解析Clay Paky Sharpy光束电脑灯

文/[美]迈克·伍德 编译/施 端 审校/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

本次考察按这样的流程进行：从光源开始，沿着光学链依次展开测试工作，并以光输出结束考察。笔者尽可能客观地进行测试工作，以便读者可以依据这些信息对灯具做出准确的判断。笔者测得的数据都基于生产企业提供的受测灯具（见图1）。对该款电脑灯进行测试时，该灯均在115 V、60 Hz的电压下运行，但该灯的额定电压范围为120 V～240 V、50/60 Hz。

笔者提示：读者应根据该灯的用途来看待这些数据。如果按普通电脑灯的要求来评估该灯的性能，可以像往常那样看待这些数据；但如果把它当作一台效果灯具，诸如光通量等数据就显得不是那么重要，对于这类效果灯具而言，真正吸引观众的是其光束效果。

1 光源

Clay Paky公司为该灯配置了飞利浦公司的MSD Platinum 5R光源（见图2），该光源的电弧极短——仅为1 mm，尤其适合该灯使用。电弧短就意味着其他部件也可以做得很小（主要针对开孔而言），而且依然保持高效率。Clay Paky公司无疑将极其狭窄的光束确定为Sharpy光束电脑灯的首要目标，所以，它采用二向色性镀膜的一体化反光镜产生的峰值型光分布。由于光通量高度集中，在光路中插入小型图案后，光通量不会有太多的损失。MSD Platinum 5R光源在160 W功率（实际额定功率为189 W）下运行时，额定寿命为2 000 h。

尽管该光源更换起来不如最近许多灯具采用的速装（FastFit）光源方便，但是也不至于太困难：首先卸下外壳，拧掉两颗螺丝，再移走散热风扇，用于固定光源的金属片便显露出来。然后，就可以轻松地拆下这个由光源和反光镜构成的组合部件，并在原位置安装上新的光源。图3展示了已安装到位的光源，在其上方有一个散热风扇。由于反光镜的焦距很短，因此，位于出光口附近的旗形调光片、隔热镜（hot mirror）与图案轮彼此之间紧挨着。图4是笔者从顶部观察到的光源、隔热镜与转轮情况，还可以看到一个小吹风机，它引导空气通过隔热镜与光闸区域。对于像MSD Platinum 5R这一类没有附加散热护套的光源而言，灯具应具备良好的散热系统，这一点非常重要，为此，光源组件的面板上装有一个温度传感器，以使灯具的温度保持在合适的范围之内。

图1 Sharpy光束电脑灯

图2 光源

图3 光源所在位置

图4 光源与转轮

图5 调光曲线

图6 色轮

2 调光与频闪

下一个部件是调光/频闪装置。这个装置是一对典型的边缘呈锯齿状的双开旗形片，每一片旗形片由单个电机控制，用于遮挡光线。

鉴于该灯的用途与其他灯具不同，这可能会改变读者对其调光性能的看法。如把它当作一台普通的电脑灯，该灯的调光性能很差，而且在光束中呈现出十分明显的花纹。该灯的调光曲线也是笔者曾经见过的最奇怪的调光曲线（见图5），由图可见，只有当DMX输入值降到50%，光输出才开始直线下降。光强度的峰值分布使这一问题更加严重，这是因为只有当旗形片的闭合幅度超过一半时，它们才能挡住一部分光线。该调光装置无法实现渐变的、微妙的调光效果。然而，作为一台以投射平行光束见长的效果灯具，当用作频闪的装置与图案轮结合使用时，其表现十分出色。笔者测得该灯的频闪频率的范围为1 Hz ～ 12 Hz，除了能营造出有规律的频闪效果以及随机的频闪效果，还能营造出脉冲的频闪效果。

3 色轮

紧随旗形调光片之后的部件是色轮。在色轮上有14个固定式二向色性滤色片，外加一个空白。可以通过一个快速释放磁耦合装置来更换整个色轮，但色轮上的滤色片是无法更换的（它们都粘贴于色轮之上）。色轮上所有开孔的形状都为圆角梯形，而二向色性滤色片的形状为梯形。色彩之间仅有一小段狭窄且不透光的挡片，因此，色彩的变化几乎是连续不断的。图6展示了该色轮的外貌，表1列出了色彩的透射率。

由于该灯发出的白光的色度坐标远离黑体辐射轨迹，无法测得相关色温，尽管那只是特殊光源和隔热镜的组合，笔者曾测试过其他类似实例的色温约为6 700 K～7 500 K。在光路中分别插入CTO 2600与CTO 1900色温校正片后，测得相关色温分别为2 950 K与4 200 K；而插入CTB 8000色温校正片后，白光的色度坐标再度远离黑体辐射轨迹。

该灯的色域宽广，但由于光源光谱中缺少红色光谱，红色效果欠佳，不过其他色彩的饱和度都很高，笔者尤其喜欢其中的湖绿色。两个色片之间的间隔十分狭窄，因此，即便色轮非常靠近焦平面，半色效果依然相当不错。

表1 色彩的透射率

由于色轮的尺寸小，色彩的更换速度非常快，色轮的旋转速度也很快，可营造出脉动的彩虹效果，十分有意思。表2为色轮的主要参数。

色轮旋转与色彩更换都十分平滑，没有察觉到抖动现象。

4 图案轮

该灯只有一个固定式图案轮。该图案轮与Clay Paky公司早期生产的灯具中的一些图案轮有些类似，都是在一块大的不锈钢薄片上蚀刻17个图案。如同色轮一样，该图案轮更换起来很容易，但上面的图案是无法更换的。这种结构使图案轮拥有薄、小、轻的特点——该灯定位精确，与主功能相比其他功能都是次要的。图7展示了该图案轮的外貌，为了说明图案轮的大小，笔者在其旁边放置了3枚硬币，从上自下分别为1欧分、1美分与1便士，无论读者最熟悉哪一枚硬币，笔者相信都会认为这个图案轮相当小。其最小的圆形图案的直径仅为1 mm左右。

与色轮一样，图案轮也很轻，因此，旋转速度非常快。当缓慢旋转时图案轮也表现得十分平滑，没有抖动现象，定位十分精确。表3为图案轮的主要参数。

对于较大图案而言，该灯的调焦性能很一般，中心与边缘的成像质量存在很大差异。如上所述，该灯采用的光学系统最有利于投射狭窄光束，并可确保在离图像中心1/3范围内图像的高清晰度，位于中心部位的小型图像看上去十分清晰。透镜配有消色差组件，因此，色差降到了最低限度。

图8展示了从光源视角观察到的情况，可以看到旗形调光片、色轮以及最小的图案，该图案位于中心位置，也恰好位于反光镜的焦点处。

表2 色轮主要参数

表3 图案轮主要参数

图7 图案轮

5 棱镜与柔光片

柔光片是可变动的。整个柔光片可以切入/移出光路，然而，整个光束并非总是充分均匀柔和的，只有当柔光片位于适当的位置时，它才能充分柔化光线。尽管它不是柔光镜，但的确起到了柔光的效果。

可旋转的棱镜也安装于柔光片所在的装置上。对于一台光束效果灯具而言，棱镜是其关键部件，因此，Clay Paky公司在此添加了一些额外的配件。此棱镜为八棱镜，棱面对称，可投射出充分分离的图像，对小型图案而言更是如此。笔者测得棱镜切入/移出光路需时1 s，在切入状态下，棱镜旋转速度的调节范围很大，可从42 r/min一直降到0.04 r/min（即旋转一周需时25 min），最慢时几乎察觉不到它在旋转。

上文提到柔光片与棱镜安装于同一装置之上，该装置在电机的驱动下可沿光轴前后移动，经棱镜投射出的8束独立的光如同花瓣一样开闭自如，起到了变焦作用。图9展示了该系统运行时的某一瞬间，图的左半部分是该装置位于后部位置（紧邻图案轮），而图的右半部分则是它在向输出透镜方向移动。

8 从光源视角看到的情况

图9 棱镜的移动

图10 线性传动装置

6 透镜与光输出

该灯采用了3块镀膜透镜，都位于灯具前部，可把其分为两组：其中一组透镜可前后移动，起到调焦的作用；另一组固定不动，作为光输出透镜。所有透镜的孔径都要比开孔尺寸大，因此，非常适合用来投射光束角极其狭小的光束。这些大尺寸透镜由如图10所示的两个线性传动装置驱动，在这两个装置的驱动下，透镜能以合适的速度做精确的线性运动，全程需时1.5 s。

现在进入光输出的测量。该灯的光束角极其狭窄，这给测量工作带来一些难度。笔者使用的测量方法需要灯具在屏幕上投射一个直径为3英尺（约1 m）的有效光斑（照度值不小于最高照度值10%的范围为有效光斑）。对该灯来说，即使在40英尺（约12.2 m）的射距处也得不到直径为3英尺（约1 m）的截止光斑（照度值不小于最高照度值3%的范围为截止光斑）。对于大部分电脑图案灯而言，光斑角（圆形有效光斑的直径两端与出光口中心点连线所形成的夹角）与截止角（圆形截止光斑的直径两端与出光口中心点连线所形成的夹角）的大小基本相同；但对于该灯而言，由于其光强度分布曲线的中部十分陡峭，这两个数据相差很大。笔者以截止光斑为测量对象，进而计算出该灯在有效光斑状态下的射距（射距为91英尺，约27.8 m）与光输出。顺便提一下，笔者工作室内的最大间距连40英尺（约12.2 m）都不到，更不用说91英尺（约27.8 m），所以，只好到夜幕笼罩下的室外进行测量。笔者在街道旁投射灯光，并设置了测试目标，而且还跑到邻居家屋前的草坪上进行测量。

图11为该灯在40英尺（约12.2 m）射距处的光强度分布曲线（光闸完全打开，横坐标标到截止角为止），可见，该灯的截止角约为4.4°。但是可以看到在中间位置有一段十分陡峭的尖峰，也就是说，该灯的光斑角度数（光斑角为1.8°）还不到截止角度数的一半，而半峰值角（圆形半峰值光斑的直径两端与出光口中心点连线所形成的夹角为半峰值角，照度值不小于最高照度值50%的范围为半峰值光斑）约为0.8°。图12也为该灯在40英尺（约12.2 m）射距处的光强度分布曲线，只是该图的横坐标标到光斑角为止，这样有利于笔者计算出光斑角的真正大小。然后，就可以计算出该灯的有效光通量（有效光斑范围内的总光通量为有效光通量），其数值略大于4 000 lm。由于最高照度点偏离光中心，光强度分布曲线看上去略微有些怪异，但这不会对光输出的计算带来太大影响。笔者认为光源的安装位置直接影响着光强度的分布状态。

图11 光强度分布曲线（到截止角为止）

图12 光强度分布曲线（到光斑角为止）

现在该回到本文开头所谈到的问题：该灯的亮度是否令人满意？这个问题的答案取决于读者对灯具的预期用途。该灯在亮度方面的表现很一般，但是作为一台以投射窄光束为主的效果灯具，笔者认为其表现得相当出色，通常很难把那么多的光通量聚集到如此狭窄的光束角内。

在以上的测试过程中，光闸始终处于打开状态。把一个小型图案插入光路中，投射出的光束才称得上是真正的狭窄光束。最小的图案插入光路后，光束大小变为原光束的10%（截止角约为0.4°）。笔者在40英尺（约12.2 m）射距处测得光斑的直径为3.5英寸（约9 cm）——几乎为平行光线。

在对如此狭窄的光束角进行调焦时会产生十分有趣的现象：光束会在空中形成一个交叉点，在该点附近光束先收缩然后再扩展出去；在缓慢调焦的过程中，可以看到该交叉点沿光束前后移动。这种视觉效果相当不错，在烟雾弥漫的环境中视觉效果更佳。Clay Paky公司宣称已为该光学系统申请了专利。

7 水平旋转与垂直旋转

该灯可水平旋转540°，垂直旋转250°。笔者测得水平全程旋转需时2.5 s，180°水平旋转需时1.25 s；垂直全程旋转需时1.5 s，180°垂直旋转需时1.25 s。如果因碰撞使灯具发生错位，水平旋转与垂直旋转系统中的光电编码器可使灯具重新定位。笔者测得水平与垂直方向上的定位精度均为0.32°，即在20英尺（约6 m）射距处的偏差为1.3英寸（约3.3 cm）。水平旋转与垂直旋转都十分平滑，所有电机也都相当不错。图13展示了包括编码轮与传感器在内的垂直旋转系统。

图13 垂直旋转驱动系统

8 噪声

与其他电脑灯一样，风扇是该灯最主要的噪声源。只有中速水平旋转与调焦过程中发出的噪声略大于风扇发出的噪声（见表4）。

表4 噪声水平

9 复位/初始化时间

该灯从接通电源到完成整个初始化程序需时55 s，运行时的复位程序需时42 s。在复位方面该灯表现得十分出色，首先灯光亮度渐渐降低直至切光，然后进入复位程序，最后灯光再渐渐亮起直至回到原先状态。这两段时间都很长，但从好的一面来看，光源能够利用这两段足够长的时间冷却下来，并且当恢复供电后，光源在灯具初始化的过程中就能被再次触发。

10 电源、电子设备与控制

该灯在115 V、60 Hz电压下稳定运行时，电流为2.59 A、功耗为301 W、功率因数为0.98。当所有电机同时运行时，峰值功耗为320 W。

该灯的控制电路与电机分布于整台灯具之中，并用一根数据总线把它们连接起来，现在几乎所有的制造商都采用这种布局方式。图14展示了顶盒内部的各种部件，里面除了有电池（在灯具未接通电源时，该电池可为菜单系统供电，以便用户设置系统参数）外，还有一个电源与一块主电路板。图15展示的是一块主电机驱动板，它位于一个灯弓臂内，此处始终处于低温状态，因此也就成为安放主电机驱动板的最佳位置。外壳很容易拆卸，灯体内部的各种部件也很容易接触到。

图14 顶盒内部的各种部件

图15 驱动板

图16 显示屏

图17 接口

Clay Paky公司为该灯配置了一块图形液晶显示屏与控制键，以便用户设置参数，所有常用功能都可通过菜单进行设置（见图16）。如上所述，在灯具未接通电源时，可由电池为其供电。

顶盒的另一个侧面是一块接口面板（见图17），上面除了有Powercon电源接口与Ethercon以太网接口外，还有5针与3针的DMX512 XLR接口。这6个接口为一整套Neutrik接口。

11 灯头结构与维护保养

该灯具的灯头结构与其他电脑灯的灯头结构非常类似：脊骨式机架，其上装有各种可拆卸的模块，由注塑外壳把它们封闭起来。维修与清洁应该不成问题。图案轮与色轮借助轮毂上的磁铁固定在合适的位置，很容易就地更换这两个转轮。要恢复到原先状态略微有些难度，但是只要稍加训练都能做到。笔者再次特别提示：该灯的外壳上贴有一张标签，上面标明了该灯与被照对象之间的最短距离。对大部分电脑灯而言，这段距离通常为几米，然而对于这台电脑灯来说，这段距离应达到12 m（窄光束带来的结果）。Clay Paky公司宣称，为使该灯适用于小型演出场所，他们正在制作一个安全的中性密度滤光片。

在笔者看来，Sharpy光束电脑灯是一台十分有意思的效果灯具，以投射强劲的狭窄光束见长。飞利浦公司的MSD Platinum 5R光源在这台灯具中表现得十分出色，在一定程度上提升了灯具的性能。

笔者希望本文能提供有价值的信息，让读者更好地了解该灯的特性，并使其在演出中得到充分的应用。