谈舞台用LED屏的选择——亮度

胡慧峰，杨志红，李德福，常世昌

（山西省艺术科技研究院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

在《演艺科技》2020年第8期刊载的《谈舞台用LED屏的选择》[1]文章中，探讨了基于人眼的视觉特点来确定舞台用LED显示屏的像素距，以及选择LED字幕屏字型大小的方法。关于舞台用LED屏的选择，还涉及亮度、白场色坐标等重要技术参数，本文中重点探讨与LED屏亮度有关的3项技术参数：亮度、对比度和亮度鉴别等级。

目前，LED显示屏广泛应用于剧场舞台文艺演出、广告传媒、体育场馆、远程监控、证券交易等不同的行业，安装地点包括专业演出场所、街头闹市、候车（机）大厅、商场超市等不同的场所。因使用行业不同、工作地点和环境不同，对显示屏的要求也不尽相同。剧场舞台演出用LED显示屏对亮度的要求与其他行业有明显的不同。

亮度是衡量LED显示屏的一个重要技术参数。显示屏的生产厂商或代理商在推销产品时常常宣称其产品采用的是高亮度芯片；一些演出单位在选购LED显示屏时也常常问供货方“你们的显示屏最高亮度能达到多少？”

大家之所以如此看重亮度，和人眼的视觉特点有关。人的眼睛看到任何一个物体都是由于这个物体发出的光线经过瞳孔、晶状体、玻璃体最终在视网膜上呈像并刺激视觉神经，使大脑产生对该物体的视觉信息。如果这个物体发出的光线较强，那么大脑产生的视觉信息也较强，反之产生的视觉信息会较弱。人眼是靠光线才能识别物体，光线进入眼睛的强弱不同，自然地使人的视觉系统产生亮度差别。人的眼睛会优先关注视野范围内亮度较大的物体，这种视觉生理的趋光特性也使人从潜意识中对亮度产生关切。

1 发光体亮度与反光体的亮度

在百度中搜索“亮度”一词，其释义为：“发光体或反光体使人眼睛感到的明亮程度”。由此可见，发光的物体会使人眼产生亮度感，不发光的物体靠自身对光线的反射也能使人眼产生亮度感。

剧场里的观众观看节目时，看到的LED显示屏上的画面是显示屏自身发出的光，看得到演员就是演员身体的反射光。

发光体发出的光强与光源面积之比，定义为该光源的亮度，亮度的单位是坎德拉/平方米（cd/m2）。使用了高亮度芯片的LED显示屏的亮度可以达到数千cd/m2。

演员身体的反射光，反射的是舞台灯具及周围环境照射在身体上的光。照度是指单位面积上所接受到的可见光光通量，演员身上的照度即舞台灯具照射在演员身体上光的强弱大小。照度的计量单位名称为勒克斯（lx），1 lx=1 lm/m2。

照射在演员身体上的光经过反射后进入观众的眼睛，使观众感受到“亮度”，这样由照度转换为亮度的关系可以由下式[2]表示：

式中：L为亮度，单位为cd/m2

E为照度，单位为lx

ρ物体的反光率系数

2 舞台画面中的光比

舞台灯光照明艺术非常讲究光比。光比就是为了节目情节的需要而展现给观众的整个画面中各部分光的大小、强弱区别，这是导演和灯光设计师艺术创作的体现。为实现导演和灯光设计师的艺术思想，利用人眼的趋光性来引导观众对演出角色的关注。在塑造一个角色时，除需要对角色投射不同光比的主光、辅光、逆光外，还要精心设计角色与舞台背景的光比、与周围景片道具的光比等。

一些情节轻松的喜剧节目，整个舞台画面温暖平静，光比较小。例如：演员与周围舞台上其他部分的光比为1.5:1到1:1到1:1.5。当节目表现紧张动荡的情节时，整个舞台画面的光比就较大。为突出舞台主角形象，主角身体的亮度常常会比舞台画面的其他部分大，通常光比为1.5:1～3:1，甚至到1.5:1～5:1。

对舞台各部分光比的设计，没有LED显示屏等自发光体时，仅仅考虑舞台灯具对舞台各处投射不同的照度就可以了；当舞台上有了LED显示屏之后，艺术家们在对整个舞台画面进行光比设计时，就要同时考虑显示屏面的发光亮度和演员身体的反光亮度了。在实际工作中，灯光师大多是通过眼睛看，凭感觉来调整光比，包括对显示屏亮度的调整和对演员照度的调整，很少使用仪器调整光比。如果使用仪器，物体反光的亮度可以用亮度计测量得到，也可以测量照度后再用式（1）计算得到。由照度计算得到亮度时，还需要知道被照物体的反光率，如中国女青年面部皮肤平均反光率约26.3%，化装后面部皮肤反光率可达40%，白色、浅色布料对灯光的反射率可能会达到80%[3]。

舞台上的灯光照度，根据节目情节的需要可能会有很大幅度的变化，如300 lx～3 000 lx。假如舞台表演区的垂直面上有1 000 lx的光照度，演员身上最亮的部分是浅色的演出服，由式（1）可得出演员服装的亮度L2为：

在舞台上使用LED显示屏作背景的情况下，如果按照光比3:1来突出演员，舞台画面的其他部分（包括LED显示屏最亮的部分）的亮度就要低于85 cd/m2。假如演出的是光比平淡的轻松的喜剧节目，舞台上LED显示屏的最亮处亮度也仅需要254.8 cd/m2。因此，作为自发光设备的LED显示屏，其亮度应该是可调整的，作为舞台用LED屏，应能根据舞台演员的亮度和节目剧情的需要进行调整。事实上，对于大部分演出来说，LED屏的亮度如果能够在0～800 cd/m2之间连续可调就足够使用了。

3 实例

舞台演出是一种综合的艺术形式，显示屏呈现的画面是为了配合、衬托演员的表演，是为节目、演员服务的，不可与演员争辉抢夺观众的视线，应该选择适合的亮度，为观众呈现出一个统一和谐的完美舞台画面。

图1是山西省晋剧院《打金枝》剧照，演员与显示屏背景的光比大约为3.5:1，舞台画面光比比较合适，显示屏的画面既表达了剧情环境，也衬托了演员的表演。

图1 演员与显示屏背景的光比合适（约为3.5∶1）

如果显示屏亮度过大，会冲淡观众对演员的注意力。图2是太原市某小剧场的演出剧照，显示屏背景光的亮度超过了演员的亮度，演员与显示屏背景的光比大约为1:2。

图3中舞台上的主持人完全没有面光，看起来像剪影，完全成了LED显示屏画面的陪衬。

LED显示屏的亮度并不是一定要比演员低，由于节目艺术呈现的需要，也会需要显示屏有较大的亮度，如一些演员与显示屏画面互动的情节、一些剪影的舞蹈节目等，就需要显示屏亮度大于演员的亮度。

值得注意的是，舞台画面范围内的所有显示屏都可能影响演出效果。如果舞台两边副屏和字幕屏亮度过大，会分散观众的视线，观众的视线很难集中到舞台中部的演员身上，因此，用副屏和字幕屏的亮度也应该适度降低。另外，如果使用了带有画面的字幕，字幕屏的画面会影响观众对文字的识别，这种屏的文字显示效果反倒不如单色屏，即使是单色字幕屏亮度也不宜太大。

舞台用LED显示屏的亮度应连续可调，不仅是指全彩的背景屏，也包括副屏和单色的字幕屏都应该具有连续调整亮度的功能。只有这样，各种舞台灯光才能与各个显示屏恰当配合，共同营造出一个主次分明、生动、和谐的舞台画面。

4 对比度和亮度鉴别等级

对比度和亮度鉴别等级是与亮度相关的两个技术参数。

对比度是在一定的环境照度下，显示屏的亮度与显示屏最暗时（例如显示屏完全关闭）屏面的背景亮度之比。最高对比度就是在一定环境照度下，LED最大亮度和背景亮度的比。

高对比度的显示屏意味着显示画面中有较大的亮、暗差别，观众观看的画面就会有相对较高的清晰度和呈现较艳丽的光色。相对而言，对比度的指标比亮度指标更能体现显示效果的好坏。

测量最高对比度的公式[4]：

式中：C——最高对比度

Lmax——最大亮度

LD——显示屏背景亮度

显示屏背景亮度LD是屏本身完全不发光时，屏面对环境光反射产生的亮度。因此，最高对比度C不仅受显示屏亮度的影响，还受屏面环境照度的影响以及受屏面反光系数的影响。显示屏亮度一定时，环境照度越小，显示屏的最高对比度越大；屏面反光系数越小最高对比度越大。为了提高产品的对比度，LED显示屏生产厂家为降低LED屏表面的反光系数而想尽了办法，如LED芯片周边采用黑色的封装材料、表面采取亚光处理等技术措施。

图2 演员与显示屏背景的光比小（约为1∶2）

图3 演员与显示屏背景的光比极小（没有面光）

行业标准SJ/T11281—2017《发光二极管（LED）显示屏测试方法》中对于室内屏规定的测量环境条件是：屏幕法线方向的照度为10×（1±10%）lx[4]。有生产厂商给出L E D显示屏的对比度数据为3 000:1、5 000:1、6 000:1等。作为负责任的生产厂商所提供产品的技术参数一定是严格按照行业标准的规定测量出的。遗憾的是，这样的测量条件完全不能适用于剧场舞台用显示屏。演出时，舞台处于面光、顶光、侧光、耳光等舞台灯光的照射下，舞台主演区的照度达到上千lx，即使位于舞台后部背景处的显示屏面也达到几百lx的照度，为了突出演员，导演还会要求限制显示屏的亮度。因此，剧场舞台用LED显示屏的对比度数据应该是被限制了亮度并且屏面在较高照度的环境下测量。在“剧场舞台用LED显示屏规范”出台之前，生产厂商给出LED显示屏的对比度数据仅可作为参考。

显示屏的亮度取决于LED芯片电流的大小或者电流脉冲宽度的大小。显示屏内电子线路和软件结合，可以向LED芯片提供256级甚至1 024级的电流变化量，但是由于人眼视觉能力的限制，不能完全识别这么多亮度等级。显示屏显示画面中能够使普通人眼分辨出的从最暗到最亮之间的亮度等级，被称为亮度鉴别等级。亮度鉴别等级越高，显示的图像的层次越多，也就意味着显示的画面也越细膩，色彩越丰富。

笔者测量了太原市某小剧场作为背景用的LED显示屏，在舞台表演区的照度1 522 lx的情况下，显示屏面的照度约462 lx，人眼可以轻易地分辨出显示屏画面的20级灰度，如图4所示。这样的对比度和亮度鉴别等级能够满足一般的演出需要了。

图4 满足一般演出的对比度效果

5 结语

综上所述，对于剧场舞台使用的LED显示屏，并不一定需要很高的亮度，而是需要在演出时能够按导演和灯光设计师的要求，可以方便地连续调节显示亮度。例如，舞台用LED显示屏的亮度应能够从最亮值连续降低至最大亮度的10%、5%、甚至降到0。相对而言，对比度和亮度鉴别等级的指标比亮度指标更能体现显示效果的好坏。