解析一款LED成像电脑灯——Robe Robin DLS Profile<br/>

解析一款LED成像电脑灯——Robe Robin DLS Profile

2013-09-20迈克伍德编译姚涵春

演艺科技 2013年9期

文/[美]迈克·伍德编译/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

近几年，Robe公司因其产品Robin LED染色电脑灯而声名远扬。笔者曾测评过Robin 600染色（Wash）电脑灯，其优良的色彩均匀性和平滑的变焦凸显其强势性能。LED染色电脑灯市场变得越来越繁忙喧闹，并且已经开始商品化。像素配置型LED PAR灯的时代已经远去，很多制造商正在制造具备更多功能的更为复杂、精致的灯具。然而，对于LED聚光（Spot）灯具，其现状与LED染色灯具并不相同。去年，许多静态的LED聚光灯具新产品入市，与无处不在的以ETC Source Four成像灯为代表的优质舞台椭球聚光灯展开竞争，这些新品来自ETC、Philips、Prism Projection以及其他制造商，他们都想在灯光设备市场赢得自己的席位。在自动化LED聚光灯具方面，有实效的灯具甚至更少了，至今在市场上仍只是极少数。其制造难点是，必须将大量排成阵列的LED光源的光线准直，并通过聚光灯具的小孔径光圈。这对于舞台椭球灯的大孔径光圈已是足够难了，对于自动化LED聚光灯仅有约1英寸（25.4 mm）数量级的小孔径光圈来说，就更困难了。它还没有商品化，仍有很大的设计创新空间。

Robe公司用Robin DLS Profile产品投入了这个市场领域。DLS产品系列包括DLX Spot和DLF Wash两类灯具，所有这些灯具都装置有相同的RGBW LED光引擎（编译者注：如同《演艺科技》2012年第5期介绍的GLP的impressiong Spot One，该光引擎系深圳市光峰光电技术开发有限公司研发的LED舞台灯模组Atria SL系列产品之一）。Robin DLS Profile提供自动化聚光灯具的标准特性，该灯具具有可自动造型的4叶光闸片，见图1，之前在LED灯具中笔者没有见过这些配置（下文详述）。Robe Robin DLS Pro fi le是如何构成的呢？它是更为传统的自动化灯具的更新替代产品吗？如同以往考察一样，笔者将试图借助对灯具的光源到光输出一系列测试尽可能回答许多问题，给予读者足够的客观信息，以帮助读者得出自己的结论。测试灯具由制造商提供，本文中所表述的结果都是基于笔者对这款灯具的测试。

所有测试都是灯具运行在AC 115 V、60 Hz常规电压下操作的。不过，Robin DLS Pro fi le能够在AC 100 V～240 V、50 Hz/60 Hz额定电压范围内运行，配置有开关电源的自适应电压选择。

1 光源

Robin DLS Profile采用一个450 W的RGBW LED光引擎，见图2。它运用专利技术以均化4种光色并将它们准直成一个光束，几乎没有颜色差异或颜色带。其他制造商的产品中有过相似的光引擎，不过那是RGB引擎。Robe公司选择添加白光作为第4通道。它不增加总功耗，却有助于提高显色性和扩展淡柔颜色的色域。Robe公司评估该引擎功率为450 W，最低寿命为20000 h，拥有高于75%的光束均匀度。这个光引擎是一个黑盒子，灯具制造商负责提供冷却和LED驱动器以控制它正常运行。Robe公司使用优质翅式散热器，三面包围着光引擎，其顶部和底部安装有两台风扇以强迫空气通过这些翅片及其周边。为使灯具运行中保持冷却，两台风扇会调速以适应负载状态的变化。光引擎是密封的，没有用户可维修的部件。

图2 LED模块

图3 LED模块的透镜

图3显示光引擎输出透镜的视图，读者能够看到内在的复眼透镜的六角形小平面，这个透镜和交叉设置的二向色性滤色片一起成为均化系统的要素，它们将光束重叠在一起。此后再没有光引擎的光学器件；被准直的光线就产生于这个组件，并直接进入这个灯具的光学链。

2 频闪与调光器

该灯具的调光和频闪是以电子方式来完成的，即借助PWM技术调节电流来控制LED光源的功率。笔者以DMX 512 Mode1运行灯具，这种模式提供许多功能的16-bit控制，其中包括亮度。图4显示调光曲线，几乎完美地匹配直线型线性调光。曲线上部90%～95%的调光非常平滑柔顺。一旦低于10%，用户能察觉到一些步进现象；然而，它在其后的调零过程中保持稳定，没有大的步进现象或色彩混合的问题。笔者测得PWM频率为300 Hz，与Robin LED Wash相同。灯具设置有一个专用的通道，能提供多种多样的频闪选择，例如渐变和随机选项。笔者测得其最大频闪速度为17 Hz。

3 颜色系统

图4 调光曲线

如上所述，Robin DLS Pro fi le是一款4通道RGBW颜色加法混合灯具。正同Robin 600 LED Wash一样，对于颜色混合的目标，Robe公司将它当作RGB灯具，并不假思索地增加白光（W）以改善显色性和提高亮度。当混合一种不完全饱和的颜色时，电子设备就立即在此混合中加入白光光源，以提供更宽泛的光谱响应。笔者喜欢这种方法，因为它提供第4个光发射器的优势，而不必担心如何和何时最好地利用它。在默认情况下，以全功率运行所有光发射器时，灯具产生的白光并不是通常的偏淡粉色的白光，所以，全部光输出是一种很实用的颜色。很明显，灯具实施了某种内部功率分配方式，以使总热负载量保持在其技术规格之内。这允许灯具在光发射器之间按需转变功率，以使混合最大化。此外，为了与Robin Wash系列的控制方式保持相似，Robin DLS Pro fi le也提供一个如同RGBW加法混合方式的虚拟色轮通道。这个色轮通道包括5种不同色温的白色预编程混合：2 700 K、3 200 K、4 200 K、5 600 K和8000 K。笔者使用光谱仪测量这些色温和Δuv值，如表1所示。

图5 所有LED光源满功率时的光谱

图6 2 700 K白光的光谱

注意：Robe公司告诉笔者，他们使用美能达CL-200A色温照度计测量表1中的量值，测量精度：色温为±100 K、Δuv为±0.001。这些测量值不同于笔者使用光谱仪测得的结果，笔者对此并不感到惊奇，因为色温照度计（如CL-200A）与光谱仪的测量精度不同。

图5显示，混合白光的色温被设置于标准的8000 K时光输出的光谱，而图6则显示2 700 K白光时的光输出光谱。2 700 K和3 200 K暖色光与白炽光源很好地匹配，显示出添加额外的白光发射器的优点。就显色性而言，色彩越多越好。色光输出占整体输出的比例如表2所示。

正如我们对LED光源所预期的那样，所有颜色变化都是瞬间完成的，所以，笔者通常的时间测试是不确切的。由于某种原因，在聚光灯中看见这种变化比在染色灯中更加令人惊奇。笔者认为，我们已经习惯于LED染色灯具的那些突然的色彩变化，但是还没有习惯于图案的变化。通过一个色轮通道就能获得许多种颜色，包括彩虹追逐，但是总能够运用RGBW通道去混合出想要的精确颜色。此外，Robin DLS Profile提供CTO通道用色彩混合系统改变标准白光的色温。运用这个通道，能够将8000 K标准白光和一种色光混合，而后调整这种色光达到与3 200 K白光相似。

4 光圈

测评对象由光引擎板块转向灯具的光学模块。第一个光学模块是光圈，见图7。Robin DLS Profile配置有一个常规的多叶片构建的光圈，它被安装在造型模块的前面。完全关闭时的光圈将孔径尺寸减小到其全尺寸的17%。在这种光圈状态下，灯具最小变焦时的光斑角为2°，而在最大变焦时则为7.8°。笔者测得打开和关闭光圈的时间约为0.2 s。

表1 色温和Δuv值

表2 色光输出

5 造型结构

下一个模块是4叶片造型结构。造型模块一直是电脑灯中一个棘手的部件，很多灯光设计师都愿意使用它们，但是难以确保其可靠和精确，所以最终这成为一项昂贵的专业项目。然而，它们如此难以制造的最大原因之一是因为它们必须面对的温度。通常，来自于白炽光源和HID光源的热量使光圈叶片灼热而变成暗红色。配用LED光源就没有问题，这样就不用担心热量使其弯曲变形，意味着光阑金属片能够做得更薄更轻；轴承和运动部件的润滑油不会被气化掉，摩擦力降低、能耗减少，整个造型模块可以做得小而轻。

图7 光圈

图8 造型模块

Robin DLS中的造型模块具体表达了所有这一切，见图8。4个叶片中的每一个都通过简单的双连杆机构直接连接到两个步进马达。因为每一部分组件都非常小巧轻便，所以它运行得非常快速。笔者测得，叶片从光束外缘向完全被插入的位置运行所需时间少于0.1 s。如此快捷的运动意味着，除了通常的造型应用之外，还能将这些叶片用作可充分配置形状的光圈或特殊效果。叶片能在十字形分隔板之间运行，在图8中能看见这个分隔板，外面的两个叶片置于它们各自的槽中，而中央的两个叶片则共置于一个槽中。每个叶片能左右旋转45°，完全插入时叶片能覆盖一大半光束（平坦插入时为75%，大角度插入时为57%）。图9显示两个不同位置上的叶片，所以能看见马达如何运动到指定位置，而使叶片形成某种角度。此外，整个机构借助于单独的第9个马达能够旋转90°。整个行程需时2 s。笔者关心如此简单机构的精度，但测得其滞后仅为0.05°，即在20英尺（6 099 mm）射距上偏差为0.2英寸（5.08 mm）。光学系统在宽角度时会引起一些枕形畸变，这意味着造型插片的直边在宽光束角时产生弯曲现象，见图10和图11。造型插片以最慢速度运行时稍稍有点抖动，这是其最为薄弱的点位，但是其优势是它们运行得极为快速。简单的结构和低热量意味着它具有良好的可靠性。

6 图案轮

与造型模块面对面配置的器件是一个常规的旋转/索引图案轮，盘面上配置7个图案片和一个开孔。经由嵌入式卡盘结构可以更换图案片。图案和轮子的旋转范围是良好的，低速时运行很平滑。图案轮运用快速通道算法以使变化时间最小化，旋转速度见表3。

图9 光闸

图10 造型板和图案片

旋转定位的滞后精度是0.1°，这相当于在20英尺射程上偏差0.4英寸（10.16 mm）。聚焦质量通常是好的；大范围变焦的光学系统常常会在大变焦角度时引起枕形畸变，这对于边缘成像有点影响并产生一些轻微的变形，但问题不大。与那些快速的光学系统一样，要使图案、光圈和造型片同时聚焦是不可能的。

7 效果轮

Robin DLS Profile装置有一个效果轮（或称叠加轮）。这是一个大的分解图案，它能以某个角度移动横穿图案孔径。然后，插入和旋转的量（或程度）可以被改变，给予图案一些有效的闪烁/水型效果。图12显示这个效果轮完全打开和完全被插入定位的视图。控制通道提供一些有趣的预编程宏指令，将图案轮和效果轮的运行与有趣的效果结合起来。

8 透镜与光输出

Robin DLS中最后一个光学模块是3组件光学镜头，这种应用常见于很多图案电脑灯中。两个组件可移动，提供变焦和调焦效果，而最后一个组件则是固定的，构成灯具的最终光输出的透镜。在宽光束角为46.4°时，笔者测得8000 k白光的光输出为3 936 lm；在11.7°时，光通量则缓降为3 049 lm，其变焦范围达4∶1。光强分布参见图13、图14。其光分布是非常平滑流畅的，混合光分布拥有良好的均匀度。如先前所述，在大角度的末端有一些显而易见的桶形畸变。从窄角运行到宽角的变焦时间是0.6 s，而全程调焦则需时1 s。

表3 图案旋转速度

图12 效果轮

图13 最大变焦时光强分布

图14 最小变焦时光强分布

9 棱镜与雾化镜

棱镜和雾化镜被安装在变焦和调焦透镜之间，见图15。每一个器件都装置在摇臂上。三棱镜插入需时0.5 s，并能被旋转，其旋转速度范围为0.3 s/r（200 r/min）降至162 s/r（0.37 r/min）。图像分离效果很好，而且可通过变焦来调整分离程度。雾化镜是一块旗形的玻璃片，可在0.2 s内降下并横穿光束。它是一种笔者称之为“漫射”型的雾化镜，将光充分漫射使整个光束的光分布均匀柔和，应用这块雾化镜以柔化图案边缘是不可能的。（笔者将能够柔化图案边缘的雾化镜称为“扩散”型雾化镜。两种类型有它们各自的用途，因而在操作上它们看上去非常不同。）

10 水平与垂直旋转

Robe Robin DLS Pro fi le拥有540°水平旋转和280°垂直旋转。全程水平旋转需时4 s，而更典型的180°水平旋转则需时2.4 s。全程垂直旋转需时2.6 s，180°垂直旋转则需时2.2 s。

运行是平滑流畅的，没有步进现象，并具有极好的重复性；笔者测得水平滞后为0.07°而垂直滞后为0.03°。这相当于在20英尺（6 099 mm）射程上水平偏差为0.3英寸（7.62 mm），垂直偏差为0.1英寸（2.54 mm）。

我们已经了解刚性系统的特性，它良好的可重复性常常在最后定位时导致一些弹跳，对于这款灯具，同样也是这种情况。水平和垂直旋转机构都安装有译码器，如果灯具受阻或受撞时，译码器将纠正定位误差。图16显示安装有水平旋转马达的一个灯弓臂，而垂直旋转马达则装置在另一个灯弓臂中。

11 噪声

灯具满功率输出白光运行30 min之后，在灯具正常工作状态下，距离灯具1 m处测得灯具的噪声值如表4所示。

这款灯具的噪声级非常稳定，主要源自LED冷却风扇的噪声。笔者以自动模式运行风扇，但也可以不用此模式，将风扇运行设置于剧院模式，此时能按照用户需要调整风扇速度。系统会降低光输出和用户所需要的运行速度。有时，拥有固定的风扇速度比增加或降低速度更好些；恒定的噪声在主观上常常比变化的噪声较少地令人注意。笔者测试剧院模式，将风扇设置于最小速度；这将静态噪声水平有效地降低至8 dB（A）～37 dB（A），而光输出则减少到66%。

12 电参数与复位/初始化时间

图15 雾化镜和棱镜

表4 灯具噪声

表5 功耗（115 V 60 Hz时）

图16 灯弓臂

图17 显示器

图18 光学模块

图19 连接器

冷启动的初始化运行需时36 s，而来自DMX 512重置指令的初始化运行则需时30 s。复位运行得很好，在水平和垂直旋转运行到最终的定位之前灯具不会亮起来。

13 电子设备与控制

Robin DLS Profile采用Robe公司经专业综合测试的、标准的彩色LED触摸屏，它也安装有4个毗连的按钮，见图17。用户可使用触摸屏或按钮去操作此系统；系统配置电池供电，以便在灯具通电之前能设置参数。系统提供综合性的DMX 512选项，以及提供诊断、单独操作和相关服务的进入等选择范围。灯具也会跟踪所有的故障事件，有可用于客户检查的全方位记录，以及作为远程配置和诊断的RDM能力。集成无线DMX也是可选择的，它采用LumenRadio CRMX模块。

电子设备分布在灯具各处的不同小电路板上，控制和电源设置在底座中，马达驱动器与它们各自的模块相毗邻，如图18所示。

Robin DLS提供5针XLR DMX512和3针XLR接口以及用于以太网的Ethercon接口，以太网提供Art-Net、MANet 1和MANet 2支持，以及Streaming ACN支持，见图19。也可以用灯具作为一个Ethernet-DMX 512的网关，它接受这些协议中的某一个，并通过XLR接口转换为DMX 512信号。