解析一款新型LED電腦燈
——Clay Paky A.LEDA B-EYE K20

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

燈光技術

解析一款新型LED電腦燈
——Clay Paky A.LEDA B-EYE K20

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春1

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

B-EYE K20是一款充分體現LED特點的新型演藝燈具，通過對其測試，解析、闡述該LED燈具的構成、功能及其特點。

RGBW LED；演藝燈具；測評；透鏡陣列；主波長；模具化

近些年，人們開始應用LED燈具以獲得美妙而有創意的燈光效果。人們會提出問題：這些燈具是否有足夠的亮度可取代原有的常規燈具？繼而又會提出更有趣的問題：應用這些LED光源能夠做些什么新的開發？

不久前，用LED光源革新和替代傳統光源的燈具還是件新鮮事，而現在我們就已開始看見完全嶄新的燈具種類，這種新型燈具是應用先前的技術所不可能實現的。這是非常令人興奮的事！確實，筆者知道用低功率LED替代大功率白熾燈是一件非常了不起的事情。

在這次燈具考察中，筆者將測試來自于電腦燈制造領域里的成功企業之一——Clay Paky的嶄新產品。該公司進入LED領域比較晚，它的第一個產品是相當保守的。然而，此時的Clay Paky無疑被Sharpy系列電腦燈的成功所激勵，它已遠離保守，開發制造出可產生窄光束和染色效果的LED新型系列產品。

本次受檢測的產品是Clay Paky A.LEDA B-EYE K20（筆者將其縮寫成B-EYE K20，中文譯名為“蜂眼”），見圖1。看“蜂眼”的外貌，就能明白該產品名稱的起源：37個形如眼睛微鼓的透鏡盯著你，它們被排列成分別為18、12、6和1個透鏡的4個同心圓環。實際上只有中心透鏡是六角形蜂巢形狀，而其余的是五角形或四角形。稍后筆者將返回這些透鏡，解釋它們的用途是什么。

這次考察仍遵循筆者通常的程序，從光源開始并循序進行每一項檢測，盡可能客觀地測量每一個參數，直至光輸出測量結束。這次考察所有數據都來自于筆者對Clay Paky所提供的唯一樣燈的測試。筆者始終認為，看到燈光效果或光束燈時，這種燈具的數據并沒有說明它的全部。數據只是一個起點，提供一個參照系；不過在另一方面，在任意特定情況下，有很多成功的先例，這與良好的燈光設計、燈具的配置以及融入整體表演等因素有關。“蜂眼”可運行于100 V～240 V 50/60 Hz電壓下；這次考察，該燈具運行于115 V 60 Hz電源。LED光源不運行時，燈具的靜態電流為0.62 A，功耗為70 W。

1 LED光源

“蜂眼”采用37顆功率為15 W 的Osram Ostar RGBW LED光源。每一顆LED光源都能夠獨立地運行，所以這些LED光源共配置有37×4=148個驅動器。因此其功率非常大（37×15=555 W），并裝置有大量的驅動器。圖2顯示搖頭內安裝的許多電路板中某個電路板上的一個四色LED芯片的特寫。一個電路板上安裝著兩個LED光源，所以整個燈具總計有19塊這樣的小電路板（位于中心的LED光源單獨使用一塊電路板）。在圖2中也許可以看見，LED芯片被直接安裝在金屬基印刷電路板上，以獲取良好的熱傳導效果，并直接與正方形塑料光導管的底端相接觸。圖3顯示燈具的后部，可以看見燈具的主電路板，在其邊緣附有引向各LED電路板的19條電纜連接線。這個主電路板也配置有19個垂直裝置的子插件板，每一個插件板都包含有用作這些LED電路板之一的驅動器。在這個小小的空間中配置有大量的電子線路。其整個系統由大容量的自動調溫控制風扇來冷卻，在圖3的中央可以看見這個冷卻風扇。

在上文中已提及光導管；每個四色LED組合發光后融入各自的光導管，光導管有助于均化四色（紅、綠、藍和白）混合光以及將光輸出傳送至出光透鏡。圖4顯示在墊板上的光導管陣列。每個光導管長約50 mm，此時這種光導管陣列看上去好像是一只奇怪的光學刺猬。在每個光導管的頂部配置了一個小的正方形光輸出透鏡，筆者認為這個透鏡是用作準直器和漫射器，以確保其光線被徹底地混合，見圖5。這些光導管的長度以及它們布排的方法，究其原因是雙重的。首先，光導管越長，通過光導管的光線的混合和均化效果就越好（根據經驗，光導管的長度應該至少是光源直徑的3倍，或者更多）。其次，在“蜂眼”中，這些光導管伸入透鏡陣列，而該陣列能提供光束角度控制和旋轉（其詳情稍后詳述）。

圖6顯示賦予該產品名稱（“蜂眼”）的透鏡陣列。它包含有37個大透鏡，每一個透鏡都配置有各自的光導管。這些透鏡的光學性能是完全相同的，但是在外部形狀上有所不同，以使它們盡可能地緊密裝配在各個同心圓環中。如果仔細觀察，就會看見透鏡外部形狀有7種變形體：6種透鏡如同切分餡餅的不同楔形物，其中3種定位于外圓環，2種位于中圓環，1種位于內圓環，以及單一的中心透鏡。中心透鏡是惟一具有完全對稱形狀的透鏡；其余的透鏡形狀是復雜的，具有不規則的形狀。整個透鏡陣列被安裝在一個金屬環上，金屬環能沿著光軸前前后后來回移動，并能圍繞金屬環旋轉。圖7顯示其控制來回運動的三個線性驅動器和滑塊（桿）之一。當驅動器和滑塊運動時，金屬環攜帶所有37個透鏡一起移動，搭載著每個透鏡或趨近或遠離各自相關聯的光導管，其作用如同一個簡單的單透鏡變焦系統，可以單獨地改變每個光發射器的光束角。到此為止，這沒有什么不同尋常的地方：許多產品的功能都很相似。然而，該燈具與眾不同之處是：這個透鏡環能旋轉，并能使透鏡橫越光導管的頂部。圖8顯示其旋轉馬達和齒輪，該齒輪與繞著透鏡陣列的外圓周轉動的環形齒輪相結合。

圖2 LED芯片

圖3 主電路板

圖4 光導管

圖5 光導管輸出

圖6 透鏡

圖7 變焦電機

圖8 透鏡旋轉

現在讀者應該明白了光導管為什么要那么長又那么狹窄而透鏡則很大的緣由。大的前透鏡在光導管出光口的前面，能從一邊被移動到另一邊，但并沒有超越大得多的透鏡邊緣。其移動的結果是將光線導向側面，而光輸出透鏡在光控制方式上則擔當起棱鏡的作用。轉動透鏡環越遠，移動每個透鏡偏離中心越遠，那么光線偏向側面就越多。注意，筆者始終強調光束被側向偏轉，并與同心圓環相切；這是一個重要的特征，要記住，因為其最終結果看上去并不像那個樣子！相反，這37個側向光束角向外調整角度，呈現放射狀，因而增加了燈具變焦角度。那確實是總體結果，只要讀者追隨其中一個光束，就會了解它實際上移動的方向！該系統有一個較小的限制，即當透鏡向后移動靠近光導管時，透鏡環不能非常便捷地被旋轉；否則，當它轉動時可能剪切所有光導管。因此，旋轉效果只有在窄光束角狀態時才有可能實現，即當透鏡環向前移動以及光導管擺脫了透鏡環的后部時。在廣角端，小量的旋轉可能產生稍稍增強了的最大變焦量。

圖9顯示透鏡環被旋轉時僅僅來自其內圓環6個LED光輸出的照片剪輯。在照片的左邊，因透鏡被調整排列在光導管中心的上方，因而光束直通透鏡沒有一點側向偏轉。當透鏡環被漸進轉動時，6個光束中的每一個光束的偏轉都增大，結果將這些光束分離得越來越遠。注意，這種偏軸投射也使得被投射的光束形狀稍稍有點變形。在圖9的右邊，可看見轉動到毗鄰的光導管之間而又恰好定位中間位置時的透鏡影像。此時，每個透鏡能面對兩個光導管，因此可獲得來自每個光導管的兩個影像。如果繼續轉動，就會看見圖案反向，因為下一個透鏡橫越光導管，最后，圖案再一次以中心定位而結束。對于6個LED構成的內圓環，進進出出的這個循環在整個圓環旋轉中重復發生6次。與其類似，對于中圓環，它的循環是12次，而對于外圓環，其循環則是18次。結果是，光束的每個循環按各圓環的3:2:1之比而進進出出。因為這些光束是緊湊而狹窄的，所以其產生的效果猶如37支光束優雅的加伏特舞（gavotte，法語）。

圖9 B-EYE效果

實際上它不是真正的變焦效果，因為每一個光束的光束角并不改變，但是各光束的總體輪廓確實被放大了。筆者花了一些時間思索究竟發生了什么。如果用戶打算使用“蜂眼”，花費一些時間對它們進行實驗是至關重要的。Clay Paky已經在DMX通道中提供了大量的預編程宏指令幫助用戶進入以挑選LED光源、變焦和透鏡旋轉的優良組合，因此，筆者建議用戶試一試這些宏指令以獲得一些可能效果的切身體會。圖10顯示其宏指令的一個樣品，其中發射器的色彩和旋轉是同時發生而導致的一種效果。

筆者測量變焦從窄角向廣角的移動最少需時1 s。從靜態定位移動到下一個產生相同效果（即60°分離）的靜態定位的旋轉需時1.5 s，它能夠連續旋轉，其速度上限為7 r/min（轉/分）。

2 光輸出

現在，回到可以理解和可以測量的概念：如圖11所示，筆者測量“蜂眼”所有發射器都全額運行時的光輸出，當它處于寬角變焦和透鏡充分退回時，其光輸出稍高于9 900 lm，此時光斑角為54°。該燈具的熱光衰相當小；筆者發現全功率運行15 min以上時燈具光輸出下降為初始光輸出的93%，而后止跌，到達穩定狀態。

在變焦范圍的窄角端，光輸出是難以測量的；各個光束開始時發散分離，因而逐漸脫離近光場區域而進入遠光場區域，在此種情況下，要正確使用平方反比定律則要求比筆者可使用的測試射距更長一些。或許50英尺（約15 240 mm）將是必需的射距。其光束角被測得在5°和7.5°之間，光束角隨前透鏡的旋轉定位的不同而變化；筆者估算此時的總光通量約是其寬光束角時光通量的50%。

“蜂眼”可以設置白光輸出的色溫；表1顯示各個色溫值時光輸出的減少，以及實際測得的色溫值和設置的色溫值。較低的色溫非常接近于其額定的標準值，而較高的色溫則顯得有點偏高。（筆者使用光譜儀測量這些色溫。而不用三刺激值色溫計測量，因為它們對于LED光源是無用的）。

3 調光

圖12顯示“蜂眼”被設定于默認設置時的調光曲線。該燈具也提供一些其他的調光曲線，以及模擬白熾光源的調光曲線選項，在該選項中，其調光時間相對白熾光源變暖和冷卻的時間變慢了。筆者測得可能的頻閃速度范圍是1 Hz ～25 Hz。正如普遍所期待的，采用16 bit的調光是非常平滑的。調光時產生最小的顏色偏移，在底部幾個百分比的調光中出現向綠色輕微偏移的現象。筆者測得其PWM拆分成兩個相位的1.15 kHz頻率的電流供給不同LED管，實際頻率是2.3 kHz。

圖10 宏圖像

圖11 光束光強度分布曲線—最大值

表1 色溫與光輸出關系

圖12 調光曲線

4 顏色

它的顏色混合是熟悉的RGBW LED系統。筆者測得各發射器的主波長，藍色是450 nm，綠色是523 nm，而紅色是645 nm。三原色是為獲取混合效果而被選擇，而不是單純考慮顏色的淡柔，因此藍色相當深，在照度計上藍光讀數很小。對于人眼，藍色的光輸出所產生的視覺效果比這些數據顯示的要強得多。

5 水平和垂直旋轉

“蜂眼”具有完美的540°水平旋轉和207°垂直旋轉范圍。筆者測得水平全程540°旋轉需時3 s，而180°水平旋轉則需時1.8 s。垂直旋轉速度方面，207°全程旋轉需時1.6 s，而180°旋轉則需時1.5 s。水平和垂直旋轉機構都配置有光電編碼器以使燈具在被碰撞時能重新復位。筆者測得其滯后或可重復性為：水平0.25°，垂直0.12°，這相當于在20英尺（6 096 mm）射距上分別偏差1英寸（25.4 mm）和0.5英寸（12.7 mm），（即在10 m射距上分別偏差44 mm和22 mm）。其運轉是平滑和干凈利落的，沒有討厭的搖晃或過沖現象。

表2 顏色混合

表3 聲強（離燈1 m）

6 噪聲

“蜂眼”的冷卻風扇產生主要的恒定噪聲。變焦旋轉是最為喧鬧的運行元素，以某些速度運行時還有一些較顯著的共鳴聲。

7 復位/初始化時間

“蜂眼”通電后完成整個初始化運作需時64 s，而在運轉時完成系統復位則需時55 s。該燈具復位功能表現良好，在其所有運轉之前和之后LED光源都能緩慢地淡入和淡出。

8 功率、電子設備與控制

在標稱的115 V 60 Hz電源的運行中，該燈具所有LED光源全額發光并處以靜止狀態時消耗電流5.3 A，消耗功率622 W，而此時的功率因數為0.98。

圖13顯示包含水平—垂直馬達的驅動器和控制器的燈弓臂（在照片底部可以看見水平旋轉電機）。它似乎是Clay Paky公司給這個系統使用的獨特的從屬處理器。這種說法講得通，因為它很可能被應用于該公司一系列不同的產品上。在搖頭中已經看到LED驅動器，所以僅有的其他電子系統是主輸入系統。它設置在置頂盒中，提供DMX512和以太網連接系統的其余部分，以及驅動LCD顯示屏和菜單系統，見圖14和15。與最近的其他Clay Paky產品一樣，菜單系統配置有蓄電池，在燈具通電之前可以預先操作。

產品提供多種控制水平的選項。用戶可以選擇低通道數（如筆者所采用的），它提供了存取來自發射器以及應用個別有色光束的大量宏指令的所有顏色。或者，用戶如有可利用的通道空間并有時間編程，可以選擇對每一個LED實施全面的個別控制并可以將燈具用作像素器具來繪制圖像。

燈具的連接器面板很常見，見圖16，它提供5針DMX XLRs連接器和3針XLR連接器，以及用作電源的Powercon和用作以太網的Ethercon。置頂盒中最后的一個部件是電源，見圖17。

9 結構與可維護性

Clay Paky期望用戶將搖頭拆開以清潔透鏡，因此在手冊中提供使用說明。如同許多LED燈具一樣，它和電路板很可能是被設計成用戶可維護的唯一部件。結構是整潔干凈的。關于結構，筆者已發表過一般性評論，這不僅僅針對“蜂眼”，而且也針對筆者最近看到的許多其他燈具。筆者看到，電腦燈的模具水平有廣泛而較大的提升，涌現了許多更充分模具化和模塑化的部件以取代成品零件。筆者非常樂見這種變化，因為更為模具化的零部件通常可導致提高燈具的可靠性和一致性。筆者不能確定增加銷售量是其變革的原因，而筆者則認為這是因為不太昂貴的模具的實用性。無論什么原因，這總是好事，而“蜂眼”很好地將其展示出來。

圖13 燈弓臂

圖14 輸入電子設備

圖15 菜單

圖16 連接器

圖17 電源

這就是“蜂眼”的概況。正如筆者在開頭所說，看到制造商開始探索采用固態光源開發新產品是令人興奮的。但是不要盲目相信筆者的話，如果這些數據聽起來很有趣的話，那么讀者不妨去試試這款燈具。（本文編譯自美國《Lighting & Sound America》雜志2014年7月刊《Clay Paky A.LEDA B-EYE K20》一文，http://www.lightingandsoundamerica.com/LSA. html）

（編輯 張冠華）

Clay Paky A.LEDA B-EYE K20

Original / [USA]Mike Wood Translate / YAO Han-chun1
(1. Shanghai Theatre Academy China, Shanghai 200040, China)

B-EYE K20 is a new type perfomance light with full feature of LED. Based on testing, the paper introduced and analyzed its construction, function and characteristic.

RGBW LED; perfomance light; testing; lens array; dominant wave length; mould

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.04.002

圖1 受檢測燈具