解析一款新型LED电脑灯——Clay Paky A.LEDA B-EYE K20

文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

灯光技术

解析一款新型LED电脑灯
——Clay Paky A.LEDA B-EYE K20

文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春1

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

B-EYE K20是一款充分体现LED特点的新型演艺灯具，通过对其测试，解析、阐述该LED灯具的构成、功能及其特点。

RGBW LED；演艺灯具；测评；透镜阵列；主波长；模具化

近些年，人们开始应用LED灯具以获得美妙而有创意的灯光效果。人们会提出问题：这些灯具是否有足够的亮度可取代原有的常规灯具？继而又会提出更有趣的问题：应用这些LED光源能够做些什么新的开发？

不久前，用LED光源革新和替代传统光源的灯具还是件新鲜事，而现在我们就已开始看见完全崭新的灯具种类，这种新型灯具是应用先前的技术所不可能实现的。这是非常令人兴奋的事！确实，笔者知道用低功率LED替代大功率白炽灯是一件非常了不起的事情。

在这次灯具考察中，笔者将测试来自于电脑灯制造领域里的成功企业之一——Clay Paky的崭新产品。该公司进入LED领域比较晚，它的第一个产品是相当保守的。然而，此时的Clay Paky无疑被Sharpy系列电脑灯的成功所激励，它已远离保守，开发制造出可产生窄光束和染色效果的LED新型系列产品。

本次受检测的产品是Clay Paky A.LEDA B-EYE K20（笔者将其缩写成B-EYE K20，中文译名为“蜂眼”），见图1。看“蜂眼”的外貌，就能明白该产品名称的起源：37个形如眼睛微鼓的透镜盯着你，它们被排列成分别为18、12、6和1个透镜的4个同心圆环。实际上只有中心透镜是六角形蜂巢形状，而其余的是五角形或四角形。稍后笔者将返回这些透镜，解释它们的用途是什么。

这次考察仍遵循笔者通常的程序，从光源开始并循序进行每一项检测，尽可能客观地测量每一个参数，直至光输出测量结束。这次考察所有数据都来自于笔者对Clay Paky所提供的唯一样灯的测试。笔者始终认为，看到灯光效果或光束灯时，这种灯具的数据并没有说明它的全部。数据只是一个起点，提供一个参照系；不过在另一方面，在任意特定情况下，有很多成功的先例，这与良好的灯光设计、灯具的配置以及融入整体表演等因素有关。“蜂眼”可运行于100 V～240 V 50/60 Hz电压下；这次考察，该灯具运行于115 V 60 Hz电源。LED光源不运行时，灯具的静态电流为0.62 A，功耗为70 W。

1 LED光源

“蜂眼”采用37颗功率为15 W 的Osram Ostar RGBW LED光源。每一颗LED光源都能够独立地运行，所以这些LED光源共配置有37×4=148个驱动器。因此其功率非常大（37×15=555 W），并装置有大量的驱动器。图2显示摇头内安装的许多电路板中某个电路板上的一个四色LED芯片的特写。一个电路板上安装着两个LED光源，所以整个灯具总计有19块这样的小电路板（位于中心的LED光源单独使用一块电路板）。在图2中也许可以看见，LED芯片被直接安装在金属基印刷电路板上，以获取良好的热传导效果，并直接与正方形塑料光导管的底端相接触。图3显示灯具的后部，可以看见灯具的主电路板，在其边缘附有引向各LED电路板的19条电缆连接线。这个主电路板也配置有19个垂直装置的子插件板，每一个插件板都包含有用作这些LED电路板之一的驱动器。在这个小小的空间中配置有大量的电子线路。其整个系统由大容量的自动调温控制风扇来冷却，在图3的中央可以看见这个冷却风扇。

在上文中已提及光导管；每个四色LED组合发光后融入各自的光导管，光导管有助于均化四色（红、绿、蓝和白）混合光以及将光输出传送至出光透镜。图4显示在垫板上的光导管阵列。每个光导管长约50 mm，此时这种光导管阵列看上去好像是一只奇怪的光学刺猬。在每个光导管的顶部配置了一个小的正方形光输出透镜，笔者认为这个透镜是用作准直器和漫射器，以确保其光线被彻底地混合，见图5。这些光导管的长度以及它们布排的方法，究其原因是双重的。首先，光导管越长，通过光导管的光线的混合和均化效果就越好（根据经验，光导管的长度应该至少是光源直径的3倍，或者更多）。其次，在“蜂眼”中，这些光导管伸入透镜阵列，而该阵列能提供光束角度控制和旋转（其详情稍后详述）。

图6显示赋予该产品名称（“蜂眼”）的透镜阵列。它包含有37个大透镜，每一个透镜都配置有各自的光导管。这些透镜的光学性能是完全相同的，但是在外部形状上有所不同，以使它们尽可能地紧密装配在各个同心圆环中。如果仔细观察，就会看见透镜外部形状有7种变形体：6种透镜如同切分馅饼的不同楔形物，其中3种定位于外圆环，2种位于中圆环，1种位于内圆环，以及单一的中心透镜。中心透镜是惟一具有完全对称形状的透镜；其余的透镜形状是复杂的，具有不规则的形状。整个透镜阵列被安装在一个金属环上，金属环能沿着光轴前前后后来回移动，并能围绕金属环旋转。图7显示其控制来回运动的三个线性驱动器和滑块（杆）之一。当驱动器和滑块运动时，金属环携带所有37个透镜一起移动，搭载着每个透镜或趋近或远离各自相关联的光导管，其作用如同一个简单的单透镜变焦系统，可以单独地改变每个光发射器的光束角。到此为止，这没有什么不同寻常的地方：许多产品的功能都很相似。然而，该灯具与众不同之处是：这个透镜环能旋转，并能使透镜横越光导管的顶部。图8显示其旋转马达和齿轮，该齿轮与绕着透镜阵列的外圆周转动的环形齿轮相结合。

图2 LED芯片

图3 主电路板

图4 光导管

图5 光导管输出

图6 透镜

图7 变焦电机

图8 透镜旋转

现在读者应该明白了光导管为什么要那么长又那么狭窄而透镜则很大的缘由。大的前透镜在光导管出光口的前面，能从一边被移动到另一边，但并没有超越大得多的透镜边缘。其移动的结果是将光线导向侧面，而光输出透镜在光控制方式上则担当起棱镜的作用。转动透镜环越远，移动每个透镜偏离中心越远，那么光线偏向侧面就越多。注意，笔者始终强调光束被侧向偏转，并与同心圆环相切；这是一个重要的特征，要记住，因为其最终结果看上去并不像那个样子！相反，这37个侧向光束角向外调整角度，呈现放射状，因而增加了灯具变焦角度。那确实是总体结果，只要读者追随其中一个光束，就会了解它实际上移动的方向！该系统有一个较小的限制，即当透镜向后移动靠近光导管时，透镜环不能非常便捷地被旋转；否则，当它转动时可能剪切所有光导管。因此，旋转效果只有在窄光束角状态时才有可能实现，即当透镜环向前移动以及光导管摆脱了透镜环的后部时。在广角端，小量的旋转可能产生稍稍增强了的最大变焦量。

图9显示透镜环被旋转时仅仅来自其内圆环6个LED光输出的照片剪辑。在照片的左边，因透镜被调整排列在光导管中心的上方，因而光束直通透镜没有一点侧向偏转。当透镜环被渐进转动时，6个光束中的每一个光束的偏转都增大，结果将这些光束分离得越来越远。注意，这种偏轴投射也使得被投射的光束形状稍稍有点变形。在图9的右边，可看见转动到毗邻的光导管之间而又恰好定位中间位置时的透镜影像。此时，每个透镜能面对两个光导管，因此可获得来自每个光导管的两个影像。如果继续转动，就会看见图案反向，因为下一个透镜横越光导管，最后，图案再一次以中心定位而结束。对于6个LED构成的内圆环，进进出出的这个循环在整个圆环旋转中重复发生6次。与其类似，对于中圆环，它的循环是12次，而对于外圆环，其循环则是18次。结果是，光束的每个循环按各圆环的3:2:1之比而进进出出。因为这些光束是紧凑而狭窄的，所以其产生的效果犹如37支光束优雅的加伏特舞（gavotte，法语）。

图9 B-EYE效果

实际上它不是真正的变焦效果，因为每一个光束的光束角并不改变，但是各光束的总体轮廓确实被放大了。笔者花了一些时间思索究竟发生了什么。如果用户打算使用“蜂眼”，花费一些时间对它们进行实验是至关重要的。Clay Paky已经在DMX通道中提供了大量的预编程宏指令帮助用户进入以挑选LED光源、变焦和透镜旋转的优良组合，因此，笔者建议用户试一试这些宏指令以获得一些可能效果的切身体会。图10显示其宏指令的一个样品，其中发射器的色彩和旋转是同时发生而导致的一种效果。

笔者测量变焦从窄角向广角的移动最少需时1 s。从静态定位移动到下一个产生相同效果（即60°分离）的静态定位的旋转需时1.5 s，它能够连续旋转，其速度上限为7 r/min（转/分）。

2 光输出

现在，回到可以理解和可以测量的概念：如图11所示，笔者测量“蜂眼”所有发射器都全额运行时的光输出，当它处于宽角变焦和透镜充分退回时，其光输出稍高于9 900 lm，此时光斑角为54°。该灯具的热光衰相当小；笔者发现全功率运行15 min以上时灯具光输出下降为初始光输出的93%，而后止跌，到达稳定状态。

在变焦范围的窄角端，光输出是难以测量的；各个光束开始时发散分离，因而逐渐脱离近光场区域而进入远光场区域，在此种情况下，要正确使用平方反比定律则要求比笔者可使用的测试射距更长一些。或许50英尺（约15 240 mm）将是必需的射距。其光束角被测得在5°和7.5°之间，光束角随前透镜的旋转定位的不同而变化；笔者估算此时的总光通量约是其宽光束角时光通量的50%。

“蜂眼”可以设置白光输出的色温；表1显示各个色温值时光输出的减少，以及实际测得的色温值和设置的色温值。较低的色温非常接近于其额定的标准值，而较高的色温则显得有点偏高。（笔者使用光谱仪测量这些色温。而不用三刺激值色温计测量，因为它们对于LED光源是无用的）。

3 调光

图12显示“蜂眼”被设定于默认设置时的调光曲线。该灯具也提供一些其他的调光曲线，以及模拟白炽光源的调光曲线选项，在该选项中，其调光时间相对白炽光源变暖和冷却的时间变慢了。笔者测得可能的频闪速度范围是1 Hz ～25 Hz。正如普遍所期待的，采用16 bit的调光是非常平滑的。调光时产生最小的颜色偏移，在底部几个百分比的调光中出现向绿色轻微偏移的现象。笔者测得其PWM拆分成两个相位的1.15 kHz频率的电流供给不同LED管，实际频率是2.3 kHz。

图10 宏图像

图11 光束光强度分布曲线—最大值

表1 色温与光输出关系

图12 调光曲线

4 颜色

它的颜色混合是熟悉的RGBW LED系统。笔者测得各发射器的主波长，蓝色是450 nm，绿色是523 nm，而红色是645 nm。三原色是为获取混合效果而被选择，而不是单纯考虑颜色的淡柔，因此蓝色相当深，在照度计上蓝光读数很小。对于人眼，蓝色的光输出所产生的视觉效果比这些数据显示的要强得多。

5 水平和垂直旋转

“蜂眼”具有完美的540°水平旋转和207°垂直旋转范围。笔者测得水平全程540°旋转需时3 s，而180°水平旋转则需时1.8 s。垂直旋转速度方面，207°全程旋转需时1.6 s，而180°旋转则需时1.5 s。水平和垂直旋转机构都配置有光电编码器以使灯具在被碰撞时能重新复位。笔者测得其滞后或可重复性为：水平0.25°，垂直0.12°，这相当于在20英尺（6 096 mm）射距上分别偏差1英寸（25.4 mm）和0.5英寸（12.7 mm），（即在10 m射距上分别偏差44 mm和22 mm）。其运转是平滑和干净利落的，没有讨厌的摇晃或过冲现象。

表2 颜色混合

表3 声强（离灯1 m）

6 噪声

“蜂眼”的冷却风扇产生主要的恒定噪声。变焦旋转是最为喧闹的运行元素，以某些速度运行时还有一些较显著的共鸣声。

7 复位/初始化时间

“蜂眼”通电后完成整个初始化运作需时64 s，而在运转时完成系统复位则需时55 s。该灯具复位功能表现良好，在其所有运转之前和之后LED光源都能缓慢地淡入和淡出。

8 功率、电子设备与控制

在标称的115 V 60 Hz电源的运行中，该灯具所有LED光源全额发光并处以静止状态时消耗电流5.3 A，消耗功率622 W，而此时的功率因数为0.98。

图13显示包含水平—垂直马达的驱动器和控制器的灯弓臂（在照片底部可以看见水平旋转电机）。它似乎是Clay Paky公司给这个系统使用的独特的从属处理器。这种说法讲得通，因为它很可能被应用于该公司一系列不同的产品上。在摇头中已经看到LED驱动器，所以仅有的其他电子系统是主输入系统。它设置在置顶盒中，提供DMX512和以太网连接系统的其余部分，以及驱动LCD显示屏和菜单系统，见图14和15。与最近的其他Clay Paky产品一样，菜单系统配置有蓄电池，在灯具通电之前可以预先操作。

产品提供多种控制水平的选项。用户可以选择低通道数（如笔者所采用的），它提供了存取来自发射器以及应用个别有色光束的大量宏指令的所有颜色。或者，用户如有可利用的通道空间并有时间编程，可以选择对每一个LED实施全面的个别控制并可以将灯具用作像素器具来绘制图像。

灯具的连接器面板很常见，见图16，它提供5针DMX XLRs连接器和3针XLR连接器，以及用作电源的Powercon和用作以太网的Ethercon。置顶盒中最后的一个部件是电源，见图17。

9 结构与可维护性

Clay Paky期望用户将摇头拆开以清洁透镜，因此在手册中提供使用说明。如同许多LED灯具一样，它和电路板很可能是被设计成用户可维护的唯一部件。结构是整洁干净的。关于结构，笔者已发表过一般性评论，这不仅仅针对“蜂眼”，而且也针对笔者最近看到的许多其他灯具。笔者看到，电脑灯的模具水平有广泛而较大的提升，涌现了许多更充分模具化和模塑化的部件以取代成品零件。笔者非常乐见这种变化，因为更为模具化的零部件通常可导致提高灯具的可靠性和一致性。笔者不能确定增加销售量是其变革的原因，而笔者则认为这是因为不太昂贵的模具的实用性。无论什么原因，这总是好事，而“蜂眼”很好地将其展示出来。

图13 灯弓臂

图14 输入电子设备

图15 菜单

图16 连接器

图17 电源

这就是“蜂眼”的概况。正如笔者在开头所说，看到制造商开始探索采用固态光源开发新产品是令人兴奋的。但是不要盲目相信笔者的话，如果这些数据听起来很有趣的话，那么读者不妨去试试这款灯具。（本文编译自美国《Lighting & Sound America》杂志2014年7月刊《Clay Paky A.LEDA B-EYE K20》一文，http://www.lightingandsoundamerica.com/LSA. html）

（编辑 张冠华）

Clay Paky A.LEDA B-EYE K20

Original / [USA]Mike Wood Translate / YAO Han-chun1
(1. Shanghai Theatre Academy China, Shanghai 200040, China)

B-EYE K20 is a new type perfomance light with full feature of LED. Based on testing, the paper introduced and analyzed its construction, function and characteristic.

RGBW LED; perfomance light; testing; lens array; dominant wave length; mould

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.04.002

图1 受检测灯具