綠色光源的舞臺功能燈具在場館建設及藝術表演中的實例分析

穆懷恂 甄何平

(1.中國藝術研究院，北京 100000;2.北京星光影視設備科技股份有限公司，北京 100000)

1 引言

國家“十二五”規劃綱要，科學概括和深刻闡述中國特色社會主義文化發展道路，提出了文化大發展大繁榮的總體規劃。規劃中將綠色照明列入了重點發展項目，隨著LED光源技術的進步，賦予了綠色照明更多的內容，從普通民用照明逐步發展到許多專業照明領域，為推動中國演藝照明事業的科學發展，發揮文化和科技的融合作用，促進文化的發展和繁榮。2011年6月中國藝術研究院與北京星光影視設備科技股份有限公司共同承擔了國家文化科技提升計劃項目《基于綠色光源的舞臺功能燈具研發與示范應用》課題。

我國照明消耗約占整個電力消耗的20%左右，而演藝場館照明則是其中的能耗大戶;20世紀初瑞士舞臺美術家A.阿庇亞及英國導演、舞臺美術家戈登·格雷先后提出了燈光藝術造型理論:要求舞臺燈光要表達出視覺雕塑感、音樂感和舞臺空間中的運動與節奏感。舞臺演藝照明經過一百多年的發展，已形成了“主、輔、逆及背景光、效果光”組成的較完整的布光體系;目前國內外劇場舞臺及藝術照明使用的燈具基本上是以1kW—5kW的“鹵鎢光源”燈具為主。

該課題旨在結合我國劇場建設規范及演播室燈光系統設計規范對劇場舞臺及演播室照明的要求和藝術表演對燈光效果的需求，研究、開發、改進基于綠色、環保、節能的LED新型舞臺功能燈具，逐步取代現有高能耗的鹵鎢光源布光體系，為行業標準的制定奠定基礎。

2 舞臺照明燈具簡介

2.1 傳統舞臺燈具

傳統舞臺燈具大多采用鹵鎢光源。因鹵鎢光源為連續光譜，并以顯色指數接近100的優勢，一直占據舞臺影視劇場照明市場。采用鹵鎢光源燈具一般均采用反光碗和/或透鏡的光學設計，反光碗和透鏡的材料、包光角和加工質量等直接影響燈具的效率，加之舞臺影視燈具對配光的苛刻要求，使得舞臺影視燈具的效率非常低下，以舞臺照明常用的平凸透鏡聚光燈為例，其燈具效率一般均小于30%，因此舞臺影視照明的能耗非常高。另外鹵鎢燈具還有光源壽命短、紅外輻射高、安全性差等缺點，尤其是舞臺燈光的可控硅調光裝置引起的電流波形畸變，使諧波干擾問題尤為嚴重。

2.2 綠色光源的舞臺功能燈具

LED照明具有耗電少、光效高、壽命長、色彩豐富、可控性強、紅外輻射低等特點，尤其是其節能效果顯著，以一個中型劇場為例，按照傳統鹵塢光源燈具設計，照明用電功耗將達到650kW左右，而采用綠色光源的舞臺功能燈具，照明用電功耗不過180kW左右，節能幅度高達70%以上，同時舞臺燈光系統配電容量也大幅降低，可節約大量電纜線材，由于LED燈具采用直通電源供電且功率小，消除了由調光可控硅產生的諧波污染，還可節省可控硅調光系統和諧波抑制器等的大筆資金投入。

2.3 新型大功率LED燈具與傳統燈具比較 (見表1～表4)

表1

表2

表3

表4

我國每年用于大型文化場所演出的工程近萬場，全國各省市擁有藝術表演場所二千多家，大中型劇場近千家;全國廣電系統擁有電視臺二千多家，各類演播室達到近5000個;降低照明用電能耗是節省電力的重要途徑。

3 綠色光源的舞臺功能燈具在劇場建設中的應用實例

3.1 北京長安大劇院

長安大戲院，建于1937年，是北京市最有影響力的劇院之一，也是北京長安街上高檔、豪華、舒適的現代化劇場。劇場可容納800余人，以上演經典劇目為主，同時可夠勝任各門類藝術形式的演出。

本次改造工程應用后全部采用LED專業燈具，其中舞臺采用LED的400W聚光燈具、300W光束燈具、400W變色聚光燈、100W柔光燈、150W成像燈等;舞臺附屬區域采用LED的筒燈、燈管、平板燈等。這次改造工程使長安大戲院成為第一家全部采用LED燈具照明的劇場。

長安大戲院舞臺面積300平方米，原使用2000W鹵鎢舞臺聚光燈、1250W雙反射柔光燈和1000W光束燈共計330套，演出時舞臺燈光全部開啟，照明用電功率約400kW，以平均每場演出開燈3小時計算，每場演出用電1200度電。據統計，長安大戲院舞臺照明年用電60萬度。大功率LED舞臺燈具應用后，長安大戲院舞臺照明用電功率僅為65kW，平均每場演出用電195度，舞臺照明年用電僅9.75萬度，年節約用電50.25萬度，節電率83.75%。

LED燈具在節電的同時，由于幾乎沒有紅外輻射，使臺上演員感覺到前所未有的舒適。演員們在接受中央電視臺戲曲頻道采訪時紛紛表示，在LED燈光的照射下，演出時不再飽嘗灼熱之苦。同時，LED燈光照的非常透亮，非常完美。

譚派傳人譚正巖直率說:“以往我們一上臺，還沒怎么動就已經一身汗了，這次演出，涼爽的感覺非常明顯。師弟按照慣例為我準備了一摞擦汗紙，但一次趕場下來居然沒出汗，再一次還沒出汗，一摞紙幾乎沒怎么用。”

“這是唯一一次唱完后沒有汗流夾背。”著名京劇演員杜鎮杰說。

麒派掌門人陳少云稱，舞臺上傳統的燈具都換成了LED，通過實踐效果非常好，臺上亮度感覺還是那么亮，但是一點兒都不熱。

著名京劇表演藝術家耿其昌說:“這次低碳演出非常有意義。光變化特別大，很亮但不熱，是對環保、科技的一大進步，我非常支持。”

不光是舞臺上溫度降低了，燈具本身的溫度也大幅降低。這徹底解決了舞臺照明最令人頭疼得防火安全問題。圖1是改造前后燈具的溫度測試圖像。

從圖1中可以看出，LED燈具燈體最高溫度49.1度，燈光照射下的水杯溫度26.3度，僅比環境溫度上升4.8度。同等照度下原有燈具燈體最高溫度183.4度，燈光照射下的水杯溫度42.8度，比環境溫度上升21.3度!

圖1

3.2 北京市新少年宮劇場

2007年北京市新少年宮劇場開工建設，2009年北京市少年宮委托中國藝術研究院為其制定了舞臺燈光、音響設計方案，2011年初北京市財政審批通過了燈光音響實施方案，準備實施招標。

2009版傳統光源舞臺燈光方案如圖2、表5所示:

表5

圖2

圖2(續)

2011年2月17日，北京市政府為落實“十二五”期間北京節能減排任務，常務副市長吉林等相關單位領導到長安大戲院調研LED燈具安裝使用情況之后，叫停北京市新少年宮劇場燈光項目，確定由中國藝術研究院根據“綠色、節能”的環保理念，重新設計北京市新少年宮燈光方案。

2011版綠色光源舞臺燈光方案如圖3、表6所示:

圖3

表6

2011版綠色光源的舞臺燈光方案考慮到演出的功能需求，保留了部分750W成像燈具;LED光源方案總功率為217.12kW，而傳統鹵鎢光源方案總功率為663kW，LED燈光方案耗電僅為傳統方案的32.7%。(傳統與節能兩套方案比較)。

4 綠色光源的舞臺功能燈具在人民大會堂的實例應用

人民大會堂是我國標志性建筑之一，萬人大禮堂是人民大會堂的主體建筑，東西進深60 m，南北76 m，高32 m，穹隆頂，舞臺臺口寬32 m、臺口高16 m，大幕線至底幕16.5 m、大幕線至臺唇7.5 m，在此做純藝術性的演出，舞臺藝術照明的難度很大。

2012年4月6日，“招商銀行25周年慈善音樂會”在人民大會堂萬人大禮堂隆重舉行。國際鋼琴彗星郎朗攜手獲得12座格萊美大獎和40次音樂影片大獎的赫比·漢考克、中國著名民歌歌唱家宋祖英及以指揮家譚利華領銜的北京交響樂團的音樂家們，為觀眾奉獻了一場跨界視聽盛宴。整場音樂會分為上下兩個篇章，兩位風格迥異鋼琴演奏家 (赫比?漢考克的演奏風格激情多變的爵士音樂)和北京交響樂團的三管樂隊通過獨奏、協奏、合奏等方式，對眾多世界名曲進行了精彩的演繹，中國著名女高音歌唱家宋祖英在朗朗和北京交響樂團的伴奏下為觀眾演唱了“感恩”、“苗嶺飛歌”、“康定情歌”等經典的民族曲目。

本屆音樂會最突出的特點，就是綠色光源舞臺燈具的運用。這是人民大會堂舉辦的第一場以綠色光源舞臺燈具為主的音樂盛會。人民大會堂使用具有環保節能特點的綠色光源燈具無疑具有“風向標”的意義，同時，也是檢驗文化部課題《綠色光源的舞臺功能燈具研發與示范應用》的絕佳時機。本屆音樂會上，綠色光源舞臺燈具達到281臺，使用國內自主研發、技術領先的大功率400 W LED聚光燈、200 W LED聚光燈進行照明，使用10×19(RGBW)的LED PAR燈進行染色，使整個舞臺布光均勻、層次分明，不僅滿足了舞臺專業演出的藝術要求，也滿足了電視轉播和電視節目制作的要求。其中，400W LED聚光燈用作面光照明，照射距離達到60 m，銜接平滑、照度均勻、雜散光少，經現場測試達到了以往在大會堂做演出時2 kW～5 kW傳統舞臺燈具的照明效果;200 W LED聚光燈做臺內的延展照明，達到了1 kW傳統舞臺燈具的照明效果。本屆音樂會與使用傳統舞臺燈具的同場演出相比，照明總功率從超過700 kW下降到160 kW左右，能耗下降75%以上，節能效果顯著。

4.1 音樂會舞美燈光設計

4.1.1 舞美設計

為使觀眾獲得高品質的音樂享受，舞臺采用亞光材料制作了百葉式返音板，為音樂會營造專業的演奏環境(見圖4、圖5)。該返音板也可作為投影接收面。開場前，投影幕上顯示出深邃的星空，給觀眾帶來無限遐想。舞臺兩側是巨大的歐式花盆，盛滿金色的葵花和絢麗的紅玫瑰，紅黃兩色莊重典雅;矗立在花叢中的高清LED屏幕，以音樂總譜的樣式呈現 (見圖6)，烘托出音樂會氣氛，展示音樂會特質。演出中，LED屏幕為曲目的銜接起到了穿針引線的作用，曲目間的銜接遷換由屏幕提字過渡，并顯示曲目簡介和相關內容，以加深觀眾對曲目的理解 (見圖7)。同時，屏幕還可顯示符合曲目風格的視頻，配合展示曲目主題，使音樂會的展開更自然流暢。樂隊演奏臺的立體呈現及舞臺前沿布滿的花藝，構成了一幅絢麗、唯美的畫面。

圖4 舞臺設計圖

4.1.2 燈光設計

長期以來，在人們印象中，音樂會的燈光設計就是全場大白光，只要均勻照亮舞臺即可。但隨著人們欣賞水平的提高、舞美設計理念的變化，音樂會燈光設計也在改變。讓燈光隨著音樂的旋律變化，與音樂和諧共舞，使作品的內在情感張力達到最大化，將樂曲詮釋得更加精彩，才能帶給觀眾更多美好的藝術享受。

圖5 舞臺平面圖

圖6 開場前，利用反投投影營造的效果(投影幕16 m×9 m)

圖7 宋祖英演唱時，利用正投投影營造的效果(在返音板上投影26 m×9 m)

本屆音樂體現這一燈光設計理念。燈光設計在了解作品內涵的基礎上，結合恰當的投影畫面，充分運用舞臺燈光的亮度、色彩、分布和變化，調動燈光的內在情緒，努力做到藝術家想要達到的藝術效果。

如上半場演奏的管弦樂組曲《鵝媽媽》是一首著名的兒童組曲，內容取材于多個著名童話故事，不僅受到兒童的喜愛，也深深打動了成年觀眾。在演奏過程時，兩位鋼琴演奏家使用定點光強調，舞臺基礎光為粉調，樂隊氛圍光為歡快的金色，LED燈穩定的色溫和飽滿的色彩，將觀眾帶入童話王國里純凈典雅的夢幻仙境。下半場朗朗與樂團合作演奏的《春舞》，是一首具有新疆少數民族特色的鋼琴曲，作品民族氣息濃郁，旋律優美。樂曲開始時，樂隊使用深藍色燈光照明，隨著演奏的開展逐漸加入嫩綠色燈光，氣氛變化，節奏柔和;鋼琴獨奏時漸漸給出定點光;樂曲達到高潮時，演區燈光色彩轉成綠色，舞臺上生機盎然。中段節奏漸快，演區燈光色彩轉為紅色，與樂曲所表現的人們圍著火堆盡情舞蹈的場面相配合。結尾時音樂舒緩幽靜，演區燈光色彩轉深藍色，帶給觀眾靜逸安祥之感。光色的節奏與音樂完美融合。

4.2 音樂會綠色照明方案

4.2.1 設計目標

本屆音樂會舞臺燈光系統的設計、配置與設備性能，首先要體現“綠色節能”這一理念。采用的LED燈具，要達到專業演出和電視現場直播及錄像的要求;設備配置和系統構成具有高可靠性、擴展性和通用性，相對傳統舞臺燈具，節能效果更顯著。

4.2.2 系統指標

照 度:舞臺平均照度不小于1200lx

光源色溫:3200K

顯色指數:Ra＞85

4.2.3 燈具配置方案

在燈具配置上，本屆音樂會以LED光源的舞臺燈具為主，結合部分氣體放電光源燈具。燈具布置圖如圖8所示。

圖8 音樂會燈具布置圖

音樂會燈具統計見表7，實際演出比表中的功率略有減少。

表7 音樂會燈具統計表

4.3 LED燈具在音樂會運用中的優勢

本屆音樂會上采用的綠色光源的舞臺燈具以LED燈具為主，故以LED燈具為例，與傳統舞臺燈具進行比較。

4.3.1 面光燈具

在本屆音樂會中，面光設置及燈具選用都非常特殊。面光主要用于舞臺前區表演者或與會者的正面照明，因人民大會堂萬人大禮堂體量巨大，臺口寬度幾乎是普通劇場的2倍，且沒有設置專用的面光槽，故本屆音樂會將面光設置在3樓觀眾席搭建的燈架上，其與舞臺臺口相距60 m，投射距離遠大于一般劇場 (見圖9)。對此情況，以前演出多采用2 kW～3 kW的回光燈作為面光燈具，本屆音樂會則首次采用了以400 W LED聚光燈為主的面光燈具配置，結合部分氣體放電光源燈具作樂隊的分區照明。此次采用的400 W LED聚光燈雜散光控制得非常出色，聚光效果好，特別適合遠距離投射。

圖10是400 W LED聚光燈的測試數據，60m處的最高照度為167lx。

圖9 3樓觀眾席架設的面光燈具到舞臺大幕線的投射距離圖

圖10 400 W LED聚光燈的照度測試

圖11為國際某著名品牌5000 W聚光燈，60 m處最高照度為110 lx。可見，400 W LED聚光燈的照度比5000 W聚光燈的照度高近50%，完全滿足遠距離面光的要求。

圖11 5000 W聚光燈的照度測試

4.3.2 LED PAR燈

本屆音樂會的頂光和逆光采用了大量LED PAR燈。該款LED PAR燈采用業內領先的10 W RGBW四合一LED芯片，配備40 mm大直徑帶有微透鏡陣列的準直透鏡，光束感極強。燈具在透鏡內部完成混光，輸出光線混色均勻、色彩飽滿，染色效果較鹵鎢光源PAR燈加色紙的效果有質的提高。由于該燈具光學系統設計先進，光效很高，完全可以媲美1000 W鹵鎢光源PAR燈的照度。

圖12是LED PAR燈合成白光的測試數據，10m處最高照度為1868 lx。

圖12 LED PAR燈白光測試數據

圖13是1000 W CP60 PAR燈白光的測試數據，10 m處最高照度為1896 lx。可見，該款LED PAR燈的照度與1000 W鹵鎢光源PAR燈相當。

圖13 1000 W CP60 PAR燈白光測試數據

彩色光方面，LED PAR燈更勝一籌。鹵鎢光源PAR燈只能通過色紙濾光來得到需要的燈光色彩，其余大部分光譜能量全被色紙吸收，因此，色光的照度相對白光要低很多，一般不到白光照度的10%，而且還經常出現色紙被燒壞的情況。由于LED PAR燈具是通過加色法混光，鹵鎢燈具是通過減色法產生色光，因此，運用色光時，LED燈具節能效果能達到95%左右!

對比圖14中鹵鎢光源光譜和LED光源混色光譜還可以看到，鹵鎢光源光譜中非常缺乏藍色成分，因此，很難得到通透、湛藍的色彩，而LED混色光譜中紅綠藍成分都非常充足，因此彩色LED光源能提供更為寬廣的色彩范圍，為燈光藝術家提供更大的創作空間。

圖15分別是LED PAR燈的紅綠藍單色照度，均大大高于1 000 W鹵鎢燈的色光照度。

4.3.3 對樂器材質和音色的影響

在音樂會演出中，尤其需要強調溫度對樂器材質的影響。采用傳統熱光源燈具時，高溫光源輻射大量紅外線，通過燈具散發的高熱量會導致樂器材質如銅質材料、木質材料等熱脹冷縮，樂器音質也隨之發生變化，影響現場演出效果。因此，在音樂會演出中選用無紅外線輻射的LED等冷光源燈具更加合適。

圖14 鹵鎢光源光譜與LED光源混色光譜

本屆音樂會在舞臺燈光方面，沒有使用傳統的鹵鎢光源燈具，而是以國內自主研發的LED光源舞臺燈具為主體，結合少量氣體放電光源燈具做造型效果，120人的交響樂團光照均勻，顏色豐富;鋼琴演奏家與獨唱者以1200WSPOT電腦燈做定點，干凈醒目，1200W染色電腦燈為樂隊局部提色層次分明，現場效果與錄像質量極佳。整場演出藝術照明的耗電總功率為160 kW，在人民大會堂舞臺演出中是前所未有的。舞臺燈光隨著音樂的旋律而變化，與音樂組成了一部和諧的“彩色樂章”，使觀眾陶醉在音樂旋律的同時，也切身感受到了綠色環保的藝術照明的魅力。筆者充分運用綠色光源舞臺燈具的亮度、色彩及電腦燈的造型效果變化，調動燈光的內在情緒，在積極倡導綠色照明的同時也達到了藝術家們追求的理想藝術效果。

5 結束語

圖15 LED PAR燈的紅綠藍單色照度

目前LED光源的研發生產尚缺少接近傳統舞臺燈具“點光源”的單模組大功率 (200W以上)的LED光源，這也成為大功率舞臺聚光類燈具的研發瓶頸。首先應加強對傳統舞臺燈具光源的光效了解，傳統光源要通過合理計算的反射器提高光效以“點光源”形式，再通過鏡頭的聚散才能照到被照面，因此，反射器材料的反射率、反射器的配光、燈具結構是否合理，決定了燈具效率的高低。節能只是綠色光源的舞臺燈具的指標之一，它還包括了諸如色溫、顯色指數、眩光限制、中心照度、光斑均勻等燈具性能的各項指標;一個新的技術的出現并最終成熟，從而得到廣泛應用需要一個過程，需要LED生產企業加強研發投入，建立完善的檢測體系，充分了解舞臺燈具的使用功能和照明要求，需要燈具生產廠家結合LED光源研發企業共同攻關，推動LED綠色照明在影視舞臺等專業領域的應用，提升文化產業LED綠色照明的技術能力，讓我國場館建設的舞臺燈光，成為引領節能LED綠色照明、節能減排的開路先鋒，為我國演藝燈光在未來在國際演藝照明領域成為強國做出貢獻。

［1］肖鳳強.LED舞臺燈具在長安大戲院的應用.演藝科技，2011(1).