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宜之佳 | 介绍一种LED灯具混色系统及其调光方案

文章来源:本站人气:98发表时间:2018/11/7 9:54:21

LED灯具在舞台的应用,因需要满足多种功能和效果需求,仍存在一些问题,特别是彩光光源。比如,由于色彩还原性很差,很难准确反映照射对象的服饰、皮肤和化妆等色彩,很难均衡地体现物体的色调;与钨丝光和日光照明难结合;由于光谱的缺失和不均衡,往往是颜色夸张,照射物体时呈现不自然的颜色,甚至有过度渲染的光效;LED灯具一致性差别大,同一批次的灯具在色彩、色温上存在很大偏差,使用一段时间后也存在一致性的问题,应用时存在困难。

针对LED光源本身特性上的一些不足,美国ETC公司(简称“ETC”)在LED灯具及应用研发上采用不同的技术手段,满足舞台照明等不同的使用要求。特别是针对控制对象的不同,ETC在网络设备和控制台上加强了控制能力。以下是笔者结合ETC的产品技术做的具体分析。

1 ETC LED灯具的技术特点

 ETC 混色系统——X7 System

LED灯具刚步入舞台照明领域时,业内为之雀跃,因为终于找到了节能、色彩丰富、使用安全的舞台灯具。但是投入使用后,灯光设计师发现,LED灯具用于照射人物和舞台景物时,会显得单调、灰暗、不自然,甚至虚假、缺乏立体感。这样与采用钨丝灯照明的光效不能相提并论。

为何有这样的感观?因为大多数传统的LED灯具只用3种颜色——红、绿、蓝(RGB),也仅有这三种颜色。金黄、深青、深紫色不能从RGB中产生,只能产生近似的颜色,这些近似的颜色在某些应用场所并不符合要求。为了输出更多的颜色,更多的厂家在RGB的基础上添加了琥珀色A。可是,在一般的RGBA灯具中含琥珀色的数量太少,不能对颜色起到平衡作用。尽管有些厂家加入白色发光体来增加白色光输出,某种程度上可改善肤色效果,然而此白光并不能改变灯具颜色。

ETC基于“输入的颜色越多,输出的灯光就越好” 的理念,研发了ETC混色系统—— X7 System,添加更多颜色于LED灯光内,在色轮上标上7个点——红、橙、琥珀、绿、蓝绿、蓝和靛蓝。增加了颜色饱和范围,大部分由RGB灯具留下的空白之处已被填满(图1、图2),达到适当的平衡。从图中可以看出,X7 System使RGB所遗漏的饱和琥珀色,甚至紫色、青绿、洋红和其他鲜艳的颜色也都能呈现出来。

1.2
ETC灯具的种类

从X7 System看,ETC的LED拥有更为丰富的色谱。但是从控制色域来看,一个灯具还需要有输出所有颜色的能力。为此,ETC根据使用场合,将LED灯具分成几类,以下描述各类灯具颜色的输出能力。

Lustr+,中性饱和度色彩,高输出亮度,适合于面光和侧光。
Vivid,高饱和度和明亮的色彩,油画般的布景及场景的照明。
Fire,暖色调高饱和度的色彩,如红色、橙色等极致暖色系的色彩输出。
Ice,冷色调高饱和度的色彩,如蓝色、绿色等极致冷色系的色彩输出。
Daylight,高色温的白光,取代或者补充传统HMI高色温的白光。
Tungsten,低色温的白光,取代或者补充传统钨丝灯低色温的白光。
HD,可变色温的白光,2 700 K~6 500 K的可变色温,更丰富的光谱,更好的还原性。

1.3
色彩控制模式

ETC LED灯具优点之一是能够产生更多的颜色。但用户不想浪费时间进行混色来得到需要的色调。于是,ETC在Selador? Desire系列LED灯具中采用了精密电子控制器件和X7颜色系统。Desire灯具允许按用户的方式设置颜色,从最基本的RGB输入到更精确的HSI模式,包括16位元色调控制和一个单独的白点控制。HSI和RGB模式也意味着Desire灯具可在大多数灯光控制台上使用捡色器。当与ETC控制台一起使用时,用户可以从颜色片调色板选择想要Desire灯具产生的颜色。如果用户不能在调色板中找到合适的色调,只需微调一下,就可以得到所需的颜色,从而实现在最短的时间得到更多的颜色。

模式一:在ETC控制台的捡色器上来选择,只要两个步骤就可以完成。第一步,选择所需要的色调;第二步,选择所需要的饱和度(图3)。
模式二:在控制台的色纸选择界面上,点击所用色纸的品牌和详细的色纸号,灯具就能输出所需的颜色,这种状态下能和钨丝灯完美地混合使用。



1.4
调光性能

最初,灯光设计师很讨厌在舞台上使用LED灯具,其中一个原因是很难接受其起光时的突变和阶梯式的变光等级。这样的特点和带调光器的钨丝灯的感觉格格不入。

ETC在调光技术方面也有擅长之处,无论从过去固定的Sensor,还是现在分布式Smartbar2调光器,都有很好的调光曲线。这点在最新的LED灯具上也得以继承。从图4可以看出,无论在最低亮度的等级还是调光过程中的精细程度,ETC都做了精心的设计。

在钨丝灯调光时,灯具的色温会发生改变,亮度低,色温就会变低,这个现象叫“红移”,灯光设计师也习惯了这种现象。ETC在设计LED灯具时,也考虑了这种现象,并在LED灯具调光时模拟了这个现象。

1.5
热量管理

当灯具温度上升时,光输出下降,这是其特性决定的。光效下降可导致不如人意的灯光效果,如果这个问题得不到控制,灯具光效下降可能达到最大光强的40%。不同的颜色光效下降比例不同,颜色已经不再是用户所需要的颜色,色温也发生很大的改变。费时费力编完的程序,却因突然间的改变,会影响整个节目的质量。

ETC在灯具设计时就考虑了光效下降补偿。

温度管理:Desire创新的冷却设计帮助散热,使灯具可以适应任何位置。D40和D40XT灯具完全采用对流散热,静音操作。D60有60个强大的LED光源,采用一个安静的内部可变速风扇,以冷却电子部件。
光效下降(Droop)管理:Desire电路测量每种颜色的温度,据此控制,使得各种颜色亮度一致。
不同环境下的设置:Desire特别的温度管理设置可直接解决光效下降问题。这些设置易于使用和定制(就在灯具背面),允许调节功率和利用较低的工作温度,或对更长的工作周期和高温格外注意。时间间隔较短时,选择增强模式(Boost)达到最大亮度。在通常操作条件下,选择常规模式(Regulated),设置恒定输出的色彩和亮度。在户外等高环境温度下,选择保护模式(Protected)操作。Desire会自动调整功率以确保灯具的安全运行。这些设置在影院、广播和建筑灯光应用时有很大的不同,灯具在一段时间内必须保持同样水平的亮度和色彩。

2 新的调光解决方案——Source Four Dimmer

从色彩理论、调光技术、避免过热造成的光效下降、成像的品质等几个方面来看,ETC的LED灯具在舞台应用中已经不是问题。但是,由于LED光源非连续光谱、白光时的照度欠缺等客观因素,在一定的阶段内,钨丝灯仍然是最好的白光。提到钨丝灯,不得不再次回到调光器的问题,那么,ETC在LED灯和钨丝灯混用时,如何解决钨丝灯调光器的问题呢?针对此,ETC研发生产了Source Four Dimmer/ES750调光器(图5)。

2.1
Source Four Dimmer/ES750的技术特点

Source Four Dimmer作为ETC最新一代调光器,采用ES(电子静音)调光技术。图6所示是几种调光器的波形对比。

通过图6可以看到:现在大量使用的可控硅采用的是截波调光,调光的同时会产生大量的谐波,对外网的破坏很大;而正弦波调光虽然解决了谐波的问题,但是建立在破坏自身设备的基础上,因为要消掉谐波对自身设备的要求很高,而且在消除这些谐波的同时会产生大量的热量,这些热量只能设备本身吸收,所以,正弦波调光器的损坏率会很高。从波形上可以看到,Source Four Dimmer实际上是直流调光,也就是先将交流电转化为直流电输出,然后再通过调节波峰值来调节输出电压,通过它调光不会造成灯丝的颤抖,调光器本身也不会产生太多热量。

2.2 Source Four Dimmer/ES750的优势

静音。由于调光器本身的静音以及直流技术带来无灯丝颤抖的静音,使得在舞台空间直接使用变得可能,避免由于大量的噪声影响节目的正常演出。
无干扰。传统的可控硅调光存在电网的谐波和空间电磁的问题,对音响系统存在干扰,直流技术解决了这个问题。
即插即用。为安装、调光带来便捷性。

2.3 Source Four Dimmer/ES750带来的性能改变

亮度的提高。Source Four Dimmer采用ES(电子静音)调光技术,普通230 V交流电源的输入,以115 V直流电压输出(从而可选用110 V的灯泡)。在保证灯泡功率不变的情况下,提高灯泡的电流值以达到增强灯具照度光输出。图7所示是115 V直流和230 V交流调光亮度对比。
便捷和节能。Source Four Dimmer随灯具安装,本身带电源插头和DMX信号口。剧场内不需要分布太多的固定调光回路,节省电缆线,这是一种绿色节能的体现。同时也减少了电缆上的电压降,提高了灯具的性能(色温得到保证)。
可操作性。如(2)所述,调光器和LED灯具一样,对于LED和常规传统钨丝灯的混合使用阶段,只要布置直通电源和控制信号即可,不需要再考虑在具体位置上调光回路的多少、功率的大小等。

3 应运而生的远程设备控制

(RDM)和更为直观的操作模式如今的舞台照明,不仅限于常规的可控硅硅箱和传统灯具,或者仅有的一些电脑灯,这些设备可以在剧场初始建造或者系统设计时完全设定完毕,无需后期更多的临时操作。当LED灯具和大量即插即用的直流调光器投入使用后,灯具的地址和功能设定会变得很复杂。每次不同的演出就会有不同的设定,特别是彩排的过程中,需要不同的功能时,不可能再安排电工或者编程人员爬上对光梯一个一个地去设置。为此,远程设备控制(RDM,RemoteDevice Management)应运而生。

3.1 RDM的好处

RDM是一种新的通信协议,它允许设备通过标准DMX线和灯光控制台之间双向通信。设计的最初目的仅仅是为了找到灯具并设置DMX地址而已。但是在后期使用中,发现了更多的用途,如灯具功能的设定、工作状态的检查等,这些用途可以节省很多现场人员的工作量。图8是ETC灯具和控制台之间的RDM通信工作的图片。
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