測(cè)評(píng)一款光束電腦燈

【摘 要】 通過對(duì)一款新型光束電腦燈的解構(gòu)和測(cè)試，分析其構(gòu)成、性能及特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 光束電腦燈；Elation Platinum Beam 15R Pro；測(cè)評(píng)；溫度傳感器；光展量（集光率）

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.01.014

【Abstract】Based on the deconstruction and test of a new type beam moving light， its structure， performance and features were expounded in the paper.

【Key Words】beam moving light； Elation Platinum Beam 15R Pro； evaluation； temperature sensor； etendue

LED光源可能是有史以來最好的東西，但是單個(gè)點(diǎn)狀的LED光源的光通量還不能與弧光燈泡相匹敵。因此，對(duì)于Elation Platinum Beam 15R Pro（以下簡(jiǎn)稱該燈具）一類電腦燈具來說，弧光燈泡依然是最佳選擇。該燈具是超窄光束投射燈新品種之一，應(yīng)用了飛利浦MSD Platinum 系列燈泡，外觀類似ACL燈，見圖1。這類光束燈具是目前最流行的小型電腦燈之一。該燈具的光束變化表現(xiàn)如何呢？筆者將試圖測(cè)量從光源到輸出透鏡的每一項(xiàng)參數(shù)，并給出測(cè)試結(jié)果。

如同筆者測(cè)量過的其他光束電腦燈一樣，這個(gè)客觀測(cè)量方法用于該燈具時(shí)也存在一些問題。因?yàn)樗芸赡懿皇怯脕碚彰骶拔锉砻婧捅硌菡叩臒艟撸饕挥米骺罩刑匦Щ颉肮馐Ч薄８兄⒖陀^地測(cè)量這些光束并非易事，因?yàn)檫@既取決于燈具光束的亮度，還在很大程度上取決于空中的環(huán)境和空氣中的霧氣。我們能測(cè)量燈具的亮度，也能夠獲取似乎有些主觀的感知：光束如何緊密、如何平行準(zhǔn)直以及光束邊緣如何干凈利落。由于不可避免的主觀性，用戶在自己的演出場(chǎng)所，親自實(shí)地檢驗(yàn)這類燈具就顯得更加重要。適合筆者的方法不一定適合所有人。所有測(cè)試在Elation公司給筆者提供的一臺(tái)樣燈上進(jìn)行，燈具在標(biāo)稱電源115 V、60 Hz下運(yùn)行。

1 光源

筆者先前曾談?wù)撨^光展量及其守恒原理（編者注：有關(guān)光展量或稱集光率的概念，讀者可參閱本刊2012年第4期刊發(fā)的邁克·伍德《解析光學(xué)擴(kuò)展量》一文），這些光束燈具是光展量原理推動(dòng)設(shè)計(jì)決策的一個(gè)完美例子。在這種應(yīng)用情況中，總想要最終得到一個(gè)角度非常窄小、直徑又不太大的光束。從光展量守恒原理可知，當(dāng)光束角度變得更窄小時(shí)，光束的直徑也必定變得更大。為了得到角度更窄的光束和最終的光束直徑（指光束燈出光口）不大于6英寸（152.4 mm）的探照燈，需要采用能獲得的最小光源進(jìn)行燈具設(shè)計(jì)。該燈具采用飛利浦MSD Platinum 15R燈泡，見圖2。

MSD Platinum系列光源中更小的燈泡是MSD Platinum 5R。此燈泡的弧光管內(nèi)擁有1.3 mm的電弧，而弧光管安裝在二向色性玻璃反光鏡內(nèi)。飛利浦已使用反光鏡對(duì)弧光管進(jìn)行了精確的預(yù)校準(zhǔn)，以使光輸出最大化。那個(gè)極小的電弧意味著此校準(zhǔn)很關(guān)鍵：因?yàn)閷?duì)于燈泡在燈具反光鏡中的位置，采用通常的螺絲調(diào)整是很粗略的、不精確的，較好的方法是在工廠里就將其預(yù)先定位。筆者喜歡預(yù)聚焦燈泡：它們將臆測(cè)排除在燈具設(shè)計(jì)之外，并確保燈具在演出使用中的運(yùn)行狀況與其在測(cè)試工作臺(tái)上的運(yùn)行相一致。MSD Platinum 15R燈泡的額定功率為3 00 W，光通量為13 500 lm，色溫為8 000 K，而半衰減壽命則為1 500 h。

燈泡更換相當(dāng)簡(jiǎn)單。從早期的型號(hào)Platinum Spot 5R至今，Elation公司將更換燈泡變得愈發(fā)容易。卸下3個(gè)螺絲，拆掉后面板，就露出燈泡。拆除連接，然后對(duì)著用彈簧支撐的金屬板推動(dòng)燈泡，并將燈泡向下滑落，將其從固定夾中取出，見圖3和圖4。更換新燈泡的操作方法相同，將燈泡法蘭盤插入燈泡隔板上的金屬板即可。

燈泡安裝在一個(gè)封閉的光源腔體內(nèi)，而腔體設(shè)置有溫度傳感器和專用的風(fēng)扇，以使燈泡保持穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于這些單泡殼的燈泡，溫度控制是關(guān)鍵；封閉的光源腔體幾乎是必不可少的，電腦燈尤其如此，因?yàn)榭諝鈱?duì)流模式隨著搖頭的運(yùn)動(dòng)在不斷地變化。

緊挨在燈泡之后、覆蓋光源腔體的器件是典型的對(duì)半開成角度安裝的二向色性熱鏡。此鏡能將紅外線反射回去以使熱量脫離光束，也可防止熱量因直接反射回來而進(jìn)入燈泡。

2 色輪

通常，看見的下一個(gè)器件是調(diào)光器/旗形光閘，但是該燈具并不是這樣，而是把色輪直接安裝在光源腔體之后。它擁有8個(gè)固定的二向色性濾色片和一個(gè)開孔。有趣的是，如同熱鏡一樣，二向色性濾色片也被劈開成兩半，并被成角度安裝。筆者推測(cè)，其道理和熱鏡成角度安裝一樣：避免反射回來的能量進(jìn)入燈泡。圖5是其中的一張濾色片。圖6顯示透過熱鏡和一張濾色片后光源腔體的視圖。每一張濾色片由兩片二向色性玻璃組成，它們被粘在色輪上并構(gòu)成相互成角度的組件。由于采用這種粘貼的方法，所以濾色片是不可更換的。表1顯示了固定色輪的透射率。

色彩變化速度很好；濾色片很小，但是成角度安裝結(jié)構(gòu)使得它們相比平裝的濾色片顯得有點(diǎn)厚重。色輪旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)流暢。表2是色輪運(yùn)行速度。

3 圖案

該燈具配置有兩個(gè)圖案輪。第一個(gè)是旋轉(zhuǎn)圖案輪，它擁有8個(gè)可更換的旋轉(zhuǎn)/索引圖案和一個(gè)開孔，緊接著是一個(gè)固定色輪，擁有13個(gè)不可更換的圖案和一個(gè)開孔。固定色輪將所有濾色片分割拼接成單一的大色輪，如圖7所示。它也顯示出固定色輪上較厚的輪緣；推測(cè)起來，這是為了避免因熱量而引起屈曲或翹曲。兩個(gè)色輪都包含有各式各樣的開孔和簡(jiǎn)單圖形。兩個(gè)圖案輪在光學(xué)鏈上離得相當(dāng)遠(yuǎn)，所以實(shí)際上不能將它們疊合在一起。因?yàn)榫哂休^小景深的光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)作非常迅捷，以致不能將其同時(shí)聚焦。不過，它們給予了良好的圖案選擇。筆者注意到，旋轉(zhuǎn)圖案輪上的小孔故意設(shè)計(jì)為偏心的。這可以讓用戶借助旋轉(zhuǎn)那個(gè)偏軸的小孔獲得一些有趣的特效。表3、表4是旋轉(zhuǎn)圖案輪和固定圖案輪運(yùn)行速度。endprint

圖案的定位精度和旋轉(zhuǎn)平滑度極好，毫無抖動(dòng)和跳動(dòng)。筆者測(cè)得其滯后僅誤差0.04?，這相當(dāng)于在20英尺（6 096 mm）的射距上偏差0.2英寸（5.08 mm）。

考慮到這是一款光束電腦燈而不是圖案電腦燈，其圖案的聚焦質(zhì)量還是很好的，像差也很小。它具有某些燈光師想要的那種光束在空中的清晰度，而不是在天幕上的圖案投影的清晰度。這種應(yīng)用選擇的圖案很簡(jiǎn)單。固定圖案輪配置有最小的開孔，可用它獲得最緊湊的光束。運(yùn)用這個(gè)最小孔徑，能將光束尺寸減少至全尺寸的24%，其結(jié)果是光束角僅為1?。

4 調(diào)光器與頻閃器

調(diào)光器/頻閃器類似筆者見過的其他Elation燈具產(chǎn)品，由一對(duì)帶鋸齒狀的旗形金屬板構(gòu)成，以剪刀動(dòng)作閉合橫越光束。峰值光束分布的光學(xué)系統(tǒng)不利于調(diào)光，如果在天幕上硬聚焦，就會(huì)看見許多人為的光影現(xiàn)象和陰影。不過，這并非該燈具的應(yīng)用目標(biāo)。對(duì)于空中的光束，用戶不會(huì)注意到任何有關(guān)的光影現(xiàn)象。實(shí)際的調(diào)光曲線緊挨著線性曲線，見圖8。同一對(duì)旗形金屬板被用來產(chǎn)生頻閃效果，筆者測(cè)得其頻率范圍為1.7 Hz～9 Hz（當(dāng)燈具被稍微向下調(diào)光時(shí)，其頻率也會(huì)變得稍快些）。

5 棱鏡與霧化鏡

緊接在調(diào)光器之后，該燈具配置有可旋轉(zhuǎn)的八棱鏡（光學(xué)部件的順序稍微有點(diǎn)不同尋常；光束電腦燈的光學(xué)系統(tǒng)與更常見的圖案電腦燈的光學(xué)系統(tǒng)迥然不同）。這個(gè)棱鏡帶來了良好的圖像分離和一些非常有趣的光束效果。Elation公司在棱鏡控制通道中提供一系列預(yù)編程的棱鏡和圖案宏指令，使用戶能快速存取許多有用的組合。將棱鏡插入或移出光學(xué)鏈，筆者測(cè)得需時(shí)0.6 s，而其旋轉(zhuǎn)速度的變化范圍是從0.33 s/r（185 r/min）下降至非常慢的976 s/r（0.06 r/min）。

最后，在鏡頭前，燈具配置了霧化鏡，見圖9。這是一塊大的旗形光擴(kuò)散片，它可以落下穿越光束。它只有兩種變化：要么進(jìn)入光束，要么移出光束。但起了相當(dāng)大的作用，能將光束擴(kuò)散成寬大的泛光。很明顯，霧化鏡就是為了獲得特效而設(shè)計(jì)，這種特效恰好適合于這類燈具。霧化鏡插入或移出光束需時(shí)0.7 s。

6 鏡頭與光輸出

該燈具配置有兩個(gè)大口徑的透鏡部件。第一個(gè)部件緊跟著霧化鏡，它可以移動(dòng)以調(diào)整光學(xué)組件的焦點(diǎn)。第二個(gè)部件則構(gòu)成燈具最后的輸出透鏡，它是固定不動(dòng)的。圖10顯示燈具的光輸出曲線。這是典型的峰值型曲線，顯得有點(diǎn)不均衡，但是對(duì)于光束投光燈具的應(yīng)用，這種光分布還是不錯(cuò)的，在通過小光圈的光束中心區(qū)域，可得到盡可能多的光。由于這種不均勻的光分布，筆者不能從中推算出其光通量輸出的確切數(shù)據(jù)（筆者的算法需要一種平滑、對(duì)稱的光分布）。然而，筆者在圖表上已經(jīng)提供了發(fā)光強(qiáng)度數(shù)值，顯示了光束的亮度。當(dāng)全孔徑、光束角成4.4 ? 時(shí)，光束中心的峰值發(fā)光強(qiáng)度約為8 000 000 cd。

注解：由于這種燈具極度窄小的角度，筆者需要比通常更長(zhǎng)的射距以測(cè)量。為了在筆者的工作室實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，筆者使用一面鏡子以曲折光線路徑，其結(jié)果是將通常的16英尺（4 879 mm）射距增加到約30英尺（9 146 mm）。增加一面鏡子產(chǎn)生的副作用是，它也引起一些光輸出的損失，這是由于在鏡子的玻璃表面和反射面本身引發(fā)的反射損失。為了補(bǔ)償此損失，如同在屏幕上測(cè)量一樣，筆者測(cè)量光束在鏡子表面上的中心照度。然后，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的平方反比定律來計(jì)算校正系數(shù)以抵償鏡子的影響。于是，這個(gè)校正系數(shù)被應(yīng)用到所有的光輸出測(cè)量工作中。

7 水平與垂直旋轉(zhuǎn)

筆者測(cè)得該燈具的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍是水平540?和垂直221?。全程水平旋轉(zhuǎn)需時(shí)4 s，而180?運(yùn)轉(zhuǎn)也耗時(shí)4 s。全程垂直旋轉(zhuǎn)需時(shí)2 s，而180? 運(yùn)行同樣耗時(shí)2 s。假如它被撞擊而偏離定位，水平和垂直旋轉(zhuǎn)都配置有光編碼器使燈具復(fù)位。這款燈具似乎運(yùn)用了與筆者測(cè)試過的其他Elation燈具相同的算法，用很有效的運(yùn)動(dòng)分析程序做到緩慢減速，進(jìn)入最終位置。采用這種算法可減少最終位置上的運(yùn)動(dòng)彈跳，但是它不可避免地使移動(dòng)稍微緩慢下來，尤其在水平運(yùn)行方面。

筆者測(cè)得水平重復(fù)定位精度是0.06?，這相當(dāng)于在20英尺射距上約偏差0.3英寸（7.62 mm）；而垂直定位精度則較好些，為0.05?，相當(dāng)于在20英尺射距上偏差0.2英寸（5.08 mm）。兩個(gè)方向上的運(yùn)轉(zhuǎn)是極好的，緩慢運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)一些步進(jìn)現(xiàn)象，按對(duì)角線方向運(yùn)行時(shí)特別明顯。

8 噪聲

目前，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)沒有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這款燈具產(chǎn)生噪聲最大的部件是冷卻風(fēng)扇。Platinum燈泡需要大量的冷卻風(fēng)，這不可避免地導(dǎo)致風(fēng)扇的噪聲。垂直方向在某個(gè)速度運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的噪聲比風(fēng)扇的噪聲還稍大些。距離燈具1 m處測(cè)得燈具的噪聲值如表5所示。

9 功率與復(fù)位/初始化時(shí)間

這款燈具在115 V 60 Hz標(biāo)稱電壓下運(yùn)行時(shí)，筆者測(cè)得其功耗為467 W，電流為3.93 A，而功率因數(shù)為0.99。該燈具應(yīng)用于100 V～240 V AC 50/60 Hz額定電壓范圍，而所有電壓供給都經(jīng)由自動(dòng)電壓開關(guān)實(shí)現(xiàn)。這款燈具完成初始化需時(shí)55 s。像許多燈具一樣，它復(fù)位返回時(shí)運(yùn)行狀況很差，因?yàn)樵跓艟叩竭_(dá)最終的水平和垂直定位前它就打開光閘了。

10 電子設(shè)備與控制

該燈具的電子設(shè)備被分布安裝于整臺(tái)燈具各處，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器被設(shè)置在各自相關(guān)的馬達(dá)附近。圖11顯示其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路板和相關(guān)的電纜管理板的視圖。圖12顯示它的一個(gè)燈弓臂，包含水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和相關(guān)的電子設(shè)備，在底部，能夠窺見用作位置反饋的編碼器輪。燈具另一個(gè)燈弓臂則包含垂直旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。最后，置頂盒包含所有的電源器件，以及顯示屏和主控電子設(shè)備，見圖13。該燈具的燈頭是相當(dāng)窄小和擁擠的，不是模塊化組裝。所以，這是一種需在工作臺(tái)上而不是在懸掛狀態(tài)中修理的燈具。

彩色LCD顯示屏可以顯示菜單和控制功能，見圖14。這提供所有常規(guī)的DMX 512配置功能以及單獨(dú)的、編程的、維護(hù)的選項(xiàng)；它配置有蓄電池電源，以便燈具還在路途中時(shí)，就能夠設(shè)置選項(xiàng)。該燈具也以W-DMX格式提供內(nèi)置的無線DMX。連接面板采用幾乎普遍應(yīng)用的Neutrik Powercon接口以連接電源，并提供5針DMX512 XLRs和3針XLR接口用作數(shù)據(jù)傳輸，見圖15。

這種類型的光束燈具近來變得非常流行，廣受歡迎。有趣的是，Elation公司選擇使用更高功率、更有力度的燈泡——飛利浦MDS Platinum 15R Pro。光束燈具的空中效果是難以客觀測(cè)量的，因而對(duì)其進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)肯定會(huì)逐漸開展。如果用戶認(rèn)為Elation Platinum Beam 15R Pro很有趣，那么在演出中不妨試試，之后給出主觀評(píng)價(jià)結(jié)論。

（本文編譯自美國(guó)《Lighting & Sound America》雜志2013年3月刊《Elation Platinum Beam 15R Pro》一文，http：//www.lightingandsoundamerica.com/LSA.html）

（編輯 張冠華）endprint