中央電視臺大型演播室的燈光系統設計探討

劉志光

（中央電視臺 技術制作中心，北京 100859）

中央電視臺大型演播室的燈光系統設計探討

劉志光

（中央電視臺 技術制作中心，北京 100859）

以中央電視臺新址2 000 m2演播室為例，論述了電視臺演播室燈光設計特點及優勢。

演播室；燈光系統設計；燈光吊掛系統；吊桿；單點吊機；控制系統

中央電視臺新址2 000 m2演播室（以下簡稱“本演播室”）是一個大型綜合性演播室，主要用于制作特大型綜合節目，要求能夠承擔大型高清晰度電視綜藝節目的直播及錄播制作任務。通常大型綜合節目制作都分為主演區和觀眾區，節目具有演員和觀眾互動的特點。

按照本演播室燈光系統設計的總體要求，設計要根據科學數據來推導，必須是可靠的、高質量和全面的，同時，整體方案充分地應用網絡化、智能化、模塊化方面的最新研究成果和理念，實現技術先進、系統科學、穩定可靠、功能強大、使用方便的目標。系統設計人員結合多年經驗，在充分保證技術先進性的前提下，從實際需求出發進行設計，既節省經費又有創新地滿足了本演播室的燈光設計需求。

本演播室燈光系統設計主要依據：

（1）中華人民共和國行業標準GY5045-2006《電視演播室燈光系統設計規范》；

（2）文化行業標準WH/T26-2007《舞臺燈具光度測試與標注》；

（3）中華人民共和國行業標準JGJ57-2000《劇場建筑設計規范》；

（4）美國戲劇技術協會（USITT）和原美國娛樂服務與技術協會（ESTA）的相關標準。

本文將從演播室布光、燈具吊掛系統和控制系統等幾方面，對本演播室的燈光系統設計進行探討。

1 演播室布光方法

中央電視臺演播室以往舉辦《春節聯歡晚會》屬于多景區節目演播，布光需要滿場光。從布光看：對較大型的節目，燈光先要鋪地面光，如用聚光燈，數據：距投射點10 m有效光斑3 m（PAR燈有效光斑1.8 m，常用調焦使有效光斑到2 m），燈光需要接光，光斑之間壓接30%左右，所以，接光距離2 m左右（PAR燈光斑接光距離1.26 m）。演播室舞臺地面光需要大面積鋪勻，這樣就要求演區前后排燈光的距離不大于2 m，要求演播室吊桿前后排距離是2 m（見圖1）。

以吊掛PAR燈布光為例，就需要借助后排景區上空的吊桿，用其上面的燈光向前趕，如此來彌補吊桿間距離的不足。除地面光外，還有側面逆光和面光，它們在臺面也需要經過以上的布光過程，側面光是靠2 m間距的掛燈來完成的。此外，景光根據景的大小定光；效果光與燈光人員的使用方法有關。由于近年來大型文藝節目效果光的使用越來越多，它所占用的舞臺區的燈位也隨之劇增，導致燈位不足。對此，采用如下解決辦法：比如，在原有的1 000 m2演播室、800 m2演播室主演區長期吊掛5道TRUSS架，長度9 m，增加燈位以滿足效果光需要（1 000 m2演播室80個吊桿，間距2 m；800 m2演播室72個吊桿，間距2 m）。

1.1 本演播室燈光照度設計依據

隨著攝像技術的發展，攝像機的靈敏度不斷提高，對演播室照度的要求有所下降。但由于攝像機的有關標準未進行修改，并考慮到目前電視臺高清演播室錄制節目的情況：高清攝像機的像素數多、圖像細膩，電視圖像的顏色飽和度高，因此，要求演播室照度要均勻，其照度值與標清演播室類似。故規定：在光圈為5.6時，演播室綜合光的垂直照度≥2 000 Lux；由于電視圖像的好壞取決于人物面部的膚色，故取距地1.5 m處的垂直照度2 000 Lux作為照度標準值。

（1）有效光斑

硬光斑的全部為有效光斑（注：硬光斑與柔光斑只是配光曲線不同。）

柔（軟）光斑中照度值不小于最高照度值10%的范圍為有效光斑。

（2）等照度曲線圖表示法（見圖2）

（3）可變光斑角燈具的射距、光斑直徑與照度關系（見圖3）

一般的演播室演區綜合光的垂直照度應達到1 500 Lux。

1.2 本演播室燈位布置設計依據

燈具投射距離：采用45°角投射時燈具照度的0.707是垂直照度（見圖4）。

本次布光，演區布光采用直徑3 m光斑重疊布置，觀眾區布光采用直徑6 m、4 m及4.6 m光斑重疊布置。光斑重疊后可使水平軸線上保持亮度一致，使布光更均勻，避免照射區域出現黑暗，影響錄制節目的畫面效果，以直徑3 m有效光斑疊加為例（見圖5）。

表1 部分制造廠家燈具理論數據

表2 ARRI1000聚光燈照度表（聚光）

表3 ARRI1000聚光燈照度表（散光）

1.2.1 平均照度計算

表1為部分制造廠家燈具理論數據，以意大利LDR燈具為例計算3 m光斑平均照度。

由表1可知，當燈具投射9 m時，光斑直徑為1.7 m，平均照度為2 778 Lux，因為相同燈具光通量是一定的，可由公式（1）求得平均照度：

可得：照度1×r12= 照度2×r2

2

所以，當燈具照射距離為9 m，光斑直徑為3 m時，燈具平均照度為892 Lux。

1.2.2 投射角度最聚時燈具中心照度與平均照度的比值推算

以ARRI1000燈具為例，1 kW透射式聚光燈；聚光。表2為該燈具照度數據。由表2可推出，當燈具光束角為最聚的時候，光斑中心照度與光斑平均照度的比值為2.8倍（見圖6）。

1.2.3 投射角度最散時燈具中心照度與平均照度的比值推算

以ARRI1000燈具為例，1 kW透射式聚光燈；散光。表3為其照度數據。

由表3可推出，當燈具光束角為最散的時候，光斑中心照度與光斑平均照度的比值為2.4倍（見圖7）。

1.2.4 中心照度與平均照度的關系及實際布光平均照度計算

根據以上測試，聚光時光斑中心照度與光斑平均照度的比值為2.8倍，散光時光斑中心照度與光斑平均照度的比值為2.4倍，所以在這里筆者取光斑中心照度約等于平均照度的2.6倍，在重疊法布光中，依公式（2），光斑鋪設區域的平均照度值近似為：

單燈平均照度×2.6=重疊布光照度值 （2）

考慮到投射角度為45°，燈光光通量有所減弱，所以，依公式（3），重疊布光照度值應為：

重疊布光照度值×0.707=實際重疊布光照度值

所以，當燈具投射9 m，光斑直徑為3 m，實際重疊布光照度值為1 640 Lux。

1.3 本演播室燈具布置說明（見圖8）

本演播室燈具布置說明：根據圖紙的建筑尺寸、吊掛布置尺寸及以往的演播室布置經驗作為參考，將演播室的演區及觀眾區布光區域尺寸設為28.9 m(寬)×12 m（深）（見圖9）。

根據布光位置及燈具作用的不同，把本次布光分為7種：演區面光、演區逆光、觀眾區面光、觀眾區逆光、演區景片光、演區天幕光及演區主持人光。

1.3.1 演播室演區面光燈具布置說明

本演播室演區面光共設置6道，燈具之間間隔2 m，通過重疊布光法來布光（見圖8）。在觀眾區前排吊掛的30臺2 kW數字機械燈和60臺2 kW聚光燈作為演區面光。仍以前文所述的LDR燈具為例，此時光斑中心照度為1 640 Lux，通過光斑的重疊以后，此區域的平均照度約為1 640 Lux，能達到高清演播室演區面光的照度要求。

演區面光光斑重疊布光圖見圖1。

1.3.2 演播室演區逆光燈具布置說明

本演播室演區逆光共設置6道，燈具之間采用間隔2 m的距離，在主演區后設6道鋁合金燈架，吊掛90臺2 kW聚光燈，通過重疊布光法來布光（見圖8）。仍以前文所述的LDR燈具為例，此時光斑中心照度為1 640 Lux，通過光斑的疊加以后，此區域的平均照度約為1 640 Lux，能達到高清演播室演區面光的照度要求。

演區逆光光斑重疊布光圖見圖1。

1.3.3 演播室觀眾區面光燈具布置說明

本演播室觀眾區面光，采用24臺2 kW聚光燈及24臺2×1 250 W雙反射柔光燈進行雙重重疊布光（見圖10）。由公式可得：聚光燈光斑直徑為6 m時，光斑的中心照度為600 Lux，通過光斑的疊加以后，此區域的平均照度約為600 Lux,又通過實際測試及搜集相關產品資料可知，24臺雙反射柔光燈可提供觀眾區400 Lux以上的照度，所以，此區域的平均照度約為1 000 Lux，能達到高清演播室觀眾區面光的照度要求。

（1）演播室觀眾區面光照度計算說明

觀眾區面光采用雙反射柔光燈和螺紋聚光燈兩種燈具：

觀眾區面光照度按1 000 Lux來計算。雙反射柔光燈根據實測可提供給觀眾區面光400 Lux的照度。見演播室觀眾區面光雙反射柔光燈光斑重疊布光圖（見圖11）和雙反射柔光燈光斑測試結果1（投射8 m測試光斑圖）（見圖12）。

測試方法：將2×1.25 kW雙反射柔光燈水平放置地面，當光斑投射到8 m墻面時，先測試燈具投射8 m時，光斑縱向軸各位置的照度值，然后以縱向照度中心點測試橫向軸各位置的照度值。

表4 雙反射柔光燈光斑測試結果2（投射8 m測試照度表）

（2）演播室觀眾區面光照度計算

從上可知，雙反射柔光燈可為觀眾區面光提供400 Lux照度，所以，要使觀眾區面光達到1 000 Lux，螺紋聚光燈必須提供600 Lux的照度。見演播室觀眾區面光聚光燈光斑重疊布光圖（見圖13）。

以LDR燈具為例，光斑投射9 m，依公式（2），計算單燈中心照度為600 Lux時的光斑平均照度：

單燈平均照度=中心照度/2.6= 600/2.6=231 Lux

已知，當燈具照射距離為9 m，單燈光斑平均照度為231 Lux，計算光斑直徑：

由于光通量一定，燈具投射9 m時，照度為2 778 Lux，光斑直徑為1.7 m，所以可由公式（1）得：

所以，當燈具照射距離為9 m，光斑平均照度為231 Lux，光斑直徑為6 m。

1.3.4 演播室觀眾區逆光燈具布置說明

演播室觀眾區后4排吊桿，吊掛40臺2 kW聚光燈做觀眾逆光，燈具之間采用間隔3 m的距離，通過重疊布光法來布光（見圖8）。以LDR的燈具為例，由公式（1）可得當光斑直徑為4.6 m時光斑的中心照度為1 000 Lux，通過光斑的疊加以后，此區域的平均照度約為1 000 Lux, 能達到高清演播室觀眾區逆光的照度要求。見演播室觀眾區逆光聚光燈光斑重疊布光圖（見圖14）。

演播室觀眾區逆光照度計算如下：

觀眾區逆光按1 000 Lux來計算。以LDR燈具為例，光斑投射9 m，計算單燈中心照度為1 000 Lux時光斑平均照度。計算步驟同1.3.3中觀眾區面光照度，不再贅述。結果是，當燈具照射距離為9 m時，光斑平均照度為231 Lux，光斑直徑為4.6 m。

1.3.5 演播室景片光燈具布置說明

本演播室演區景片光，主演區兩邊最外側每側3個水平吊桿和一個垂直吊桿，吊掛10臺2 kW數字機械燈、8臺2 kW聚光燈（見圖8）。主要用于布景時，投射在景物上增加景物的清晰度。

1.3.6 演播室天幕光、地排光燈具布置說明

本演播室演區天幕光，采用距天幕2.5 m處的水平吊桿吊掛天幕燈，36臺4×1 250 W天幕燈用于天幕的照明；地排光采用36臺4×1 250 W 地排燈，主要是補充天幕下部分照明的不足（見圖8）。根據對相關燈具的調查，及實際燈具照度的測量，天幕燈和地排燈配合使用，可保證天幕上平均照度達到1 000 Lux以上。見天幕燈照度參考資料（見圖15）。

1.3.7 演播室實際布光方案說明（見圖16）

本演播室方案配置分為普通燈具和效果燈具兩種。在實際使用中，大中型演播室在演區逆光上大量使用效果燈具。本演播室用筒子燈做逆光來鋪地板光，用電腦燈做光柱和圖案效果來烘托氣氛。

2 本演播室燈光吊掛系統設計

由于大型演播室主演區以綜藝節目為主，長期使用大量效果燈具，演播室傳統的燈具聚光燈被大量拆除，只留少量做人物面光。

在傳統演播室中，吊掛設備固定，燈位也相對固定。在做燈光設計時要找燈位來進行，這樣限制了燈光設計人員的設計思路。為了充分體現燈光設計人員的創意，在演播室設計中采用了拆裝靈活的吊掛系統，使燈具根據燈光設計來吊掛。

2.1 吊掛系統概述

本演播室的主演區采用單點吊機組成點陣式吊掛提升系統，來滿足燈光設計的燈位要求。

根據演播室吊桿吊點的吊距要求：舞臺吊裝規定不大于5 m（廠家有規定是3.5 m），但每個吊桿要求不少于3個吊點。

在本演播室設計中，根據燈光數據的最低要求，前后排桿間距2 m，所以，前后吊點間距2 m。根據演播室吊掛要求，左右吊點間距2 m（左右吊點間距決定吊桿長度），主區共需135個點。這樣，要求最短吊桿的長度是4.5 m，對精細布光已帶來不便。為便于演播室吊桿拆卸和存放，將4.5 m吊桿拆卸后組合到觀眾區外側桿上去，以備使用，存放不占演播室空間。此外還可以在主區外側組合使用，但組合吊掛4.5 m以上的超長吊桿，就會影響左右吊桿升降，所以，筆者認為135個吊點為最佳點，也是能滿足演播室吊掛要求的吊點。鑒于135個吊點需要135個單點吊機，大量吊機成本高，安裝位置不好找。所以，需要減少吊點，采用活動吊點，根據不同節目把吊點移動使用，增加使用效率。棄用普通吊桿采用鋁合金燈架可增加吊掛強度來減少吊點。整個演區的單點吊機為90個，每個負荷500 kg（見圖17）。

2.2 多功能單點吊機（見圖18）

設計的多功能單點吊機的出繩方向非常靈活，有垂直向上或向下、水平出繩等，配有水平移動的旋轉滑輪，可在以多功能單點吊機為中心的180°扇形平面內任意布置吊點位置而不需移動單點吊機，為設備布置提供了極大方便。

它設有過載保護、行程開關、防脫繩裝置。單點吊機設備可單控，也可多臺集中控制運行（集中控制運行不少于16臺）。燈光設計人員可以任意組合這些單點吊機，同時，配置與單點吊機分離的燈光專用組合燈架。組合燈架配置有拆卸方便的調光回路、直通回路、DMX512信號回路、數字燈控制回路、網絡控制插口掛件。燈光專用組合燈架，可懸掛數字化燈具、柔光燈、天幕燈、電腦燈和光束燈及LED燈等設備。

燈光專用組合燈架可以根據需要組成不同的結構造型。鋁合金組合燈架（350×350）共360 m，其中3 m 100根，2 m 20根，1 m 20根。鋁合金方頭40個；鋁合金彎頭30個。圓形鋁合金燈架（300×300）直徑8 m、3 m各1套。流動轉接盒50個。 配備相應數量的尼龍吊帶、吊鉤、抱卡及配重棒，提供給使用這個演播室的節目編導、燈光設計人員、舞美設計人員充分的創作空間和自由度，以利于他們最大限度地發揮想象力和創造力。

2.3 電動上收纜系統（見圖19）

為配合這種新穎的吊裝方式，配備了獨具特色的上收纜系統。自適應力矩調節式電動上收線纜盤，通過單獨的力矩電機控制反向纏繞端子接線式收線盤。

力矩電機是一種具有軟機械特性和寬調速范圍的特種電機。這種電機的軸不是以恒功率輸出動力而是以恒力矩輸出動力，具有軟的機械特性，可以堵轉，當負載轉矩增大時能自動降低轉速，同時加大輸出轉矩，當負載轉矩為一定值時改變電機端電壓便可調速。但轉速的調整率不好，因而，要在電機軸上加一測速裝置，配上控制器。利用測速裝置輸出的電壓和控制器給定的電壓相比，來自動調節電壓，使電機穩定，并使可控的電纜不受力。電動上收纜系統有機械和電子限位裝置。電機控制電纜的升降（最大升降高度18 m），并且上收纜系統有上、下限位，要求電纜與燈架連接處在運動或靜止狀態下所受力不影響電纜使用安全、性能及壽命。燈架上升時力矩電機通電工作，經減速機放大轉矩帶動卷筒旋轉收卷電纜。隨著卷繞直徑增大，力矩電機自動降低轉速并增大輸出轉矩，從而保證收攬線速度與燈架升降速度同步并保持收攬張力恒定，燈架下降時力矩電機電動勢不變，燈架拖拽電纜產生大于電機正向轉矩的反向轉矩，通過棘輪和磨擦裝置使卷筒反轉，同步釋放電纜。另外，收纜器根據每個桿的調光號來定，每桿6個號，每個號需3芯6 m2電纜，六個號需18芯6 m2扁纜，加一對網絡信號線和機械燈控制纜，需一個收纜器。3個吊點一個收纜器，共設計45個收纜器。

電動上收纜系統的提升機與單點吊機之間能做到同步運行。電動機設有應急供電方式，一旦遇上控制失靈，可使用其他電源運行。所有電動提升機械裝置及燈光用電設備均應符合國家現行演播室及劇場有關電動機械吊裝裝置安全規定、電氣使用和控制安全的規范、規定。設置專門裝置，使電機在運行時，電纜盡量不受力，防止與設備層摩擦。每套上收纜含6路調光回路；4路獨立DMX信號輸出口；1個網絡輸出口。

通過流動轉接盒將上收纜系統上的調光回路和控制信號轉接下來，每個流動轉接盒上輸出6個調光回路、4路獨立的DMX信號（并聯兩路輸出）、1路網絡信號。輸入端為2個9芯插座（調光回路）、19芯圓形信號插座（4路獨立的DMX信號）、1路網絡信號。流動轉接盒與燈架配接快捷、靈活、方便。盒體上各種標識明顯。

電動單點吊機控制系統1套，此控制系統與電動水平吊桿控制系統及電動上收纜系統在同一控制系統內，這樣便于操控人員的統一控制。

2.4 吊掛控制系統設計

本演播室配備性能可靠的變頻調速控制系統，控制系統工業總線采用閉環冗余式設計，安全可靠、技術先進、使用簡潔、便于維護。操作控制終端可為電腦控制臺和掌上控制器及流動筆記本對系統進行控制。電腦控制臺控制軟件圖形化操作界面（與演播室實際吊桿、燈具布置圖紙一致），直觀易用。

控制系統集中控制同時運行的提升機不少于16臺（演區左右各運行8臺）。380 V/3相優質電動機及配套減速器。控制系統采用位置閉環控制，可以檢測出吊桿升降的高度和燈具角度，吊桿位置和燈具的動作可以預先設定，電腦控制臺可自動控制吊桿升降到指定位置。各個吊桿位置可按場景記憶和調出。系統中配備進口變頻器，吊桿運動速度可調；6臺吊桿和燈具可以集控，也可以按不同的速度和方向同時運動，滿足布光需要。吊桿和燈具單臺控制誤差為±3 mm，多臺吊桿或燈具集控誤差為±5 mm。

控制系統具備返錯功能：電源過壓、欠壓、電機堵轉、缺相、過流等故障信息以及吊桿高度、限位狀態等運行參量能返送回電腦控制臺，使操作人員能及時了解系統運行，操作方便。控制系統配備嚴格的防誤操作功能。

控制系統設置應急操作按鈕，遇到系統失控時，能夠迅速切斷吊掛系統電源。電動單點提升系統有機械和電子限位裝置。設有上、下限位及超位停車裝置。設置防沖頂及防滑機構，電動機上設置有安全可靠的制動技術措施。

設有防止鋼絲繩亂繩、疊繩、松繩措施；設有斷繩情況下的安全應急措施。燈桿下降時遇上布景或障礙物便自動停車。電動機設有應急供電方式，一旦遇上控制失靈，可使用其他電源運行。

以往燈光人員使用TRUSS架吊掛燈具時，總要拉臨時電源線來給燈具供電，臨時電源線隨TRUSS架升降很不方便，需要耗費不少人工。有了電動上收纜系統，燈光人員將流動轉接盒掛在TRUSS架上，與上收纜插接就可以了（見圖20）。而且電動升降很方便，便于調整燈位，方便布光。

綜上可見，新的設計較之傳統的固定吊桿方式布光更加靈活，加上先進的力矩電機和控制系統，使用更加可靠、靈活和便利。在此基礎上可以吊掛各種燈光吊桿，適應不同演出空間的要求，是演播廳燈光吊掛系統的一大進步。

劉志光，中央電視臺技術制作中心制作部燈光技術工程師，新臺址工藝辦公室演播室燈光系統技術負責人，曾負責和參與過許多大中型電視演播室燈光系統的設計。

A Probe into Lighting System Design of CCTV Large Studio

LIU Zhi-guang
(China Central Television, Beijing 100859, China)

2000 m2studio of CCTV’s new building is exemplified to deal with the feature and vantage about lighting design.

studio; design of lighting system; lighting hanging system; suspender; point hoist; control system

10.3969/j.issn.1674-8239.2012.07.002

（編輯 張冠華）