测评一款光束电脑灯

【摘 要】 通过对一款新型光束电脑灯的解构和测试，分析其构成、性能及特点。

【关键词】 光束电脑灯；Elation Platinum Beam 15R Pro；测评；温度传感器；光展量（集光率）

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.01.014

【Abstract】Based on the deconstruction and test of a new type beam moving light， its structure， performance and features were expounded in the paper.

【Key Words】beam moving light； Elation Platinum Beam 15R Pro； evaluation； temperature sensor； etendue

LED光源可能是有史以来最好的东西，但是单个点状的LED光源的光通量还不能与弧光灯泡相匹敌。因此，对于Elation Platinum Beam 15R Pro（以下简称该灯具）一类电脑灯具来说，弧光灯泡依然是最佳选择。该灯具是超窄光束投射灯新品种之一，应用了飞利浦MSD Platinum 系列灯泡，外观类似ACL灯，见图1。这类光束灯具是目前最流行的小型电脑灯之一。该灯具的光束变化表现如何呢？笔者将试图测量从光源到输出透镜的每一项参数，并给出测试结果。

如同笔者测量过的其他光束电脑灯一样，这个客观测量方法用于该灯具时也存在一些问题。因为它很可能不是用来照明景物表面和表演者的灯具，而主要被用作空中特效或“光束效果”。感知并客观地测量这些光束并非易事，因为这既取决于灯具光束的亮度，还在很大程度上取决于空中的环境和空气中的雾气。我们能测量灯具的亮度，也能够获取似乎有些主观的感知：光束如何紧密、如何平行准直以及光束边缘如何干净利落。由于不可避免的主观性，用户在自己的演出场所，亲自实地检验这类灯具就显得更加重要。适合笔者的方法不一定适合所有人。所有测试在Elation公司给笔者提供的一台样灯上进行，灯具在标称电源115 V、60 Hz下运行。

1 光源

笔者先前曾谈论过光展量及其守恒原理（编者注：有关光展量或称集光率的概念，读者可参阅本刊2012年第4期刊发的迈克·伍德《解析光学扩展量》一文），这些光束灯具是光展量原理推动设计决策的一个完美例子。在这种应用情况中，总想要最终得到一个角度非常窄小、直径又不太大的光束。从光展量守恒原理可知，当光束角度变得更窄小时，光束的直径也必定变得更大。为了得到角度更窄的光束和最终的光束直径（指光束灯出光口）不大于6英寸（152.4 mm）的探照灯，需要采用能获得的最小光源进行灯具设计。该灯具采用飞利浦MSD Platinum 15R灯泡，见图2。

MSD Platinum系列光源中更小的灯泡是MSD Platinum 5R。此灯泡的弧光管内拥有1.3 mm的电弧，而弧光管安装在二向色性玻璃反光镜内。飞利浦已使用反光镜对弧光管进行了精确的预校准，以使光输出最大化。那个极小的电弧意味着此校准很关键：因为对于灯泡在灯具反光镜中的位置，采用通常的螺丝调整是很粗略的、不精确的，较好的方法是在工厂里就将其预先定位。笔者喜欢预聚焦灯泡：它们将臆测排除在灯具设计之外，并确保灯具在演出使用中的运行状况与其在测试工作台上的运行相一致。MSD Platinum 15R灯泡的额定功率为3 00 W，光通量为13 500 lm，色温为8 000 K，而半衰减寿命则为1 500 h。

灯泡更换相当简单。从早期的型号Platinum Spot 5R至今，Elation公司将更换灯泡变得愈发容易。卸下3个螺丝，拆掉后面板，就露出灯泡。拆除连接，然后对着用弹簧支撑的金属板推动灯泡，并将灯泡向下滑落，将其从固定夹中取出，见图3和图4。更换新灯泡的操作方法相同，将灯泡法兰盘插入灯泡隔板上的金属板即可。

灯泡安装在一个封闭的光源腔体内，而腔体设置有温度传感器和专用的风扇，以使灯泡保持稳定运行。对于这些单泡壳的灯泡，温度控制是关键；封闭的光源腔体几乎是必不可少的，电脑灯尤其如此，因为空气对流模式随着摇头的运动在不断地变化。

紧挨在灯泡之后、覆盖光源腔体的器件是典型的对半开成角度安装的二向色性热镜。此镜能将红外线反射回去以使热量脱离光束，也可防止热量因直接反射回来而进入灯泡。

2 色轮

通常，看见的下一个器件是调光器/旗形光闸，但是该灯具并不是这样，而是把色轮直接安装在光源腔体之后。它拥有8个固定的二向色性滤色片和一个开孔。有趣的是，如同热镜一样，二向色性滤色片也被劈开成两半，并被成角度安装。笔者推测，其道理和热镜成角度安装一样：避免反射回来的能量进入灯泡。图5是其中的一张滤色片。图6显示透过热镜和一张滤色片后光源腔体的视图。每一张滤色片由两片二向色性玻璃组成，它们被粘在色轮上并构成相互成角度的组件。由于采用这种粘贴的方法，所以滤色片是不可更换的。表1显示了固定色轮的透射率。

色彩变化速度很好；滤色片很小，但是成角度安装结构使得它们相比平装的滤色片显得有点厚重。色轮旋转平稳流畅。表2是色轮运行速度。

3 图案

该灯具配置有两个图案轮。第一个是旋转图案轮，它拥有8个可更换的旋转/索引图案和一个开孔，紧接着是一个固定色轮，拥有13个不可更换的图案和一个开孔。固定色轮将所有滤色片分割拼接成单一的大色轮，如图7所示。它也显示出固定色轮上较厚的轮缘；推测起来，这是为了避免因热量而引起屈曲或翘曲。两个色轮都包含有各式各样的开孔和简单图形。两个图案轮在光学链上离得相当远，所以实际上不能将它们叠合在一起。因为具有较小景深的光学系统运作非常迅捷，以致不能将其同时聚焦。不过，它们给予了良好的图案选择。笔者注意到，旋转图案轮上的小孔故意设计为偏心的。这可以让用户借助旋转那个偏轴的小孔获得一些有趣的特效。表3、表4是旋转图案轮和固定图案轮运行速度。endprint

图案的定位精度和旋转平滑度极好，毫无抖动和跳动。笔者测得其滞后仅误差0.04?，这相当于在20英尺（6 096 mm）的射距上偏差0.2英寸（5.08 mm）。

考虑到这是一款光束电脑灯而不是图案电脑灯，其图案的聚焦质量还是很好的，像差也很小。它具有某些灯光师想要的那种光束在空中的清晰度，而不是在天幕上的图案投影的清晰度。这种应用选择的图案很简单。固定图案轮配置有最小的开孔，可用它获得最紧凑的光束。运用这个最小孔径，能将光束尺寸减少至全尺寸的24%，其结果是光束角仅为1?。

4 调光器与频闪器

调光器/频闪器类似笔者见过的其他Elation灯具产品，由一对带锯齿状的旗形金属板构成，以剪刀动作闭合横越光束。峰值光束分布的光学系统不利于调光，如果在天幕上硬聚焦，就会看见许多人为的光影现象和阴影。不过，这并非该灯具的应用目标。对于空中的光束，用户不会注意到任何有关的光影现象。实际的调光曲线紧挨着线性曲线，见图8。同一对旗形金属板被用来产生频闪效果，笔者测得其频率范围为1.7 Hz～9 Hz（当灯具被稍微向下调光时，其频率也会变得稍快些）。

5 棱镜与雾化镜

紧接在调光器之后，该灯具配置有可旋转的八棱镜（光学部件的顺序稍微有点不同寻常；光束电脑灯的光学系统与更常见的图案电脑灯的光学系统迥然不同）。这个棱镜带来了良好的图像分离和一些非常有趣的光束效果。Elation公司在棱镜控制通道中提供一系列预编程的棱镜和图案宏指令，使用户能快速存取许多有用的组合。将棱镜插入或移出光学链，笔者测得需时0.6 s，而其旋转速度的变化范围是从0.33 s/r（185 r/min）下降至非常慢的976 s/r（0.06 r/min）。

最后，在镜头前，灯具配置了雾化镜，见图9。这是一块大的旗形光扩散片，它可以落下穿越光束。它只有两种变化：要么进入光束，要么移出光束。但起了相当大的作用，能将光束扩散成宽大的泛光。很明显，雾化镜就是为了获得特效而设计，这种特效恰好适合于这类灯具。雾化镜插入或移出光束需时0.7 s。

6 镜头与光输出

该灯具配置有两个大口径的透镜部件。第一个部件紧跟着雾化镜，它可以移动以调整光学组件的焦点。第二个部件则构成灯具最后的输出透镜，它是固定不动的。图10显示灯具的光输出曲线。这是典型的峰值型曲线，显得有点不均衡，但是对于光束投光灯具的应用，这种光分布还是不错的，在通过小光圈的光束中心区域，可得到尽可能多的光。由于这种不均匀的光分布，笔者不能从中推算出其光通量输出的确切数据（笔者的算法需要一种平滑、对称的光分布）。然而，笔者在图表上已经提供了发光强度数值，显示了光束的亮度。当全孔径、光束角成4.4 ? 时，光束中心的峰值发光强度约为8 000 000 cd。

注解：由于这种灯具极度窄小的角度，笔者需要比通常更长的射距以测量。为了在笔者的工作室实现这个目标，笔者使用一面镜子以曲折光线路径，其结果是将通常的16英尺（4 879 mm）射距增加到约30英尺（9 146 mm）。增加一面镜子产生的副作用是，它也引起一些光输出的损失，这是由于在镜子的玻璃表面和反射面本身引发的反射损失。为了补偿此损失，如同在屏幕上测量一样，笔者测量光束在镜子表面上的中心照度。然后，应用标准的平方反比定律来计算校正系数以抵偿镜子的影响。于是，这个校正系数被应用到所有的光输出测量工作中。

7 水平与垂直旋转

笔者测得该灯具的运转范围是水平540?和垂直221?。全程水平旋转需时4 s，而180?运转也耗时4 s。全程垂直旋转需时2 s，而180? 运行同样耗时2 s。假如它被撞击而偏离定位，水平和垂直旋转都配置有光编码器使灯具复位。这款灯具似乎运用了与笔者测试过的其他Elation灯具相同的算法，用很有效的运动分析程序做到缓慢减速，进入最终位置。采用这种算法可减少最终位置上的运动弹跳，但是它不可避免地使移动稍微缓慢下来，尤其在水平运行方面。

笔者测得水平重复定位精度是0.06?，这相当于在20英尺射距上约偏差0.3英寸（7.62 mm）；而垂直定位精度则较好些，为0.05?，相当于在20英尺射距上偏差0.2英寸（5.08 mm）。两个方向上的运转是极好的，缓慢运行会出现一些步进现象，按对角线方向运行时特别明显。

8 噪声

目前，在驱动电机没有运转时，这款灯具产生噪声最大的部件是冷却风扇。Platinum灯泡需要大量的冷却风，这不可避免地导致风扇的噪声。垂直方向在某个速度运行时所产生的噪声比风扇的噪声还稍大些。距离灯具1 m处测得灯具的噪声值如表5所示。

9 功率与复位/初始化时间

这款灯具在115 V 60 Hz标称电压下运行时，笔者测得其功耗为467 W，电流为3.93 A，而功率因数为0.99。该灯具应用于100 V～240 V AC 50/60 Hz额定电压范围，而所有电压供给都经由自动电压开关实现。这款灯具完成初始化需时55 s。像许多灯具一样，它复位返回时运行状况很差，因为在灯具到达最终的水平和垂直定位前它就打开光闸了。

10 电子设备与控制

该灯具的电子设备被分布安装于整台灯具各处，马达驱动器被设置在各自相关的马达附近。图11显示其中一个驱动电路板和相关的电缆管理板的视图。图12显示它的一个灯弓臂，包含水平旋转马达和相关的电子设备，在底部，能够窥见用作位置反馈的编码器轮。灯具另一个灯弓臂则包含垂直旋转马达。最后，置顶盒包含所有的电源器件，以及显示屏和主控电子设备，见图13。该灯具的灯头是相当窄小和拥挤的，不是模块化组装。所以，这是一种需在工作台上而不是在悬挂状态中修理的灯具。

彩色LCD显示屏可以显示菜单和控制功能，见图14。这提供所有常规的DMX 512配置功能以及单独的、编程的、维护的选项；它配置有蓄电池电源，以便灯具还在路途中时，就能够设置选项。该灯具也以W-DMX格式提供内置的无线DMX。连接面板采用几乎普遍应用的Neutrik Powercon接口以连接电源，并提供5针DMX512 XLRs和3针XLR接口用作数据传输，见图15。

这种类型的光束灯具近来变得非常流行，广受欢迎。有趣的是，Elation公司选择使用更高功率、更有力度的灯泡——飞利浦MDS Platinum 15R Pro。光束灯具的空中效果是难以客观测量的，因而对其进行主观评价肯定会逐渐开展。如果用户认为Elation Platinum Beam 15R Pro很有趣，那么在演出中不妨试试，之后给出主观评价结论。

（本文编译自美国《Lighting & Sound America》杂志2013年3月刊《Elation Platinum Beam 15R Pro》一文，http：//www.lightingandsoundamerica.com/LSA.html）

（编辑 张冠华）endprint