解析一款LED燈具

[摘要]測(cè)試一款LED電腦燈，解析其構(gòu)成、功能、性能及特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]LED燈具；測(cè)評(píng)；電腦燈；濾色片

文章編號(hào)：10.3969/j.issn.1674—8239.2016.04.001

除了光束角非常窄的光束燈之外，要找尋不使用LED光源且燈體小巧或適中的電腦燈變得越來(lái)越難了。作為自動(dòng)化演藝燈光主力軍團(tuán)，250 w、300 w、575 w、700 w氣體放電燈的日子似乎屈指可數(shù)了。如此迅速的變化，要比筆者所預(yù)料的更快，即有許多燈具，例如本文考察的這款燈具，繼續(xù)使用二向色性濾色片應(yīng)用于顏色混合和色輪，然而光源則改用白色LED光源。筆者理解其中原因，那些高效的熒光粉轉(zhuǎn)換的白色LED光源毋庸置疑是非常吸引人的，但是對(duì)筆者而言它仍然顯得不同尋常。在筆者看來(lái)，它不是非常合理，但是又不完全確定是什么原因。

本次考察的對(duì)象是Martin Professional公司的產(chǎn)品MAC Quantum Profile（以下簡(jiǎn)稱該燈具），很明顯，這款產(chǎn)品瞄準(zhǔn)了中高端市場(chǎng)。在這級(jí)市場(chǎng)中，先前早已充滿了MAC 250、MAC 600以及它們的許多系列產(chǎn)品。對(duì)于Martin公司來(lái)說(shuō)，這一直是它非常成功的市場(chǎng)，Quantum系列產(chǎn)品能有助于它繼續(xù)保持市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)地位，并將那些非常熟悉其燈具的客戶群引導(dǎo)到使用LED光源的燈具上來(lái)嗎？

受測(cè)試燈具（樣燈）由Martin公司提供給筆者，見(jiàn)圖1。筆者相信這是最終產(chǎn)品前的一個(gè)樣燈，這個(gè)產(chǎn)品2014年底在LDI和PLASA貿(mào)易展覽會(huì)上展示。該樣燈沒(méi)有安裝最終的成品軟件，所以筆者不能測(cè)試幾個(gè)特性——尤其是RDM，然而所有那些特性都在定型燈具中呈現(xiàn)。

1.光源

該燈具不使用現(xiàn)成的LED光源模塊，而構(gòu)建它自己的光引擎，即應(yīng)用90個(gè)白光LED，并將它們安裝在5個(gè)同心環(huán)上構(gòu)成圓形陣列。每一個(gè)LED光源的功耗約為5 w，而且在其上面都安裝有各自的模塑透鏡。那些透鏡是被傾斜安裝的，而且從陣列的中心向外緣移動(dòng)，其傾斜角度也將逐漸增大。因此，盡管LED光源本身是被安裝在一塊平坦的圓形電路板上，但是從這些光源發(fā)出的光線將按各自的角度趨向其光軸，獲得的結(jié)果非常類似于使用常規(guī)光源的發(fā)射器所產(chǎn)生的結(jié)果。圖2顯示LED光源之上的模塑透鏡陣列；可以清晰地看見(jiàn)透鏡的中凹形狀，而在邊緣呈現(xiàn)凸起，中心則顯平坦。

在圖2中也可看見(jiàn)兩只風(fēng)扇，被用作LED光源的冷卻，在光源的背后安置著一個(gè)大的散熱器。在正常運(yùn)作中，兩只風(fēng)扇是自動(dòng)調(diào)溫控制的，按照需要而漸強(qiáng)或漸弱；用戶可以自愿選擇使風(fēng)扇定速運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖3顯示從LED陣列前方拍攝的一個(gè)鏡頭，提供極佳的運(yùn)作中LED陣列的視圖（照片中LED光源以約1%額定功率運(yùn)行）。

2.頻閃與調(diào)光

當(dāng)然，該燈具沒(méi)有使用機(jī)械調(diào)光或光閘；LED光源和關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器完成它們的所有功能。它具有極好的平滑的調(diào)光性能。筆者沒(méi)有看見(jiàn)閃爍或步進(jìn)現(xiàn)象，甚至在調(diào)光的最低水平范圍內(nèi)下調(diào)時(shí)也是如此。在測(cè)試中，筆者以默認(rèn)模式運(yùn)行燈具，燈具提供平方律光輸出（這是筆者偏愛(ài)的選擇）；燈具的配置也提供線性、s一曲線以及平方反比律曲線的選擇。圖4顯示其光輸出與標(biāo)準(zhǔn)曲線的良好匹配。筆者測(cè)得其PWM速率為3 kHz，這適合于大多數(shù)攝影機(jī)的使用。其頻閃是可變的，其上限為20 Hz，并提供通常的、隨機(jī)的和各種各樣的頻閃類型。

3.顏色系統(tǒng)

如上所述，該燈具使用常規(guī)的玻璃二向色性濾色片以配置于顏色混合和色輪。借助青、品紅和黃色三對(duì)濾色片，按照熟悉的運(yùn)作方式燈具提供減色法顏色混合，濾色片都是蝕刻的二向色性濾色片。每一個(gè)色片可由其馬達(dá)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，提供非常平滑和可控的顏色混合。筆者看見(jiàn)很少的帶狀或圖形現(xiàn)象。圖5顯示一對(duì)精致蝕刻手指狀圖案的濾色片，當(dāng)色片閉合而封蓋開(kāi)孔時(shí)可見(jiàn)其圖形。

從表1可見(jiàn)，混合色彩的飽和度還可以，正如所預(yù)料的，LED光源的紅光輸出是很少的（熒光粉轉(zhuǎn)換型白光LED提供的深紅光輸出是相當(dāng)少的）。其運(yùn)行是非?？旖莺途_的。

在光學(xué)鏈上的下一個(gè)，緊接著顏色混合濾色片之后的器件是固定色輪。它配置有6個(gè)固定的梯形色片，外加一個(gè)開(kāi)孔。這些色片提供CTO校正以及一系列標(biāo)準(zhǔn)色彩，包括深紅和剛果藍(lán)，透射率見(jiàn)表2。

筆者測(cè)得該燈具未附加任何濾色片時(shí)的色溫為6718 K，而其色質(zhì)指數(shù)CQS為63（CRI為68），在使用CTO校正濾色片時(shí)，其色溫為3309 K，此時(shí)其色質(zhì)指數(shù)CQS為72（CRI為72）。圖6和圖7顯示這兩種情況下燈具的光譜分布。在光學(xué)系統(tǒng)中色輪的精準(zhǔn)定位，意味著可以獲得良好的雙色彩效果，在兩個(gè)色彩之間有明晰的直線分界，如同圖8案例中所顯示的那樣。

色輪運(yùn)轉(zhuǎn)是快捷的，色彩變換極快，幾乎看不出變換間隔。它也提供慢速、平滑的旋轉(zhuǎn)，只有非常輕微的步進(jìn)或顛簸現(xiàn)象。

4.圖案

光學(xué)鏈上下一個(gè)組件是兩個(gè)圖案輪：一個(gè)旋轉(zhuǎn)圖案輪和一個(gè)固定圖案輪；旋轉(zhuǎn)圖案輪配置有6個(gè)可替換的圖案和一個(gè)開(kāi)孔，而固定圖案輪則配置有10個(gè)不可替換的圖案和一個(gè)開(kāi)孔。

旋轉(zhuǎn)輪上的圖案使用熟悉的卡盤嵌入式系統(tǒng)，如圖9所示，而且容易將圖案扳出。圖9中也顯示了每一個(gè)卡盤都帶有一塊磁鐵用作燈具初始化時(shí)位置校準(zhǔn)。兩個(gè)圖案輪都采用快速通道算法以使圖案變化的時(shí)間最小化，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4和表5。

就該燈具中的馬達(dá)而言，圖案旋轉(zhuǎn)的平滑度和定位精確度是極好的。筆者測(cè)得旋轉(zhuǎn)圖案的滯后為偏差0.18。，這相當(dāng)于在20英尺射距上偏差約0.7英寸（或在10m射距上偏差31mm）。

旋轉(zhuǎn)輪上圖案的聚焦質(zhì)量是非常好的，只有很小的球形像差和枕形失真。固定輪上圖案聚焦質(zhì)量并不是很好，顯現(xiàn)增大的枕形失真。圖10顯示4個(gè)被聚焦影像的例子。上左影像是光圈全開(kāi)時(shí)的光束，上右和下左的影像是來(lái)自旋轉(zhuǎn)圖案輪的兩個(gè)例子，而下右則是固定圖案輪的一個(gè)實(shí)例。在兩個(gè)圖案輪之間拉動(dòng)聚焦點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)變形或變換影像也是可能的。圖11所顯示的例子就是這種實(shí)情。

5.光圈

在光學(xué)系統(tǒng)中，被安裝在主光學(xué)模塊內(nèi)的最后一個(gè)器件是光圈，在圖12中可以看出其關(guān)閉或打開(kāi)的狀態(tài)。該燈具光圈可減小其光束尺寸至全光束的13.5%，筆者測(cè)得其打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間約為0.3 s，同時(shí)將光圈和圖案清晰聚焦是不可能的（也沒(méi)有哪臺(tái)燈具能做得到）。

6.棱鏡

單一的三棱鏡被安裝在兩個(gè)光輸出透鏡之間，運(yùn)用手臂機(jī)械裝置可將三棱鏡插入或移出光路。圖13顯示這個(gè)棱鏡以及機(jī)械裝置，而圖14則顯示該棱鏡產(chǎn)生的影像分離狀況的例子。筆者測(cè)得棱鏡插入或移出的時(shí)間約為0.4 s，而且棱鏡一經(jīng)插入光路就能被旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度范圍從114 r/min降低至極其緩慢的速度。

DMX512控制提供整合各種系統(tǒng)的擴(kuò)展了的宏通道，其中包括棱鏡，以提供預(yù)編程效果。

7.透鏡與光輸出

當(dāng)然，Martin聲稱該燈具替代700 w HID電腦燈的證據(jù)是其光輸出。它采用通常的三組件透鏡系統(tǒng)：兩個(gè)可移動(dòng)組件以提供變焦和調(diào)焦，以及位于最后的固定的光輸出透鏡組件。筆者測(cè)得所有LED光源都滿額運(yùn)行且不附加任何色片時(shí)其光輸出為13523 lm，此時(shí)寬光斑角為31°，當(dāng)燈具被變焦至窄光斑角11.2°時(shí)其光輸出為13256lm，維持光輸出幾乎不變。這無(wú)疑證明Martin的聲稱是正確的，因?yàn)樗墓廨敵鐾耆梢耘c其他的700 wHID電腦燈相比較。（回看筆者之前的考察報(bào)告，在2006年筆者測(cè)得MAc 700的光輸出約為14 000lm）。圖15和16分別顯示在最大和最小變焦時(shí)的光強(qiáng)分布曲線。該曲線非常光滑和平坦，如同常見(jiàn)的LED燈具所擁有的分布曲線。其變焦和調(diào)焦操作都很好；筆者測(cè)得變焦全程需時(shí)0.8s，而調(diào)焦則需時(shí)1s（注意：在燈具運(yùn)行30min后達(dá)到穩(wěn)定工作溫度和穩(wěn)定光輸出時(shí)，再測(cè)量其光輸出——燈具剛通電時(shí)，立即測(cè)得的光輸出要高出約13%）。

8.水平與垂直旋轉(zhuǎn)

筆者測(cè)得該燈具水平和垂直旋轉(zhuǎn)范圍分別為540。和260°。在默認(rèn)的“平滑”模式中，水平全程旋轉(zhuǎn)需時(shí)約3.8s，而典型的180°旋轉(zhuǎn)則需時(shí)2.1s。垂直方向250°旋轉(zhuǎn)需時(shí)2.6s，而180°旋轉(zhuǎn)則需時(shí)2 s在“快速”模式中，水平全程旋轉(zhuǎn)時(shí)間減少至2.6s，而垂直全程垂直時(shí)間則減少至1.4s。對(duì)于這款相當(dāng)大的燈具來(lái)說(shuō)，它的旋轉(zhuǎn)速度是很快的。在平滑模式中，筆者測(cè)得其水平和垂直旋轉(zhuǎn)的重復(fù)定位精度為非常值得稱贊的0.03°，這相當(dāng)于在20英尺射距上偏差O.1英寸（或在10m射距上偏差5mm）。水平和垂直驅(qū)動(dòng)馬達(dá)是大型的，而兩相步進(jìn)電機(jī)被安裝在燈弓臂的底部，在圖17中可見(jiàn)這種裝置；圖18顯示垂直旋轉(zhuǎn)傳送帶在燈弓臂中的布局。

9.噪聲

在平滑模式中，其噪聲水平受LED光源冷卻風(fēng)扇所控制，全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的風(fēng)扇是噪聲的最大源頭。在這個(gè)模式中，僅有變焦產(chǎn)生的噪聲明顯地超過(guò)風(fēng)扇的噪聲。在快速模式中，水平和垂直旋轉(zhuǎn)更為喧鬧，尤其是垂直旋轉(zhuǎn)，它會(huì)發(fā)出令人非常討厭的哀鳴聲。表6中所報(bào)告的噪聲值是燈具所有LED光源滿額運(yùn)行并達(dá)到熱平衡時(shí)所測(cè)量的結(jié)果。

10.電參數(shù)與復(fù)位/初始化時(shí)間

該燈具被規(guī)定為在120V～240V50/60 Hz量程內(nèi)可自動(dòng)切換操作。對(duì)于本次考察中的測(cè)試，它在120 V60Hz標(biāo)稱電壓下運(yùn)行，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表7。

從冷啟動(dòng)或接到DMX512重置指令起燈具完成初始化全程需時(shí)40s。復(fù)位運(yùn)作進(jìn)行得很好，在水平和垂直旋轉(zhuǎn)完成直至它們最終定位之后，燈具才逐漸變亮。

11.結(jié)構(gòu)、電子設(shè)備與控制

Martin已經(jīng)開(kāi)始采用CAN總線標(biāo)準(zhǔn)作為燈具內(nèi)部通訊。最初它是為汽車制造業(yè)設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在也被應(yīng)用于自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)產(chǎn)品，給予很好的支持。在自動(dòng)化燈具體系內(nèi)發(fā)送相對(duì)低速的馬達(dá)和傳感器數(shù)據(jù)是明智的選擇。LED光源和LED驅(qū)動(dòng)器與馬達(dá)和傳感器驅(qū)動(dòng)器一起被安裝在搖頭中。所有的連接通過(guò)CAN，總線再返回到燈具置頂盒中的主控制板。顏色和圖案系統(tǒng)被安裝在容易拆卸的光學(xué)模塊上，如圖19所示。拔掉兩個(gè)連接器，即電源和CAN總線連接器，釋放兩個(gè)被連接物，因而恰好直接將這個(gè)模塊提出燈具——給燈具清潔和維修就很簡(jiǎn)單。圖20顯示安裝了模塊的搖頭組件。照片中可以看見(jiàn)每一個(gè)器件，從后面的LED光源到前面的透鏡。

（售后服務(wù)說(shuō)明：Martin在其所有產(chǎn)品中都使用內(nèi)梅花頭螺釘緊扣件）。

圖21可見(jiàn)，置頂盒內(nèi)安裝有兩個(gè)電源以及菜單和主電子控制設(shè)備。菜單和電子設(shè)備如圖22和23所示。其連接面板是非常簡(jiǎn)捷的，只有電源的Neutric powerCON和5針DMX5 12連接器。

這就是Martin Mac QuantumProfile的慨況。它似乎符合該公司的聲稱，它擁有可與先前產(chǎn)品700 w HID燈具相比較的光輸出。它的其他參數(shù)實(shí)現(xiàn)得如何呢？一如既往，筆者提供這些數(shù)據(jù)，但是只有用戶自己知道該燈具是否適用于自己的演出場(chǎng)所。