解析一款LED電腦燈
——High End Systems SolaWash Pro 2000

原文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

圖1 受測試燈具

越來越令人難以記住，大約在最近的5年之前，人們仍然將LED燈具看作是有幾分新奇的事物。LED燈具的確是令人感興趣的產品，但是它們決不能替代每一次音樂會演出使用的主要產品：高功率氣體放電光源燈具。然而LED技術令人難以置信地迅速發(fā)展，因而現今LED光源幾乎用在每一種燈具類型上。或許最后一個變化的將是極窄角型的聚光燈具，例如追光燈。但是筆者確信，最后甚至它們也終將屈服于固態(tài)照明光源的誘惑。氣體放電燈泡最終也將跟隨白熾燈走入光源的湮滅進程。筆者將這看作是友好的湮滅，如同石灰光燈和碳弧燈一樣的命運，這并不是為緊湊型熒光燈特意保留的專用地獄。

這次受檢測的燈具是這個突破性技術越來越擴大的范疇中最好的案例。High End Systems SolaWash Pro 2000（以下簡稱“該燈具”）與前一代氣體放電光源染色電腦燈展開針鋒相對的激烈競爭。如果用戶能夠從中獲得需要的光輸出，而且還擁有LED光源的優(yōu)點：長壽、無需加熱時間以及瞬間響應能力，那么為什么不使用它呢？該燈具是被筆者稱為“混合”型燈具的案例。在這種燈具中，僅僅白光LED光源被采用，燈光的色彩則來自于傳統(tǒng)的二向色性濾色片及其混色系統(tǒng)。依筆者的看法，這個方法既有優(yōu)點也有缺點。優(yōu)點是：如果僅僅一種顏色的LED光源被采用，而白光LED光源又是非常有效率的，那么其光學和光源能做得更緊湊而高效。不足之處則是，色彩變化仍然是由機械方式操控的，并具有隨之而來的速度限制，使用減色法濾色片混色時，其光輸出功效將受到損失。其混合色域也不盡相同，但是這既不是優(yōu)點也并非缺點。三色LED相加混合和二向色性CMY減色法混合有它們各自受限的色域。每一個色域擁有大量色彩，有些色彩表現得很強勢，而另一些則很虛弱。筆者認為，一種燈具類型既不比另一種類型更好，也并不是更壞。每一種燈具類型都有各自的弱點，需要燈光設計師學會處理和善于揚長避短。

與以往那些考察一樣，按照筆者的工作方法，從光源開始測試，直至最后對光輸出透鏡的檢測，報告在整個工作流程中觀察到的現象和測量得到的數據。所有報告的結果都基于對由High End Systems公司發(fā)送給筆者的唯一燈具的檢測（圖1）。

所有測試工作都是該燈具運行在AC 115 V 60 Hz常規(guī)電源下進行的。然而，該燈具被規(guī)定在100 V～240 V 50 Hz/60 Hz電源下運行，可通過開關電源實施自動電壓選擇。

首先，雖然該燈具被描述定義成一款“染色”燈，但是它實際上具有比染色燈多一點點的控制和變化。在本機模式中，其光束邊緣可以是相當陡峭的（并不像聚光燈那樣陡峭），但是更像PC光學系統(tǒng)那樣的效果。它具有兩檔柔光方式（可通過可變的霧化濾光片來獲得），以獲得漸變、柔和的燈光效果。在所有模式中，使用造型光闌的選擇以便塑造和控制光束。隨著后面的檢測，將直面所有這些性能和特點。

圖2 LED陳列

圖3 復眼透鏡

1 光源

該燈具采用熒光粉轉換型白光LED發(fā)射器的大型陣列。LED組件是封閉的，所以，筆者不能確切地判定它包含有多少個LED發(fā)射器。圖2展示透過前透鏡所見的LED陣列的視圖。該陣列被光學器件所覆蓋，其中至少包括產生勻質和準直各個光束作用的復眼透鏡，以便最后將多支小光束集聚成指向通光孔徑的單一輸出光束（圖3）。High End公司聲稱這個陣列的功耗是600 W，這意味著作為有效率的LED光源，仍然有相當多的熱量需要排放。為了做到更好的熱量排放，該燈具配置有熱管陣列，將熱量從LED裝置中排放出來以及將它轉移進入設置于模塊背后的散熱片（圖4）。該燈具還配置4個溫控風扇，它們將熱空氣從燈具后面抽排出去。由于LED光輸出是溫度敏感型的，而釋放大量熱能并達到熱平衡狀態(tài)需要一段不短的進程，所以，直至燈具至少運行30分鐘后，筆者才進行相關測試工作。

圖4 冷卻

圖5 調光曲線

2 頻閃器與調光器

由于具備LED完全電子化方式的控制，完全沒有必要為調光而設置調光機械。圖5展示該燈具的調光曲線。它緊密匹配標準平方定律，并提供平滑的運作而沒有明顯的步進現象。通過單獨的頻閃通道，筆者測得其頻閃速度可直至28 Hz。筆者測得PWM調光速率為1.6 kHz。對于大多數通常的視頻應用來說，它應該是足夠快的速度（對于應用于TV或視頻的任何LED燈具，筆者推薦1 kHz或更高的PWM頻率。即使那樣，仍然可能遇到畫面滾動干擾的問題）。

3 顏色系統(tǒng)

燈泡室之后的光學器件是已模塊化了的顏色系統(tǒng)。它包含4個被蝕刻了的二向色性混色輪（青、品紅、黃和可變的CTO）以及2個固定色輪。圖6展示從燈具中移除下來的這個模塊的全視圖。提供CMY混色的可變色輪很大，具有非常精細密度的已蝕刻了的二向色性圖形。其最終結果是產生非常平滑流暢的混色效果。在整個光束的色彩顯現方面有一些差異，例如淡紫色（對于CMY，這是難以混合出干凈明晰的色彩），但是并不會引發(fā)異議。當燈具按染色模式運行并將兩個霧化鏡中任一個被插入時，其有色光斑的平滑度將得到提高。通常，其透射率數值顯示黃色具有最高的光輸出（表1）。圖7展示其白光LED光源的光譜，通常擁有相當低的深紅色光輸出，所以，燈具的紅色光輸出也稍稍少一些。混色輪改變顏色最多需時0.7 s。

圖6 顏色模塊

圖7 光譜

圖8 雙色彩效果

兩個固定色輪都配置有梯形、玻質二向色性濾色片。其中一個色輪上的那些濾色片是固定黏貼的，而另一個色輪上的濾色片則可借助其夾入式系統(tǒng)更換。在這兩種情況中，色彩都相互靠得很近，因而能提供很好的雙色彩效果以及很好的色彩過渡效果（表2和表3）。圖8展示圖案模式時雙色彩效果的案例。

色彩變化速度是優(yōu)良的：相鄰色彩之間的變化需時約為0.1 s，而間隔最遠色彩之間的變化需時最多為0.4 s。燈具總是采用最快色彩路徑以獲得變化時間最小化。色輪也能被連續(xù)不斷地旋轉，筆者測得其旋轉速度變化范圍從0.2 r/min提升至90 r/min。

下面介紹燈具色溫控制的選擇問題。筆者測得燈具原生態(tài)、本色的光束色溫為7 200 K。可變的CTO濾色片能將這個色溫降下來，能調控至暖色溫2 700 K，而色輪上的兩個固定的CTB濾色片則分別提供色溫10 000 K和13 700 K。在孔洞打開且原始白光輸出的狀態(tài)下，筆者測得其多項顯色指數分別為：CQS為69，CRI為73，TLCI為49，以及Δuv為-0.0006。

表1 混合色輪

表2 色輪1

表3 色輪2

4 成像

光學鏈下一個器件是成像光閘。這些光閘片與光圈一起被安裝在第二個可移動的模塊上。圖9和圖10展示該模塊的兩面以及它的10個電機。四個光閘片/擋光板中的每一個刀刃片都能被可調控地插入并完全穿越整個光束，一經到位，還能被傾斜+22.5°/-22.5°。整個成像模塊也能被整體旋轉90°。每一個刀刃片的整個行程的移動需時0.5 s，而整個部件旋轉90°則需時3 s。每一個刀刃片都在其規(guī)定的各自層面上運行，并能緊貼著各自相鄰的刀刃片的后側或前側經過，而自始至終不會發(fā)生相互干擾直至完全關閉光閘。這個系統(tǒng)提供非常靈活的可調整的柔邊光束控制，與霧化系統(tǒng)結合一起應用，可提供用戶許多選擇。圖11展示與3種霧化選擇結合應用時簡單的成像狀況。其左邊的圖像是未經柔化的光束所產生的原始圖像，而另兩個圖像則顯示分別附加了兩檔霧化效果的相同圖形。

5 光圈

在圖10中可以看見，這個光圈機構被盡可能近地緊挨著成像光闌安裝定位。整個光闌關閉時，能將孔徑減少到最大孔徑的17%。筆者測得其打開或關閉需時約為0.6 s。

圖9 成像模塊A面

圖10 成像模塊B面

圖11 成像和霧化

圖12 光強分布曲線-最大變焦（圖案模式）

圖13 光強分布曲線-最大變焦（染色模式）

圖14 霧化濾光片

6 透鏡與光輸出

該燈具配置有傳統(tǒng)的3組件透鏡系統(tǒng)。兩個前面的透鏡組件的移動可提供燈具的變焦和調焦功能，而第三個透鏡組則是固定的，設置在燈具的前端并提供最終的可見光輸出。在按圖案模式并以最大光斑角39°且滿功率運行時，筆者測得整個系統(tǒng)的光輸出為22 280 lm（圖12）。如使用霧化2且光斑角增加至43°時，正如所預料的，其光輸出則下降至17 200 lm（圖13）。在變焦范圍最小端的11°光斑角時，筆者測得其光輸出為17 500 lm。調焦時將透鏡從一端移動至另一端需時1 s，而變焦時則需時1.5 s。有兩對可變的霧化濾光片被安裝在第二透鏡組后面，并與該透鏡組一起運行（圖14）。它們對光束提供兩個檔次的可變霧化效果，或者可以被組合應用以可能獲得來自于該系統(tǒng)的最柔和的光束，其最終結果是光滑和平坦的。

7 水平與垂直旋轉

該燈具水平和垂直旋轉范圍分別是540°和265°。水平全程旋轉需時5.1 s，而更為典型的180°旋轉則需時2.5 s。垂直全程旋轉需時2.8 s，而180°旋轉則需時2.4 s。

其運行的質量是非常良好的，很小甚至沒有可察覺的步進現象。筆者測得其定位精度很好，在水平和垂直方向上滯后都很低，僅為0.06°。這相當于在20英尺射距上誤差0.3英寸（或在10 m射距上誤差10 cm）。在其最終定位時出現一點彈跳和過沖現象，但是這個系統(tǒng)已被校正過了。

圖15 模塊滾軸支架

圖16 光學模塊

圖17 燈弓臂

圖18 顯示器

圖19 連接器

表4 聲強（離燈1 m）

表5 燈具功耗（115 V，60 Hz時）

8 噪聲

如同常常遇見的情況一樣，變焦是該燈具最大噪聲的功能。表4中的靜態(tài)噪聲值是LED光源及其相關聯(lián)的風扇滿功率運行30 min后被測得的。這些數據是風扇以常規(guī)模式運行時所測得的。當燈具被切換到演播室運行模式時，其靜態(tài)噪聲水平將下降4 dBA至42.6 dBA （離燈1 m）。

9 電子參數與復位/初始化時間

從冷啟動或從接受MDX512復位指令起，燈具初始化全程需時約36 s。燈具復位的拙劣表現是：其水平和垂直旋轉運行到最終定位完成前，LED光源就漸亮起來了。按完全變焦、圖案模式且滿功率運行時，燈具的發(fā)光效能是29 lm/W（表5）。

10 結構、電子設備與控制

燈具以在搖頭內非常整潔的模塊結構為特點。每一個光學模塊都有一對電子連接器，因而能被完整無損地滑脫出來。筆者欣賞模塊鐵軌上的滾軸支架和導向，這使得維修保養(yǎng)非常簡單（圖15）。圖16展示搖頭的一個視圖，搖頭內所有模塊設置合理整潔。控制電子設備被分布安裝在搖頭和燈弓臂各處（圖17）。圖18展示菜單和控制系統(tǒng)。該燈具提供標準的5針和3針DMX512輸入和輸出連接器以及為電源線使用的PowerCON連接器（圖19）。其菜單簡單明了，并提供通向燈具的常規(guī)設置和維護功能的入口。

以上這些闡述幾乎囊括了有關該燈具的概況。這款燈具是白光LED光源、二向色性減法顏色混合系統(tǒng)以及成像/擋光板系統(tǒng)額外控制的有趣混合體。如果它看上去有趣，筆者鼓勵用戶親自試驗使用一下，最后結論必須自己作出。

（本文編譯自美國《Lighting & Sound America》雜志2016年1月刊《High End System SolaWash 2000 Pro》一文，http://www.lightingandsoundamerica.com/LSA.html）