位置上的運動彈跳，但是它不可避免地使移動稍微緩慢下來，尤其在水平運行方面。

筆者測得水平重復(fù)定位精度是0.06?，這相當(dāng)于在20英尺射距上約偏差0.3英寸（7.62 mm）；而垂直定位精度則較好些，為0.05?，相當(dāng)于在20英尺射距上偏差0.2英寸（5.08 mm）。兩個方向上的運轉(zhuǎn)是極好的，緩慢運行會出現(xiàn)一些步進現(xiàn)象，按對角線方向運行時特別明顯。

8 噪聲

目前，在驅(qū)動電機沒有運轉(zhuǎn)時，這款燈具產(chǎn)生噪聲最大的部件是冷卻風(fēng)扇。Platinum燈泡需要大量的冷卻風(fēng)，這不可避免地導(dǎo)致風(fēng)扇的噪聲。垂直方向在某個速度運行時所產(chǎn)生的噪聲比風(fēng)扇的噪聲還稍大些。距離燈具1 m處測得燈具的噪聲值如表5所示。

9 功率與復(fù)位/初始化時間

這款燈具在115 V 60 Hz標(biāo)稱電壓下運行時，筆者測得其功耗為467 W，電流為3.93 A，而功率因數(shù)為0.99。該燈具應(yīng)用于100 V～240 V AC 50/60 Hz額定電壓范圍，而所有電壓供給都經(jīng)由自動電壓開關(guān)實現(xiàn)。這款燈具完成初始化需時55 s。像許多燈具一樣，它復(fù)位返回時運行狀況很差，因為在燈具到達最終的水平和垂直定位前它就打開光閘了。

10 電子設(shè)備與控制

該燈具的電子設(shè)備被分布安裝于整臺燈具各處，馬達驅(qū)動器被設(shè)置在各自相關(guān)的馬達附近。圖11顯示其中一個驅(qū)動電路板和相關(guān)的電纜管理板的視圖。圖12顯示它的一個燈弓臂，包含水平旋轉(zhuǎn)馬達和相關(guān)的電子設(shè)備，在底部，能夠窺見用作位置反饋的編碼器輪。燈具另一個燈弓臂則包含垂直旋轉(zhuǎn)馬達。最后，置頂盒包含所有的電源器件，以及顯示屏和主控電子設(shè)備，見圖13。該燈具的燈頭是相當(dāng)窄小和擁擠的，不是模塊化組裝。所以，這是一種需在工作臺上而不是在懸掛狀態(tài)中修理的燈具。

彩色LCD顯示屏可以顯示菜單和控制功能，見圖14。這提供所有常規(guī)的DMX 512配置功能以及單獨的、編程的、維護的選項；它配置有蓄電池電源，以便燈具還在路途中時，就能夠設(shè)置選項。該燈具也以W-DMX格式提供內(nèi)置的無線DMX。連接面板采用幾乎普遍應(yīng)用的Neutrik Powercon接口以連接電源，并提供5針DMX512 XLRs和3針XLR接口用作數(shù)據(jù)傳輸，見圖15。

這種類型的光束燈具近來變得非常流行，廣受歡迎。有趣的是，Elation公司選擇使用更高功率、更有力度的燈泡——飛利浦MDS Platinum 15R Pro。光束燈具的空中效果是難以客觀測量的，因而對其進行主觀評價肯定會逐漸開展。如果用戶認為Elation Platinum Beam 15R Pro很有趣，那么在演出中不妨試試，之后給出主觀評價結(jié)論。

（本文編譯自美國《Lighting & Sound America》雜志2013年3月刊《Elation Platinum Beam 15R Pro》一文，http：//www.lightingandsoundamerica.com/LSA.html）

（編輯 張冠華）endprint