解析一款LED灯具——Martin Professional MAC Quantum Profile

原文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

解析一款LED灯具
——Martin Professional MAC Quantum Profile

原文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春1

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

测试一款LED电脑灯，解析其构成、功能、性能及特点。

LED灯具；测评；电脑灯；滤色片

除了光束角非常窄的光束灯之外，要找寻不使用LED光源且灯体小巧或适中的电脑灯变得越来越难了。作为自动化演艺灯光主力军团，250 W、300 W、575 W、700 W气体放电灯的日子似乎屈指可数了。如此迅速的变化，要比笔者所预料的更快，即有许多灯具，例如本文考察的这款灯具，继续使用二向色性滤色片应用于颜色混合和色轮，然而光源则改用白色LED光源。笔者理解其中原因，那些高效的荧光粉转换的白色LED光源毋庸置疑是非常吸引人的，但是对笔者而言它仍然显得不同寻常。在笔者看来，它不是非常合理，但是又不完全确定是什么原因。

本次考察的对象是Martin Professional 公司的产品MAC Quantum Profile（以下简称该灯具），很明显，这款产品瞄准了中高端市场。在这级市场中，先前早已充满了MAC 250、MAC 600以及它们的许多系列产品。对于Martin公司来说，这一直是它非常成功的市场，Quantum系列产品能有助于它继续保持市场优势地位，并将那些非常熟悉其灯具的客户群引导到使用LED光源的灯具上来吗？

受测试灯具（样灯）由Martin公司提供给笔者，见图1。笔者相信这是最终产品前的一个样灯，这个产品2014年底在LDI和PLASA贸易展览会上展示。该样灯没有安装最终的成品软件，所以笔者不能测试几个特性——尤其是RDM，然而所有那些特性都在定型灯具中呈现。

图1 受检测灯具

1 光源

该灯具不使用现成的LED光源模块，而构建它自己的光引擎，即应用90个白光LED，并将它们安装在5个同心环上构成圆形阵列。每一个LED光源的功耗约为5 W，而且在其上面都安装有各自的模塑透镜。那些透镜是被倾斜安装的，而且从阵列的中心向外缘移动，其倾斜角度也将逐渐增大。因此，尽管LED光源本身是被安装在一块平坦的圆形电路板上，但是从这些光源发出的光线将按各自的角度趋向其光轴，获得的结果非常类似于使用常规光源的发射器所产生的结果。图2显示LED光源之上的模塑透镜阵列；可以清晰地看见透镜的中凹形状，而在边缘呈现凸起，中心则显平坦。

在图2中也可看见两只风扇，被用作LED光源的冷却，在光源的背后安置着一个大的散热器。在正常运作中，两只风扇是自动调温控制的，按照需要而渐强或渐弱；用户可以自愿选择使风扇定速运转。

图3显示从LED阵列前方拍摄的一个镜头，提供极佳的运作中LED阵列的视图（照片中LED光源以约1%额定功率运行）。

2 频闪与调光

当然，该灯具没有使用机械调光或光闸；LED光源和关联的驱动器完成它们的所有功能。它具有极好的平滑的调光性能。笔者没有看见闪烁或步进现象，甚至在调光的最低水平范围内下调时也是如此。在测试中，笔者以默认模式运行灯具，灯具提供平方律光输出（这是笔者偏爱的选择）；灯具的配置也提供线性、S-曲线以及平方反比律曲线的选择。图4显示其光输出与标准曲线的良好匹配。笔者测得其PWM速率为3 kHz，这适合于大多数摄影机的使用。其频闪是可变的，其上限为20 Hz，并提供通常的、随机的和各种各样的频闪类型。

3 颜色系统

如上所述，该灯具使用常规的玻璃二向色性滤色片以配置于颜色混合和色轮。借助青、品红和黄色三对滤色片，按照熟悉的运作方式灯具提供减色法颜色混合，滤色片都是蚀刻的二向色性滤色片。每一个色片可由其马达单独驱动，提供非常平滑和可控的颜色混合。笔者看见很少的带状或图形现象。图5显示一对精致蚀刻手指状图案的滤色片，当色片闭合而封盖开孔时可见其图形。

从表1可见，混合色彩的饱和度还可以，正如所预料的，LED光源的红光输出是很少的（荧光粉转换型白光LED提供的深红光输出是相当少的）。其运行是非常快捷和精确的。

在光学链上的下一个，紧接着颜色混合滤色片之后的器件是固定色轮。它配置有6个固定的梯形色片，外加一个开孔。这些色片提供CTO校正以及一系列标准色彩，包括深红和刚果蓝，透射率见表2。

表1 色彩混合

图2 LED光源的透镜和冷却系统

图3 LED光源阵列

图4 调光曲线

图5 颜色混合滤色片

笔者测得该灯具未附加任何滤色片时的色温为6 718 K，而其色质指数CQS为63（CRI为68），在使用CTO校正滤色片时，其色温为3 309 K，此时其色质指数CQS为72（CRI为72）。图6和图7显示这两种情况下灯具的光谱分布。在光学系统中色轮的精准定位，意味着可以获得良好的双色彩效果，在两个色彩之间有明晰的直线分界，如同图8案例中所显示的那样。

图6 未加色片的光谱分布

图7 附加CTO色片的光谱分布

色轮运转是快捷的，色彩变换极快，几乎看不出变换间隔。它也提供慢速、平滑的旋转，只有非常轻微的步进或颠簸现象。

4 图案

光学链上下一个组件是两个图案轮：一个旋转图案轮和一个固定图案轮；旋转图案轮配置有6个可替换的图案和一个开孔，而固定图案轮则配置有10个不可替换的图案和一个开孔。

旋转轮上的图案使用熟悉的卡盘嵌入式系统，如图9所示，而且容易将图案扳出。图9中也显示了每一个卡盘都带有一块磁铁用作灯具初始化时位置校准。两个图案轮都采用快速通道算法以使图案变化的时间最小化，数据见表4和表5。

就该灯具中的马达而言，图案旋转的平滑度和定位精确度是极好的。笔者测得旋转图案的滞后为偏差0.18°，这相当于在20英尺射距上偏差约0.7英寸（或在10 m射距上偏差31 mm）。

图8 双色彩效果

表2 色轮

表3 色轮运转

表4 旋转图案轮

表5 固定图案轮

图9 图案更换

图10 影像质量

图11 图案变形

旋转轮上图案的聚焦质量是非常好的，只有很小的球形像差和枕形失真。固定轮上图案聚焦质量并不是很好，显现增大的枕形失真。图10显示4个被聚焦影像的例子。上左影像是光圈全开时的光束，上右和下左的影像是来自旋转图案轮的两个例子，而下右则是固定图案轮的一个实例。在两个图案轮之间拉动聚焦点以实现变形或变换影像也是可能的。图11所显示的例子就是这种实情。

5 光圈

在光学系统中，被安装在主光学模块内的最后一个器件是光圈，在图12中可以看出其关闭或打开的状态。该灯具光圈可减小其光束尺寸至全光束的13.5%，笔者测得其打开和关闭的时间约为0.3 s，同时将光圈和图案清晰聚焦是不可能的（也没有哪台灯具能做得到）。

6 棱镜

单一的三棱镜被安装在两个光输出透镜之间，运用手臂机械装置可将三棱镜插入或移出光路。图13显示这个棱镜以及机械装置，而图14则显示该棱镜产生的影像分离状况的例子。笔者测得棱镜插入或移出的时间约为0.4 s，而且棱镜一经插入光路就能被旋转，其旋转速度范围从114 r/min降低至极其缓慢的速度。

DMX512控制提供整合各种系统的扩展了的宏通道，其中包括棱镜，以提供预编程效果。

7 透镜与光输出

图12 光圈

图13 棱镜

图14 棱镜的影像分离

当然，Martin声称该灯具替代700 W HID电脑灯的证据是其光输出。它采用通常的三组件透镜系统：两个可移动组件以提供变焦和调焦，以及位于最后的固定的光输出透镜组件。笔者测得所有LED光源都满额运行且不附加任何色片时其光输出为13 523 lm，此时宽光斑角为31°，当灯具被变焦至窄光斑角11.2°时其光输出为13 256 lm，维持光输出几乎不变。这无疑证明Martin的声称是正确的，因为它的光输出完全可以与其他的700 W HID电脑灯相比较。（回看笔者之前的考察报告，在2006年笔者测得MAC 700的光输出约为14 000 lm）。图15和16分别显示在最大和最小变焦时的光强分布曲线。该曲线非常光滑和平坦，如同常见的LED灯具所拥有的分布曲线。其变焦和调焦操作都很好；笔者测得变焦全程需时0.8 s，而调焦则需时1 s（注意：在灯具运行30 min后达到稳定工作温度和稳定光输出时，再测量其光输出——灯具刚通电时，立即测得的光输出要高出约13%）。

图15 光强分布曲线-最大光斑角

图16 光强分布曲线-最小光斑角

8 水平与垂直旋转

笔者测得该灯具水平和垂直旋转范围分别为540°和260°。在默认的“平滑”模式中，水平全程旋转需时约3.8 s，而典型的180°旋转则需时2.1 s。垂直方向250°旋转需时2.6 s，而180°旋转则需时2 s。在“快速”模式中，水平全程旋转时间减少至2.6 s，而垂直全程垂直时间则减少至1.4 s。对于这款相当大的灯具来说，它的旋转速度是很快的。在平滑模式中，笔者测得其水平和垂直旋转的重复定位精度为非常值得称赞的0.03°，这相当于在20英尺射距上偏差0.1英寸（或在10 m射距上偏差5 mm）。水平和垂直驱动马达是大型的，而两相步进电机被安装在灯弓臂的底部，在图17中可见这种装置；图18显示垂直旋转传送带在灯弓臂中的布局。

图17 水平和垂直旋转马达

图18 灯弓臂

表6 声强

表7 功耗（120 V 60 Hz电压）

9 噪声

在平滑模式中，其噪声水平受LED光源冷却风扇所控制，全速运转时的风扇是噪声的最大源头。在这个模式中，仅有变焦产生的噪声明显地超过风扇的噪声。在快速模式中，水平和垂直旋转更为喧闹，尤其是垂直旋转，它会发出令人非常讨厌的哀鸣声。表6中所报告的噪声值是灯具所有LED光源满额运行并达到热平衡时所测量的结果。

10 电参数与复位/初始化时间

该灯具被规定为在120 V～240V 50/60 Hz量程内可自动切换操作。对于本次考察中的测试，它在120 V 60 Hz标称电压下运行，测得的数据如表7。

从冷启动或接到DMX512重置指令起灯具完成初始化全程需时40 s。复位运作进行得很好，在水平和垂直旋转完成直至它们最终定位之后，灯具才逐渐变亮。

11 结构、电子设备与控制

Martin已经开始采用CAN总线标准作为灯具内部通讯。最初它是为汽车制造业设计的，现在也被应用于自动化技术和工业产品，给予很好的支持。在自动化灯具体系内发送相对低速的马达和传感器数据是明智的选择。LED光源和LED驱动器与马达和传感器驱动器一起被安装在摇头中。所有的连接通过CAN总线再返回到灯具置顶盒中的主控制板。颜色和图案系统被安装在容易拆卸的光学模块上，如图19所示。拔掉两个连接器，即电源和CAN总线连接器，释放两个被连接物，因而恰好直接将这个模块提出灯具——给灯具清洁和维修就很简单。图20显示安装了模块的摇头组件。照片中可以看见每一个器件，从后面的LED光源到前面的透镜。（售后服务说明：Martin在其所有产品中都使用内梅花头螺钉紧扣件）。

图21可见，置顶盒内安装有两个电源以及菜单和主电子控制设备。菜单和电子设备如图22和23所示。其连接面板是非常简捷的，只有电源的Neutric powerCON和5针DMX512连接器。

图19 光学模块

图20 光学链

图21 置顶盒

图22 菜单系统

图23 连接器面板

这就是Martin Mac Quantum Profile的概况。它似乎符合该公司的声称，它拥有可与先前产品700 W HID灯具相比较的光输出。它的其他参数实现得如何呢?一如既往，笔者提供这些数据，但是只有用户自己知道该灯具是否适用于自己的演出场所。

（本文编译自美国《L i g h t i n g & S o u n d A m e r i c a》杂志2 0 1 5年3月刊《Martin Professional MAC Quantum Profile》一文，http://www. lightingandsoundamerica.com/LSA. html）

（编辑 张冠华）

Martin Professional MAC Quantum Prof i le

Original / [USA]Mike Wood Translate / YAO Han-chun1
(1. Shanghai Theatre Academy China, Shanghai 200040, China）

A LED moving light was tested, and its composition, function, performance and characteristics were analyzed in this paper.

LED moving light; evaluation; moving light; color filter

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.04.001