河南led灯批发联盟

舞台设计学习——舞台灯具技术的发展与趋势

中祺光电 2018-09-07 17:40:26


舞台灯光与音乐、布景、服装、道具、化装等相互配合,让观众享受完美的舞台综合艺术。舞台灯光起初只是用于舞台照明,调节光的明暗度和照射距离,现在发展到明暗变化、动感图案、多彩图案、3D立体等效果。灯具的功能和控制技术在不断创新进步,传统模拟控制已被数字化、智能化、网络化的控制所替代。为了达到安全、高效、节能、降低成本和丰富多彩的效果,舞台灯具不断创新和优化,采用新的光源、灯体结构和光路设计等。本文主要从灯体结构、舞台灯光源与光学特性、控制技术等方面介绍舞台灯具的技术发展历程和发展趋势。

        1 舞台灯结构的发展

        舞台灯具按照光学结构可分为投光灯具、散光灯具、效果灯具三大类。投光灯具包括各类聚光灯、柔光灯、追光灯、回光灯等。能发出定向光并能控制光区范围,一般是用折射原理,通过透镜投出不同的光斑。散光灯又称为泛光灯,漫射光线柔和、均匀,可作为影视表演或观众席的背景照明。广泛适用于舞台脚光、天幕、衬底布光或染色,用来做辅光和顶光。主要包括散光灯、天幕灯、演播室冷光源等。舞台效果灯可以投射出多彩光束效果、各种所需图案,提供现场灯光频闪效果,可以实现混色、旋转彩虹、频闪、雾化、柔光、重影、自旋和色彩校正等多种特效,还可以用于人物和景物各方位照明。效果灯具包括光束灯、成像灯、频闪灯、激光灯、投景幻灯、天幕效果灯、电脑灯等。不同光源、不同功能的灯具其内外结构都大不相同,以下从灯体内外结构两个方面进行叙述。

        1.1 灯体外部结构

        舞台灯具结构决定了其机械性能、散热、强度、噪声、重量等要素。随着光源和机电控制技术的发展,灯体结构也在不断变化,其外观专利也是最多的。最初,火焰类舞台灯具功能不多、结构简单,多为铜质金属结构。电灯的简洁高效使得舞台灯光束、色彩和图案丰富多彩,如回光灯采用组合式金属反射器,具有射程远、照度高、光质硬的特点;光束灯的独特小口径杯泡设计和精确的焦距定位,使得其光效利用率极高。传统舞台灯具功能较多、体积大,为减轻重量,后来采用塑料外壳,内部则根据受力要求,采用钢、铝合金等材料。千瓦以上的舞台灯具的材料主要有钢材、塑料、铝合金。在考虑满足灯具的总体功能的前提下,设计灯的结构模型,分不同部位,采用不同的材料。LED光源使得舞台灯结构发生很大变化,体积小、温度低、噪声小,安装和控制更加方便。

        随着现代工艺技术的发展,灯体机械性能越来越好,主要体现在不变形、耐磨损、耐腐蚀、抗震、抗压等。室外灯还有防水、防尘、防静电、防潮等要求。

        1.2 灯体内部结构

        早期舞台灯具是直线光,但经后人对光路的设计,发明出了各种不同光线路径的灯具,例如,利用反射原理制成了反光灯、利用透镜的聚焦原理制作成聚光灯等。电光源时代使舞台灯具的光路发生了重大变化,从最初的调节光通量的大小到改变灯具光的颜色,再到改变灯具的图案和通过切割光斑来变换不同图案,其内部结构也变得越来越复杂,功能更加强大。三大类灯具中,效果灯具功能最多、最复杂,也最能体现舞台灯光的技术。图12是目前常用的舞台效果灯具光路原理结构示意图,按光传播方向,由光源、透镜、CMY色片、光圈、图案盘、色片盘、棱镜、调焦透镜、雾化镜以及镜头等组成。光圈用于调节出光量的大小;图案盘是一种上面刻有图案的金属或玻璃,两个电机分别控制图案片切换和图案片的旋转;色片盘的驱动原理与图案盘类似;调焦透镜用于调节焦距;而雾化镜用于产生均匀和柔和光斑的效果。如今的LED舞台灯具已不再使用色片盘,因为其采用灯内几种基色的LED不同亮度配色来产生舞台需要的各种色光。

图12 光路原理结构示意图

        2 舞台灯控制技术发展

        实现舞台灯光丰富多彩的效果,需要有精密灵巧的控制机构和相应控制。从手工到机械控制,到近代的机电控制,再到现在的计算机与网络控制,控制技术在不断变革发展。

        2.1 机械控制

        火焰光源时代的蜡烛、油灯和汽灯的控制大都是人工方法和机械式调节。17世纪的萨巴提尼调光器是利用绳子移动遮光罩在光源上实现对光源明暗度调节,在电气时代,长期采用变压器调压,但是一般都用人工控制,速度慢、设备笨重、效率低,因此机械式调光效果差、耗费人力。

        2.2 机电控制

        电光源时代后期,电子技术发展迅速。舞台灯控制也趋向于电子化,初期电子控制是模拟的,如图13,为早期的电阻调光器,虽然能够弥补机械调光耗费人力的缺点,但效率低、精确度不高,不适合大型表演舞台。随着数字集成电路的出现和发展,数字化的控制技术逐渐应用在灯光舞台上,图14是早期的可控硅电子调光器,后来采用三极管线性调压,目前大部分采用高效三极管PMW调压。图15是第一个使用DMX512传输协议的控制台, 它可以同时控制自动灯光设备和调光器[21-22]。图案盘、色片、调焦和光斑切光片等大大增强了舞台灯功能,都是机械和电子一体化的控制装置,含有机构、电机和电子电路。调光台一般采用单片机控制,很多采用嵌入式单片机,高端电脑灯控制台多采用功能更加强大的PC级主板,比如intel i5系列。

图13 电阻调光器

 

图14 电子调光器

 

图15 调光台

        2.3 计算机和网络控制

        计算机产业正在以惊人的速度发展,使用以太网和TCP/IP作调光控制意味着拥有大量现成的低价且众多的网络产品和软件资源,例如,交换机、电缆、光纤和无线连接产品以及远程控制和监测技术。传统灯具使用DMX512协议来控制,主要规格是每路传输512个通道,速度是250 kb/s。DMX512在灯光行业内一直表现优良,但是随着现在灯具的通道数量越来越多,已经超出了预期。为了克服DMX512的局限性,Artistic Licence公司提出了基于以太网技术的Art-Net控制协议。这使得单根网线上可以传输多个DMX数据链。Art-Net与传统的DMX512相比较,能获得最直接的利益是传输带宽、传输距离、可靠性和双向通信等功能的实现。这意味着在一个网络里可同时连接的设备更多,且连接的距离更长,网络传输控制协议使调光控制质量和可靠性更高,双向通讯使设备的远程监测和控制更有效,因而构筑大规模可靠的调光网络成本更低。这是以现代计算机网络技术为支持的必然结果。

        3 舞台灯发展趋势

        随着材料、控制和智能化等现代科技发展,舞台灯光技术也不断进步,采用更加节能的光源,灯具小型化、舞台效果多功能化、控制智能化和网络化。虽然LED舞台灯的照明效率和寿命得到很大提高,但是不断探索新的光源是舞台灯光源今后最重要的研发方向,2009年美国夏洛特将量子点的涂料涂在蓝光LED上,制成了世界第一个实验室的、能发射出全光谱的量子点LED灯泡——QLED灯,效率可达90%,QLED光源具有很大的发展潜力。舞台灯小型化是发展方向,如今舞台灯具由于功能多,大都体积大且较笨重,但是随着集成电路技术的发展,舞台灯具的各种部件也将向小型化发展,最终也将会出现轻便小巧的便携式舞台灯具。

        舞台效果需求也促使舞台灯具向多功能化发展。集合多种功能于一体的灯具是一个发展方向,在一些小型应用场所可以方便使用。为了能够自动视觉追踪,可以利用如今的图像处理技术,通过高频采集图像数据并对图片进行比较,从而实现对舞台上角色的追光。虚拟现实(VR)技术也能方便消费者通过网络虚拟舞台灯具的效果而实现对舞台灯具效果的体验,从而便于客户选取灯具。

        舞台灯具趋向于智能化和网络化,可通过移动终端如手机、平板电脑来进行检测和控制。灯光师只要通过移动终端控制相关灯具,并查看灯具发出的效果是否达到预期而进行相应调节而无需亲手操作。通过互联网监控,可以实现多台舞台灯的监测管理,达到统一、实时、有效控制。技术人员可以通过云技术及时采集灯具的大量运行参数分析,便于对灯具状态跟踪、维护和设计。


(来源:蒋伟楷,彭颖茹,林永强,唐露新《舞台灯具技术的发展与趋势》)