解析一款LED灯具——PixelRange PixelSmart

文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

PixelSmart是PixelRang公司的一款新型LED灯具。考察灯具仍由制造商提供。笔者对这款灯具自主进行测试工作，得到所有相关参数的测量值（不同型号的产品，这些参数会有细微变化），希望这些数据能为读者提供帮助。

PixelSm art稍微有点难以分类。它表面看上去像一款常规的PAR 64型LED灯具（图1）。但只要深入了解其特性，就会弄清楚它与普通PAR型LED灯具的区别。PixelSmart是一款将多种LED光束角的染色灯和像素绘图效果灯组合使用的灯具：它有12只多芯片LED光源，每只光源都是由红光、绿光、蓝光和白光LED芯片组合成一体的复合光源，并配置有普通的光学镜片；此外，它还装配了13只单芯片白光LED光源，具有不同于多芯片复合光源的窄光束角度。因此，用户有两种选择，既可以同时调控所有RGBW+W模式的LED光源，将其用作染色灯；也可以单独调控每个LED光源，将其用作像素绘图效果灯。本次测试，PixelSm art均在常规的AC 115 V 60 Hz电源下运行操作，该灯具配置有自适应通用电源输入电路，其额定变化范围为AC 90 V～264 V。

1 光源及其光学

PixelSmart采用了12只Cree X lamp MC-E Quad LED光源，内部配置有RGBW光发射器，另外还采用了13只Cree X lamp XP-G白光LED光源。Cree公司对这些LED光源的评价标准是：运行50 000 h后仍具有70%光通量维持率，前提是温度保持在其技术规范之内。在受测灯具的RGBW多芯片LED光源（以下简称“多芯片光源”）和单芯片LED白光光源（以下简称“单芯片光源”）中，所有的白光都是冷白色光，但是PixelRange公司宣称也提供配置13只单芯片暖白色LED光源的灯具选择方案。

多芯片光源和单芯片光源都配备有TIR（total internal refl ection，全内反射）光学器件。值得注意的是，PixelRange公司选择这些器件以形成不同的光束角，其中，单芯片光源的光束角比多芯片光源的光束角更小。在组合光束中，更宽大的光束被多芯片光源所着色——于是，在光束的中央叠加了一束来自单芯片光源的光色构成的复合光束。

TIR光学器件使多芯片光源的光均匀柔和地混合；合成的光束看上去就像一束单一的色光，没有带杂色的阴影部分。图2表示LED光源阵列，而图3表示该灯具的5种本色——红、绿、蓝和多芯片光源中的白色，以及分置于多芯片光源之间的13只单芯片光源的白色。

2 光输出

由于多芯片光源和单芯片LED光源的光束角如此不同，所以，对它们同时测量光输出实际上是没有意义的。两者整合的结果是一个非常奇特的光束外观，其伴有来自窄角白光LED光源的非常强烈的中心亮斑。笔者分别测量了多芯片光源和单芯片光源的光通量。图4表示多芯片光源阵列的光强分布，此时测算得到的光通量为3 090 lm，光斑角为44º。其光输出非常平滑和匀称，正如该图表所示，如果采用许多只相邻的灯具一起使用，可以产生极好的混光效果。图5表示单芯片光源阵列单独产生的光强分布，此时可获得1 755 lm的光输出，光斑角为21º，大致是多芯片光源光斑角的一半。同样，其光分布是平滑的——光分布曲线拥有相当平坦的顶部——光混合得很好。然而应注意，由于两个角度不同，所以不能同时将相邻灯具的多芯片光源阵列和单芯片光源阵列的光都均匀柔顺地混合，而必须选择灯具间的一定间距，以适合这两种不同角度的光束相混合的要求。

单独使用多芯片光源时的灯具，经测算其白光的发光效能是21.3 lm/W；而单独使用单芯片光源时的灯具，其发光效能是40 lm/W。

在使用LED光源时，笔者发现测光仪在光谱的蓝色波段测量值差异很大。笔者用一只测光仪测量光输出，认为其读数似乎最匹配自己眼睛的视觉效果。但当笔者用另一只测光仪测量时，它对蓝光几乎没有反应。可见对于蓝光LED光源，不要完全信赖测光仪的测量值——应更多信赖自己的眼睛。

对于满功率运行的所有多芯片光源，其光输出是带有淡红色的白光，它远离黑体辐射轨迹而被称之为相关色温。通过减少红光和蓝光，笔者能获得色温约为6 600 K的白光，其光通量会降低约20%。

图6～图9表示选择各种不同混光方案时所测得的光谱分布。图6是多芯片光源中RGB三色复合的光谱分布，此时，多芯片光源中的白光发射器被关闭。3个波峰分别位于450 nm（蓝）、520 nm（绿）和635 nm（红），其中，绿光的光输出是最低的。这解释了所有通道满量程运行时白光带有淡红色的原因。图7表示来自多芯片光源的白光，而图8表示来自单芯片光源的白光。两种白光都来自于采用了恰好位于450 nm蓝光为泵源的LED，并都覆涂有宽波段的黄/绿荧光材料，其波段中心约位于540 nm。单芯片光源的白光显得明亮得多，这是由于它的光束角很窄小的缘故。图9表示所有通道都运行时的光谱分布。它表明了在大多数光谱波段都有良好的宽泛覆盖，但是在青色波段有一个很大的凹陷。这些混光案例仅仅是RGBW系统混光的几则典型案例。

3 调光

这次测试证明，PixelSmart的调光达到了预想的效果。PixelSmart采用了非常高的PWM频率——笔者测得其频率为7.8 kHz——致使闪烁对于任何用户或电视摄像机都不会是一个问题。灯具提供可选择的调光模式，包括被称为Fine的8 bit模式，实际上这仅仅适用于高速频闪或像素绘图模式（仅为瞬间使用）。而笔者偏好钨丝灯模式，它提供非常平滑的内插值调光，具有模拟钨丝灯泡的特有的热惯性特点。整体而论，其调光曲线本身是极好的，非常平滑，并接近平方定律调光曲线。图10为笔者测得的调光曲线。

4 色彩系统

正如通常对RGBW灯具预期的那样，它在某些色彩的混合方面有些限制，但是在色彩饱和度上却表现优异。白光有助于显色性，但是，高色温白光对肤色仍然显得不够理想——不过，那不是PixelSmart真正的用途。表1为多芯片光源在主要色彩上的光输出比值。

读者会注意到，表1中光输出总和达到108%，比灯具的全部光输出还要多。当所有通道都运行、温度提高时，功耗有些上升。对于LED灯具来说，其光输出低于各部分光输出的总和，是常见的状况。

在此有必要提及PixelSmart操作模式。在以上所有的测试中，笔者将该灯具视作染色灯具运用5个通道模式来操作，每一个通道调控5种色彩中的一个色彩。用户可以选择离散模式的操作方法，此时，灯具中的每个LED光源可以被单独编制和存取地址码。48个通道用作12只多芯片光源（4×12），另有13个通道用作单芯片光源，总计有61个通道。与某个灯光控制台或媒体服务器的像素绘图软件相连接，就可对每个像素实施完全控制。图11表示一个非常简单的实例，笔者编程制作了条状色彩效果。此外，还有程序化的追逐模式，可以接入DMX控制方式。

表1 混合色彩光输出比值

表2 电源（119 V电压时测试）

5 噪音

PixelSmart有一对风扇——一只大的风扇冷却电源和驱动设备，另一只小的风扇冷却LED散热器。灯具满功率运行2 h后，温度上升到最高，笔者测得离灯1 m处的噪音为37.5 dB（A），此时离灯1m处的环境噪音低于35 dB（A）。

6 电子参数

PixelSmart采用内置的全功率因数校正的自适应（90 V 264 V，50/60 Hz）电源，参见表2。

7 电子设备与控制

PixelSmart采用日益通用的New trik Pow erCon主电源接口，对于环状链路配有输入和输出两个接口。图12表示主连接板。控制、进入设置和操作菜单是借助于常见的LED显示器和4按钮菜单系统，如图13所示。在其内部，有3个电路板叠置在电源的上方。其中两个是4通道驱动电路板，一个电路板用于控制3个色彩，另一个用于控制2个色彩。图14为这个叠置的俯视图，图中还可见，附有2个驱动器电路板的上面带有较小的输入电路板和处理器电路板。

如上所述，在PixelSmart中有2个风扇——一个用作电子设备冷却，另一个用作散热器冷却。如图15和图16所示，在主电路板的两侧各安装一只风扇。菜单和显示板被安装在塑胶盖板里面，如图17所示。所有电路板都很容易拆卸和更换。

8 结构

该灯具结构非常整洁，整个灯具给人感觉坚实而可靠。由于灯具散热器的铝材用得多，LED灯具质量较重。PixelSmart也不例外，它体形庞大厚实，重达19磅。从外形看，PixelSmart类似于一只PAR灯具，它装有这类灯具常见的一对灯弓。灯弓用来吊挂灯体，或用作落地支架。

尽管PixelRange公司并没有在产品说明书中标明具体的IP等级，但此灯具的正面看上去是密封的，可适应不同的气候和环境。就灯具本身而论，其LED模块的拆卸，包括所有封条和垫片，都不成问题。灯具的其余部分易拆，维修简便。

结论

PixelSmart是一款有吸引力的产品：其染色光部分来自于RGBW LED阵列，PAR聚光部分则来自于窄角白光LED阵列，而运行像素绘画功能时可用作显示装置。对演出来说，这种组合是否有吸引力呢？希望笔者所提供的数据能有助于用户作出决定。

（本文编译自美国《Lighting &Sound America》杂志2011年1月刊《PixelRange PixelSmart》一文）