解析一款LED電腦燈
——High End Systems SolaWash Pro 2000

原文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學(xué)院，上海 200040）

圖1 受測試燈具

越來越令人難以記住，大約在最近的5年之前，人們?nèi)匀粚ED燈具看作是有幾分新奇的事物。LED燈具的確是令人感興趣的產(chǎn)品，但是它們決不能替代每一次音樂會(huì)演出使用的主要產(chǎn)品：高功率氣體放電光源燈具。然而LED技術(shù)令人難以置信地迅速發(fā)展，因而現(xiàn)今LED光源幾乎用在每一種燈具類型上?；蛟S最后一個(gè)變化的將是極窄角型的聚光燈具，例如追光燈。但是筆者確信，最后甚至它們也終將屈服于固態(tài)照明光源的誘惑。氣體放電燈泡最終也將跟隨白熾燈走入光源的湮滅進(jìn)程。筆者將這看作是友好的湮滅，如同石灰光燈和碳弧燈一樣的命運(yùn)，這并不是為緊湊型熒光燈特意保留的專用地獄。

這次受檢測的燈具是這個(gè)突破性技術(shù)越來越擴(kuò)大的范疇中最好的案例。High End Systems SolaWash Pro 2000（以下簡稱“該燈具”）與前一代氣體放電光源染色電腦燈展開針鋒相對(duì)的激烈競爭。如果用戶能夠從中獲得需要的光輸出，而且還擁有LED光源的優(yōu)點(diǎn)：長壽、無需加熱時(shí)間以及瞬間響應(yīng)能力，那么為什么不使用它呢？該燈具是被筆者稱為“混合”型燈具的案例。在這種燈具中，僅僅白光LED光源被采用，燈光的色彩則來自于傳統(tǒng)的二向色性濾色片及其混色系統(tǒng)。依筆者的看法，這個(gè)方法既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是：如果僅僅一種顏色的LED光源被采用，而白光LED光源又是非常有效率的，那么其光學(xué)和光源能做得更緊湊而高效。不足之處則是，色彩變化仍然是由機(jī)械方式操控的，并具有隨之而來的速度限制，使用減色法濾色片混色時(shí)，其光輸出功效將受到損失。其混合色域也不盡相同，但是這既不是優(yōu)點(diǎn)也并非缺點(diǎn)。三色LED相加混合和二向色性CMY減色法混合有它們各自受限的色域。每一個(gè)色域擁有大量色彩，有些色彩表現(xiàn)得很強(qiáng)勢，而另一些則很虛弱。筆者認(rèn)為，一種燈具類型既不比另一種類型更好，也并不是更壞。每一種燈具類型都有各自的弱點(diǎn)，需要燈光設(shè)計(jì)師學(xué)會(huì)處理和善于揚(yáng)長避短。

與以往那些考察一樣，按照筆者的工作方法，從光源開始測試，直至最后對(duì)光輸出透鏡的檢測，報(bào)告在整個(gè)工作流程中觀察到的現(xiàn)象和測量得到的數(shù)據(jù)。所有報(bào)告的結(jié)果都基于對(duì)由High End Systems公司發(fā)送給筆者的唯一燈具的檢測（圖1）。

所有測試工作都是該燈具運(yùn)行在AC 115 V 60 Hz常規(guī)電源下進(jìn)行的。然而，該燈具被規(guī)定在100 V～240 V 50 Hz/60 Hz電源下運(yùn)行，可通過開關(guān)電源實(shí)施自動(dòng)電壓選擇。

首先，雖然該燈具被描述定義成一款“染色”燈，但是它實(shí)際上具有比染色燈多一點(diǎn)點(diǎn)的控制和變化。在本機(jī)模式中，其光束邊緣可以是相當(dāng)陡峭的（并不像聚光燈那樣陡峭），但是更像PC光學(xué)系統(tǒng)那樣的效果。它具有兩檔柔光方式（可通過可變的霧化濾光片來獲得），以獲得漸變、柔和的燈光效果。在所有模式中，使用造型光闌的選擇以便塑造和控制光束。隨著后面的檢測，將直面所有這些性能和特點(diǎn)。

圖2 LED陳列

圖3 復(fù)眼透鏡

1 光源

該燈具采用熒光粉轉(zhuǎn)換型白光LED發(fā)射器的大型陣列。LED組件是封閉的，所以，筆者不能確切地判定它包含有多少個(gè)LED發(fā)射器。圖2展示透過前透鏡所見的LED陣列的視圖。該陣列被光學(xué)器件所覆蓋，其中至少包括產(chǎn)生勻質(zhì)和準(zhǔn)直各個(gè)光束作用的復(fù)眼透鏡，以便最后將多支小光束集聚成指向通光孔徑的單一輸出光束（圖3）。High End公司聲稱這個(gè)陣列的功耗是600 W，這意味著作為有效率的LED光源，仍然有相當(dāng)多的熱量需要排放。為了做到更好的熱量排放，該燈具配置有熱管陣列，將熱量從LED裝置中排放出來以及將它轉(zhuǎn)移進(jìn)入設(shè)置于模塊背后的散熱片（圖4）。該燈具還配置4個(gè)溫控風(fēng)扇，它們將熱空氣從燈具后面抽排出去。由于LED光輸出是溫度敏感型的，而釋放大量熱能并達(dá)到熱平衡狀態(tài)需要一段不短的進(jìn)程，所以，直至燈具至少運(yùn)行30分鐘后，筆者才進(jìn)行相關(guān)測試工作。

圖4 冷卻

圖5 調(diào)光曲線

2 頻閃器與調(diào)光器

由于具備LED完全電子化方式的控制，完全沒有必要為調(diào)光而設(shè)置調(diào)光機(jī)械。圖5展示該燈具的調(diào)光曲線。它緊密匹配標(biāo)準(zhǔn)平方定律，并提供平滑的運(yùn)作而沒有明顯的步進(jìn)現(xiàn)象。通過單獨(dú)的頻閃通道，筆者測得其頻閃速度可直至28 Hz。筆者測得PWM調(diào)光速率為1.6 kHz。對(duì)于大多數(shù)通常的視頻應(yīng)用來說，它應(yīng)該是足夠快的速度（對(duì)于應(yīng)用于TV或視頻的任何LED燈具，筆者推薦1 kHz或更高的PWM頻率。即使那樣，仍然可能遇到畫面滾動(dòng)干擾的問題）。

3 顏色系統(tǒng)

燈泡室之后的光學(xué)器件是已模塊化了的顏色系統(tǒng)。它包含4個(gè)被蝕刻了的二向色性混色輪（青、品紅、黃和可變的CTO）以及2個(gè)固定色輪。圖6展示從燈具中移除下來的這個(gè)模塊的全視圖。提供CMY混色的可變色輪很大，具有非常精細(xì)密度的已蝕刻了的二向色性圖形。其最終結(jié)果是產(chǎn)生非常平滑流暢的混色效果。在整個(gè)光束的色彩顯現(xiàn)方面有一些差異，例如淡紫色（對(duì)于CMY，這是難以混合出干凈明晰的色彩），但是并不會(huì)引發(fā)異議。當(dāng)燈具按染色模式運(yùn)行并將兩個(gè)霧化鏡中任一個(gè)被插入時(shí)，其有色光斑的平滑度將得到提高。通常，其透射率數(shù)值顯示黃色具有最高的光輸出（表1）。圖7展示其白光LED光源的光譜，通常擁有相當(dāng)?shù)偷纳罴t色光輸出，所以，燈具的紅色光輸出也稍稍少一些?；焐喐淖冾伾疃嘈钑r(shí)0.7 s。

圖6 顏色模塊

圖7 光譜

圖8 雙色彩效果

兩個(gè)固定色輪都配置有梯形、玻質(zhì)二向色性濾色片。其中一個(gè)色輪上的那些濾色片是固定黏貼的，而另一個(gè)色輪上的濾色片則可借助其夾入式系統(tǒng)更換。在這兩種情況中，色彩都相互靠得很近，因而能提供很好的雙色彩效果以及很好的色彩過渡效果（表2和表3）。圖8展示圖案模式時(shí)雙色彩效果的案例。

色彩變化速度是優(yōu)良的：相鄰色彩之間的變化需時(shí)約為0.1 s，而間隔最遠(yuǎn)色彩之間的變化需時(shí)最多為0.4 s。燈具總是采用最快色彩路徑以獲得變化時(shí)間最小化。色輪也能被連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)，筆者測得其旋轉(zhuǎn)速度變化范圍從0.2 r/min提升至90 r/min。

下面介紹燈具色溫控制的選擇問題。筆者測得燈具原生態(tài)、本色的光束色溫為7 200 K。可變的CTO濾色片能將這個(gè)色溫降下來，能調(diào)控至暖色溫2 700 K，而色輪上的兩個(gè)固定的CTB濾色片則分別提供色溫10 000 K和13 700 K。在孔洞打開且原始白光輸出的狀態(tài)下，筆者測得其多項(xiàng)顯色指數(shù)分別為：CQS為69，CRI為73，TLCI為49，以及Δuv為-0.0006。

表1 混合色輪

表2 色輪1

表3 色輪2

4 成像

光學(xué)鏈下一個(gè)器件是成像光閘。這些光閘片與光圈一起被安裝在第二個(gè)可移動(dòng)的模塊上。圖9和圖10展示該模塊的兩面以及它的10個(gè)電機(jī)。四個(gè)光閘片/擋光板中的每一個(gè)刀刃片都能被可調(diào)控地插入并完全穿越整個(gè)光束，一經(jīng)到位，還能被傾斜+22.5°/-22.5°。整個(gè)成像模塊也能被整體旋轉(zhuǎn)90°。每一個(gè)刀刃片的整個(gè)行程的移動(dòng)需時(shí)0.5 s，而整個(gè)部件旋轉(zhuǎn)90°則需時(shí)3 s。每一個(gè)刀刃片都在其規(guī)定的各自層面上運(yùn)行，并能緊貼著各自相鄰的刀刃片的后側(cè)或前側(cè)經(jīng)過，而自始至終不會(huì)發(fā)生相互干擾直至完全關(guān)閉光閘。這個(gè)系統(tǒng)提供非常靈活的可調(diào)整的柔邊光束控制，與霧化系統(tǒng)結(jié)合一起應(yīng)用，可提供用戶許多選擇。圖11展示與3種霧化選擇結(jié)合應(yīng)用時(shí)簡單的成像狀況。其左邊的圖像是未經(jīng)柔化的光束所產(chǎn)生的原始圖像，而另兩個(gè)圖像則顯示分別附加了兩檔霧化效果的相同圖形。

5 光圈

在圖10中可以看見，這個(gè)光圈機(jī)構(gòu)被盡可能近地緊挨著成像光闌安裝定位。整個(gè)光闌關(guān)閉時(shí)，能將孔徑減少到最大孔徑的17%。筆者測得其打開或關(guān)閉需時(shí)約為0.6 s。

圖9 成像模塊A面

圖10 成像模塊B面

圖11 成像和霧化

圖12 光強(qiáng)分布曲線-最大變焦（圖案模式）

圖13 光強(qiáng)分布曲線-最大變焦（染色模式）

圖14 霧化濾光片

6 透鏡與光輸出

該燈具配置有傳統(tǒng)的3組件透鏡系統(tǒng)。兩個(gè)前面的透鏡組件的移動(dòng)可提供燈具的變焦和調(diào)焦功能，而第三個(gè)透鏡組則是固定的，設(shè)置在燈具的前端并提供最終的可見光輸出。在按圖案模式并以最大光斑角39°且滿功率運(yùn)行時(shí)，筆者測得整個(gè)系統(tǒng)的光輸出為22 280 lm（圖12）。如使用霧化2且光斑角增加至43°時(shí)，正如所預(yù)料的，其光輸出則下降至17 200 lm（圖13）。在變焦范圍最小端的11°光斑角時(shí)，筆者測得其光輸出為17 500 lm。調(diào)焦時(shí)將透鏡從一端移動(dòng)至另一端需時(shí)1 s，而變焦時(shí)則需時(shí)1.5 s。有兩對(duì)可變的霧化濾光片被安裝在第二透鏡組后面，并與該透鏡組一起運(yùn)行（圖14）。它們對(duì)光束提供兩個(gè)檔次的可變霧化效果，或者可以被組合應(yīng)用以可能獲得來自于該系統(tǒng)的最柔和的光束，其最終結(jié)果是光滑和平坦的。

7 水平與垂直旋轉(zhuǎn)

該燈具水平和垂直旋轉(zhuǎn)范圍分別是540°和265°。水平全程旋轉(zhuǎn)需時(shí)5.1 s，而更為典型的180°旋轉(zhuǎn)則需時(shí)2.5 s。垂直全程旋轉(zhuǎn)需時(shí)2.8 s，而180°旋轉(zhuǎn)則需時(shí)2.4 s。

其運(yùn)行的質(zhì)量是非常良好的，很小甚至沒有可察覺的步進(jìn)現(xiàn)象。筆者測得其定位精度很好，在水平和垂直方向上滯后都很低，僅為0.06°。這相當(dāng)于在20英尺射距上誤差0.3英寸（或在10 m射距上誤差10 cm）。在其最終定位時(shí)出現(xiàn)一點(diǎn)彈跳和過沖現(xiàn)象，但是這個(gè)系統(tǒng)已被校正過了。

圖15 模塊滾軸支架

圖16 光學(xué)模塊

圖17 燈弓臂

圖18 顯示器

圖19 連接器

表4 聲強(qiáng)（離燈1 m）

表5 燈具功耗（115 V，60 Hz時(shí)）

8 噪聲

如同常常遇見的情況一樣，變焦是該燈具最大噪聲的功能。表4中的靜態(tài)噪聲值是LED光源及其相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇滿功率運(yùn)行30 min后被測得的。這些數(shù)據(jù)是風(fēng)扇以常規(guī)模式運(yùn)行時(shí)所測得的。當(dāng)燈具被切換到演播室運(yùn)行模式時(shí)，其靜態(tài)噪聲水平將下降4 dBA至42.6 dBA （離燈1 m）。

9 電子參數(shù)與復(fù)位/初始化時(shí)間

從冷啟動(dòng)或從接受MDX512復(fù)位指令起，燈具初始化全程需時(shí)約36 s。燈具復(fù)位的拙劣表現(xiàn)是：其水平和垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)行到最終定位完成前，LED光源就漸亮起來了。按完全變焦、圖案模式且滿功率運(yùn)行時(shí)，燈具的發(fā)光效能是29 lm/W（表5）。

10 結(jié)構(gòu)、電子設(shè)備與控制

燈具以在搖頭內(nèi)非常整潔的模塊結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)。每一個(gè)光學(xué)模塊都有一對(duì)電子連接器，因而能被完整無損地滑脫出來。筆者欣賞模塊鐵軌上的滾軸支架和導(dǎo)向，這使得維修保養(yǎng)非常簡單（圖15）。圖16展示搖頭的一個(gè)視圖，搖頭內(nèi)所有模塊設(shè)置合理整潔。控制電子設(shè)備被分布安裝在搖頭和燈弓臂各處（圖17）。圖18展示菜單和控制系統(tǒng)。該燈具提供標(biāo)準(zhǔn)的5針和3針DMX512輸入和輸出連接器以及為電源線使用的PowerCON連接器（圖19）。其菜單簡單明了，并提供通向燈具的常規(guī)設(shè)置和維護(hù)功能的入口。

以上這些闡述幾乎囊括了有關(guān)該燈具的概況。這款燈具是白光LED光源、二向色性減法顏色混合系統(tǒng)以及成像/擋光板系統(tǒng)額外控制的有趣混合體。如果它看上去有趣，筆者鼓勵(lì)用戶親自試驗(yàn)使用一下，最后結(jié)論必須自己作出。

（本文編譯自美國《Lighting & Sound America》雜志2016年1月刊《High End System SolaWash 2000 Pro》一文，http://www.lightingandsoundamerica.com/LSA.html）