LED照明燈具在電視演播室應用研究（下）

王京池

（中央電視臺 技術制作中心，北京 100859）

5 主要實驗結果與分析

5.1 實驗室實驗結果分析

5.1.1 燈具光電參數

5.1.1.1 實驗結果統計

根據實驗室對實驗燈具的測試結果，歸納整理出燈具參數統計表，見表9。

5.1.1.2 實驗結果分析

通過分析表9、圖10的實驗結果和常規實驗記錄數據，對燈具的客觀參數指標歸納總結如下：

（1）燈具色溫基本能夠達到3 200 K的要求，但有的燈具超出誤差±150 K的范圍。

（2）燈具顯色指數有的較低，小于85的要求。

（3）柔光燈具光效普遍較高，都大于25 lm/W。

（4）因技術水平和生產工藝的差別，燈具能效存在較大的差異，有的聚光燈具能效太低，達不到節能效果。

（5）燈具的功率因數，除進口燈具外，都大于0.94。

（6）不同廠家的燈具在同一測試距離的照度差別很大，在6 m處測量，柔光燈照度低的僅為45 lx、高的為249 lx，相差5倍多；聚光燈在聚光狀態下照度低的為462 lx、高的為1291 lx，相差近3倍。

（7）好的100 W LED聚光燈與傳統1 000 W聚光燈比較，在同一測試距離的照度差別很小。如LED聚光燈：1 291 lx，鹵鎢聚光燈：1 319 lx。

5.1.2 調光狀態下色溫變化測試

5.1.2.1 數據采集整理

對于LED燈具調光過程色溫變化，本次實驗共選取7個型號，每種2個燈具，由于聚光燈可變光束角，分別在最小光斑（聚）和最大光斑（散）兩種狀態下測試。測得數據整理后如表10所示。

注：表中由于鹵鎢燈調光10%時色溫太低，低于所用CP-200照度計的最低色度測試值，因此在上述0-1、0-2號燈具的10%一項數據實際是用20%的值替代。

將上述數據分柔光燈和聚光燈與鹵鎢燈對比，制出圖表如下，見圖10、圖11。

5.1.2.2 數據分析

由上述圖表可以看出：

（1）調光過程亮度由100%下降到10%，LED燈具除了6-2燈色溫變化較大（最大達到183 K），其余均小于60 K，符合電視節目制作色溫穩定性的要求。

（2）由于LED是內部電子能級躍遷發光，調暗時電流減少，各能級基本不變，因此，發射光波頻率變化很小，色溫也基本不變。

表9 實驗燈具參數統計表

（3）調光亮度下降過程，LED燈具色溫有升有降，是由于LED管的藍光頻率和熒光粉峰值轉換頻率的匹配決定，但是結果色溫差異很小，對使用影響極小，可忽略。

（4）傳統鹵鎢燈的色溫在調光過程變化很大，調光亮度由100%降到20%時，色溫下降值均在700 K以上。因為鎢絲燈光本身是熱發光，調暗時燈功率下降，燈絲溫度降低，色溫自然降低。

（5）LED燈具調光時色溫幾乎沒有變化，而鹵鎢燈在調光到10%時，色溫已下降了35%。由此可見，與鹵鎢燈相比，LED調光時色溫的穩定性具有很大優勢。

5.1.3 溫度對燈具性能的影響

5.1.3.1 高溫實驗結果

以4號、6號和7號燈具為例，列出色溫和照度隨溫度變化的曲線，見圖12、圖13、圖14。

5.1.3.2 實驗結果分析

從測試曲線圖中可以看出：

（1）當環境溫度升高時，光輸出降低，色溫升高或降低。

（2）從高溫實驗的結果看，在40℃～50℃的環境溫度下，散熱設計合理的LED燈具的性能變化不大，可以滿足使用要求。

（3）高溫破壞性實驗表明，只要設計合理，燈具不會因演播室溫度過高而失效。

（4）高溫實驗前后，燈具的顯色性能基本不變。

5.1.4 燈具照度長期穩定性

這里列出具有代表性的2號（平板柔光燈）和4號（聚光燈）燈具的長期穩定性記錄。圖15為使用大功率LED模塊的4號100 W聚光燈具在連續點亮197天（4 728 h）的光衰曲線圖。圖16為2號平板柔光燈在老化實驗室（溫度45℃～50℃）連續點亮74天（1 776 h）的光衰曲線圖。

表10 調光過程色溫變化表

通過對上述圖表分析，可以得到如下實驗結果：

（1）4號聚光燈在常溫下連續點亮4 728 h，燈具照度輸出幾乎沒有變化，從趨勢圖上看，光衰變化也不到1%。

（2）2號平板柔光燈在老化實驗室連續點亮1 776 h，光衰僅有1.3%。

（3）這兩款燈具的光通量輸出是相當穩定的。

5.1.5 光輻射對人體皮膚的影響實驗結果

5.1.5.1 照射前后皮膚顏色L*a*b值的變化

分別比較照射前、后反映皮膚顏色指標的L*a*b值的變化，結果照射前后的L*、a*、b值均無統計學差異（p>0.05）。

5.1.5.2 照射前后皮膚顏色M、E值的變化

分別比較照射前、后反映皮膚顏色指標的M、E值的變化，結果照射前后的M、E值均無統計學差異（p>0.05）。

5.1.5.3 照射前后皮膚角質層含水量的變化

比較照射前后皮膚角質層含水量的變化，兩者之間無統計學差異（p>0.05）。

5.1.5.4 照射前后皮膚TEWL含水量的變化

比較照射前后皮膚TEWL的變化，兩者之間無統計學差異（p>0.05）。

5.1.5.5 實驗結果分析

在本實驗中采用電視臺演播室實際使用的LED燈具，模擬主持人在實際工作中接受的照射劑量——照度2 800 lx，照射時間15 min，每天照射一次，連續照射30天后：

（1）皮膚顏色未發生明顯變化；（2）皮膚角質層含水量未發生明顯變化；（3）皮膚經皮水分流失未發生明顯變化。

5.1.6 電磁干擾測試結果

以1號燈具為例將測試結果整理如下。

5.1.6.1 無線電騷擾特性測量

（1）傳導騷擾電壓測試

燈具的電源端頻率為9 kHz～30 MHz范圍內傳導騷擾電壓（準峰值），見圖17。

（2）輻射電磁騷擾測試

頻率為9 kHz～30 MHz范圍內的輻射電磁騷擾測試。

根據GB 17743-2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》，燈具應在3個互相正交的環形天線系統中測試，每一環形天線分別測試輻射電磁騷擾，圖18是其中水平環形天線測試的輻射電磁騷擾值。

以上測試是在全功率的42%左右（控制數據為十六進制6C，最大值為FF）、無線電騷擾最大時的測試數據。根據上述測試數據，1號燈具的電源端的傳導騷擾電壓和輻射電磁騷擾，達到國家標準GB 17743-2007的要求。

5.1.6.2 諧波電流測量

在各個調光值中找到諧波最大時的測試數據見圖19。

根據以上測試數據，1號燈具的諧波電流達到GB 17625.1-2003《電磁兼容 限值 諧波電流發射限值（設備每相輸入電流鎮≤16 A）》的要求。

5.1.7 燈具的節電性能

5.1.7.1 節電量統計

在演播室錄制實驗中，分別用傳統燈具與LED燈具搭建測試場景，并記錄使用燈具數量，在達到基本相同的照明效果情況下，測量實際用電情況，實驗記錄見表11和圖20。

5.1.7.2 燈具節電性能結果分析

從表11中我們可以得到LED燈具節電的具體數值。

（1）用實測值比較：

取三場平均用電量：（0.8+0.7+0.45）÷3=0.65（kW）

實測節電率：（5.6-0.65）÷5.6×100%=88%

取三場中最大用電量比較：（5.6-0.8）÷5.6×100%=85%

（2）用燈具額定值比較：

取三場平均額定值：（1.2+1.176+0.765）÷3=1.047（kW）

額定節電率：（5.32-1.047）÷5.32×100%=80%

（3）得出結果：用LED燈具節電能夠達到80%以上。

5.1.8 燈具頻閃實驗結果分析

（1）PWM頻率是攝像機快門頻率的整數倍時，圖像不閃爍。

（2）對于場頻為50的攝像機，PWM頻率是50的整數倍時，圖像不閃爍；但由于頻率誤差會帶來以差頻為頻率的極低頻閃爍（呼吸現象），PWM頻率較低時比較嚴重。

（3）常態（電子快門關閉）時，PWM頻率大于1 200 Hz；電子快門60 Hz時和電子快門75 Hz時，PWM頻率大于2 000 Hz；電子快門84.98 Hz和電子快門100.1 Hz時，PWM頻率大于3 000 Hz；圖像不閃爍。

（4）PWM頻率高于30 kHz時，圖像不閃爍。

表11 不同場景用電量統計表

5.2 主觀評價結果與分析

5.2.1 燈具使用性能專家評價

5.2.1.1 燈具性能主觀評價統計

根據專家在演播室實際使用情況的評價打分情況，歸納統計結果見表12和圖21、圖22。

5.2.1.2 燈具性能評價結果分析

根據實驗數據分析和專家的主觀評價，對燈具的使用性能評價歸納總結如下：

（1）專家對燈具外形結構基本滿意，但個別燈具存在過重、過大問題。

（2）專家對燈具的光斑質量比較滿意。

（3）除個別燈具外，參加實驗的燈具大都很好地解決了眩光問題，滿足演播室的使用要求。

（4）專家對不同燈具操作功能的評價不同，有些燈具沒有桿控機構，需要增加；有些燈具雖然配有桿控機構，但性能很差，需要改進。

（5）因聚光燈具光源結構不同，有的聚光燈具使用多光點陣列光源存在遮扉不能控光的問題，對使用效果影響較大。

5.2.2 電視圖像色彩還原主觀評價

5.2.2.1 演播室現場評價統計

根據演播室現場10位專家的評價打分情況，統計結果見表13。

表12 演播室現場燈具使用性能評價統計表

表13 現場專家評分統計表

5.2.2.2 主觀評價室評價統計

因篇幅的原因，這里只統計了6個場景中人物1。根據主觀評價室10位專家對人物1的評價打分情況，統計結果見表14。

5.2.2.3 圖像色彩還原評價結果分析

分析實驗數據表明，LED燈具對圖像色彩還原的主觀評價歸納總結如下：

（1）LED燈具照明人物的色彩還原，與傳統燈具比較還稍有差距，但能夠得到讓人滿意的還原效果。

（2）LED燈具的顯色性與傳統燈具一樣，都對還原有一定的影響。

（3）高色溫與低色溫錄像對色彩還原區別不大。

6 結論和建議

6.1 結論

（1）LED燈具節能效果顯著，在演播室使用比傳統燈具節電80%以上。

（2）長期穩定性實驗表明，LED燈具的光衰較小。

（3）LED燈具照明下電視畫面色彩還原主觀感覺良好，顯色指數Ra≥85的LED燈具，電視畫面色彩還原佳，完全滿足電視臺演播室燈光對色彩還原的要求。

（4）LED燈具調光過程色溫穩定，變化很小，遠優于傳統的鹵鎢燈具，長期工作色溫變化很小，穩定性很好，可以滿足演播室使用要求。

（5）當環境溫度升高時，光輸出降低，色溫升高或降低。從高溫實驗的結果看，在40℃～50℃的環境溫度下，散熱設計合理的LED燈具的性能變化不大，可以滿足使用要求。

（6）在LED輻射光照射下，人體皮膚顏色未發生明顯變化，皮膚角質層含水量未發生明顯變化，皮膚經皮水分流失未發生明顯變化。

（7）LED燈具工作時會產生一定程度的無線電騷擾和諧波，但只要在燈具中配置優質的電源裝置，電磁干擾可以控制在標準許可的范圍內，符合相關標準的燈具不會影響演播室其他設備的正常工作。

（8）LED燈具PWM頻率只要避開一定范圍，就不會產生電視圖像閃爍問題。

（9）色差是在LED燈具應用中影響使用的重要因素，應加以消除。通過對兩種實際使用的LED聚光燈的分析研究，經過消色差處理，LED燈具可以消除色差滿足使用要求。

（10）更換LED燈具光源時，需要專業技術人員操作。

（11）全部使用LED燈具的演播室不需配置調光器，簡化了系統的配置，提高了演播室燈光系統運行的安全性，并改善了演播室的工作環境；演播室的初期投入會有所增加，但節省了運行和維護費用，使整體成本下降。

表14 主觀評價專家評分統計表（人物1）

6.2 建議

（1）LED燈具能夠滿足電視演播室人物照明色彩還原的要求，可以推廣使用。

（2）對進口燈具和國產燈具測試表明，國產燈具的性能可以滿足演播室照明的要求，建議優先選用國產品牌。

（3）對比原先使用的鹵鎢光源燈具，同型號的LED燈具色溫離散性并不明顯，但是不同廠商的產品之間還是有些差別，需引起足夠重視。

（4）目前國內LED燈具生產廠商眾多，產品質量良莠不齊，用戶在選擇燈具時需要嚴格把關，以保證燈具性能的一致性和穩定性。

（5）LED光源顯色指數不必達到85就可正常色彩還原，需要制定演播室對應LED燈具的相關標準。

（6）不同品牌的燈具熱穩定性能差別較大，用戶選購時應慎重。

（7）采購LED燈具時，應在電磁干擾方面嚴格把關，供貨方應提供相關標準的測試合格報告。

（8）LED燈具作為新型燈具，目前相關國家標準中檢測規定不太明確，建議盡快制定相關標準，并明確對電磁干擾方面的質量指標。

（9）電視演播室攝像中，如需使用高速電子快門，燈具PWM頻率應不低于30 kHz；如不使用高速電子快門，LED燈具可適當降低PWM頻率，但應選擇PWM頻率為50（PAL制）或60（NTSC制）的倍數，最好選擇50和60的公倍數。

（10）燈具的維護應制定相應的規范和標準；在演播室中要有備份LED燈具或者備用光源模塊；要加快推進LED燈具模塊化標準化設計，建議廠商生產易于維護的燈具。

（11）采用LED燈具后，建議演播室燈光的設計用電容量降為原來的三分之一或更低。

（12）建議生產廠家加大投入，研發適合在大中型演播室使用的LED照明燈具。

結束語

“LED照明燈具在電視演播室的應用研究”項目在行業內引起廣泛關注，為電視演播室中使用節能環保的LED照明燈具提供了科學依據，打消了用戶以前的種種顧慮。一年多來，研究結論得到進一步實踐驗證。中央電視臺的229 m2和150 m2演播室等多個演播室已采用LED燈具，并已確定新址演播室一期工程24個演播室中全部采用LED照明燈具。

實踐證明，LED照明燈具真正體現了節能環保、光效高、壽命長、無紅外輻射等優點。LED光源色溫穩定，顯色性良好，完全能夠滿足電視節目制作的要求。