專業室外演藝燈具的發展研究

薛懿華 柳得安 陳國義

編者按：

在PALM FXPO 2019（音響燈光展）上，主辦方為使觀眾更全面地了解行業發展現狀、趨勢，組織了一系列論壇研討、技術交流，反響熱烈。我們從中甄選了反映演藝設備發展現狀、前沿技術在演藝中的應用、最新的演藝形態、創新理念的藝術呈現等內容刊發，希望惠及更多業內人士。

【摘要】介紹了專業室外演藝燈具的技術特點和應用要求，并針對國內室外演藝燈具發展現狀及應用提出發展建議。

【關鍵詞】專業室外演藝燈具;防護等級;遠程控制

文章編號：10.5969/j.issn.1674-8239.2019.08.008

1引言

演藝燈光裝備是演藝場館中演藝裝備的重要組成部分，尤其是近年來大型文旅演藝項目的迅猛發展，高性能、高環境適應性的專業室外演藝燈具在演藝活動中起著十分重要、不可替代的作用。

近年來，中國的演藝燈光裝備業發展快速，雖然技術水平與國際先進水平相比較，總體上仍存在一定的差距，但差距并不大，并且差距正在不斷縮小，甚至部分技術還有所領先。

本文在《中國演藝裝備科技藍皮書（2016～2017）》（以下簡稱《藍皮書》）的基礎上，針對近一年來中國演藝燈光裝備研發狀況、技術特點和創新點等相關資料歸納整理，重點關注專業室外演藝燈具以及演藝燈具新光源（尤其是發展迅猛的LED光源），反映國內專業室外演藝燈具及新光源生產現狀，探討行業發展趨勢，助力提高中國演藝裝備水平。

需要說明的是，由于時間緊張，未能做專門的調研，文中所述資料均為企業提供，未經核實，且資料來源覆蓋面不夠廣泛，難免掛一漏萬，可能存在片面性、時效性等問題，敬請指正。

2專業室外演藝燈具的發展現狀

2.1專業室外演藝燈具的應用

隨著中國大量舉辦的室外大型文藝演出、大型室外實景演出以及主題公園等文化旅游產業興起，演藝燈具已經從傳統的室內劇場、劇院演出使用延伸到了露天廣場上、自然山水間以及建筑和園林中。

近年來，大型室外文藝晚會，例如杭州G20峰會文藝演出《最憶是杭州》、青島上合峰會大型燈光焰火藝術表演《有朋自遠方來》、中國北京世界園藝博覽會開幕式文藝晚會《美麗家園》;大型文旅演出項目，例如《中國出了個毛澤東》《禪宗少林·音樂大典》《長恨歌》，以及“印象”系列、“又見”系列等大型室外實景演出;大型主題公園，如上海迪士尼游樂園、珠海長隆海洋王國、海昌海洋公園、深圳世界之窗、萬達主題樂園、方特歡樂世界，等等，無不顯現出專業室外演藝燈具所展現的功效，也體現了專業室外演藝燈具巨大的市場潛力。

近年來，國內一些主要的舞臺燈光生產企業在原有的基礎上，不遺余力加大專業室外演藝燈具的研發力度，通過大量室外使用實踐應用，積累經驗，不斷提高完善，推進了中國專業室外演藝燈具的研制、生產。

目前，國內在專業室外演藝燈具研制、生產方面比較有特點的廠家有（以拼音字母為序）廣州彩熠燈光股份有限公司（以下簡稱“彩熠”）、廣州市浩洋電子股份有限公司（以下簡稱“浩洋”）、廣州市明道燈光科技有限公司（以下簡稱“明道”）、廣州市歐瑪燈光設備有限公司（以下簡稱“歐瑪”）、廣州市升龍燈光設備有限公司（以下簡稱“升龍”）、廣州市雅江光電設備有限公司（以下簡稱“雅江”）、廣州市珠江燈光科技有限公司（以下簡稱“珠江”）等（不包括未向《藍皮書》編輯組提供資料的生產商）。

2.2專業室外演藝燈具的應用要求

2.2.1使用面積廣，布燈數量大

室外大型文藝演出、實景演出或景觀藝術照明項目的一個顯著特點是場地面積大，對燈具的需求量至少幾百臺，甚至幾千臺，如《中國出了個毛澤東》的室外舞臺面積達1.83萬平方米，《印象-劉三姐》的演出場地方圓兩公里。

2.2.2燈具投射距離遠，亮度高

由于室外演區面積大或建筑物高度高，要求燈具投射距離遠、亮度高，遠遠大于常規室內演出燈具的投射距離及所需要的亮度。

2.2.3燈具布置分散，控制距離遠

由于燈具布置區域廣，燈具分散，控制信號的傳輸（包括無線信號傳輸）、系統控制遠比常規室內演出燈光系統的控制要復雜得多。

2.2.4燈具防護要求高，受氣候及地理環境影響大

由于室外演出的特殊性，不同的氣候和地理環境下會面臨極端高溫、低溫以及潮濕、鹽霧腐蝕等問題，因此，對于演藝燈具室外防護性能及適應能力的要求就特別高。

2.3專業室外演藝燈具的技術特點

綜上所述，專業室外演藝燈具除具有本身的功能特性和技術特點外，還必須具備在特定室外使用環境下的防護功能和良好的環境適應性，確保燈具在室外不同使用環境下能穩定可靠地工作。

2.3.1專業室外演藝燈具使用環境的防護要求及適應能力

專業室外演藝燈具使用環境的防護要求及適應能力包括塵埃、雨水使用環境中的燈具防護;潮濕、鹽霧使用環境中的燈具防護;高溫、低溫使用環境中的燈具適應性;高海拔、低氣壓使用環境中的燈具適應性。

（1）塵埃、雨水使用環境中的燈具防護

很明顯，室外環境下，塵埃、雨水是最常見的影響燈具正常使用的危害。設備暴露在塵埃及雨水環境中，引起元器件銹蝕，降低絕緣性能，引起電路劣化，產生機械、電氣故障，導致燈具無法工作（見圖1）。

1）專業室外演藝燈具防塵、防水等級

目前，專業室外演藝燈具防塵、防水等級使用IP表征。

IP（INGRESS PROTECTION）防護等級相關國標為GB/T 4208-2017《外殼防護等級（IP代碼）》，其等同采用IEC 60529-2013標準，將電氣設備依其防塵、防水特性加以分級。

防護等級多以IP后跟隨兩個特征數字及補充字母來表述，用來明確防護的等級。第一位特征數字所表示的是防止接近危險部件和防止固體異物進入的防護等級，最高等級是6（見表1）;第二位特征數字所表示的是防止水進入的防護等級，最高等級是9（見表2）。

2）專業室外演藝燈具防塵、防水手段

①被動式防護

早期專業室外演藝燈具的防護多采用被動式防護，典型的是使用“燈具防護罩”，一種是封閉式（亞克力筒狀）防護罩，可吊掛，也可平放于地上，相當于給燈具加了一層“保護膜”，以免在室外受雨水、潮氣及塵埃的侵蝕，延長燈具的壽命（見圖2）。另一種是開放式傘型防護罩，主要用于吊掛燈具的雨淋防護，通常作為臨時演出燈具的防護使用（見圖3）。

②主動式防護

由于封閉式防護罩采用亞克力材料，一方面，其透光性、抗紫外線差，長期在室外使用會產生發黃、破裂等問題，光效衰減嚴重，影響出光效率，大大降低燈具的使用性能;另一方面燈具處于相對封閉的環境，不利于燈具散熱，影響燈具的穩定性和壽命，不適宜長時期室外演出使用。因此，專業室外演藝燈具要避免各種環境因素對燈具使用功能的影響，必須在燈具自身的構造、元器件及材料選擇、電氣工藝、控制模式等方面下功夫。

國外著名演藝燈具生產商意大利SGM公司在2013年就推出了防護等級為IP65的電腦燈以及防護等級為IP66的LED染色燈（見圖4）。

近年來，國內演藝燈具生產廠家適應市場需求，紛紛致力于研制高防護等級的室外演藝燈具。例如，“彩熠”生產的FINE 470BSW OD三合一防水電腦燈、FINE1000L PERF OD防水圖案成像切割電腦燈、FINE 1000LWASH ODLED防水染色電腦燈等，其防護等級達IP65，已應用于西安大唐不夜城、深圳世界之窗、廣州長隆水上樂園、北海潿洲島火焰劇場等大型文旅項目。

“浩洋”推出的G20HYBRID IP三合一防水電腦燈達到IP65防護等級，該產品榮獲2017PLASA展創新大獎（英國燈光音響協會可持續創新大獎）、“2018金手指獎·創新產品獎”、“阿拉丁神燈獎·優秀產品獎”。曾運用于2018年中央電視臺春節聯歡晚會珠海分會場、珠海長隆海洋主題樂園、上海世茂洲際酒店大型奇境光影水秀《ECHO回響》（見圖5）。

“升龍”2015年在美國LDI展會展出首款440w～體放電泡光源的防水搖頭燈IP3000，防護等級為IP44，已在杭州G20峰會文藝演出《最憶是杭州》（IP3000，190臺）、《中國出了個毛澤東》實景演出、2016年歐歌賽以及中國迪士尼主題公園（IP3000，50臺）、美國迪士尼主題公園（IP3000，64臺）中運用（見圖6）。

近年來，“升龍”還相繼推出了全鑄鋁燈體的IP3500光束燈及IP3500BSW的光束、圖案、染色三合一燈具，采用450W NSL USHIO光源。該光源是USHIO公司按“升龍”的要求專門開發的。燈具采用獨特的防水散熱系統，將防護等級提升到IP66，擁有多項技術專利，這兩款產品通過專業第三方的防護等級測試認證。

“珠江”的防水電腦搖頭燈如防水版PR6710-480BEAM3、智能搖頭電腦燈系列PR-2367等，采用鑄鋁耐高溫、防紫外線外殼，IP65防護等級，曾用于西安古城墻《長安頌》實景演出、上海合作組織青島峰會、廈門金磚五國白鷺洲公園燈光秀、珠海長隆海洋王國、杭州Hello Kitty樂園等（見圖7）。

“雅江”生產的TARPON 72Q PLUS和TARPON 36QPLUS泛光燈，防護等級達到IP67，曾在西安“第四屆絲綢之路國際藝術節”中使用。

“明道”生產的GTD-L354P和GTD-L654P/L654P IILED帕燈，防護等級也達到了IP67，曾在大型實景音畫大典《禪宗圣域·六祖惠能》應用了264臺。

其他燈光企業（例如“歐瑪”“廣州先飛影視設備有限公司”）也有相應的高防護等級燈具生產，并在大型實景演出中被大量的應用。

（2）潮濕、鹽霧使用環境中的燈具防護

在臨近海邊、內地鹽堿地區或海洋主題樂園等場所，濕度大、潮濕的霧氣富含鹽分，鹽粒中的氯化鈉、氯化鈣等會在器件表面形成一層液膜，對燈具的電氣、機械元器件具有很強的腐蝕性，會產生軟化、變形、霉變等問題，導致線路板電路出現故障，金屬表面鍍層發生起泡、破損、氧化銹蝕，情況嚴重時普通的不銹鋼也會銹蝕，既影響美觀，也會影響電氣性能，危及燈具的安全，影響正常使用（見圖8）。

在潮濕、鹽霧環境下使用的演藝燈具應該消除這些危害，從材料選擇和電氣器件的防護著手，如選擇防護能力更強的高檔不銹鋼材料，選擇對燈具重要的電子電路板進行“三防漆”處理（應用于電子線路板上，起防潮、防塵、防鹽霧作用的線路板三防漆）。三防漆涂覆于線路板表面，形成一層保護膜，用于保護線路板及其相關設備免受壞境的侵蝕，從而提高并延長它們的使用壽命，確保使用的安全性和可靠性。值得一提的是，由于三防漆可防止漏電，因此允許更高的功率和更近的印制板間距，可滿足元器件小型化的要求。

相比于燈具的防塵、防水，國內在演藝燈具的防潮、防鹽霧研制生產上相對薄弱。除“升龍”推出的IP3500SM/IP3500BS SM防水電腦燈（防鹽霧版本）外，未見其他廠家的定型版本。

對于演藝燈具的耐腐蝕性能，目前還未有相應的標準表征評定。對于其他電氣產品，中國一般采用相應的“鹽霧試驗標準”測試各類產品的耐腐蝕性及耐液性，其測試結果是產品質量優劣的重要判斷，也是改進產品質量的有力依據。

中國鹽霧測試試驗的主要標準有GB/T2423.17-2008《電工電子產品環境試驗第2部分：實驗方法試驗Ka：鹽霧》、GB/T2423.18-2012《環境試驗第2部分：試驗方法試驗Kb：鹽霧，交變（氯化鈉溶液）》、GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》等。

這些試驗標準主要是針對鹽霧試驗條件的一些硬性規定，例如試驗溫度、測試中的濕度、氯化鈉溶液濃度和PH值等。同時也對鹽霧試驗箱性能提出了技術要求。產品采用哪種鹽霧試驗標準，要根據鹽霧試驗的特性、金屬的腐蝕速度及對鹽霧的敏感程度來選擇（見圖9）。

鹽霧試驗的目的是為了考核產品或金屬材料的耐鹽霧腐蝕質量，而鹽霧試驗結果是對產品防護性能的判定，是正確衡量產品或金屬抗鹽霧腐蝕質量的關鍵。

（3）高溫、低溫使用環境中的燈具適用性

溫度導致元器件物理損傷、參數漂移或引起性能下降，可以改變材料性能和幾何尺寸，改變本身的電氣特性，并對鄰近零部件、元器件產生腐蝕作用，具體影響如下。

1）高溫效應

①在高溫環境下，LED光源燈具光衰嚴重，加速老化;氣體光源燈具引起電極損壞，性能降低。

②設備過熱導致電路穩定性下降、元器件損壞、金屬氧化，接點接觸電阻增大，導致設備故障。

③因熱老化，使橡膠、塑料出現裂紋和膨脹，絕緣性失效。

④引起機械性故障，使密封、軸和軸承發生變形、粘結或失效。

2）低溫效應

低溫會對部分材料產生有害的影響，因物理性能發生變化，使其功能受到暫時的或永久性的損傷，具體影響如下。

①氣體光源燈具啟動觸發困難。

②元器件性能變化，如鋁電解電容損壞、石英晶體不振蕩、電池容量降低。

③某些材料發硬發脆，結構強度減弱，如電纜損壞、橡膠變脆。

④水汽冷凝和結冰，引起燈具故障。

3）溫濕度及高溫差效應

溫度和濕度的并存作用往往是影響電子設備性能、引起腐蝕的主要原因。當大氣相對濕度等于或低于65%時，在任何溫度下金屬不容易腐蝕;當相對濕度大于65%時，即便在潔凈的大氣環境，金屬也會生銹。實驗室的實驗結果表明，鐵的腐蝕臨界濕度為65%，鋅的腐蝕臨界濕度為70%。

溫度下降而相對濕度升高，則發生凝露。例如在濕熱地區，夜間溫度較低，導致水汽凝結，而在寒冷的夜晚可能引起濕氣結霜。在溫度25°C、相對濕度50%的情況下，當溫度急降到10°C時，水汽會凝結成液態水，影響甚至破壞設備的電氣性能，或加速金屬和非金屬材料的腐蝕。

由此可見，在相對的高溫、低溫乃至溫濕度、高溫差環境下，會造成燈具不能正常工作，直至損害。

通常中國對電子產品工作溫度認定標準為，商業級器件的溫度范圍是0℃～+70℃，工業級是-40℃～+85℃，軍品級是55℃～+150℃。所以目前普遍選擇商業級電子元器件用于演藝燈具。如何確保在此元器件工作溫度范圍外（0℃以下）正常工作，需要生產企業和專業人士深入探究。

對于演藝燈具的實際工作溫度范圍，可根據用戶需求協商認可具體使用的工作溫度，并予以特別標注。最主要的是，如何采取技術手段或保護措施，確保在特殊工作環境溫度下，燈具能正常可靠地工作。

例如，為了準確描述天氣的寒冷程度，氣象專業制定了“寒冷程度等級表”，把氣溫從-40℃以下至9.9℃，由低到高共分為八級。其中，三級為“嚴寒”：-20℃～-29.9℃;二級為“酷寒”：-30℃～-39.9℃;一級為“極寒”：-40℃以下。

在嚴寒甚至更低的溫度環境下，對于氣體放電泡為光源的燈具，在啟動時需要更高的觸發電壓，尤其是舊燈泡，如按常規開機，風扇與燈泡點燃同時啟動，燈泡將越吹越冷，導致觸發困難。有些廠家采取了風扇延時啟動技術，在嚴寒工作溫度下，先點亮燈泡，再啟動風扇，使燈具能正常工作。

“升龍”對于生產的IP3000、IP3500BS電腦燈標明LT（低溫版-30℃～+40℃）及HT（高溫版-10℃～+55℃）;“雅江”對于其生產的TARPON系列LED泛光燈，則標明工作溫度-40℃～+45℃，啟動溫度-20℃～+45℃，便于用戶選擇和正確使用燈具。

“明道”在吉林冷卻塔亮化項目中使用了49臺GTD-1500P II Profile圖案切割電腦燈，防護等級為IP45，工作溫度-30℃（見圖10）。

（4）高海拔低氣壓使用環境中的燈具適應性

隨著海拔高度的增加，大氣的壓力下降，空氣密度和濕度相應地減少，這些會對燈具的電氣性能產生不良影響，主要表現在以下幾個方面：

1）空氣壓力或空氣密度降低，對介質絕緣強度產生影響

空氣壓力或空氣密度的降低，引起外絕緣強度的降低。在海拔至5000m范圍內，每升高1000m，平均氣壓每降低7.7kPa～10.5kPct，外絕緣強度降低8%～13%。對氣體放電光源啟動會有一定的影響。

2）對介質冷卻效率、產品溫升產生影響

空氣壓力或空氣密度的降低，引起空氣介質冷卻效率的降低。對于以自然對流、強迫通風或空氣散熱器為主要散熱方式的電工產品，由于散熱能力的下降，溫升增加。在海拔5000m的范圍內，平均氣壓每降低7.7kPa～10.5kPa，通常溫升增加3%～10%。

“歐瑪”在高海拔地區使用演藝燈具的項目實踐中，發現高原地區氣壓低，雖然燈具散熱系統的風扇在工作，但風量微弱，導致溫升提高。采取的措施是在1200w電腦燈中改用1500w燈具的散熱系統，以控制設備內部的溫升，使燈具正常工作。

3）高原紫外線輻射增加的影響

紫外線輻射照度隨海拔升高的增加率比太陽總輻射照度的增加率大得多，海拔3000m時已達低海拔時相應值的兩倍。紫外線引起絕緣材料的加速老化，使空氣容易電離，導致外絕緣強度和電暈起始電壓降低。

2.3.2專業室外演藝燈具的遠程控制管理

不同于室內相對較小演藝空間內布置燈具，室外演藝燈具布置區域廣，燈具分散，因此對于終端設備的查找、配置、監視、管理以及控制信號的傳輸（包括無線信號傳輸）和系統控制，遠比常規室內演出燈光系統控制復雜得多。如何快速辨別故障燈具，迅速判斷故障原因，及時拿出解決方案，排除故障，把對演出效果可能造成的不良影響降到最低程度，這也是專業室外演藝燈具的技術特點。

（1）RDM協議在室外演藝燈具中的應用

RDM（Remote Device Management）是遠程設備管理協議，以DMX512-A為基礎，是DMX512-A協議的擴展版本。它由美國國家標準學會（American NationalStandards Institute，縮寫為ANSI）制定，明確定義RDM允許控制設備通過DMX512網絡，實現對連接在應用系統數據鏈路中的中間及終端設備的查找、配置、監視及管理功能。

傳統的燈具通過硬件改造，使應用系統能方便地升級至具備RDM功能。控制系統可以向燈具發出請求，燈具也能應答這些請求，并且可以在控制臺上更改燈具的設置。對一些高防護等級且不帶功能設置顯示面板的室外演藝燈具，RDM的功能就更加重要。通過RDM，可以更方便地對燈具的地址碼、通道模式、刷新頻率、燈珠（LED芯片）板溫度以及調光等參數進行設置和訪問。

目前大多數國產室外燈具都具有RDM功能，或作為可選項，供用戶采購時選擇。

（2）Web Server在室外演藝燈具中的應用

Web Server中文名稱叫“網頁服務器”或“Web服務器”，主要功能是提供網上信息瀏覽服務。Web Server在室外演藝燈具中的應用是將基于HTTP協議的技術引進到燈具的應用，使得訪問燈具更加簡單通用。訪問內容包括產品介紹、圖片、技術參數、簡單的燈具控制、升級燈具系統程序、改變燈具控制模式、改變地址碼、改變燈具內部設置等功能。

“雅江”在其室外演藝燈具配有Web Server，并支持RDM協議，使系統的設置、管理及維護高效、便捷。

2.4專業室外演藝燈具的發展建議

隨著文化和旅游的融合發展，大量文旅項目對于專業室外演藝燈具不但在市場應用數量上極大增加，也對其質量提出了更高的要求。針對目前中國專業室外演藝燈具的發展現狀，提出以下建議。

第一，加強不同使用環境下室外演藝燈具的防護和適應性技術研究，尤其是潮濕、鹽霧，高溫、低溫以及高海拔、低氣壓使用環境中的燈具防護和適應性技術研究。

由于中國幅員遼闊，在沿海地區（例如青島、廈門、珠海、海口、三亞等城市）舉辦的文藝演出、文旅項目以及在眾多海洋主題樂園進行的演出所使用的演藝燈具，都會面臨潮濕、鹽霧侵蝕的考驗。

在高海拔地區（例如西藏、青海等地區）所使用的演藝燈具，會面臨高原紫外線輻射、低氣壓等不利因素，對燈具介質絕緣強度、介質冷卻效率帶來影響。

有的地區常年處于嚴寒環境（例如哈爾濱、吉林等城市），在這些地域舉辦的大型文旅項目（例如冰燈節），燈具會面臨嚴寒低溫環境對燈具工作性能的影響。

特別是2022年2月將在河北省張家口市舉辦第24屆冬奧會，張家口每年2月的溫度可能在-11℃，甚至更低，開幕式文藝晚會及相應的文旅項目將使用大量的室外演藝燈具。

有技術基礎的廠家應該在燈體材料、結構設計和元器件選擇等方面，綜合考慮室外演藝燈具的防護機制和所采取的技術手段，包括系統遠程控制管理，在實踐應用中不斷積累經驗，推出真正實用可靠的防潮、防鹽霧和適應高溫或低溫環境以及高海拔、低氣壓環境下使用的室外演藝燈具，其市場應用前景十分廣闊。

第二，有關部門應盡快制定演藝燈具在潮濕、鹽霧，高溫、低溫以及高海拔、低氣壓使用環境中的燈具防護和適應性技術評定標準及測試方法，促進中國演藝燈具高水平發展。

第三，指導生產廠家規范室外演藝燈具的的產品技術參數的標識，加強對室外演藝燈具的技術評測。

目前，國內室外演藝燈具對燈具技術參數的標識沒有統一的規范，各燈具生產廠家對燈具的光學指標、電參數性能以及工作溫度、使用環境溫度標法不一，往往引起誤導。

（編輯：杜青）