舞台照明光源概述

引言

随着国家和社会的发展,目前,在舞台行业中,电脑摇头灯的应用有爆发的趋势。电脑摇头灯是舞台照明的主力,它可以完美表现出导演、灯光师要表现出来的各种效果。发展到今天,电脑摇头灯功能越来越多,光效也越来越出色,因此,灯光师会根据不同电脑灯的特点,在舞台上布置不一样的摇头灯再组合应用,把舞台的表现力渲染到深入人心。针对舞台灯的光源来讲,目前主力光源基本上是分为两种:高压汞灯、LED光源。

1高压汞灯

高压汞灯是目前舞台灯光应用的主力,原因在于,它是目前几乎唯一能实现舞台光束效果的光源。这种光源主要是由灯芯以及反光杯组成,灯芯主要是由电极以及里面的稀有气体组成,在正常工作的时候,内部的工作压力达到200个大气压左右。

目前1000w以下的光源基本上是厂商将灯泡与反光杯一体化组合设计完成的,整体的发光焦距基本控制在31~60mm范围内,球泡发光聚焦弧线超短,由于发光起点小,也称为"点光源"。

由于高压汞灯具有体积小、重量轻、光谱全、低功率、高光效的优点,加上灯具的旋转和反应速度快,因而它在舞台上能形成十分强烈的空间造型的灯光效果。不过它也是有一些缺点的:灯具的输出极度聚焦,光斑不大,铺光区域小:另外,一些固有的物理特性使得它的焦距较短,因此,灯具在输出颜色的时候,灯泡强烈的光能有一部分会通过颜色片垂直循环反射回灯泡中心灯杆或者灯引线、球泡的位置,引起灯泡的导丝、球泡、钼片等关键位置热度升高,使灯泡承受更大的压力。如果程度严重,有可能会影响灯泡的使用寿命,甚至导致灯泡使用不良。

高压汞灯的工作原理略显复杂。不同于其他光源,直接通电即启动,高压汞灯需要高压击穿来帮助启动,因此,它需要一个电子镇流器来进行点火及控制。当镇流器点火的时候,它会产生高压输出,这个高压加在球泡的电极两端。这两个电极之间的距离很近,通常为1mm左右,所以它们之间有很强的电场。在强电场的作用下,两个电极之间的气体被击穿,从而产生辉光放电。辉光放电产生了大量的电子和离子,这些带电粒子会激发稀有气体进行卤素循环,而卤素循环又会刺激电极之间再次产生放电,并很快过渡到两个电极之间的弧光放电。在灯泡点亮的初始阶段,是低气压的汞蒸气放电,这时管压是比较低的,大约25V左右,此时放电电流很大,为5~6A,称为启动电流。低压放电时,放出的热量使管壁温度升高,汞逐渐汽化,汞蒸气压和灯泡电压逐渐升高,电弧开始收缩,逐步向高气压放电过渡。当汞全部蒸发后,管压开始稳定,进入稳定的高压汞蒸气放电。

灯泡从启动到正常光输出工作需要一段时间,通常为10min左右。在正常工作的时候,镇流器作为一个恒流源,不断维持球泡的整体功率。球泡内部则是持续稳定的卤素循环以及电极之间的放电,从而输出稳定的光。

灯泡熄灭关灯以后,不能立即启动。因为球泡熄灭后,内部还保持着较高的汞蒸气压,要等内部冷却,汞蒸气凝结后才能再次点燃。冷却过程需要5min左右。在高汞蒸气压下,灯泡不能重新点燃,是由于此时电子的自由程很短,在原来的电压下,电子不能积累足够的能量来电离气体。

另外,高压汞灯本身的特点为灯具产品的设计带来了难度。

(1)光源球泡内部充满了稀有气体,在正常的工作中,为了维持正常的气体循环,内部的物质一定要保持在一个合适的温度范围内。因此,灯具里面的光源箱体的散热设计,一定要达到光源球泡的内部温度范围,这样的散热设计是需要技巧的。一般来讲,需要专门的散热器对着灯芯来进行散热,但散热的程度需要符合一定的温度范围。另外,由于灯头会转动,这就意味着不同的角度,球泡热量分布也是不一致的。在光输出不一样的情况下,反射回来的能量也会对球泡里面的热能有严重的影响。因此,散热设计上要兼顾各种角度、各种状态下的球泡情况,最大限度上令球泡正常工作。

(2)灯芯上,球泡以外的其他位置是其他材料结构。这些材料因其物理特性会有最高温度的限制,超过上限温度的话,将有损灯泡的寿命,可能会提前烧坏灯泡。

总而言之,在整体灯具结构如此紧凑的情况下,散热结构的空间也极度有限。而在这种散热结构下,需要顾及各种方向、各种状态、多个位置上的温度表现,为灯泡的散热设计带来了比较大的难度。

2LED光源

目前,在LED光源的成本越来越低同时效率也很高的情况下,越来越多的厂家开始选用LED光源制造舞台灯具。不过,由于LED光源是面发光的光源,发光面积大,因此,它无法取代高压汞灯实现光束的效果,它只能实现其他舞台效果。

LED光源有以下特点:

(1)亮度高、效率高。它可以保证人物的照度和视觉基本要求,照射光线均匀,对舞台进行整体照明效果更好、效率更高,提高了舞台照明的均匀度,大大减少了灯具的使用数量。

(2)显色性好,色彩还原度高。能满足各类节目的摄影直播要求。而且,由于LED光源的荧光粉可以定制,因此,可以根据需求达到用户想要的显指效果。

(3)防眩光、光线柔和。色温一致,发出的光线柔和、无炫光,确保人物视野效果,尤其在一些有演员和运动员出席的舞台或场合里,他们的视线经常向上,如果灯具产生炫光,会直接影响他们的正常发挥,而LED光源就可以避免这种状况。

(4)节能环保、无辐射。LED属于冷光源,节能省电、光线质量好、温度低,把手放在灯头上都感觉不到什么热量,没有紫外线与红外线等强辐射光,寿命平均长达50000h以上。

(5)调光无频闪、抖动现象。由于LED光源的阻抗特性,因此它可以轻松实现0~l00%线性调光。同时,LED电源结构简单,技术成熟。

目前,市场上主流的LED光源大概有以下几种模式:

2.1LED灯珠

LED灯珠基本上就是一粒或者几粒LED芯片组成一个LED灯珠系统。它与普通民用照明的LED灯基本雷同,但是功率会更大。灯具厂家在灯珠的基础上进行焊接并自主进行散热以及其他光学设计,可以实现各种组合,灵活性高。

2.2C0B光源

C0B,chiponboard的简称,C0B光源将裸芯片用导电或非导电胶粘好在互连基板上,然后进行引线键合实现电连接。应用在舞台光源上,C0B有一个很大的特点一一体化整合,一个C0B光源足以组成一个舞台灯具的光源。另外,由于目前工艺水平的不断发展,C0B光源的紧凑性也在不断提高。虽然不能像灯泡那样实现点光源发光,但是它的"小面积"发光特性,也可以实现类似光束的效果。

2.3LED模组

LED模组是LED厂家完全整合的设计。LED供应商一体化完成LED光源、散热以及光学设计,灯具设计师只要把这套模组装入摇头灯具里,再加上适当的功能即可。在这种组合里,光源系统由于是LED供应商提供的,因此它的光热稳定性有保障。另外,光的输出效果能保持一致性,并不会因为光学器件的容差而有所区别。如上所述,LED光源具有寿命长、易设计、高效输出这些特点。同时,由于LED光源的物理特性,灯具可以做成各种各样的外形,从而实现某些特殊的效果,例如LED光源的摇头灯,就是舞台灯具上一个必不可少的补充。

3结语

高压汞灯和LED光源是目前舞台摇头灯里最流行的两种光源系统,两者基本上占有了舞台灯市场99%的份额。两者各有优缺点,针对的应用场景也不一样,没有办法完全互相替代。在未来的一段时间里,若没有革命性新光源的出现,这两种光源还会是舞台照明的主力,继续为舞台事业发光发热。