文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WH/T 60—2013《LED舞臺(tái)燈具通用技術(shù)條件》解讀

陳國(guó)義

【摘 要】對(duì)文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WH/T 60—2013《LED舞臺(tái)燈具通用技術(shù)條件》的定義、技術(shù)要求和測(cè)試方法等內(nèi)容進(jìn)行

解讀。

【關(guān)鍵詞】 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；LED舞臺(tái)燈具；通用技術(shù)條件；解讀

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.10.001

【Abstract】The definition，technical requirements and test methods were interpretated for the culture industry standard

WH/T 60-2013 "General Specification for LED Luminaries of Stage" in this paper.

【Key Words】industry standard； LED stage light； general technical conditions； interpretation

1 引言

LED作為照明光源是本世紀(jì)初開始的，LED光源用于舞臺(tái)稍晚了一些，但是發(fā)展迅速，目前已經(jīng)在演藝領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。為了規(guī)范和促進(jìn)LED舞臺(tái)燈具的健康發(fā)展，制定了文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WH/T 60—2013《LED舞臺(tái)燈具通用技術(shù)條件》（以下簡(jiǎn)稱“本標(biāo)準(zhǔn)”），經(jīng)文化部批準(zhǔn)，已于2014年3月1日起正式實(shí)施。之前，文化部已經(jīng)制定了一系列有關(guān)舞臺(tái)燈具的文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如：WH/T 26—2007《舞臺(tái)燈具光度測(cè)試與標(biāo)注》、WH/T 31—2008《舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)常用術(shù)語(yǔ)》、WH/T 41—2011《舞臺(tái)燈具通用技術(shù)條件》等，WH/T 60—2013是在這些標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定的，因此它在很多方面繼承了上述標(biāo)準(zhǔn)的一些內(nèi)容，在與LED光源相關(guān)的一些內(nèi)容上做出了一些新的必要的規(guī)定。

由于作為新型光源的LED技術(shù)還處于發(fā)展過(guò)程中，LED舞臺(tái)燈具的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在不斷更新，本標(biāo)準(zhǔn)只是現(xiàn)階段為規(guī)范近期市場(chǎng)LED燈具提供的一個(gè)必要參照文本，也必然會(huì)依據(jù)技術(shù)發(fā)展不斷修正完善。

2 WH/T 60—2013 《LED舞臺(tái)燈具通用技術(shù)條件》解讀分析

2.1 范圍

本標(biāo)準(zhǔn)雖然是針對(duì)目前舞臺(tái)演出常用的LED燈具制定的，由于許多舞臺(tái)燈具是與電影、電視及攝影場(chǎng)所通用的，所以本標(biāo)準(zhǔn)也可作為此類應(yīng)用中LED燈具的參考。

2.2 定義

2.2.1 初始有效光通量

由于LED光源的特點(diǎn)，產(chǎn)品初期的發(fā)光性能可能有較大的波動(dòng)。為了盡可能避免這一波動(dòng)對(duì)燈具各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試的影響，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了燈具初始光通量的測(cè)試以新燈具老化100小時(shí)后的測(cè)量值為準(zhǔn)。

有效光通量在WH/T 26—2007《舞臺(tái)燈具光度測(cè)試與標(biāo)注》2.5中定義：光斑中照度值不小于最高照度值10%的范圍為有效光斑，而2.11定義有效光斑范圍內(nèi)的總光通量為有效光通量。

因?yàn)樵谖枧_(tái)演出中，燈具照明的范圍是需要可控的，為保證演出要求的照明效果，將需要觀眾看到的區(qū)域照亮，將不希望觀眾看到的部分盡可能隱藏在黑暗中。有效光斑外的光通量在舞臺(tái)演出中通常稱為雜散光，其范圍要小些才好，故不能將此計(jì)入有效光通量。早期的多鏡頭LED燈具就因?yàn)殡s散光范圍太大，一臺(tái)燈具無(wú)法遮掩的雜散光會(huì)將整個(gè)舞臺(tái)暗區(qū)照亮而遭詬病。

2.2.2 初始發(fā)光效能

與燈具在其他應(yīng)用領(lǐng)域不同的是，本標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的燈具光輸出以“有效光通量”計(jì)算，輸入取實(shí)測(cè)的輸入電功率。初始發(fā)光效能是兩者的比值，是判斷LED舞臺(tái)燈具是否節(jié)能的重要標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 燈具壽命

LED燈具是光源和供電電路一體的結(jié)構(gòu)。由于散熱和光學(xué)上的要求，LED光源與散熱系統(tǒng)固定結(jié)合，目前光源和電路元件的替換維修都是用戶難以完成的。因此，燈具壽命要考慮光源發(fā)光效率隨時(shí)間的衰減和燈具內(nèi)部元器件的故障兩個(gè)因素。

本標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于光通維持壽命定義為有效光通量下降至初始值70%時(shí)的時(shí)間。

由于LED光源功率較小，LED舞臺(tái)燈具內(nèi)部往往裝有多個(gè)光源，故燈具失效定義為除了全燈不亮外，還增加了部分LED器件失效的情況。

2.2.4 光通維持率

LED燈具光源壽命很長(zhǎng)，壽命結(jié)束不會(huì)立即失效，而是慢慢變暗。故光通維持率是定義燈具壽命的一個(gè)重要指標(biāo)。

2.2.5 LED基板溫度

LED是由半導(dǎo)體材料制成，它的多項(xiàng)性能指標(biāo)與其內(nèi)部PN結(jié)的工作溫度相關(guān)。溫度過(guò)高會(huì)縮短LED光源壽命，它的發(fā)光效率也會(huì)隨溫度升高而降低。PN結(jié)在光源內(nèi)部，它的溫度難以準(zhǔn)確測(cè)出。而LED管一旦制成，PN結(jié)內(nèi)部溫度與外殼溫度是相關(guān)的，故一般可以用LED外殼溫度推測(cè)其內(nèi)部PN結(jié)溫度。大功率LED管生產(chǎn)廠家會(huì)在外殼散熱板或模組基板上標(biāo)記指定的測(cè)試點(diǎn)，并提供該測(cè)試點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的光源特性參數(shù)。該測(cè)試點(diǎn)的溫度稱為基板溫度，是對(duì)LED燈具測(cè)試、評(píng)估的重要依據(jù)。

2.3 產(chǎn)品分類

LED的一個(gè)特點(diǎn)是單體功率很小，故一個(gè)LED舞臺(tái)燈具都會(huì)用到多個(gè)LED光源，或?qū)⒍鄠€(gè)LED管芯集成封裝在一個(gè)散熱基板上的模組；另一個(gè)特點(diǎn)是LED有白光和各種彩色光的光源。所以，燈具分類與以前的常規(guī)燈具有所不同，如按光源顏色分類、按光源數(shù)量分類，還有按出光鏡頭數(shù)量分類的。早期的LED舞臺(tái)燈具大多是多出光鏡頭燈具，這也是LED舞臺(tái)燈具的一個(gè)特色。近年來(lái)，使用多LED芯片集成的光源模組或多個(gè)LED光源在燈具內(nèi)部混光的單出光鏡頭燈具陸續(xù)開發(fā)出來(lái)，表現(xiàn)出了很好的舞臺(tái)光束控制能力。

2.4 技術(shù)要求和測(cè)試方法

2.4.1 安全要求

作為舞臺(tái)燈具，安全要求必須符合國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 7000.217。但是，原先高溫下工作的玻璃泡光源改為不會(huì)爆炸碎裂的LED光源，原先更換燈泡、防爆、防碎片散落的一些要求在LED燈具中不會(huì)發(fā)生，也不再適用。

2.4.2 電氣性能

2.4.2.1 燈具功率

LED舞臺(tái)燈具往往在一臺(tái)燈具中有多個(gè)顏色光的LED光源，根據(jù)需要的色彩，調(diào)整各自亮度比例發(fā)光混出所要色彩的光線，各種色彩和亮度情況下，燈具消耗功率都不相同。為了統(tǒng)一，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在額定電壓和額定頻率下，各顏色通道的LED光源都開到最大時(shí)燈具消耗的電功率為最大功率，其與燈具標(biāo)稱的額定功率偏差不得大于額定功率的10%。

2.4.2.2 功率因數(shù)

LED舞臺(tái)燈具可調(diào)光和調(diào)色，在不同功率下的功率因數(shù)是不同的。本標(biāo)準(zhǔn)要求在最大功率下測(cè)試功率因數(shù)。要求額定功率80 W及以上的燈具，功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。考慮到80 W以下的娛樂(lè)燈具并非舞臺(tái)常用燈具，本標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)這類燈具的這一指標(biāo)給予限定。

2.4.4.3 調(diào)光性能

調(diào)光過(guò)程應(yīng)無(wú)閃爍或跳躍，是舞臺(tái)燈具的基本要求。在測(cè)試部分要求在30 s時(shí)間完成0～100%調(diào)光，之所以取30 s這樣較長(zhǎng)的調(diào)光時(shí)間，是由于快速調(diào)光過(guò)程，難以檢測(cè)出閃爍和跳躍的現(xiàn)象。

最低一級(jí)照度宜不大于最高照度的0.01%，并在說(shuō)明書上標(biāo)出。因目前較多的LED舞臺(tái)燈具普遍存在最低一級(jí)調(diào)光等級(jí)時(shí)LED燈具發(fā)光亮度過(guò)高的問(wèn)題，這一條特意做此規(guī)定。

鹵鎢燈泡舞臺(tái)燈具的供電電壓降低，發(fā)光效率大大降低，在調(diào)光起步狀態(tài)電壓很低，慢慢變亮，觀眾不會(huì)感覺(jué)到起光的過(guò)程，符合舞臺(tái)演出要求漸明漸暗的效果。而LED光源在低電流供電狀態(tài)下發(fā)光效率基本不變，LED燈具在調(diào)光起步階段，發(fā)光與調(diào)光等級(jí)基本成正比。如果以8位二進(jìn)制計(jì)，最低一級(jí)發(fā)光為最高一級(jí)的二百五十六分之一（1/256），如果最高一級(jí)在舞臺(tái)上照度為2 000 lx，最低一級(jí)大約是8 lx左右，將是昏暗路燈下的效果了。舞臺(tái)自黑暗狀態(tài)慢慢變亮，在使用鹵鎢燈泡時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，而在使用LED光源時(shí)成為突然變亮，原來(lái)要求的漸亮的效果就沒(méi)有了。

根據(jù)二次方調(diào)光曲線的要求，規(guī)定最低一級(jí)萬(wàn)分之一（0.01%）的標(biāo)準(zhǔn)，這是根據(jù)舞臺(tái)燈光的要求，在技術(shù)上有一定難度，但是從目前的市場(chǎng)調(diào)研看，只要廠家重視，改進(jìn)技術(shù)還是能夠做到的。這也是專業(yè)舞臺(tái)燈具與一般用途燈具的區(qū)別之一。

這樣的要求在測(cè)試中會(huì)遇到一點(diǎn)問(wèn)題，往往在常規(guī)的離燈具幾米外的測(cè)光點(diǎn)照度計(jì)能測(cè)到最高照度值，但是未到最小值，照度計(jì)已經(jīng)沒(méi)有讀數(shù)了。由于該項(xiàng)測(cè)試只是要求相對(duì)值，所以，可以適當(dāng)縮短測(cè)試距離，在一個(gè)高低兩端都能在照度計(jì)上顯示讀數(shù)的合適固定位置測(cè)試此項(xiàng)性能要求。

2.4.4.4 電磁兼容

由于LED舞臺(tái)燈具在演出中會(huì)被大批量使用，其內(nèi)部的開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生無(wú)線電干擾和諧波，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生電磁污染。一般LED舞臺(tái)燈具廠商都是外購(gòu)開關(guān)電源，低價(jià)的電源往往在這個(gè)指標(biāo)上不達(dá)標(biāo)。筆者在日常檢查中，也發(fā)現(xiàn)這方面的問(wèn)題較多。國(guó)家對(duì)電磁兼容有強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求，本標(biāo)準(zhǔn)在此只是引用，望引起廠商和用戶的重視。

2.4.4.5 噪聲

為減少LED燈具中散熱器的體積和重量，大功率LED舞臺(tái)燈具往往采用風(fēng)扇強(qiáng)制散熱；燈具調(diào)焦、運(yùn)動(dòng)也需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這些都會(huì)產(chǎn)生噪聲，雖然小功率LED燈具沒(méi)有散熱風(fēng)扇，噪聲極小，但是運(yùn)動(dòng)類LED燈具類似電腦燈，本標(biāo)準(zhǔn)LED舞臺(tái)燈具的噪聲指標(biāo)參照WH/T 41相關(guān)條款。

2.4.4.6 光度參數(shù)

LED舞臺(tái)燈具在光度參數(shù)方面要符合WH/T 26的相關(guān)要求，但是由于LED光源的特殊性，在測(cè)試時(shí)要先老化和開燈點(diǎn)燃后穩(wěn)定30分鐘。LED燈具的光輸出除了前述初期波動(dòng)的特點(diǎn)，開燈后光源發(fā)熱有個(gè)溫度升高的過(guò)程，隨光源溫度升高光輸出不斷下降，穩(wěn)定后測(cè)試更加客觀和接近使用實(shí)際。

2.4.4.7 初始發(fā)光效能

初始發(fā)光效能是LED燈具是否節(jié)能的一個(gè)重要指標(biāo)。本標(biāo)準(zhǔn)在制定過(guò)程中，對(duì)國(guó)內(nèi)若干主要LED燈具生產(chǎn)廠商進(jìn)行調(diào)研和測(cè)試，參照國(guó)內(nèi)LED舞臺(tái)燈具現(xiàn)狀，針對(duì)不同類型燈具規(guī)定了初始發(fā)光效能的最低要求。

本標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)不同類型的LED舞臺(tái)燈具規(guī)定了不同的初始發(fā)光效能指標(biāo)。白光LED燈具發(fā)光效能高于彩色光LED燈具；另外，舞臺(tái)燈具聚光性能越強(qiáng)，光的利用率越低。這些都是依據(jù)LED光源和各類舞臺(tái)燈具的一般規(guī)律。燈體運(yùn)動(dòng)類燈具由于增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的耗能，參照了能效最低一檔。這些指標(biāo)的確定，還考慮了目前采用氣體放電光源的同類燈具的一般發(fā)光效能，作為新光源的LED燈具發(fā)光效能不能低于傳統(tǒng)光源同類燈具，否則就失去了使用新光源的意義。

因此，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的LED舞臺(tái)燈具初始發(fā)光效能的指標(biāo)，比采用鹵鎢光源同類燈具的發(fā)光效能要高得多，與目前采用氣體放電光源的同類燈具相近或稍高。

2.4.4.8 照度均勻性要求

燈具的照度均勻性在WH/T 26-2007的5.5條曾經(jīng)用有效光斑內(nèi)平均照度與最高照度的百分比數(shù)字作為指標(biāo)。通過(guò)幾年實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，一些舞臺(tái)燈具的均勻性指標(biāo)很高，它們射出的光斑是一個(gè)明暗反差雖然不大、卻不可接受的花斑，舞臺(tái)要求的均勻性難以用數(shù)字評(píng)價(jià)，本標(biāo)準(zhǔn)繼承了WH/T 41-2011的5.2.2條用“不應(yīng)出現(xiàn)明顯的明暗差異”代替了數(shù)字的指標(biāo)，只用目視檢驗(yàn)。

2.4.4.9 光通維持壽命要求

LED光源的特點(diǎn)之一是超長(zhǎng)的光通維持壽命，該指標(biāo)主要由LED在工作狀態(tài)下PN結(jié)的溫度決定，可達(dá)20 000 h～30 000 h?？紤]到一般舞臺(tái)燈具每天只用幾個(gè)小時(shí)，一般使用五、六年也不會(huì)超過(guò)10 000 h，五六年后燈具也該換代淘汰了。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該指標(biāo)不小于10 000 h。

該指標(biāo)的測(cè)試是一個(gè)難題。一個(gè)舞臺(tái)燈具連續(xù)點(diǎn)燃一萬(wàn)或幾萬(wàn)小時(shí)，測(cè)試環(huán)境、儀器等各種條件都會(huì)發(fā)生變化，難以維持不變。因此，國(guó)際上一般是用各種辦法縮短測(cè)試時(shí)間，而后按一定的規(guī)則進(jìn)行推算。本標(biāo)準(zhǔn)參考IES TM-21-11，考慮到LED長(zhǎng)期點(diǎn)燃后其輸出光通Φ （t）按指數(shù)規(guī)律衰減：