綜藝演播廳綠色光源改造探討

丁建平 張春鳳 沈廣宇 朱世英

[摘要]以嘉興市廣播電視集團630m²演播廳為例，探討電視臺演播廳綠色光源改造方法及燈光布置特點和優(yōu)點。

[關(guān)鍵詞]演播廳;改造;綠色光源;LED-COB聚光燈;高色溫;平均照度;垂直照度;光斑直徑

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.04.002

引言

嘉興市廣播電視集團（以下簡稱“嘉興臺”）630m²綜藝演播廳自1999年建成以來，基本照明光源一直使用的是2kW～3kW石英鹵鎢泡，燈具是3動作螺紋聚光燈。其間，因為采購了LED大屏，用傳統(tǒng)3200K調(diào)節(jié)白平衡不能較好地再現(xiàn)大屏素材色彩。根據(jù)當年實際情況，在螺紋燈具上加雷登82，提升照明光源色溫的方法來平衡演播廳視頻設(shè)備、電腦燈、追光等色溫。這種方法最大的缺點是對燈具照度損失太大。為滿足攝像機光圈值達到足夠畫面景深，只能在原來燈具基礎(chǔ)上加裝多臺3kW螺紋聚光燈做基本照明，這樣的結(jié)果是用電量的大量提高，造成重復浪費。

2017年，秉承少花錢、多辦事的原則，嘉興臺對630m²演播廳進行光源改造，希望達到綠色照明、絢麗光效、景深真實、再現(xiàn)色彩完美、拍攝畫面通透的效果。

1綠色光源以及燈具的選擇

為達到綠色照明，光效、畫面上乘的效果，目前有兩種類型的燈具可以替代原來的鹵鎢燈燈具，分別是金屬鹵化物智能燈具（電腦染色燈）和LED大功率COB聚光燈等燈具。

1.1電腦染色燈的特點

（1）光斑大而均勻，光斑可控性強。

（2）照度可控性強，調(diào)光線性好。

（3）一燈多用，投光角度多。

（4）顯色指數(shù)偏低，一致性高。

（5）色溫一致性高。

（6）噪音比較高。

（7）因需要DMX 512控制臺對其各種功能進行通道控制，燈具再次啟動時經(jīng)常出現(xiàn)逃位現(xiàn)象，對燈光布置相對穩(wěn)定的舞臺區(qū)域或觀眾席來說，顯得特別不方便。

（8）耗能較高。

1.2LED大功率COB聚光燈的特點

（1）根據(jù)演播廳大小，有效光斑、投光距離可以要求廠家單獨調(diào)整，方便燈光布置，減少燈具數(shù)量。同一款燈具，可以設(shè)置不同的有效光斑和投光距離，很好地滿足舞臺和觀眾席兩個區(qū)域不同的布光要求。

（2）照度可控性強、調(diào)光線性好。LED大功率COB聚光燈調(diào)光過程色溫變化較小，優(yōu)于傳統(tǒng)的鹵鎢燈燈具。溫度變化對LED大功率COB聚光燈色溫有一定影響，優(yōu)質(zhì)的燈具色溫隨溫度變化波動極小，長期工作產(chǎn)生的色溫變化很小，穩(wěn)定性好。

（3）專業(yè)用LED大功率COB聚光燈顯色指數(shù)普遍較高，顯色指數(shù)996，專業(yè)廠家生產(chǎn)的燈具顯色指數(shù)一致性高。

（4）根據(jù)實際使用需要，要求其DMX 512控制通道單一。也就是說，手動調(diào)焦為佳，避免燈具再次啟動時出現(xiàn)逃位現(xiàn)象。對燈光布置相對穩(wěn)定的舞臺區(qū)域或觀眾席來說，方便程度與傳統(tǒng)鹵鎢燈燈具相同。

（5）LED光源使用壽命長，用電量低，更符合綠色照明要求。

（6）相比電腦染色燈，產(chǎn)生的熱量少，噪音低。

比較以上兩種光源燈具的優(yōu)缺點，放棄噪音大、易跑位的電腦染色燈，選用LED大功率COB聚光燈（圖1）替代傳統(tǒng)鹵鎢燈燈具。小型新聞或訪談類演播廳以及虛擬演播廳有LED大功率COB聚光燈應用案例，而把它用在600m²以上綜藝演播廳做綠色光源（面光）使用，少有案例。這就要求根據(jù)其特性，在選擇功率、光斑直徑、光衰允許度、不同區(qū)域布光方式、滿足老舊攝像機對照度要求、燈光系統(tǒng)的擴展性、前瞻性等問題上一絲不茍，不出差錯，才能圓滿完成本次光源改造任務。

2判斷和挑選燈具的原則

2.1攝像機照度要求

滿足老舊攝像機（1999年sony950）的照度需求，是對LED大功率COB聚光燈的最基本要求。

2.2平均照度和垂直照度

嘉興臺630m²演播廳面光燈具燈位與舞臺人物臉部的距離約10.5m。根據(jù)廠家提供的理想光學指標，求出燈具實際投光距離10.5m的平均照度以及垂直照度是判斷燈具是否符合要求的重要依據(jù)。

2.2.1平均照度

以某廠家提供的燈具理論數(shù)據(jù)為例，光學指標一般有最聚角度和最散角度的照度值。最聚角度時，平均照度很高，但光斑直徑小;最散角度時，光斑直徑足夠大，而照度值小。

根據(jù)圖2的理想光學指標，已知該款燈具最聚光時，8m距離光斑直徑約為2m，平均照度為3534k。10m距離燈具平均照度值為2190lx，求10m時，該款燈具的光斑直徑。

設(shè)照度1=3534lx，r1=R1/2=1m，照度2=2190lx。根據(jù)公式：照度1×πr1²=照度2×πr²。3534×πR1²=219O×πr2²，r2=1.27，R2=r2X2=2.54。所以，10m時，該款燈具的光斑直徑為2.54m。

現(xiàn)場燈具到演出人物臉部約為10.5m。根據(jù)10m光斑直徑2.54m，10.5m的光斑直徑約為2.62m，求10.5m時燈具的平均照度。

按上述公式，求得10.5m時燈具平均照度=3534/1.31²=2065lx。

10.5m的光斑直徑為2.62m，對于實際布光來說太小。有效光斑直徑為3m～3.5m，其光斑均勻度在可接受范圍內(nèi)。然而，LED大功率COB聚光燈光斑在實際布光接受范圍外，光斑均勻度差、照度值衰減也很快，在光斑直徑為4.5m～5m時，只有250lx～50lx的照度值。LED大功率COB聚光燈在光斑均勻度和照度值方面，都不具有傳統(tǒng)熱光源燈具（石英鹵鎢泡）那樣的良好線性衰減特征。

2.2.2重疊布光照度值及實際重疊布光照度值

根據(jù)業(yè)內(nèi)已有的經(jīng)驗，推算熱光源石英鹵鎢泡螺紋聚光燈光斑特性。

（1）當燈具光束角為最聚時，光斑中心照度與光斑平均照度的比值為2.8。

（2）當燈具光束角為最散時，光斑中心照度與光斑平均照度的比值為2.4。

業(yè)內(nèi)經(jīng)驗僅作為參考，根據(jù)300w LED-COB螺紋聚光燈現(xiàn)場測試情況來看，取光斑中心照度約等于平均照度的2.2倍，在重疊法布光中，光斑鋪設(shè)區(qū)域的平均照度值近似為：單燈平均照度（2065）×2.2=重疊布光照度值（4543）。考慮到投射角度為45°，燈光光通量有所減弱，重疊布光照度值應為：重疊布光照度值（4543）×0.707=實際重疊布光照度值（3498）。

所以，在圖2廠家提供的理想光學指標下，當燈具投射角度為45°、投射距離為10.5m時，光斑直徑為3m，實際重疊布光照度值為3498lx。完全滿足電子元件老化、靈敏度差、需要提高燈光照度的sony950攝像機對燈光照度的要求。測試出的實際情況是：當照度2800lx時，sonyJ⁹⁵⁰攝像機光圈值為F4左右，景深相對吻合實際情況。

3重疊光斑布置的優(yōu)勢

舞臺表演區(qū)與觀眾區(qū)采用不同直徑的光斑重疊布置。表演區(qū)布光采用直徑3m光斑重疊布置，觀眾區(qū)布光采用直徑4m及6m光斑重疊布置。因為受資金限制，觀眾區(qū)前區(qū)采用4m以上的有效光斑，中后區(qū)采用6m以上（實際采用平板燈具）有效光斑。

圖3所示為直徑3m的有效光斑疊加。光斑重疊后可使水平軸線匕保持亮度—致，布光更均勻，避免照射區(qū)域出現(xiàn)黑暗，影響錄制節(jié)目的畫面效果。

根據(jù)圖4燈位平面布置圖，可以清晰計算出需求。LED-COB 300燈具44臺，LED平板燈具8臺，這些燈具解決人物照明問題。為了電視光效的提高，還選購了BM電腦光束燈具20臺，LED染色燈具48臺，基本用完70萬預算。這樣的配置，既滿足綠色光源照明問題，又對燈光效果有了一定提高，實際改造效果非常明顯（圖5）。

4確保人物膚色和素材畫面的高品質(zhì)

色溫的國際單位為K（Kelvin），色溫值用阿拉伯數(shù)字表示。中午日光色溫值為5500K，石英鹵鎢泡螺紋聚光燈色溫值為3200K，日出日落時的色溫約為2000K，燭光的色溫約為1000K?？梢园l(fā)現(xiàn)，色溫越高，光色越偏藍;色溫越低，光色越偏紅。

白平衡（White Balance）顧名思義白色的平衡。盡管白熾燈和太陽光發(fā)出的光譜不同，但是一塊白板放在3200K白熾燈下或5500K太陽光下，由于人眼的自動調(diào)節(jié)作用，看到的都是白色。但是，攝像機的傳感器不具有這種適應性。如果攝像機的色彩調(diào)整與景物的照明色溫不一致，就會發(fā)生偏色。攝像機可以經(jīng)過調(diào)節(jié)以適應不同高低色溫的場景，當攝像機調(diào)到高色溫時，拍攝陽光下的白板正常，而拍攝白熾燈下的白板則偏黃色。當攝像機調(diào)到低色溫時，拍攝白熾燈下的白板正常，而拍攝陽光下的白板則偏藍色。這是攝像機的特點。

為了得到色彩平衡的高質(zhì)量圖像，電視照明燈光要適應攝像機的這些特性，燈具的色溫須有一定的穩(wěn)定性和一致性。在演播廳拍攝時，白平衡就是根據(jù)現(xiàn)場拍攝人物面光燈具的色溫條件下，通過調(diào)整攝像機內(nèi)部的色彩電路，使拍攝出來的影像抵消偏色，確保膚色再現(xiàn)正常。

4.1演播廳啟用時的光源

1999年嘉興臺630m²演播廳啟用時，各種光源如下：GQY背投大屏可進行色溫調(diào)整（2800K～10000K）;百奇575w電腦染色燈色溫6000K、百奇1200w電腦掃描燈色溫6000K;熱光源1K筒子燈具+換色器、2000w石英鹵鎢泡螺紋燈（人物面光）色溫3200K。以3200K色溫光源對白，顯然只能保證人物膚色再現(xiàn)，其他光源所呈現(xiàn)的素材或光束/圖案以及色彩都不準確，都會產(chǎn)生偏藍現(xiàn)象。

4.2更換P6大屏后的光源

2008年演播廳更換深圳蘭譜P6大屏后，各種光源如下：蘭譜P6大屏色溫3000K～9000K、百奇575w電腦染色燈色溫6000K、1200w電腦圖案燈色溫6000K、2000w/3000w石英鹵鎢泡螺紋燈（人物面光）+雷登82后色溫約3800K。以3800K左右色溫光源對白，也僅僅相對平衡了各種光源的色溫，在保證人物膚色再現(xiàn)前提下，其他光源所呈現(xiàn)的素材或光束/圖案以及色彩再現(xiàn)程度有一定的提高。這種方法的最大缺點是對燈具照度損失太大。為滿足攝像機拍攝光圈值以達到足夠的畫面景深，只能在原來燈具基礎(chǔ)上加裝多臺3kW螺紋聚光燈做基本照明，這樣的結(jié)果是用電量的提高，產(chǎn)生更多的熱能，需要更多的空調(diào)制冷量，造成重復浪費。

4.3更換P2.5大屏后的光源

2017年演播廳更換洲明P2.5大屏后，各種光源如下：洲明大屏P2.5色溫3000K～9000K;經(jīng)常外租副屏或彩幕色溫6000K～10000K;美術(shù)用全彩LED燈帶色溫4000K～10000K;百奇黃金追光燈具色溫5600K;1200w電腦圖案燈色溫6000K;1200w電腦染色燈色溫6000K;LED-COB聚光燈具色溫3100K～5600K（選用5600K）。

從上述多種光源的色溫來看，以LED-COB聚光燈具色溫5600k來調(diào)節(jié)白平衡是比較理想的，人物膚色、大屏素材、美術(shù)材料、LED燈帶都有比較完美的再現(xiàn)（圖6～圖8），達到綠色環(huán)保節(jié)能、畫面光效通透的改造目的。5綠色光源改造方案的效果和擴展性

嘉興臺630m²演播廳照明光源的綠色改造采用較低的成本，保證多種光源色溫的一致性和穩(wěn)定性。使用高色溫對攝像機白平衡校正，拍攝效果有了真正意義的提高，人物膚色真實而富有光感，畫面通透而絢麗。遺憾的是資金不允許，沒能把傳統(tǒng)石英鹵鎢泡螺紋聚光燈完全更換掉，現(xiàn)場還留用一道觀眾席逆光和部分直播時備份所需要的面光燈具。下一步的改造計劃是：追加300w LED-COB聚光燈具以及LED平板燈具;改造演播廳燈光幕墻、燈光吊掛系統(tǒng)、燈具DMX 512信號系統(tǒng)，全面實現(xiàn)節(jié)約電能、綠色照明;拍攝人物膚色完美、景深真實;達到舞臺美術(shù)多樣、光效絢麗多彩、畫面清澈通透的效果。

結(jié)語

本次演播廳綠色光源的改造不僅滿足老舊標清攝像機的要求，也同樣滿足高清攝像機的要求。高清攝像機像素高、圖像細膩，電視畫面的顏色飽和度高，因此，要求演播廳照度均勻，照度值與標清演播廳類似。規(guī)定光圈為5.6時，演播廳綜合光的垂直照度≥2000lx。由于電視圖像的好壞取決于人物面部的膚色再現(xiàn)，取距離地而1.5m處的垂直照度2000lx作為照度標準值。本次改造項目即使經(jīng)過時間的考驗，LED光源產(chǎn)生一些光衰，也能夠確保滿足高清攝像機的照度要求。期待嘉興臺高清時代的全面到來，相信綠色光源改造效果將越來越明顯。