谈舞台用LED屏的选择——白场色色温、表面特性、电磁兼容性

常世昌，燕 翔，胡慧峰，杨志红，曾智晖

（1. 山西省艺术科技研究院有限公司，山西 太原 030001；2. 清华大学建筑学院，北京 100084；3.赣南艺术创作研究所，江西 赣州 341000）

1 舞台演出用LED显示屏白场色色温

1.1 色温及色彩恒常性

色度图又称色品图，包括了一切物理上能实现的颜色，在色度图上可以用x、y坐标来定量描述色彩。CIE1931色度图是为了规范颜色的测量和表达方法，由国际照明委员会（CIE）于1931年制定，如图1所示，它代表了人眼2°视场的平均特性。为了适应大视场颜色测量的需要，CIE于1964年又制定了适用于10°视场的CIE1964补充标准色度系统。

图1 CIE1931色度图

色度图的中部偏右下位置有一条弧形曲线，称为黑体轨迹也叫作色温轨迹或普朗克轨迹。黑体轨迹上的各点代表不同温度的黑体的光色，温度由接近1 000 K开始升高时，颜色由红向蓝变化。因此，人们就利用黑体对应的温度表示它的颜色。当某种光源的色品与某一温度下的黑体色品相同时，则将黑体的绝对温度称为此光源的颜色温度，简称色温[3]。

太阳光是自然界最主要的光源，人类对世界万物的视觉信息首先得益于太阳光的照射。但是，太阳光的光色不是永恒不变的，早晨日出时的阳光是色温约2 000 K的橙红色，以后随着太阳的升高，阳光的色温也逐渐升高由橙红色到橙黄色、橙白色，中午阳光直射时橙白色的色温约是5 500 K。在阴天云层遮挡太阳时，由于云层对长波光谱的吸收，使得光线色温可高达6 000 K～14 000 K。

人们对周围物体的视觉来源于物体对环境光的反射，但是，无论早晨、中午、傍晚还是晴天、阴天，环境光的光色如何变化，人们看到的红花绿叶依然是红花绿叶；一片无边的雪原，不论是在灰蒙蒙的阴天或是在洒满金色阳光的早晨，人们的视知觉中始终是一片洁白。这种当照射物体表面的光色发生变化时，人们对该物体表面颜色的知觉仍然保持不变的知觉特性，被称为色彩恒常性，如果把人眼看作摄像机，那么人眼的色彩恒常性就相当于摄像机的自动白平衡功能。一般色彩恒常性只在全视野受到某一统一的色彩支配时才会出现[4]即色彩恒常性存在的基本条件，是在人眼视线的大范围内只有一个基础光色（如原野的太阳光是白昼原野的基础光色，学校教室的日光灯为晚间的教室带来基础光色等）。

演出时，灯光师常常用舞台灯光的不同光色变化来表现早、中、晚以及晴天、阴天等剧情中的不同场景，如表现日出时分的场景，灯光师会选用2 000 K～3 000 K色温的光作为基础光（一般是使用面光、耳光、逆光等）；表现中午时分的场景，灯光师会选用5 000 K～6 000 K色温的光作为基础光。假如舞台上有一位身着白色民族服装的牧羊姑娘在演唱，由于色彩恒常性的原因，在3 000 K色温的面光照射下看到的是白色的服装，在6 000 K色温的面光照射下看到的还是白色的服装。

1.2 LED屏白场色色温及与舞台基础光的统一

当舞台上使用了LED显示屏时，显示屏画面中的白色部分就是这个屏的白场色，也是它显示画面的基础色。如果显示屏画面的基础光色与舞台场景的基础光色不一致，人眼视线范围内有两个基础光色同时出现，破坏了色彩恒常性中“在全视野受到某一统一的色彩支配”这一基本条件。两个基础光色同时出现带给观众影响是破坏了舞台画面的统一和谐。

行业标准SJ/T 11141—2017《发光二极管（LED）显示屏通用规范》[5]（以下简称《显示屏通用规范》）中对白场色坐标的定义是“显示屏在显示白场时，对应于CIE1931色度图中的x、y坐标”，其范围见表1。

社会主义国家政治生活的主要任务就是通过政治安排解决经济社会发展中出现的各种矛盾。可以说，协商民主是政治安排的具体体现。如果政治没有安排的能力，那么协商也就不可能，政治只会陷入一种客观法则或者利益博弈当中。与西方政治根本不同，社会主义协商民主不再是一种理论和理想中的状态，而是社会主义民主政治的特有形式和独特优势，是与社会主义实现阶段性和党的群众路线内在联系在一起的生动具体的政治实践，是人类政治文明发展的新阶段。

将表1中的数据对应CIE1931色度图可知，《显示屏通用规范》规定LED显示屏的白场色的色温是9 300 K～6 500 K，相当于室外阴天环境的光色。LED显示屏生产厂商大多依据《显示屏通用规范》，把产品的白场色色温控制在9 300 K～6 500 K，也就是说这样的显示屏显示画面中的白色部分全部都是9 300 K～6 500 K色温的光色。

街头的广告屏是单独显示画面的，广告屏画面中只有一个白场色色温的基础光，广告屏画面给人的视觉感是统一和谐的。因此，《显示屏通用规范》规定的白场色的色温能够为街头的行人观众所接受。

舞台演出时用的显示屏与街头广告屏的区别在于，显示屏是与舞台上演员、道具等相配合共同组成一个画面展示给观众。在演出时出于节目需要，灯光师常常用不同基础光色变化来表现剧情环境，再加入LED屏白场色的高色温，结果常常出现破坏舞台画面的整体美感的现象。例如，图2是赣南采茶歌舞剧院小品《扶贫对象》的剧照，剧照显示屏画面中由于白场色色温控制在9 300 K～6 500 K，使得画面办公室的白色墙壁、白色地面和白色天花板，在舞台演出区的基础色衬托下，看起来呈了青灰色，剧情中舞台上演员所处位置是背景中办公室的延伸，可惜，舞台上的低色温环境光与高色温的显示屏背景极不协调，使背景中的办公室看起来像是与剧情无关的壁画。

表1 LED显示屏的白场色坐标范围

图2 舞台表演区与显示屏背景的基础光色温不协调

如果舞台演出用显示屏基础光色（白场色）能够变化调节，能够与灯光师的意图相配合，就不会出现图2中的不协调现象。

假如舞台剧情中出现“草原牧羊姑娘傍晚回毡房途中的歌舞”情节，这时灯光师会使用3 000 K色温的基础光色照射舞台。作为演出背景的LED大屏应该是以3 000 K白场色来显示画面，舞台整体显示的绿色草原、白色羊群里就都是3 000 K低色温光下的“白”；当剧情中出现“牧羊姑娘冒着风雪追赶羊群的歌舞”情节，这时作为演出背景的LED大屏应该改用6 500 K白场色来显示画面，舞台呈现的漫天白雪和奔跑羊群的白色就应该是高色温光下的“白”。只有LED显示屏跟踪剧情不断地改变白场色，才可能在不同场景中使舞台上的白羊和背景大屏中显示白羊看起来具有“同样的白”。这样，给观众的视觉感就是统一协调的完美画面。

舞台上剧情的场景各种各样，不仅会有早、中、晚、晴天、阴天、风雪天等自然景色变化，还可能有电灯照明、蜡烛照明、油灯照明的不同的室内场景，只有显示屏白场色的色温与舞台场景灯光色温保持一致，才能配合舞台灯光完美地表现出各种剧情的场景。如果LED大屏不兼顾舞台场景灯光的色温，不和谐的场景会使演出效果大打折扣。因此，舞台演出的LED显示屏，白场色的色温应该能在2 000 K～9 000 K连续可调。

图3 光的反射

图4 显示屏背景反射光影响了背景效果

2 LED显示屏的表面特性

2.1 LED显示屏表面的反光性能

LED显示屏的画面是由显示屏的像素灯珠发光产生的，不发光时（如关掉显示屏的电源）依然能看到显示屏，这是由于显示屏反射了周围的环境光才产生了显示屏位置、形状等视觉信息。

所有不发光的物体之所以能够被看到，是这些物体反射了周围环境光的原因。物体对光线的反射有镜面反射和漫反射两种情况。当一束平行光投射到表面光滑的物体上，反射光向一个方向平行射出，这种反射现象叫镜面反射，如图3a所示，如平面镜、平静的水面、光滑平整的金属表面等。由于镜面反射能把平行光沿同一个方向反射，所以反射光线往往比较强。当一束平行光投射到表面比较粗糙的物体上，反射光射向各个方向，这种反射现象叫漫反射，如图3b所示。一般物体的表面都不是平滑的，所以大多数反射现象都属于漫反射。由于漫反射的反射光线射向各个方向，一般较弱，所以不仅能从各个方向上看到物体，而且光线较柔和、不刺眼[6]。

当某物体同时存在镜面反射和漫反射时，如图3c所示，往往会看到物体上有一块被称为“高光”的明亮光斑。高光是一种常见的自然现象，非均质物体表面的高光是镜面反射分量和漫反射分量的线性组合[7]。

演出时，舞台用LED显示屏会受到各种舞台灯的照射而出现反射现象，如果显示屏的反光系数较大，在屏面上就可能出现舞台灯光的反射光斑，特别是追光灯和电脑灯的动态光束在屏面上产生的动态反射光斑会极大地破坏显示屏画面的美感，如图4所示。要解决这一问题，一方面是灯光师要使各种舞台灯的光束尽量避免照向显示屏屏面，另一方面选用的显示屏的反光率要尽可能小。减小显示屏的反光率还有利于提高显示屏的对比度，制造商在减小显示屏反光率时，常常采用对芯片周边采用黑色的封装材料，屏面也采取亚光处理等技术措施等。一些制造商还研发了为显示屏增加遮光檐的方法来进一步减小环境光对显示屏的影响，这种结构减小了来自环境的干扰光（例如阳光）对显示屏的影响；但是会减小显示屏的可视角，不适于在需要较大可视角度的场所（例如有楼座的剧场）使用。

综上所述，舞台用LED显示屏的屏面要避免产生镜面反光，射向屏面光束的漫反射越少越好，尤其要避免高光的光斑。

2.2 LED显示屏表面吸声性能

剧场是提供视、听服务的场所，建筑声学的设计和施工是剧场建设的重要内容。在欣赏节目演出时，观众应该能听到清晰和丰满的演唱而不得出现回声、颤动、共振、聚焦等可识别的声缺陷，这些都依赖于剧场的良好建声性能。

国家标准GB／T50356—2005《剧场、影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》对剧场应具有的建声性能作出了详细规定。GB／T50356的第3.3.1条规定了不同剧种的剧场和不同容积的观众厅应具有的混响时间；第3.3.3条规定，舞台空间应进行适当吸声处理。大幕下落及常用舞台设置条件下舞台空间的中频(500 Hz～1 000 Hz)混响时间不宜超过观众厅空场混响时间[8]。

LED显示屏的安装施工通常是在剧场的内装修完工之后进行的，显示屏面积动辄上百平米，遮挡了舞台一面墙壁，必然会对剧场的建声性能产生影响，因此，建声设计时需考虑LED显示屏对声学环境的影响，要选用吸声性能较好的显示屏使该影响尽量小；另外，舞台上特别要尽量避免使用凹形弧面大屏，使用凹形弧面大屏可能会严重影响舞台声场，破坏声场均匀度，甚至出现声聚焦现象。

鉴于剧场中使用大面积显示屏可能对剧场建声性能的影响，希望制造商能够考虑对剧场用LED显示屏的屏面做一定的吸声设计，可以参考GB／T50356第4.2.5条的规定“主扬声器组后面的端墙应做强吸声处理，其平均吸声系数在125 Hz～4 000 Hz频率范围内不宜小于0.6，125 Hz的吸声系数不宜小于0.4”[8]。总之，舞台演出用的显示屏面对声音的反射率越小越好。

3 电磁兼容性

电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其工作的电磁环境中自身能够正常工作，并且不影响周围其他设备正常工作的能力。电磁兼容性包括两个方面的要求：一方面是指设备自身在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值，也就是EMI（电磁干扰）；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗干扰能力即EMS（电磁耐受性）。

《显示屏通用规范》对LED显示屏电磁兼容性的无线电骚扰限值和抗扰度限值分别引用了GB9254—2008《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》和GBT1768—2015《信息技术设备 抗扰度 限值和测量方法》的规定，两项国家标准的适用范围都是“数据处理设备、办公设备、电子商用设备、电信设备等信息技术设备”。

按照《显示屏通用规范》规定设计生产的显示屏，可以满足街头广告等环境的使用，但剧场演出时，舞台在的电磁环境远比街头广告屏附近的环境复杂恶劣，不仅有LED显示屏，还有各种泛光灯、聚光灯、电脑灯、激光灯等，还有包含无线传声器的大功率扩声系统。演出时，这些电子设备同时工作，各设备中的开关电源、各种数字电路的脉冲电流产生的高次谐波辐射到空间，与无线设备的无线电波混同一起互相影响，或沿电源线路四处流动污染电源的波形。在这样的电磁环境中工作的电子设备如果电磁兼容性能不够好，必然会出现设备之间互相干扰的现象。事实上，演出中LED显示屏干扰扩声系统的现象时有发生，曾有多个演出单位反映，舞台上的演员打开无线传声器时就会出现刺耳的干扰声，而且越靠近大屏干扰声越大、越明显。另一方面，如果显示屏的抗干扰性能不够好，就可能会受其他设备的干扰，使显示的画面出现闪烁、抖动或水纹等现象，严重影响显示画面的质量。

可见针对信息设备制定的电磁兼容性标准不适用于剧场舞台这种复杂的电磁环境，对于在剧场舞台使用的LED显示屏应该有更严格的电磁兼容性要求。

国家标准GB/T19954.1《电磁兼容专业用途的音频、视频和娱乐场所灯光控制设备的产品类标准第1部分：发射》和GB/T19954.2《电磁兼容专业用途的音频、视频、音视频和娱乐场所灯光控制设备的产品类标准第2部分：抗扰度》，它们的适用范围是“专业音频、视频、音视频设备及娱乐场所灯光控制设备”，标准中列出的电磁环境分类中包括有：剧场、演播室、摄影棚等专业演出场所。制造商如果按照GB/T19954.1和GB/T19954.2的要求设计制造的显示屏将更能适合在剧场舞台演出中使用。

4 结语

SJ/T 11141—2017《发光二极管(LED)显示屏通用规范》对LED显示屏白场色的色温（白场色坐标）和电磁兼容性两项参数都已有明确的要求，但是这些现有标准的要求不能完全满足舞台演出对显示屏需要。笔者认为，未来出台的“剧场舞台用LED显示屏规范”中应针对舞台演出的需要及遇到的问题，对舞台用LED显示屏的白场色的色温和电磁兼容性提出新的要求。