综艺演播厅绿色光源改造探讨
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作者:丁建平 张春凤 沈广宇 朱世英
[摘要]以嘉兴市广播电视集团630m2演播厅为例，探讨电视台演播厅绿色光源改造方法及灯光布置特点和优点。
[关键词]演播厅;改造;绿色光源;LED-COB聚光灯;高色温;平均照度;垂直照度;光斑直径
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.04.002
引言
嘉兴市广播电视集团（以下简称“嘉兴台”）630m2综艺演播厅自1999年建成以来，基本照明光源一直使用的是2kW～3kW石英卤钨泡，灯具是3动作螺纹聚光灯。其间，因为采购了LED大屏，用传统3200K调节白平衡不能较好地再现大屏素材色彩。根据当年实际情况，在螺纹灯具上加雷登82，提升照明光源色温的方法来平衡演播厅视频设备、电脑灯、追光等色温。这种方法最大的缺点是对灯具照度损失太大。为满足摄像机光圈值达到足够画面景深，只能在原来灯具基础上加装多台3kW螺纹聚光灯做基本照明，这样的结果是用电量的大量提高，造成重复浪费。
2017年，秉承少花钱、多办事的原则，嘉兴台对630m2演播厅进行光源改造，希望达到绿色照明、绚丽光效、景深真实、再现色彩完美、拍摄画面通透的效果。
1绿色光源以及灯具的选择
为达到绿色照明，光效、画面上乘的效果，目前有两种类型的灯具可以替代原来的卤钨灯灯具，分别是金属卤化物智能灯具（电脑染色灯）和LED大功率COB聚光灯等灯具。
1.1电脑染色灯的特点
（1）光斑大而均匀，光斑可控性强。
（2）照度可控性强，调光线性好。
（3）一灯多用，投光角度多。
（4）显色指数偏低，一致性高。
（5）色温一致性高。
（6）噪音比较高。
（7）因需要DMX 512控制台对其各种功能进行通道控制，灯具再次启动时经常出现逃位现象，对灯光布置相对稳定的舞台区域或观众席来说，显得特别不方便。
（8）耗能较高。
1.2LED大功率COB聚光灯的特点
（1）根据演播厅大小，有效光斑、投光距离可以要求厂家单独调整，方便灯光布置，减少灯具数量。同一款灯具，可以设置不同的有效光斑和投光距离，很好地满足舞台和观众席两个区域不同的布光要求。
（2）照度可控性强、调光线性好。LED大功率COB聚光灯调光过程色温变化较小，优于传统的卤钨灯灯具。温度变化对LED大功率COB聚光灯色温有一定影响，优质的灯具色温随温度变化波动极小，长期工作产生的色温变化很小，稳定性好。
（3）专业用LED大功率COB聚光灯显色指数普遍较高，显色指数996，专业厂家生产的灯具显色指数一致性高。
（4）根据实际使用需要，要求其DMX 512控制通道单一。也就是说，手动调焦为佳，避免灯具再次启动时出现逃位现象。对灯光布置相对稳定的舞台区域或观众席来说，方便程度与传统卤钨灯灯具相同。
（5）LED光源使用寿命长，用电量低，更符合绿色照明要求。
（6）相比电脑染色灯，产生的热量少，噪音低。
比较以上两种光源灯具的优缺点，放弃噪音大、易跑位的电脑染色灯，选用LED大功率COB聚光灯（图1）替代传统卤钨灯灯具。小型新闻或访谈类演播厅以及虚拟演播厅有LED大功率COB聚光灯应用案例，而把它用在600m2以上综艺演播厅做绿色光源（面光）使用，少有案例。这就要求根据其特性，在选择功率、光斑直径、光衰允许度、不同区域布光方式、满足老旧摄像机对照度要求、灯光系统的扩展性、前瞻性等问题上一丝不苟，不出差错，才能圆满完成本次光源改造任务。
2判断和挑选灯具的原则
2.1摄像机照度要求
满足老旧摄像机（1999年sony950）的照度需求，是对LED大功率COB聚光灯的最基本要求。
2.2平均照度和垂直照度
嘉兴台630m2演播厅面光灯具灯位与舞台人物脸部的距离约10.5m。根据厂家提供的理想光学指标，求出灯具实际投光距离10.5m的平均照度以及垂直照度是判断灯具是否符合要求的重要依据。
2.2.1平均照度
以某厂家提供的灯具理论数据为例，光学指标一般有最聚角度和最散角度的照度值。最聚角度时，平均照度很高，但光斑直径小;最散角度时，光斑直径足够大，而照度值小。
根据图2的理想光学指标，已知该款灯具最聚光时，8m距离光斑直径约为2m，平均照度为3534k。10m距离灯具平均照度值为2190lx，求10m时，该款灯具的光斑直径。
设照度1=3534lx，r1=R1/2=1m，照度2=2190lx。根据公式：照度1×πr12=照度2×πr2。3534×πR12=219O×πr22，r2=1.27，R2=r2X2=2.54。所以，10m时，该款灯具的光斑直径为2.54m。
现场灯具到演出人物脸部约为10.5m。根据10m光斑直径2.54m，10.5m的光斑直径约为2.62m，求10.5m时灯具的平均照度。
按上述公式，求得10.5m时灯具平均照度=3534/1.312=2065lx。
10.5m的光斑直径为2.62m，对于实际布光来说太小。有效光斑直径为3m～3.5m，其光斑均匀度在可接受范围内。然而，LED大功率COB聚光灯光斑在实际布光接受范围外，光斑均匀度差、照度值衰减也很快，在光斑直徑为4.5m～5m时，只有250lx～50lx的照度值。LED大功率COB聚光灯在光斑均匀度和照度值方面，都不具有传统热光源灯具（石英卤钨泡）那样的良好线性衰减特征。 2.2.2重叠布光照度值及实际重叠布光照度值
根据业内已有的经验，推算热光源石英卤钨泡螺纹聚光灯光斑特性。
（1）当灯具光束角为最聚时，光斑中心照度与光斑平均照度的比值为2.8。
（2）当灯具光束角为最散时，光斑中心照度与光斑平均照度的比值为2.4。
业内经验仅作为参考，根据300w LED-COB螺纹聚光灯现场测试情况来看，取光斑中心照度约等于平均照度的2.2倍，在重叠法布光中，光斑铺设区域的平均照度值近似为：单灯平均照度（2065）×2.2=重叠布光照度值（4543）。考虑到投射角度为45°，灯光光通量有所减弱，重叠布光照度值应为：重叠布光照度值（4543）×0.707=实际重叠布光照度值（3498）。
所以，在图2厂家提供的理想光学指标下，当灯具投射角度为45°、投射距离为10.5m时，光斑直径为3m，实际重叠布光照度值为3498lx。完全满足电子元件老化、灵敏度差、需要提高灯光照度的sony950摄像机对灯光照度的要求。测试出的实际情况是：当照度2800lx时，sonyJ950摄像机光圈值为F4左右，景深相对吻合实际情况。
3重叠光斑布置的优势
舞台表演区与观众区采用不同直径的光斑重叠布置。表演区布光采用直径3m光斑重叠布置，观众区布光采用直径4m及6m光斑重叠布置。因为受资金限制，观众区前区采用4m以上的有效光斑，中后区采用6m以上（实际采用平板灯具）有效光斑。
图3所示为直径3m的有效光斑叠加。光斑重叠后可使水平轴线匕保持亮度—致，布光更均匀，避免照射区域出现黑暗，影响录制节目的画面效果。
根据图4灯位平面布置图，可以清晰计算出需求。LED-COB 300灯具44台，LED平板灯具8台，这些灯具解决人物照明问题。为了电视光效的提高，还选购了BM电脑光束灯具20台，LED染色灯具48台，基本用完70万预算。这样的配置，既满足绿色光源照明问题，又对灯光效果有了一定提高，实际改造效果非常明显（图5）。
4确保人物肤色和素材画面的高品质
色温的国际单位为K（Kelvin），色温值用阿拉伯数字表示。中午日光色温值为5500K，石英卤钨泡螺纹聚光灯色温值为3200K，日出日落时的色温约为2000K，烛光的色温约为1000K。可以发现，色温越高，光色越偏蓝;色温越低，光色越偏红。
白平衡（White Balance）顾名思义白色的平衡。尽管白炽灯和太阳光发出的光谱不同，但是一块白板放在3200K白炽灯下或5500K太阳光下，由于人眼的自动调节作用，看到的都是白色。但是，摄像机的传感器不具有这种适应性。如果摄像机的色彩调整与景物的照明色温不一致，就会发生偏色。摄像机可以经过调节以适应不同高低色温的场景，当摄像机调到高色温时，拍摄阳光下的白板正常，而拍摄白炽灯下的白板则偏黄色。当摄像机调到低色温时，拍摄白炽灯下的白板正常，而拍摄阳光下的白板则偏蓝色。这是摄像机的特点。
为了得到色彩平衡的高质量图像，电视照明灯光要适应摄像机的这些特性，灯具的色温须有一定的稳定性和一致性。在演播厅拍摄时，白平衡就是根据现场拍摄人物面光灯具的色温条件下，通过调整摄像机内部的色彩电路，使拍摄出来的影像抵消偏色，确保肤色再现正常。
4.1演播厅启用时的光源
1999年嘉兴台630m2演播厅启用时，各种光源如下：GQY背投大屏可进行色温调整（2800K～10000K）;百奇575w電脑染色灯色温6000K、百奇1200w电脑扫描灯色温6000K;热光源1K筒子灯具+换色器、2000w石英卤钨泡螺纹灯（人物面光）色温3200K。以3200K色温光源对白，显然只能保证人物肤色再现，其他光源所呈现的素材或光束/图案以及色彩都不准确，都会产生偏蓝现象。
4.2更换P6大屏后的光源
2008年演播厅更换深圳兰谱P6大屏后，各种光源如下：兰谱P6大屏色温3000K～9000K、百奇575w电脑染色灯色温6000K、1200w电脑图案灯色温6000K、2000w/3000w石英卤钨泡螺纹灯（人物面光）+雷登82后色温约3800K。以3800K左右色温光源对白，也仅仅相对平衡了各种光源的色温，在保证人物肤色再现前提下，其他光源所呈现的素材或光束/图案以及色彩再现程度有一定的提高。这种方法的最大缺点是对灯具照度损失太大。为满足摄像机拍摄光圈值以达到足够的画面景深，只能在原来灯具基础上加装多台3kW螺纹聚光灯做基本照明，这样的结果是用电量的提高，产生更多的热能，需要更多的空调制冷量，造成重复浪费。
4.3更换P2.5大屏后的光源
2017年演播厅更换洲明P2.5大屏后，各种光源如下：洲明大屏P2.5色温3000K～9000K;经常外租副屏或彩幕色温6000K～10000K;美术用全彩LED灯带色温4000K～10000K;百奇黄金追光灯具色温5600K;1200w电脑图案灯色温6000K;1200w电脑染色灯色温6000K;LED-COB聚光灯具色温3100K～5600K（选用5600K）。
从上述多种光源的色温来看，以LED-COB聚光灯具色温5600k来调节白平衡是比较理想的，人物肤色、大屏素材、美术材料、LED灯带都有比较完美的再现（图6～图8），达到绿色环保节能、画面光效通透的改造目的。5绿色光源改造方案的效果和扩展性
嘉兴台630m2演播厅照明光源的绿色改造采用较低的成本，保证多种光源色温的一致性和稳定性。使用高色温对摄像机白平衡校正，拍摄效果有了真正意义的提高，人物肤色真实而富有光感，画面通透而绚丽。遗憾的是资金不允许，没能把传统石英卤钨泡螺纹聚光灯完全更换掉，现场还留用一道观众席逆光和部分直播时备份所需要的面光灯具。下一步的改造计划是：追加300w LED-COB聚光灯具以及LED平板灯具;改造演播厅灯光幕墙、灯光吊挂系统、灯具DMX 512信号系统，全面实现节约电能、绿色照明;拍摄人物肤色完美、景深真实;达到舞台美术多样、光效绚丽多彩、画面清澈通透的效果。
结语
本次演播厅绿色光源的改造不仅满足老旧标清摄像机的要求，也同样满足高清摄像机的要求。高清摄像机像素高、图像细腻，电视画面的颜色饱和度高，因此，要求演播厅照度均匀，照度值与标清演播厅类似。规定光圈为5.6时，演播厅综合光的垂直照度≥2000lx。由于电视图像的好坏取决于人物面部的肤色再现，取距离地而1.5m处的垂直照度2000lx作为照度标准值。本次改造项目即使经过时间的考验，LED光源产生一些光衰，也能够确保满足高清摄像机的照度要求。期待嘉兴台高清时代的全面到来，相信绿色光源改造效果将越来越明显。
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