解析一款新型LED燈具
——Ayrton MagicPanel 602

2015-07-18 11:34:27邁克伍德編譯姚涵春

演藝科技 2015年5期

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燈具
——Ayrton MagicPanel 602

文/[美]邁克·伍德編譯/姚涵春1

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

圖1 受檢測燈具

測評一款新型LED燈具，分析其構成、功能及特點。

演藝燈具；測評；染色燈；光束燈；像素顯示屏

本次考察的產品與往常有點不同，難以將其分類；嚴格地說，它不是一臺染色燈，雖然可以將其作為染色燈使用；它也不是一臺邊緣銳利的光束燈，雖然可以將其作為光束燈使用；它也不是一塊像素顯示屏，雖然可以將其作為像素顯示屏使用。它是一款來自于法國Ayrton（艾爾頓）公司的產品——MagicPanel 602（以下簡稱該燈具）。在許多設計師的燈具庫中，MagicPanel似乎發現了新的應用市場。

正如筆者所言，它是一款難以分類的產品，它也是一款難以測量和考評的產品。不過筆者將竭盡所能完成這次考察，仍沿襲慣常的考察路徑：從光源開始直至光輸出，并試圖準確地報告筆者所見的一切。如果用戶想了解該燈具是否值得試用，希望此客觀方法能帶來一些幫助；但是，因為它主要是一款效果燈具，不太可能被用作功能性照明燈具，實際上真正重要的是用戶的主觀意見。

Ayrton公司美國分銷商Morpheus Lights（墨菲斯燈光）公司從其樣品庫中提供給筆者一臺燈具用作這次考察，見圖1。筆者報告的一切都基于對這單一典型燈具的測試。所有測試都是燈具運行在AC 115 V、60 Hz標稱電源下進行的（實際測試電源為AC 119 V、60 Hz），然而燈具被規定在AC 100 V～240 V、50/60 Hz電壓范圍內都能運行。

1 光源與光學

該燈具采用36顆4色（紅、綠、藍和白）LED燈珠的陣列——排列成6×6的像素陣列。沒有規定這些燈珠的光輸出量，但是在每一個燈珠中它們似乎消耗約10 W。每一個4色LED是一個被直接安裝在一塊大電路板上的單晶片，大電路板的大小等同于燈具的尺寸，見圖2。如果更仔細地觀察，可以看見LED芯片組以45°角傾斜安裝，從一個像素到另一個像素圍繞中心旋轉（或如時鐘指針般布局）。這就確保像素中的色光，例如所有紅光，在不同方向上都能等量起作用，因而在燈具光斑的一側不會明顯地產生同一種色彩的現象。在圖3中，可以看見36個像素中的4個，它們彼此相互轉動90°而安置。電路板是相當復雜的，因為144個單獨的小芯片中的每一個芯片，每一種色彩的36個芯片，都能被單獨控制，這意味著每一個LED必須具有與它自己相關聯的驅動和控制電路。為了在可用空間中安裝每一個器件，Ayrton公司在配置了LED透鏡的主電路板的上方疊置了包含處理和控制程序的第二層電路板。在圖3中可以看見這第二個電路板層面。

即使現代LED光源具有的高發光效能，這個大陣列仍產生很高的熱量，必須被妥善處理，將其排除。主電路板被直接安裝在跨越燈具整個后部有翅片的散熱器上。然后，有4個受溫度控制的風扇將風吹向散熱器，并抽出熱空氣。圖4顯示圍繞主LED電源的4個LED冷卻風扇，以及在燈具中央的LED主電源的冷卻風扇。

圖2 LED主電路板

圖3 電路板層

圖4 搖頭的后部

圖5 透鏡

圖6 4個透鏡

LED晶片是裸露的，沒有初級光學和凸透鏡，在晶片之上只是覆以平坦的蓋子。晶片安裝在大的模塑亞克力TIR透鏡底部的凹處，TIR透鏡起著校準和混合光線的作用。而其空腔保證將來自于晶片的光線耦合并使之進入鏡片，達到最佳的光學效果。圖5顯示拆下來的單一光學組件，而圖6則顯示在它們相關聯LED晶片上方的透鏡。這個光學系統具有一個固定焦距（即沒有變焦），并設計將36個像素中的每一個像素都產生一個窄光束。那么，產生自這種正方形LED陣列的光束是否也是正方形的呢？那是不可能的。它可能以36個單獨光束組成的正方形圖形發出，但是這36個光束的每一個都是圓形和擴散的。一旦光束射出一段距離，進入遠程光場，大約10英尺（約3 049.5 mm）射程，于是這些個別的光束彼此交疊融合，因而會獲得單一的相當圓的光束。投射越遠，其光束形狀就越接近圓形，因為最初的正方形排列被原始光束的擴散圖形所淹沒。一個非聚焦光學要獲得圓形光束之外的其他各種圖形是極其困難的。無論如何起步，它幾乎總是以圓形而結束。用戶需要具備一個焦點和一個銳利的聚焦光學系統將光線聚集，比如來自于圖案、快門葉片、或擋光板的光線，或來自相干（無擴散）光源如激光的集中直線光束。

2 光輸出

筆者首先測量所有燈珠滿功率運行時該燈具的光輸出，而后再測量其通過色彩控制通道之一所提供的各種不同色溫的白光時，該燈具的光輸出。正如筆者之前所提到的，像這類特定為效果應用而設計的燈具的光通量輸出僅是燈具性能的一個方面。如同筆者考察過的產自許多制造商的窄光束燈具，當想要觀察空中光束時，其光束的清晰度、顏色、方向（面向或是背離用戶），以及光束輪廓的清晰明顯程度，與光束的原始亮度密切相關。圖7顯示了所有燈珠滿功率運行時的光束光強分布及其光輸出。在這種狀態下，筆者測得其光輸出約為8 300 lm，此時其光斑角為15.6°（而光束角約為8°）。已預編程序白光的光輸出見表1。

筆者也測得單個色彩和混合顏色時的光輸出見表2。

由上述列表可清晰地看出，百分比數總計超過100%，這是因為Ayrton 將功率安排運用到整個系統。換句話說，發射器獨自運行時要比所有發射器一起運行時有更高的亮度，燈具消耗總功率要低于某個限度。這是提高LED燈具飽和色彩光輸出的一個很好的技術。

該燈具的空中光束表現得怎么樣？表現優異。在筆者的測試室內制造一點煙霧，光束清晰度很好，通過個別地調整36個像素的色彩和亮度，其可用的效果是復雜多變和有趣的。

表1 白光光輸出

表2 色光光輸出

3 LED控制

調光平滑流暢，并遵循良好的平方律曲線，見圖8。采用僅有的8 bit調光控制，15%以下的調光平滑性不可避免地表現得較差些，低于10%的調光，則可覺察到步進現象。筆者測得PWM為600 Hz，雖然600 Hz對于人眼很適用，但對于最新的CMOS攝影機顯得有點慢。然而，Ayrton實施發射器間PWM相位的交錯技術，在某些TV場合，這項技術可以有所補益。近年來，這種狀況已經更壞了。當CCD攝影機可接受400 Hz時，CMOS常常要求1 kHz或者更高，以避免滾動狀頻閃現象。現在，這個問題是所有LED燈具制造商面臨的挑戰。Ayrton告訴筆者，它打算在該燈具中將PWM值增加至1.2 kHz。

圖7 光束光強分布曲線

圖8 調光曲線

對于未校準的LED燈具來說，光輸出下降是相當標準的；在開啟運行后的前10分鐘內，光輸出降至83%初始光輸出；而后，在80%～85%初始光輸出的范圍內緩慢地循環變動。筆者所有的測試工作都是在這個最初的下降之后才進行的，此時燈具已達到熱平衡狀態。

筆者測得該燈具的頻閃速度從1.15 Hz提升至最高25 Hz。

4 色彩與像素控制

圖9和10分別顯示全額光輸出和2 700 K時的光譜分布。對于RGBW LED燈具，這是非常典型的圖譜，圖中藍光（來自于藍光發射器和白光發射器中的藍泵）波峰位于約450 nm，而紅光波峰則位于650 nm。

Ayrton提供大量的方法以控制所有這些發射器的顏色。如前所述，用戶可以選擇進入像素映射DMX512模式，這個模式使用了160個DMX通道，可以對每個像素中的所有4個發射器顏色實行個別控制。為了這些測試工作，筆者使用20個通道組合模式來運行燈具，用戶可以一起手動控制所有像素的顏色；此外，也應用于效果、圖案以及追逐的控制。該系統允許選擇預編程像素圖案和預編程彩色圖案，其中一項或兩項都可以是靜態的或動態的。例如，用戶可能擁有由像素構筑的靜態的螺旋圖形，在圖形四周伴有動態的彩虹色彩追逐；或者伴有脈動的正方形彩色圖像，且彩色是靜態不變的。因為有許許多多的可能性，要琢磨透所有各種不同的控制通道如何相互作用及其優先權問題，這需要花費一些時間。使用這款燈具時，確信應有排練時間探索這些問題。進一步觀察該燈具的燈光效果時，發覺其中有一些更為復雜的效果看上去顯得最好，而其余則產生有趣的空中效果或投射圖案。當有很多臺該燈具排列成陣列狀或直線時，可能還有其他的效果看上去會是最好的。

5 水平和垂直旋轉

有趣的是，Morpheus 公司負責Ayrton產品在美國的分銷，因為該燈具提供完全連續不斷的水平和垂直方向的旋轉，正如幾年前Morpheus的產品所運行的那樣。這種旋轉通過單獨的控制通道經由正常的水平—垂直控制方法來操作，所以可以選擇將其作為正規的電腦燈來處置，它的水平和垂直旋轉范圍分別是540°和268°，或者將其切換到任一旋轉軸受控變速旋轉。按常規水平540°旋轉模式運行時，筆者測得水平全程旋轉需時3 s，而180°水平旋轉則需時1.5 s。在垂直方向上，全程旋轉268°需時1.6 s，而180°旋轉則需時1.2 s。兩個軸是緊繃的，具有最小的滯后，僅為0.04°，即在20英尺（6 099 mm）射距上偏差0.2英寸（5.08 mm）。在運轉中出現一點異常，當迅速反向運行時會產生過沖現象，但很快就得到控制。Ayrton告訴筆者，它正在考慮這個問題。按16 bit控制模式操作，燈具緩慢運轉是非常平滑順暢的。

在旋轉模式中，筆者測量旋轉速度的范圍：水平范圍為 0.6 r/min～40 r/min（1.5 s/r），而垂直范圍為0.7 r/min～43 r/min。

圖9 滿功率運行時光譜分布

圖10 2 700 K時光譜分布

為了兩個旋轉軸擁有連續不間斷的旋轉，布線電纜必須穿過滑環。因為燈具是密封的，所以筆者不能看見里面的實情，但是作為電源線和數據線，每一扎似乎都包含10條導線。圖11顯示垂直旋轉軸滑環的裝配，而水平軸的裝配與之相似。筆者體驗這兩個軸的旋轉都沒什么問題。

6 噪聲

在該燈具中，風扇目前是噪聲最大的源頭。其僅有的其他運轉部件是水平—垂直旋轉系統，所以這次測試的聲強圖表是很短的，見表3。

7 復位/初始化時間

該燈具通電后完成整個初始化過程需時42 s，而在接受DMX復位指令后則需時28 s。執行復位指令時，燈具在到達預編程序設定的最終位置停止運行之前，LED燈珠已被漸亮起來，這種表現是挺糟糕的。

8 電源、電子設備與控制

筆者的測試是燈具運行在AC 119 V、60 Hz電源下進行的；該燈具在所有燈珠滿功率運行時消耗電流5.02 A，功率596 W，視在功率 599 VA，而功率因數為0.99。

前面已經討論過安裝在搖頭中的兩塊大型電路板，它們包含LED控制及其相關聯的驅動程序電子設備。在一個燈弓臂中僅設置有兩個步進電機以及與之配套的電子部件連同水平電機，見圖12。在另一個燈弓臂中，則設置有垂直旋轉系統和編碼器，見圖13。在圖13的上端，用戶也可以在大齒輪上看到磁性傳感器，它提供垂直旋轉的起始位置以及彈簧皮帶張緊。由于燈體連續旋轉，當然不能使用硬性歸位停止。

置頂盒內相當空，只裝置有電源和適配各種網絡的電子部件以及控制連接。除了提供DMX512，該燈具通過以太網也提供Art-Net和Kling-Net（借助內部切換和以太網輸出），以及集成了來自LumenRadio的無線DMX，見圖14。也可以將燈具用作Art-Net節點，并通過DMX512傳向下游的其他燈具。筆者不能對它進行測試，但是Ayrton告訴筆者，在稍后的固件版本中它也支持RDM。

表3 聲強（離燈1 m）

圖12 燈弓臂1

圖11 滑環裝配

圖13 燈弓臂2

圖14 置頂盒

圖15 顯示屏

圖16 連接器面板

圖15和16顯示LCD顯示屏和菜單系統以及一組連接器。該燈具使用新型的Neutrik PowerCON TRUE1 連接器。用戶可能已經知道這種配置，但是更為熟悉的藍色PowerCON不適用于實時連接/斷開，所以很多人轉向了TRUE1版本，它被設計為受廣泛認可的版本。不足是，它們不能互相連接。

燈具結構以單純的鋁機架為基礎，配置塑料注塑面板和裝配件。在拆卸和再裝配燈具方面沒有什么困難，因而預料正常服務將是簡單易做的。燈具滑環系統是僅有的未知部分。

結束語

如筆者開始所說的那樣，該燈具是難以給予分類的產品。該燈具用作效果以及成排或成陣列狀使用是非常合適的。它實際上不是用作直接照明的一種燈具。正是考慮到這一點，在燈具的設計和控制方面已經做出的選擇——調光僅8 bit，顏色控制僅4個各自獨立的控制通道——對這種配置開始講得通了。在本文結尾，筆者用一對可以在燈具上獲得的這種圖案照片，見圖17，盡管運用靜態圖像難以傳達燈具的內涵。正如以往，筆者仍然要提醒讀者，雖然已經提供了一些事實和數據，但是是否需要采用該燈具，由讀者自己決定。