LED灯具混色系统及其调光方案

唐小土

【摘   要】 介绍ETC混色系统——X7 System及其相适应的调光方案，分析ETC LED灯具的特点。

【关键词】 LED灯具;舞台照明;X7混色系统;调光器;光效下降补偿;直流调光

文章編号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.09.007

Talking about the Color Mixing System of LED Lamps and Its Dimming Scheme

TANG Xiao-tu

（Hangzhou Yidashi lighting equipment Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310051， China）

【Abstract】This paper introduces ETC color mixing system——X7 System and its corresponding dimming scheme.

【Key Words】LED lamps and lanterns; stage lighting; X7 System; dimmers; light effect compensation; Dc dimming

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

1.1  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。

（1）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。

（2）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。

（3）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

（1）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。

（2）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。

（3）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

（1）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。

（2）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）。

（3）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，Remote Device 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。

3.2  更为直观的操作模式

如此多的灯具，不像常规灯那样只要控制亮度属性即可，除了亮度，还有位置、颜色、图案等属性，为此，传统控制臺的操作模式需要更新，ETC在EOS系列控制台2.0版本的软件中增加了一些很有特点的功能。

（1）神奇工作纸（Magic Sheet）

可以按照舞台的格式在控制台的屏幕上布置灯位图（图9）。这样一来，免得对着原来文字的操作模式枯燥地工作;也不必盯着现场，看每个灯具的实际变化，灯位图中的灯具会告诉用户实际的操作情况;更大的好处在于，用户可以离线完成CUE编程，到现场稍作调整即可。

（2）共同的语法规则

ETC的新软件采用命令行的模式，继承了原来控制台的传统，使控制台尽量包含设计师、编程人员和电工的共同语法规则，避免三者之间的沟通麻烦，共同为艺术表演服务。举个简单的例子，如灯光设计想要某个灯的某个色纸颜色，操作人员只要输入灯号加色纸号就可以。