隨著半導體技術的迅猛發展,LED燈具以其高光效、低能耗、長壽命、多功能等技術優勢在照明行業掀起了革命性浪潮。LED在公共照明領域已經得到廣泛的認同和運用,在影視照明專業也同樣引起了積極的關注和響應。對比分析LED燈具與傳統影視燈具的性能特點,了解探索LED燈具在影視照明領域的應用規律,對我們做好影視照明工作有著積極意義。結合近年來浙江廣電集團在LED燈具運用的實踐體會,我們對LED燈具在影視照明領域的應用提出以下特性分析。
(一)?照度
對影視照明的燈具而言,照度是我們第一個要求考量的特性。相比于傳統鎢絲聚光燈,照度不夠一直是LED燈最大的問題。燈具照度低、作用距離近也是過去LED燈具不被業內認可的最主要原因。但隨著LED元器件發光效率的不斷提升,LED燈具的實用照度一直以驚人的速度在趕超傳統燈具。我們2005年第一次使用90WLED小型聚光燈,2米距離的照度不及聚光燈系列中最小功率的500W燈具。但到2007年,我們選用散光型LED變色燈,雖然只有136W的總功率,但在白光及各種色光的照度上都不輸給常用的1000W地排燈了。到了2009年,浙江廣電集團電視演播化改造后的音樂廳選用了紅綠藍三色燈珠組合而成的450WLED燈,在組合白光、色光功能上都強于2000W鎢絲聚光燈和1200W金屬鹵鎢燈光源的電腦染色燈。到了2010年,在浙江廣電集團180平米復式新聞演播廳用了100W、200W白光LED燈具,在白光照度上已經相當于傳統1000W、2000W鎢絲聚光燈了。
一旦突破了大功率、高亮度的技術瓶頸,LED燈具在色光、節能等方面的優勢才能得以全面的發揚光大。
表一:LED柔光燈與傳統柔光燈(三基色冷光燈)照度比較
燈具類型 | 色溫 | 2m 距離照度 | 4m 距離照度 | 6m 距離照度 | 8m 距離照度 |
220W三基色冷光燈 | 3120 k | 380 lux | 130 lux | 68 lux | 52 lux |
330W三基色冷光燈 | 3140 k | 580 lux | 160 lux | 96 lux | 64 lux |
100W LED 柔光燈 | 3050 k | 1000 lux | 320 lux | 180 lux | 110 lux |
100W LED 柔光燈(加柔光片) | 3000 k | 840 lux | 260 lux | 130 lux | 80 lux |
100W LED 柔光燈(加蜂窩罩) | 3050 k | 770 lux | 300 lux | 150 lux | 90 lux |
表二:LED聚光燈與傳統聚光燈照度比較
燈具類型 | 色溫 | 2m 距離照度 | 4m 距離照度 | 6m 距離照度 | 8m 距離照度 |
1000W 傳統聚光燈 | 2770 k | 3300 lux | 1200 lux | 620 lux | 430 lux |
2000W 傳統聚光燈 | 2900 k | 7300 lux | 2500 lux | 1100 lux | 610 lux |
100W LED 聚光燈(單色白光) | 3050 k | 3600 lux | 1220 lux | 700 lux | 410 lux |
200W LED 聚光燈(單色白光) | 3050 k | 5900 lux | 1800 lux | 880 lux | 520 lux |
450W LED 聚光燈(三色混白 ) | 6500 k | ? | ? | 1600 lux | 840 lux |
(二)?色光
早在LED技術剛剛涉及影視照明領域時,LED燈具細膩優質的色光功能就讓人震驚,當然,當時的價格也是高得讓人震驚,只是由于功率小照度低,實在無法與傳統燈具相匹敵,才未能引起足夠的關注。而現階段,當照度不成問題后,LED燈具在色光變換上的優越性是傳統燈具無以倫比的,有著壓倒性的優勢。
對于以白光為主的單一顏色光源的傳統燈具,無論是鎢絲燈光源聚光燈、散光燈、光束燈,還是金屬鹵化物光源的電腦燈,要想產生色光,都是采用在燈具的輸出光線通道中加色紙、色片的方式。各種色紙、色片的透光性有高有低,但原理上是一種減色法疊加,要想產生非光源本色的色光,必然要以吸收部分光譜成分、降低有效光通量為代價。而用于變色的LED燈具通常采用多顆紅綠藍三色(或更多色)燈珠的合理排列,通過開啟不同原色燈珠合成不同效果的色光。由于LED燈具色光產生是一種加色法混合,所有燈珠產生的光通量都有效地轉化為實際光效,不存在打出色光效果后的無效吸收、減損。
從“表三”可以看到, 1000W地排燈在白光時還是亮過LED燈,但加上色紙后,就比不過加色法混合的LED燈了。
相比于傳統燈具,LED不僅在色光的光通量實際效用上有明顯提高,產生色光的種類也更為豐富,色別的精確度更為細膩。除了加配CMY混色功能的高端的電腦燈,其他傳統燈具無論是燈具前加裝換色器還是光源前加玻璃色輪,一臺燈能產生的色光一般只有7至11種。而以紅綠藍三原色或更多色燈珠組合而成的LED燈具,在對各顆燈珠精確的電子控制下,不同種類的純色光以不同亮度的加色法混合,便能線性地產生任意色光效果。
再者,色紙、玻璃色片都不可避免地存在褪色現象,尤其是色紙,幾個鎢絲聚光燈就算同時加上同一批次的色紙,也會因為燈具間光斑聚焦精度的差異引起色紙褪色程度的不同,從而影響色光色別的一致性。電腦燈中的玻璃色片雖然比聚光燈前的色紙抗衰性好很多,但金屬鹵化物燈管在使用過程中會出現亮度和色溫的降低衰減,實際工作中,同一型號的電腦燈打出的色光也會因燈管的使用時間不同出現色光的一致性差異。在色光的穩定性上,LED燈具在色光發光原理上就解決了這個問題,只要在燈珠正常使用壽命(標稱都是上萬小時)內是不會出現任何衰減變化。就目前我們使用的情況,也沒有出現過LED燈有色光衰減的現象。
所以,從色光的亮度、多樣性、穩定性比較,LED燈具都非常明顯地優于傳統燈具。
表三:LED變色燈與傳統散光燈的色光照度比較
燈具類型
|
顏色 |
色溫 |
1m 距離照度 |
2m 距離照度 |
4m 距離照度 |
1000W 鹵鎢燈管地排燈
|
白光 |
2790 k |
8500 lux |
2500 lux |
900 lux |
談紅 106 |
1600 k |
2000 lux |
640 lux |
180 lux |
|
中綠 603 |
2200 k |
3100 lux |
1100 lux |
270 lux |
|
原色藍 804 |
11500 k |
770 lux |
220 lux |
64 lux |
|
金橙 404 |
1750 k |
4600 lux |
1400 lux |
350 lux |
|
玫紅 205 |
2290 k |
3100 lux |
970 lux |
260 lux |
|
136WLED 變色燈 |
三色混白 |
7200 k |
7100 lux |
2000 lux |
450 lux |
單色紅 |
1600 k |
2000 lux |
500 lux |
150 lux |
|
單色綠 |
8700 k |
4100 lux |
1200 lux |
350 lux |
|
單色藍 |
40000 k |
2800 lux |
950 lux |
450 lux |
|
混色橙 |
1980 k |
5900 lux |
1650 lux |
510 lux |
|
混色玫紅 |
6700 k |
3200 lux |
900 lux |
300 lux |
表四:LED聚光燈與傳統聚光燈的色光照度比較
燈具類型
|
顏色 |
色溫 |
6m 距離照度 |
8m 距離照度 |
2000W 石英鹵鎢燈泡聚光燈 |
白光 |
2900 k |
1100 lux |
610 lux |
談紅 106 |
1610 k |
210 lux |
130 lux |
|
中綠 603 |
2250 k |
380 lux |
240 lux |
|
原色藍 804 |
19000 k |
80 lux |
52 lux |
|
黃 504 |
1920 k |
840 lux |
510 lux |
|
金橙 404 |
1770 k |
480 lux |
300 lux |
|
玫紅 205 |
2300 k |
350 lux |
210 lux |
|
雷登 82 |
4800 k |
200 lux |
130 lux |
|
450WLED 聚光燈 |
三色混白 |
6500 k |
1600 lux |
840 lux |
單色紅 |
1600 k |
550 lux |
300 lux |
|
單色綠 |
5600 k |
1000 lux |
600 lux |
|
單色藍 |
40000 k |
250 lux |
150 lux |
|
混色黃 |
1700 k |
1520 lux |
980 lux |
|
混色橙 |
1750 k |
650 lux |
400 lux |
|
混色玫紅 |
2800 k |
580 lux |
320 lux |
三)?顯色性
? 在評價一種光源的品質好壞時,除了經常提到的發光效率,還有一個重要的顯色性感念。光源的顯色性(Color Rendering Index)是指在某種光源照射下,物體各種顏色的還原再現情況與該物體在標準晝光照射下呈現的色彩效果的相近程度,是一個0到100%的比較值。光源的發光光譜越接近于標準晝光的連續光譜,該光源的顯色性就越好,也稱顯色指數(Ra)越高。
表五:不同光源的主要性能比較表
光源 |
發光效率( lm/w ) |
色溫( k ) |
顯色指數 (Ra) |
真空白熾燈 |
7-10 |
2000-2800 |
97-99 |
充氣白熾燈 |
10-15 |
2000-2800 |
97-99 |
鹵鎢燈 |
20-30 |
2800-3200 |
97-99 |
普通熒光燈 |
30-40 |
5000-6000 |
65-75 |
三基色熒光燈 |
50-80 |
3200-5500 |
85-90 |
鏑燈 |
70-80 |
5500-6500 |
75-85 |
氙燈 |
40-50 |
6000-8000 |
90-95 |
高壓鈉燈 |
90-110 |
1800-2200 |
20-25 |
LED |
70-100 |
3000-6000 |
70-90 |
表中列舉了常見光源的顯色指數,可以發現,不同光源的顯色指數差別很大,但在一般的日常生活中,我們并沒有感覺出光源顯色性高低對我們觀察判斷物體顏色有很大影響,這主要是因為人眼具有色覺守恒的視覺特性。人們一旦形成了對某一物體顏色的認識,會產生一種對該物體顏色的認識定式,會自覺地修正由于照明條件改變造成的物體顏色再現的偏差。
相比于發光效率、功率照度、色光等看得見測得出的顯性指標,光源的顯色性很容易被忽視淡忘。但在影視照明專業,顯色性必須引起高度的重視。在電視節目制作中,攝像機成為觀眾感知事物的信息傳遞者,而攝像機對光線感知特性與人眼有很多的不同,其中攝像機對光源光譜成份的嚴格量化讀取是與人眼在色光感知方面最大的差別。只要有稍微的光譜成份變化,攝像機就能在電視屏幕上對應地反映出物體顏色的再現變化。所以高壓鈉燈雖然有著很高的發光效率,但過低的顯色指數使高壓鈉燈無法用于影視拍攝。
LED燈具之前沒能在影視照明領域得以認可,除了照度不夠,另一個關鍵欠缺就是顯色指數不高。以前LED的白光技術不過關,以紅綠藍三色或多色混合的合成白光,由于在可見光譜段上的不連續分布,顯色性不夠好?,F在LED在顯色性上已經有長足的改進,但就目前的技術水平還是無法達到傳統鎢絲燈與太陽光譜的接近程度。雖然已經能夠用于影視照明,但LED顯色指數的進一步改良是我們必須持續關注的重要指標。
(四)?耗電量
當照度還不能滿足影視照明基本要求時,LED燈無論有多低的耗電量,多好的節能效益,我們都不為所動。但隨著LED發光效率不斷提升,尤其是單顆功率不斷創新高,以及集成工藝的越來越好,目前LED燈的實用光效已經與傳統燈具不相上下了。在功能用途可以相提并論的時候,能耗的高低自然成為大家關注的重點。尤其是在全球大力推廣節能減排、綠色照明的大環境下,一場以更為環保節能的LED燈具替代高能耗傳統燈具的綠色革命正在全球范圍蓬勃展開。相比于大規模民用照明領域,低耗節能在我們影視專業雖然沒有表現得那么關鍵,但節能環保意識的豎立培養對今后事業發展還是至關重要的。仔細算一筆能耗的帳,也會驚喜的發現,LED真的能帶來巨大的電能節約。
另外,由于LED耗電量低,用于電力傳輸的電纜線徑可以大大減小,整個燈光系統的配電容量可以大大降低。再者,由于LED燈具工作時的熱量產生低,還能帶來演播廳與之配套的空調系統的低配置要求。所以,LED燈具的低功率、低熱量還能帶來一系列配套成本的降低。
表六:浙江廣電集團音樂廳LED燈替代傳統聚光燈用電比較
?
|
傳統 2KW 聚光燈 |
450WLED 搖頭燈 |
節省電能 / 費用 |
數量 |
60 臺 |
60 臺 |
? |
總功率( KW ) |
120 KW |
27 KW |
93 KW |
每周工作 32 小時 |
3840 KW |
864 KW |
2976 KW |
一年工作 1664 小時 |
199680 KW |
44928 KW |
154752 KW |
一年電費( 1 元 / 度) |
199680 元 |
44928 元 |
154752 元 |
百分比 |
100% |
22.5% |
77.5% |
表七:浙江廣電集團180平米演播廳LED燈替代傳統燈具用電比較
?
|
傳統燈具
|
LED 燈具
|
節省 電能 / 費用 |
||||
?
|
330W 三基色冷光燈
|
1KW 聚光燈
|
2KW 聚光燈
|
100W 柔光燈
|
100W 聚光燈
|
200W 聚光燈
|
|
數量 |
38 |
18 |
12 |
38 |
18 |
12 |
?
|
功率 (KW) |
1.254 |
18 |
24 |
3.8 |
1.8 |
2.4 |
?
|
總功率 (KW) |
43.254 KW |
8 KW |
35.254 KW |
||||
每天工作 8 小時 |
346.032 KW |
64 KW |
282.032 KW |
||||
每月工作 240 小時 |
10380.96 KW |
1920 KW |
8460.96 KW |
||||
一年工作 2880 小時 |
124571.52 KW |
23040 KW |
101531.52KW |
||||
一年電費( 1 元 / 度) |
124571.52 元 |
23040 元 |
101531.52 元 |
||||
百分比 |
100% |
18.5% |
81.5% |
(五)?安全性
對于大批量使用高功率燈具的影視照明工作,消防用電安全一直是大家時刻警惕的事情。大功率鎢絲燈和金屬鹵化物燈工作時產生的大量熱效應會使燈體處于高溫狀態,工作時必須保持燈具與易燃物品足夠的安全距離。長時間大功率用電也會引起系統電力線路上的老化發熱現象。高溫燈體和發燙電纜線都是傳統光源下影視照明主要的安全隱患。
而LED光源由于具有非常好的光電轉化效率,消耗的電能幾乎全部轉化為光能,熱效應很低,從源頭上解決了燈體高溫的問題。高光效帶來的低功率也使得供電線路的低負載,當然線路安全性就好。在用LED燈具替代傳統地排燈、光束燈、聚光燈后,我們在對布質、木質等易燃材料打光時就安心多了。當然,LED燈具工作時也不是一點熱量沒有的,控制電路等也會產生一定的熱量,長時間點亮,燈體還是會有一定溫度的,安全用燈的警惕性還是時刻不能放松的。
另外,目前LED燈具的燈體制作工藝普遍優于傳統聚光燈。電子產品封閉式的構架使得LED燈具防護等級大多能達到IP 65。相比于傳統聚光燈,LED燈具的使用安全性有很大的提高。
(六)?控制方式
傳統聚光燈使用中主要通過輸入電源電壓的變化來控制光線的強弱,而LED燈具在提供基本電源后,是通過DMX512信號實現各項性能變化控制的。從燈具的控制方式看,LED燈具更像是電腦燈,DMX512信號容量的大規模增加是LED替代常規鎢絲燈后對燈光控制系統提出的最明顯要求。220V直通供電方式、大容量DMX512信號傳輸回路、大容量多功能燈光控制臺將構成今后電視演播廳燈光控制系統。
(七)問題和不足
LED燈具在顏色、節能等方面的卓越特性大家有目共睹,但在影視照明領域進一步推廣應用還是有不少問題和不足,有待于進一步改進和提高。
首先,高成本、高價格是制約LED迅速推廣使用的關鍵因素。相比于傳統鎢絲燈、三基色冷光燈幾百、一千左右的售價,LED燈動輒幾千、上萬的價格,的確難以大規模購買。雖然仔細算一筆長遠的使用維護成本,LED一次性投入長久享用的模式可能比經常要換燈泡、色紙的傳統燈具要合算。但LED燈具剛剛入市不久,理論上的長壽命、高效率還沒有得到實際使用時間的真正驗證,一次性過大的投入還是會讓人很多用戶猶豫不決。
第二,LED燈具的顯色性還是大家最為擔心的問題。雖然目前主流品牌的LED燈具基本上達到了80以上的顯色指數,但大量廉價LED燈具生產商為追求利益,常常會忽視顯色性這個不易迅速驗證的隱形指標。由于沒有一個統一可信的標準值要求,一句“LED燈顯色指數低”就很容易否定LED燈具在影視照明領域的進一步推廣運用。
第三,不同廠家LED燈具在顏色、亮度等光線品質上難以達到統一的數值。不同于傳統燈具,燈具可以由不同廠家生產,但光源是用戶二次購買加裝的,只要認準統一品質的光源,不同廠家的燈具是可以產生相同品質的光效的。而LED燈具光源和燈具是一體的,燈具的光效完全由出廠時的狀況決定,同樣的紅光,可能因為紅色LED管芯批次的不同、電路設計的不同、燈具工藝水平的不同,最后打出的紅光會存在色別上的差異。標注功率值相同的燈具,也會因為驅動電路設計的不同,亮度上出現差別。所以,分批購買的不同廠商、甚至同一廠商的LED燈具,在亮度、色度上都難免存在細微的差別。
第四,相比于傳統燈具,LED燈具與其說是一臺燈具,更確切地應該是一個電子產品。高集成化的燈體使用戶很難進行一些燈具故障的預判和常規維修。故障的突發性難以預見,什么時候會出現問題你不知道,出現了故障一般你也修不了。使燈具在穩定性和故障檢修上對產品本身的質量和廠家的售后服務的依賴性很高,這也是LED燈具用戶普遍擔心的問題。
第五,由于核心技術是一種電子產品,LED燈具的更新換代速度一定會比傳統燈具快很多,這又往往會使用戶不知所措,難以把握合適的購買時機。如果高價買來的燈具,不多久就面臨更新更好的替代品,那會是怎樣的沮喪心情啊。
LED技術代表著節能環保、綠色低碳的發展趨勢,在影視照明領域,LED燈具目前雖然還處在發展完善階段,但憑借其獨特的原理性優勢,必將逐步取代傳統鎢絲燈具。作為電視燈光專業工作者,及時了解LED燈具工作特性,對我們電視節目燈光制作具有十分重要的現實意義。借助于LED燈具的技術優勢,充分發揮燈光藝術創作積極性,為廣大電視觀眾奉獻畫質一流、富有藝術感染力的電視節目是我們每一位電視燈光工作者的神圣使命。
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