解析一款LED燈具——PixelRange PixelSmart

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學(xué)院，上海 200040）

PixelSmart是PixelRang公司的一款新型LED燈具。考察燈具仍由制造商提供。筆者對這款燈具自主進(jìn)行測試工作，得到所有相關(guān)參數(shù)的測量值（不同型號的產(chǎn)品，這些參數(shù)會有細(xì)微變化），希望這些數(shù)據(jù)能為讀者提供幫助。

PixelSm art稍微有點難以分類。它表面看上去像一款常規(guī)的PAR 64型LED燈具（圖1）。但只要深入了解其特性，就會弄清楚它與普通PAR型LED燈具的區(qū)別。PixelSmart是一款將多種LED光束角的染色燈和像素繪圖效果燈組合使用的燈具：它有12只多芯片LED光源，每只光源都是由紅光、綠光、藍(lán)光和白光LED芯片組合成一體的復(fù)合光源，并配置有普通的光學(xué)鏡片；此外，它還裝配了13只單芯片白光LED光源，具有不同于多芯片復(fù)合光源的窄光束角度。因此，用戶有兩種選擇，既可以同時調(diào)控所有RGBW+W模式的LED光源，將其用作染色燈；也可以單獨調(diào)控每個LED光源，將其用作像素繪圖效果燈。本次測試，PixelSm art均在常規(guī)的AC 115 V 60 Hz電源下運行操作，該燈具配置有自適應(yīng)通用電源輸入電路，其額定變化范圍為AC 90 V～264 V。

1 光源及其光學(xué)

PixelSmart采用了12只Cree X lamp MC-E Quad LED光源，內(nèi)部配置有RGBW光發(fā)射器，另外還采用了13只Cree X lamp XP-G白光LED光源。Cree公司對這些LED光源的評價標(biāo)準(zhǔn)是：運行50 000 h后仍具有70%光通量維持率，前提是溫度保持在其技術(shù)規(guī)范之內(nèi)。在受測燈具的RGBW多芯片LED光源（以下簡稱“多芯片光源”）和單芯片LED白光光源（以下簡稱“單芯片光源”）中，所有的白光都是冷白色光，但是PixelRange公司宣稱也提供配置13只單芯片暖白色LED光源的燈具選擇方案。

多芯片光源和單芯片光源都配備有TIR（total internal refl ection，全內(nèi)反射）光學(xué)器件。值得注意的是，PixelRange公司選擇這些器件以形成不同的光束角，其中，單芯片光源的光束角比多芯片光源的光束角更小。在組合光束中，更寬大的光束被多芯片光源所著色——于是，在光束的中央疊加了一束來自單芯片光源的光色構(gòu)成的復(fù)合光束。

TIR光學(xué)器件使多芯片光源的光均勻柔和地混合；合成的光束看上去就像一束單一的色光，沒有帶雜色的陰影部分。圖2表示LED光源陣列，而圖3表示該燈具的5種本色——紅、綠、藍(lán)和多芯片光源中的白色，以及分置于多芯片光源之間的13只單芯片光源的白色。

2 光輸出

由于多芯片光源和單芯片LED光源的光束角如此不同，所以，對它們同時測量光輸出實際上是沒有意義的。兩者整合的結(jié)果是一個非常奇特的光束外觀，其伴有來自窄角白光LED光源的非常強(qiáng)烈的中心亮斑。筆者分別測量了多芯片光源和單芯片光源的光通量。圖4表示多芯片光源陣列的光強(qiáng)分布，此時測算得到的光通量為3 090 lm，光斑角為44o。其光輸出非常平滑和勻稱，正如該圖表所示，如果采用許多只相鄰的燈具一起使用，可以產(chǎn)生極好的混光效果。圖5表示單芯片光源陣列單獨產(chǎn)生的光強(qiáng)分布，此時可獲得1 755 lm的光輸出，光斑角為21o，大致是多芯片光源光斑角的一半。同樣，其光分布是平滑的——光分布曲線擁有相當(dāng)平坦的頂部——光混合得很好。然而應(yīng)注意，由于兩個角度不同，所以不能同時將相鄰燈具的多芯片光源陣列和單芯片光源陣列的光都均勻柔順地混合，而必須選擇燈具間的一定間距，以適合這兩種不同角度的光束相混合的要求。

單獨使用多芯片光源時的燈具，經(jīng)測算其白光的發(fā)光效能是21.3 lm/W；而單獨使用單芯片光源時的燈具，其發(fā)光效能是40 lm/W。

在使用LED光源時，筆者發(fā)現(xiàn)測光儀在光譜的藍(lán)色波段測量值差異很大。筆者用一只測光儀測量光輸出，認(rèn)為其讀數(shù)似乎最匹配自己眼睛的視覺效果。但當(dāng)筆者用另一只測光儀測量時，它對藍(lán)光幾乎沒有反應(yīng)。可見對于藍(lán)光LED光源，不要完全信賴測光儀的測量值——應(yīng)更多信賴自己的眼睛。

對于滿功率運行的所有多芯片光源，其光輸出是帶有淡紅色的白光，它遠(yuǎn)離黑體輻射軌跡而被稱之為相關(guān)色溫。通過減少紅光和藍(lán)光，筆者能獲得色溫約為6 600 K的白光，其光通量會降低約20%。

圖6～圖9表示選擇各種不同混光方案時所測得的光譜分布。圖6是多芯片光源中RGB三色復(fù)合的光譜分布，此時，多芯片光源中的白光發(fā)射器被關(guān)閉。3個波峰分別位于450 nm（藍(lán)）、520 nm（綠）和635 nm（紅），其中，綠光的光輸出是最低的。這解釋了所有通道滿量程運行時白光帶有淡紅色的原因。圖7表示來自多芯片光源的白光，而圖8表示來自單芯片光源的白光。兩種白光都來自于采用了恰好位于450 nm藍(lán)光為泵源的LED，并都覆涂有寬波段的黃/綠熒光材料，其波段中心約位于540 nm。單芯片光源的白光顯得明亮得多，這是由于它的光束角很窄小的緣故。圖9表示所有通道都運行時的光譜分布。它表明了在大多數(shù)光譜波段都有良好的寬泛覆蓋，但是在青色波段有一個很大的凹陷。這些混光案例僅僅是RGBW系統(tǒng)混光的幾則典型案例。

3 調(diào)光

這次測試證明，PixelSmart的調(diào)光達(dá)到了預(yù)想的效果。PixelSmart采用了非常高的PWM頻率——筆者測得其頻率為7.8 kHz——致使閃爍對于任何用戶或電視攝像機(jī)都不會是一個問題。燈具提供可選擇的調(diào)光模式，包括被稱為Fine的8 bit模式，實際上這僅僅適用于高速頻閃或像素繪圖模式（僅為瞬間使用）。而筆者偏好鎢絲燈模式，它提供非常平滑的內(nèi)插值調(diào)光，具有模擬鎢絲燈泡的特有的熱慣性特點。整體而論，其調(diào)光曲線本身是極好的，非常平滑，并接近平方定律調(diào)光曲線。圖10為筆者測得的調(diào)光曲線。

4 色彩系統(tǒng)

正如通常對RGBW燈具預(yù)期的那樣，它在某些色彩的混合方面有些限制，但是在色彩飽和度上卻表現(xiàn)優(yōu)異。白光有助于顯色性，但是，高色溫白光對膚色仍然顯得不夠理想——不過，那不是PixelSmart真正的用途。表1為多芯片光源在主要色彩上的光輸出比值。

讀者會注意到，表1中光輸出總和達(dá)到108%，比燈具的全部光輸出還要多。當(dāng)所有通道都運行、溫度提高時，功耗有些上升。對于LED燈具來說，其光輸出低于各部分光輸出的總和，是常見的狀況。

在此有必要提及PixelSmart操作模式。在以上所有的測試中，筆者將該燈具視作染色燈具運用5個通道模式來操作，每一個通道調(diào)控5種色彩中的一個色彩。用戶可以選擇離散模式的操作方法，此時，燈具中的每個LED光源可以被單獨編制和存取地址碼。48個通道用作12只多芯片光源（4×12），另有13個通道用作單芯片光源，總計有61個通道。與某個燈光控制臺或媒體服務(wù)器的像素繪圖軟件相連接，就可對每個像素實施完全控制。圖11表示一個非常簡單的實例，筆者編程制作了條狀色彩效果。此外，還有程序化的追逐模式，可以接入DMX控制方式。

表1 混合色彩光輸出比值

表2 電源（119 V電壓時測試）

5 噪音

PixelSmart有一對風(fēng)扇——一只大的風(fēng)扇冷卻電源和驅(qū)動設(shè)備，另一只小的風(fēng)扇冷卻LED散熱器。燈具滿功率運行2 h后，溫度上升到最高，筆者測得離燈1 m處的噪音為37.5 dB（A），此時離燈1m處的環(huán)境噪音低于35 dB（A）。

6 電子參數(shù)

PixelSmart采用內(nèi)置的全功率因數(shù)校正的自適應(yīng)（90 V 264 V，50/60 Hz）電源，參見表2。

7 電子設(shè)備與控制

PixelSmart采用日益通用的New trik Pow erCon主電源接口，對于環(huán)狀鏈路配有輸入和輸出兩個接口。圖12表示主連接板。控制、進(jìn)入設(shè)置和操作菜單是借助于常見的LED顯示器和4按鈕菜單系統(tǒng)，如圖13所示。在其內(nèi)部，有3個電路板疊置在電源的上方。其中兩個是4通道驅(qū)動電路板，一個電路板用于控制3個色彩，另一個用于控制2個色彩。圖14為這個疊置的俯視圖，圖中還可見，附有2個驅(qū)動器電路板的上面帶有較小的輸入電路板和處理器電路板。

如上所述，在PixelSmart中有2個風(fēng)扇——一個用作電子設(shè)備冷卻，另一個用作散熱器冷卻。如圖15和圖16所示，在主電路板的兩側(cè)各安裝一只風(fēng)扇。菜單和顯示板被安裝在塑膠蓋板里面，如圖17所示。所有電路板都很容易拆卸和更換。

8 結(jié)構(gòu)

該燈具結(jié)構(gòu)非常整潔，整個燈具給人感覺堅實而可靠。由于燈具散熱器的鋁材用得多，LED燈具質(zhì)量較重。PixelSmart也不例外，它體形龐大厚實，重達(dá)19磅。從外形看，PixelSmart類似于一只PAR燈具，它裝有這類燈具常見的一對燈弓。燈弓用來吊掛燈體，或用作落地支架。

盡管PixelRange公司并沒有在產(chǎn)品說明書中標(biāo)明具體的IP等級，但此燈具的正面看上去是密封的，可適應(yīng)不同的氣候和環(huán)境。就燈具本身而論，其LED模塊的拆卸，包括所有封條和墊片，都不成問題。燈具的其余部分易拆，維修簡便。

結(jié)論

PixelSmart是一款有吸引力的產(chǎn)品：其染色光部分來自于RGBW LED陣列，PAR聚光部分則來自于窄角白光LED陣列，而運行像素繪畫功能時可用作顯示裝置。對演出來說，這種組合是否有吸引力呢？希望筆者所提供的數(shù)據(jù)能有助于用戶作出決定。

（本文編譯自美國《Lighting &Sound America》雜志2011年1月刊《PixelRange PixelSmart》一文）