解析一款LED电脑灯——High End Systems SolaWash Pro 2000

原文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

图1 受测试灯具

越来越令人难以记住，大约在最近的5年之前，人们仍然将LED灯具看作是有几分新奇的事物。LED灯具的确是令人感兴趣的产品，但是它们决不能替代每一次音乐会演出使用的主要产品：高功率气体放电光源灯具。然而LED技术令人难以置信地迅速发展，因而现今LED光源几乎用在每一种灯具类型上。或许最后一个变化的将是极窄角型的聚光灯具，例如追光灯。但是笔者确信，最后甚至它们也终将屈服于固态照明光源的诱惑。气体放电灯泡最终也将跟随白炽灯走入光源的湮灭进程。笔者将这看作是友好的湮灭，如同石灰光灯和碳弧灯一样的命运，这并不是为紧凑型荧光灯特意保留的专用地狱。

这次受检测的灯具是这个突破性技术越来越扩大的范畴中最好的案例。High End Systems SolaWash Pro 2000（以下简称“该灯具”）与前一代气体放电光源染色电脑灯展开针锋相对的激烈竞争。如果用户能够从中获得需要的光输出，而且还拥有LED光源的优点：长寿、无需加热时间以及瞬间响应能力，那么为什么不使用它呢？该灯具是被笔者称为“混合”型灯具的案例。在这种灯具中，仅仅白光LED光源被采用，灯光的色彩则来自于传统的二向色性滤色片及其混色系统。依笔者的看法，这个方法既有优点也有缺点。优点是：如果仅仅一种颜色的LED光源被采用，而白光LED光源又是非常有效率的，那么其光学和光源能做得更紧凑而高效。不足之处则是，色彩变化仍然是由机械方式操控的，并具有随之而来的速度限制，使用减色法滤色片混色时，其光输出功效将受到损失。其混合色域也不尽相同，但是这既不是优点也并非缺点。三色LED相加混合和二向色性CMY减色法混合有它们各自受限的色域。每一个色域拥有大量色彩，有些色彩表现得很强势，而另一些则很虚弱。笔者认为，一种灯具类型既不比另一种类型更好，也并不是更坏。每一种灯具类型都有各自的弱点，需要灯光设计师学会处理和善于扬长避短。

与以往那些考察一样，按照笔者的工作方法，从光源开始测试，直至最后对光输出透镜的检测，报告在整个工作流程中观察到的现象和测量得到的数据。所有报告的结果都基于对由High End Systems公司发送给笔者的唯一灯具的检测（图1）。

所有测试工作都是该灯具运行在AC 115 V 60 Hz常规电源下进行的。然而，该灯具被规定在100 V～240 V 50 Hz/60 Hz电源下运行，可通过开关电源实施自动电压选择。

首先，虽然该灯具被描述定义成一款“染色”灯，但是它实际上具有比染色灯多一点点的控制和变化。在本机模式中，其光束边缘可以是相当陡峭的（并不像聚光灯那样陡峭），但是更像PC光学系统那样的效果。它具有两档柔光方式（可通过可变的雾化滤光片来获得），以获得渐变、柔和的灯光效果。在所有模式中，使用造型光阑的选择以便塑造和控制光束。随着后面的检测，将直面所有这些性能和特点。

图2 LED陈列

图3 复眼透镜

1 光源

该灯具采用荧光粉转换型白光LED发射器的大型阵列。LED组件是封闭的，所以，笔者不能确切地判定它包含有多少个LED发射器。图2展示透过前透镜所见的LED阵列的视图。该阵列被光学器件所覆盖，其中至少包括产生匀质和准直各个光束作用的复眼透镜，以便最后将多支小光束集聚成指向通光孔径的单一输出光束（图3）。High End公司声称这个阵列的功耗是600 W，这意味着作为有效率的LED光源，仍然有相当多的热量需要排放。为了做到更好的热量排放，该灯具配置有热管阵列，将热量从LED装置中排放出来以及将它转移进入设置于模块背后的散热片（图4）。该灯具还配置4个温控风扇，它们将热空气从灯具后面抽排出去。由于LED光输出是温度敏感型的，而释放大量热能并达到热平衡状态需要一段不短的进程，所以，直至灯具至少运行30分钟后，笔者才进行相关测试工作。

图4 冷却

图5 调光曲线

2 频闪器与调光器

由于具备LED完全电子化方式的控制，完全没有必要为调光而设置调光机械。图5展示该灯具的调光曲线。它紧密匹配标准平方定律，并提供平滑的运作而没有明显的步进现象。通过单独的频闪通道，笔者测得其频闪速度可直至28 Hz。笔者测得PWM调光速率为1.6 kHz。对于大多数通常的视频应用来说，它应该是足够快的速度（对于应用于TV或视频的任何LED灯具，笔者推荐1 kHz或更高的PWM频率。即使那样，仍然可能遇到画面滚动干扰的问题）。

3 颜色系统

灯泡室之后的光学器件是已模块化了的颜色系统。它包含4个被蚀刻了的二向色性混色轮（青、品红、黄和可变的CTO）以及2个固定色轮。图6展示从灯具中移除下来的这个模块的全视图。提供CMY混色的可变色轮很大，具有非常精细密度的已蚀刻了的二向色性图形。其最终结果是产生非常平滑流畅的混色效果。在整个光束的色彩显现方面有一些差异，例如淡紫色（对于CMY，这是难以混合出干净明晰的色彩），但是并不会引发异议。当灯具按染色模式运行并将两个雾化镜中任一个被插入时，其有色光斑的平滑度将得到提高。通常，其透射率数值显示黄色具有最高的光输出（表1）。图7展示其白光LED光源的光谱，通常拥有相当低的深红色光输出，所以，灯具的红色光输出也稍稍少一些。混色轮改变颜色最多需时0.7 s。

图6 颜色模块

图7 光谱

图8 双色彩效果

两个固定色轮都配置有梯形、玻质二向色性滤色片。其中一个色轮上的那些滤色片是固定黏贴的，而另一个色轮上的滤色片则可借助其夹入式系统更换。在这两种情况中，色彩都相互靠得很近，因而能提供很好的双色彩效果以及很好的色彩过渡效果（表2和表3）。图8展示图案模式时双色彩效果的案例。

色彩变化速度是优良的：相邻色彩之间的变化需时约为0.1 s，而间隔最远色彩之间的变化需时最多为0.4 s。灯具总是采用最快色彩路径以获得变化时间最小化。色轮也能被连续不断地旋转，笔者测得其旋转速度变化范围从0.2 r/min提升至90 r/min。

下面介绍灯具色温控制的选择问题。笔者测得灯具原生态、本色的光束色温为7 200 K。可变的CTO滤色片能将这个色温降下来，能调控至暖色温2 700 K，而色轮上的两个固定的CTB滤色片则分别提供色温10 000 K和13 700 K。在孔洞打开且原始白光输出的状态下，笔者测得其多项显色指数分别为：CQS为69，CRI为73，TLCI为49，以及Δuv为-0.0006。

表1 混合色轮

表2 色轮1

表3 色轮2

4 成像

光学链下一个器件是成像光闸。这些光闸片与光圈一起被安装在第二个可移动的模块上。图9和图10展示该模块的两面以及它的10个电机。四个光闸片/挡光板中的每一个刀刃片都能被可调控地插入并完全穿越整个光束，一经到位，还能被倾斜+22.5°/-22.5°。整个成像模块也能被整体旋转90°。每一个刀刃片的整个行程的移动需时0.5 s，而整个部件旋转90°则需时3 s。每一个刀刃片都在其规定的各自层面上运行，并能紧贴着各自相邻的刀刃片的后侧或前侧经过，而自始至终不会发生相互干扰直至完全关闭光闸。这个系统提供非常灵活的可调整的柔边光束控制，与雾化系统结合一起应用，可提供用户许多选择。图11展示与3种雾化选择结合应用时简单的成像状况。其左边的图像是未经柔化的光束所产生的原始图像，而另两个图像则显示分别附加了两档雾化效果的相同图形。

5 光圈

在图10中可以看见，这个光圈机构被尽可能近地紧挨着成像光阑安装定位。整个光阑关闭时，能将孔径减少到最大孔径的17%。笔者测得其打开或关闭需时约为0.6 s。

图9 成像模块A面

图10 成像模块B面

图11 成像和雾化

图12 光强分布曲线-最大变焦（图案模式）

图13 光强分布曲线-最大变焦（染色模式）

图14 雾化滤光片

6 透镜与光输出

该灯具配置有传统的3组件透镜系统。两个前面的透镜组件的移动可提供灯具的变焦和调焦功能，而第三个透镜组则是固定的，设置在灯具的前端并提供最终的可见光输出。在按图案模式并以最大光斑角39°且满功率运行时，笔者测得整个系统的光输出为22 280 lm（图12）。如使用雾化2且光斑角增加至43°时，正如所预料的，其光输出则下降至17 200 lm（图13）。在变焦范围最小端的11°光斑角时，笔者测得其光输出为17 500 lm。调焦时将透镜从一端移动至另一端需时1 s，而变焦时则需时1.5 s。有两对可变的雾化滤光片被安装在第二透镜组后面，并与该透镜组一起运行（图14）。它们对光束提供两个档次的可变雾化效果，或者可以被组合应用以可能获得来自于该系统的最柔和的光束，其最终结果是光滑和平坦的。

7 水平与垂直旋转

该灯具水平和垂直旋转范围分别是540°和265°。水平全程旋转需时5.1 s，而更为典型的180°旋转则需时2.5 s。垂直全程旋转需时2.8 s，而180°旋转则需时2.4 s。

其运行的质量是非常良好的，很小甚至没有可察觉的步进现象。笔者测得其定位精度很好，在水平和垂直方向上滞后都很低，仅为0.06°。这相当于在20英尺射距上误差0.3英寸（或在10 m射距上误差10 cm）。在其最终定位时出现一点弹跳和过冲现象，但是这个系统已被校正过了。

图15 模块滚轴支架

图16 光学模块

图17 灯弓臂

图18 显示器

图19 连接器

表4 声强（离灯1 m）

表5 灯具功耗（115 V，60 Hz时）

8 噪声

如同常常遇见的情况一样，变焦是该灯具最大噪声的功能。表4中的静态噪声值是LED光源及其相关联的风扇满功率运行30 min后被测得的。这些数据是风扇以常规模式运行时所测得的。当灯具被切换到演播室运行模式时，其静态噪声水平将下降4 dBA至42.6 dBA （离灯1 m）。

9 电子参数与复位/初始化时间

从冷启动或从接受MDX512复位指令起，灯具初始化全程需时约36 s。灯具复位的拙劣表现是：其水平和垂直旋转运行到最终定位完成前，LED光源就渐亮起来了。按完全变焦、图案模式且满功率运行时，灯具的发光效能是29 lm/W（表5）。

10 结构、电子设备与控制

灯具以在摇头内非常整洁的模块结构为特点。每一个光学模块都有一对电子连接器，因而能被完整无损地滑脱出来。笔者欣赏模块铁轨上的滚轴支架和导向，这使得维修保养非常简单（图15）。图16展示摇头的一个视图，摇头内所有模块设置合理整洁。控制电子设备被分布安装在摇头和灯弓臂各处（图17）。图18展示菜单和控制系统。该灯具提供标准的5针和3针DMX512输入和输出连接器以及为电源线使用的PowerCON连接器（图19）。其菜单简单明了，并提供通向灯具的常规设置和维护功能的入口。

以上这些阐述几乎囊括了有关该灯具的概况。这款灯具是白光LED光源、二向色性减法颜色混合系统以及成像/挡光板系统额外控制的有趣混合体。如果它看上去有趣，笔者鼓励用户亲自试验使用一下，最后结论必须自己作出。

（本文编译自美国《Lighting & Sound America》杂志2016年1月刊《High End System SolaWash 2000 Pro》一文，http://www.lightingandsoundamerica.com/LSA.html）