LED燈具混色系統及其調光方案

唐小土

【摘? ?要】 介紹ETC混色系統——X7 System及其相適應的調光方案，分析ETC LED燈具的特點。

【關鍵詞】 LED燈具;舞臺照明;X7混色系統;調光器;光效下降補償;直流調光

文章編號： 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燈具在舞臺的應用，因需要滿足多種功能和效果需求，仍存在一些問題，特別是彩光光源。比如，由于色彩還原性很差，很難準確反映照射對象的服飾、皮膚和化妝等色彩，很難均衡地體現物體的色調;與鎢絲光和日光照明難結合;由于光譜的缺失和不均衡，往往是顏色夸張，照射物體時呈現不自然的顏色，甚至有過度渲染的光效;LED燈具一致性差別大，同一批次的燈具在色彩、色溫上存在很大偏差，使用一段時間后也存在一致性的問題，應用時存在困難。

針對LED光源本身特性上的一些不足，美國ETC公司（簡稱“ETC”）在LED燈具及應用研發上采用不同的技術手段，滿足舞臺照明等不同的使用要求。特別是針對控制對象的不同，ETC在網絡設備和控制臺上加強了控制能力。以下是筆者結合ETC的產品技術做的具體分析。

1? ETC LED燈具的技術特點

1.1? ETC 混色系統——X7 System

LED燈具剛步入舞臺照明領域時，業內為之雀躍，因為終于找到了節能、色彩豐富、使用安全的舞臺燈具。但是投入使用后，燈光設計師發現，LED燈具用于照射人物和舞臺景物時，會顯得單調、灰暗、不自然，甚至虛假、缺乏立體感。這樣與采用鎢絲燈照明的光效不能相提并論。

為何有這樣的感觀？因為大多數傳統的LED燈具只用3種顏色——紅、綠、藍（RGB），也僅有這三種顏色。金黃、深青、深紫色不能從RGB中產生，只能產生近似的顏色，這些近似的顏色在某些應用場所并不符合要求。為了輸出更多的顏色，更多的廠家在RGB的基礎上添加了琥珀色A。可是，在一般的RGBA燈具中含琥珀色的數量太少，不能對顏色起到平衡作用。盡管有些廠家加入白色發光體來增加白色光輸出，某種程度上可改善膚色效果，然而此白光并不能改變燈具顏色。

ETC基于“輸入的顏色越多，輸出的燈光就越好” 的理念，研發了ETC混色系統—— X7 System，添加更多顏色于LED燈光內，在色輪上標上7個點——紅、橙、琥珀、綠、藍綠、藍和靛藍。增加了顏色飽和范圍，大部分由RGB燈具留下的空白之處已被填滿（圖1、圖2），達到適當的平衡。從圖中可以看出，X7 System使RGB所遺漏的飽和琥珀色，甚至紫色、青綠、洋紅和其他鮮艷的顏色也都能呈現出來。

1.2? ETC燈具的種類

從X7 System看，ETC的LED擁有更為豐富的色譜。但是從控制色域來看，一個燈具還需要有輸出所有顏色的能力。為此，ETC根據使用場合，將LED燈具分成幾類，以下描述各類燈具顏色的輸出能力。

Lustr+，中性飽和度色彩，高輸出亮度，適合于面光和側光。

Vivid，高飽和度和明亮的色彩，油畫般的布景及場景的照明。

Fire，暖色調高飽和度的色彩，如紅色、橙色等極致暖色系的色彩輸出。

Ice，冷色調高飽和度的色彩，如藍色、綠色等極致冷色系的色彩輸出。

Daylight，高色溫的白光，取代或者補充傳統HMI高色溫的白光。

Tungsten，低色溫的白光，取代或者補充傳統鎢絲燈低色溫的白光。

HD，可變色溫的白光，2 700 K～6 500 K的可變色溫，更豐富的光譜，更好的還原性。

1.3? 色彩控制模式

ETC LED燈具優點之一是能夠產生更多的顏色。但用戶不想浪費時間進行混色來得到需要的色調。于是，ETC在Selador? Desire系列LED燈具中采用了精密電子控制器件和X7顏色系統。Desire燈具允許按用戶的方式設置顏色，從最基本的RGB輸入到更精確的HSI模式，包括16位元色調控制和一個單獨的白點控制。HSI和RGB模式也意味著Desire燈具可在大多數燈光控制臺上使用撿色器。當與ETC控制臺一起使用時，用戶可以從顏色片調色板選擇想要Desire燈具產生的顏色。如果用戶不能在調色板中找到合適的色調，只需微調一下，就可以得到所需的顏色，從而實現在最短的時間得到更多的顏色。

模式一：在ETC控制臺的撿色器上來選擇，只要兩個步驟就可以完成。第一步，選擇所需要的色調;第二步，選擇所需要的飽和度（圖3）。

模式二：在控制臺的色紙選擇界面上，點擊所用色紙的品牌和詳細的色紙號，燈具就能輸出所需的顏色，這種狀態下能和鎢絲燈完美地混合使用。

1.4? 調光性能

最初，燈光設計師很討厭在舞臺上使用LED燈具，其中一個原因是很難接受其起光時的突變和階梯式的變光等級。這樣的特點和帶調光器的鎢絲燈的感覺格格不入。

ETC在調光技術方面也有擅長之處，無論從過去固定的Sensor，還是現在分布式Smartbar2調光器，都有很好的調光曲線。這點在最新的LED燈具上也得以繼承。從圖4可以看出，無論在最低亮度的等級還是調光過程中的精細程度，ETC都做了精心的設計。

在鎢絲燈調光時，燈具的色溫會發生改變，亮度低，色溫就會變低，這個現象叫“紅移”，燈光設計師也習慣了這種現象。ETC在設計LED燈具時，也考慮了這種現象，并在LED燈具調光時模擬了這個現象。

1.5? 熱量管理

當燈具溫度上升時，光輸出下降，這是其特性決定的。光效下降可導致不如人意的燈光效果，如果這個問題得不到控制，燈具光效下降可能達到最大光強的40%。不同的顏色光效下降比例不同，顏色已經不再是用戶所需要的顏色，色溫也發生很大的改變。費時費力編完的程序，卻因突然間的改變，會影響整個節目的質量。

ETC在燈具設計時就考慮了光效下降補償。

（1）溫度管理

Desire創新的冷卻設計幫助散熱，使燈具可以適應任何位置。D40和D40XT燈具完全采用對流散熱，靜音操作。D60有60個強大的LED光源，采用一個安靜的內部可變速風扇，以冷卻電子部件。

（2）光效下降（Droop）管理

Desire電路測量每種顏色的溫度，據此控制，使得各種顏色亮度一致。

（3）不同環境下的設置

Desire特別的溫度管理設置可直接解決光效下降問題。這些設置易于使用和定制（就在燈具背面），允許調節功率和利用較低的工作溫度，或對更長的工作周期和高溫格外注意。時間間隔較短時，選擇增強模式（Boost）達到最大亮度。在通常操作條件下，選擇常規模式（Regulated），設置恒定輸出的色彩和亮度。在戶外等高環境溫度下，選擇保護模式（Protected）操作。Desire會自動調整功率以確保燈具的安全運行。這些設置在影院、廣播和建筑燈光應用時有很大的不同，燈具在一段時間內必須保持同樣水平的亮度和色彩。

2? 新的調光解決方案——Source Four Dimmer

從色彩理論、調光技術、避免過熱造成的光效下降、成像的品質等幾個方面來看，ETC的LED燈具在舞臺應用中已經不是問題。但是，由于LED光源非連續光譜、白光時的照度欠缺等客觀因素，在一定的階段內，鎢絲燈仍然是最好的白光。提到鎢絲燈，不得不再次回到調光器的問題，那么，ETC在LED燈和鎢絲燈混用時，如何解決鎢絲燈調光器的問題呢？針對此，ETC研發生產了Source Four Dimmer/ES750調光器（圖5）。

2.1? Source Four Dimmer/ES750的技術特點

Source Four Dimmer作為ETC最新一代調光器，采用ES（電子靜音）調光技術。圖6所示是幾種調光器的波形對比。

通過圖6可以看到：現在大量使用的可控硅采用的是截波調光，調光的同時會產生大量的諧波，對外網的破壞很大;而正弦波調光雖然解決了諧波的問題，但是建立在破壞自身設備的基礎上，因為要消掉諧波對自身設備的要求很高，而且在消除這些諧波的同時會產生大量的熱量，這些熱量只能設備本身吸收，所以，正弦波調光器的損壞率會很高。從波形上可以看到，Source Four Dimmer實際上是直流調光，也就是先將交流電轉化為直流電輸出，然后再通過調節波峰值來調節輸出電壓，通過它調光不會造成燈絲的顫抖，調光器本身也不會產生太多熱量。

2.2? Source Four Dimmer/ES750的優勢

（1）靜音。由于調光器本身的靜音以及直流技術帶來無燈絲顫抖的靜音，使得在舞臺空間直接使用變得可能，避免由于大量的噪聲影響節目的正常演出。

（2）無干擾。傳統的可控硅調光存在電網的諧波和空間電磁的問題，對音響系統存在干擾，直流技術解決了這個問題。

（3）即插即用。為安裝、調光帶來便捷性。

2.3? Source Four Dimmer/ES750帶來的性能改變

（1）亮度的提高。Source Four Dimmer采用ES（電子靜音）調光技術，普通230 V交流電源的輸入，以115 V直流電壓輸出（從而可選用110 V的燈泡）。在保證燈泡功率不變的情況下，提高燈泡的電流值以達到增強燈具照度光輸出。圖7所示是115 V直流和230 V交流調光亮度對比。

（2）便捷和節能。Source Four Dimmer隨燈具安裝，本身帶電源插頭和DMX信號口。劇場內不需要分布太多的固定調光回路，節省電纜線，這是一種綠色節能的體現。同時也減少了電纜上的電壓降，提高了燈具的性能（色溫得到保證）。

（3）可操作性。如（2）所述，調光器和LED燈具一樣，對于LED和常規傳統鎢絲燈的混合使用階段，只要布置直通電源和控制信號即可，不需要再考慮在具體位置上調光回路的多少、功率的大小等。

3? 應運而生的遠程設備控制（RDM）和更為直觀的操作模式

如今的舞臺照明，不僅限于常規的可控硅硅箱和傳統燈具，或者僅有的一些電腦燈，這些設備可以在劇場初始建造或者系統設計時完全設定完畢，無需后期更多的臨時操作。當LED燈具和大量即插即用的直流調光器投入使用后，燈具的地址和功能設定會變得很復雜。每次不同的演出就會有不同的設定，特別是彩排的過程中，需要不同的功能時，不可能再安排電工或者編程人員爬上對光梯一個一個地去設置。為此，遠程設備控制（RDM，Remote Device Management）應運而生。

3.1? RDM的好處

RDM是一種新的通信協議，它允許設備通過標準DMX線和燈光控制臺之間雙向通信。設計的最初目的僅僅是為了找到燈具并設置DMX地址而已。但是在后期使用中，發現了更多的用途，如燈具功能的設定、工作狀態的檢查等，這些用途可以節省很多現場人員的工作量。圖8是ETC燈具和控制臺之間的RDM通信工作的圖片。

3.2? 更為直觀的操作模式

如此多的燈具，不像常規燈那樣只要控制亮度屬性即可，除了亮度，還有位置、顏色、圖案等屬性，為此，傳統控制臺的操作模式需要更新，ETC在EOS系列控制臺2.0版本的軟件中增加了一些很有特點的功能。

（1）神奇工作紙（Magic Sheet）

可以按照舞臺的格式在控制臺的屏幕上布置燈位圖（圖9）。這樣一來，免得對著原來文字的操作模式枯燥地工作;也不必盯著現場，看每個燈具的實際變化，燈位圖中的燈具會告訴用戶實際的操作情況;更大的好處在于，用戶可以離線完成CUE編程，到現場稍作調整即可。

（2）共同的語法規則

ETC的新軟件采用命令行的模式，繼承了原來控制臺的傳統，使控制臺盡量包含設計師、編程人員和電工的共同語法規則，避免三者之間的溝通麻煩，共同為藝術表演服務。舉個簡單的例子，如燈光設計想要某個燈的某個色紙顏色，操作人員只要輸入燈號加色紙號就可以。