大型舞臺燈具的研發(fā)（上）

王宇鋼+劉鳳坤+宋超+朱麟

【摘 要】 介紹兩款金鹵燈光源燈具——固定光束角反射型金鹵聚光燈與菲涅爾透鏡金鹵聚光燈的研發(fā)設計思路，闡述其 舞臺應用及視覺呈現(xiàn)效果。

【關(guān)鍵詞】 舞臺燈具；金鹵燈；光源；研發(fā)；布光；電腦燈

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.01.001

The Research and Development of Large-Scale Stage Lighting （Part 1）

WANG Yu-gang， LIU Feng-kun， SONG Chao， ZHU Lin

（The Central Academy of Drama， Beijing 100710， China）

【Abstract】Introduced two metal halide light source lamps and lanterns ——Research and development design thought of fixed beam Angle of reflective metal halide spotlights and Fresnel lens metal halide spotlights， explained its stage application and visual rendering effects.

【Key Words】stage lighting； metal halide lamp； light source； r&d； lighting arrangement； moving light

目前，隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高，文化產(chǎn)業(yè)也隨之獲得了極大的發(fā)展，特別是科技進步給演出市場帶來了很多前所未有的表現(xiàn)形式，全國各地演藝設施和各類演出大量涌現(xiàn)。眾多演出多樣化、個性化的發(fā)展模式，對未來的演藝設備技術(shù)性與藝術(shù)性的結(jié)合提出了更高的要求。隨著科學技術(shù)的日新月異，越來越多的科技成果被應用在舞臺燈光領(lǐng)域，極大地促進了舞臺燈光事業(yè)的發(fā)展。比如，帶有無級混色功能的電腦燈、具有迅速搖頭功能的光束燈等新式設備，在近些年來都得到了迅速的發(fā)展，并大量出現(xiàn)在戲劇演出、晚會現(xiàn)場、綜藝節(jié)目等多種舞臺上。以往，燈光設計師在藝術(shù)創(chuàng)作時，經(jīng)常會因為燈光設備的技術(shù)限制而妥協(xié)，使得演出的整體視覺效果大打折扣，降低作品的藝術(shù)性。然而，演藝設備的不斷更新、技術(shù)與藝術(shù)的不斷融合，可以使眾多燈光設計師獲得更多的創(chuàng)作靈感和更大的藝術(shù)空間。因此，從藝術(shù)創(chuàng)作出發(fā)，探索并開發(fā)在節(jié)能、減排、工作效率高的前提下，能實現(xiàn)更優(yōu)藝術(shù)效果的新型舞臺燈光演藝設備，具有十分重要的時代意義。

燈光設計師在舞臺燈光創(chuàng)作中，要結(jié)合舞臺空間尺寸選擇燈具。因為，相同的燈具在不同規(guī)格的舞臺空間中的空間表現(xiàn)和視覺體現(xiàn)是全然不同的。比如寫毛筆字，同樣的一首詩寫在扇面上可選用中鋒，而寫在大條幅上就得選用楂筆了。舞臺燈光設計也是一樣，對于不同的空間場景需要完全不同的燈具設備。在實踐演出中，有時會感到市場上現(xiàn)有的燈具在對較大空間內(nèi)布光的純粹感和力量感的表現(xiàn)上十分吃力。比如，在很多歌劇演出中，舞美布景體量經(jīng)常很大，而燈光設計師要想在這個巨大體量的空間中模擬自然光線的效果會顯得力不從心。因為要多只燈創(chuàng)作出自然界中平行光線是有難度的，且藝術(shù)效果也不是最好的。多只燈的使用會使得地面的影子不純粹，影響舞臺視覺效果。同時，很難保證多只燈色溫、照度、調(diào)光曲線的統(tǒng)一性。在燈光的力量感方面，現(xiàn)有燈具的視覺表現(xiàn)往往與設計師的藝術(shù)要求相差甚遠。比如，設計師想在舞臺上呈現(xiàn)一束巨大的仿佛來自天堂的光時，現(xiàn)有的燈具根本無法實現(xiàn)。再如，在劇場進行逆光的布光，往往需要10只以上的燈共同塑造逆光效果，不僅使裝臺的工作量大大增加，同時很難保證這些燈具有一致性的輸出效果；同樣，多只燈的逆光使得舞臺空間的視覺不夠純粹簡約，降低了視覺觀賞性。綜上所述，針對現(xiàn)有的燈具設備，使用單只燈視覺力量感根本不夠，使用多只燈會一定程度地破壞舞臺的視覺。因此，有些國外的燈光設計師為了實現(xiàn)藝術(shù)設想，把目光投向了大功率影視聚光燈。雖然大功率影視聚光燈純粹感和力量感都很可觀，但是不能由燈光控制臺控制其開啟及亮度，在使用時引起諸多不便，增加演出的事故率。

所以，筆者希望研發(fā)一種新型的舞臺燈具，在技術(shù)參數(shù)上可以獲得更良好的發(fā)光效率、更穩(wěn)定的色溫、更長的使用壽命、更少的電能消耗。在燈光設計表現(xiàn)上，可以具有較好的線性調(diào)光特性、無級混色特性，同時能夠盡可能滿足大空間內(nèi)舞臺布光的純粹性和光源統(tǒng)一性，并滿足大空間內(nèi)舞臺燈光的力量感表現(xiàn)。

本文介紹研發(fā)的兩款金鹵燈光源的常規(guī)型燈具——固定光束角反射型金鹵聚光燈與菲涅爾透鏡金鹵聚光燈，共同具備以下研發(fā)特點。首先，將金鹵燈光源引入了舞臺常規(guī)型燈具的研發(fā)和生產(chǎn)中，發(fā)揮了金鹵燈光源發(fā)光效率高（75 lm/W以上）、光源色顯色指數(shù)高（一般在82以上）、使用壽命長（700 h）、色溫接近正午陽光色溫（5 600 K）等光學優(yōu)勢，開拓了金鹵燈光源塑造舞臺視覺效果的巨大潛能。其次，利用DMX512信號控制的閉合式光柵的調(diào)光設計，基本克服了金鹵燈光源非線性調(diào)光的缺點。再次，為其中一款燈具設計了CMY混色系統(tǒng)，使該燈具具備無級混色功能。最后，在兩款燈具上分別采用了反射式光學結(jié)構(gòu)與菲涅爾透射型聚光結(jié)構(gòu)，較大地提高了光能的利用率。

在測試階段，筆者將本次研發(fā)的試驗燈型用于不同的真實演出中，本文將結(jié)合現(xiàn)場演出實際視覺呈現(xiàn)效果，對試驗燈型的舞臺藝術(shù)效果進行深入闡述。

1 光源

1.1 鹵鎢光源

目前，舞臺常規(guī)型燈具大多采用鹵鎢光源。鹵鎢光源具備很好的顯色性和調(diào)光曲線，但是由于它是熱光源，需要大電流對燈絲進行加熱發(fā)光，因此發(fā)光效率很低，電能耗費大，增加了劇場運營成本。同時，這種發(fā)光原理導致鹵鎢光源的使用壽命較低（大約在400 h），并且光源損耗明顯。另外，鹵鎢光源的色溫為3 200 K，與日光色溫相差2 400 K，如果在舞臺上表現(xiàn)日光效果的話，必須要使用色紙，這樣一來，更加影響了鹵鎢光源燈具的出光效率。

通常，鹵鎢光源宜用在照度要求較高、顯色性較好的場所，如劇場、體育館、大會堂、宴會廳等，其色溫尤其適用于話劇人物照明。

需要正確識別色彩，照度要求較高或進行長時間緊張視力工作的場所，宜采用鹵鎢燈。由于鹵鎢燈的光譜完整，且對于色彩的顯色性好。尤其是戲劇舞臺演出中，舞臺燈具通過添加濾色片來達到想要的舞臺光色效果，然而，鹵鎢燈的光色在空氣中略微顯“臟”，正是這種“臟”的光色，恰恰符合戲劇演出，尤其是現(xiàn)實主義戲劇演出所需要的情境。這種光色所涵蓋的寓意更廣泛，觀眾視覺感受更舒服。在舞臺演出中，通過添加濾色片可以改變鹵鎢光源燈具的光色。然而，由于鹵鎢光源光譜的限制，對于藍、紫等冷色的呈現(xiàn)效果并不太理想，其呈現(xiàn)的光色飽和度、純度及明度都不夠理想；同時，表現(xiàn)相應的舞臺氣氛和效果時，會有一定的折扣。在光質(zhì)上，鹵鎢光源的舞臺燈具所投射的光線的覆蓋能力強，其舞臺場景的燈光畫面會相對統(tǒng)一、整體，其光源對景物的漫反射、折射起到了重要作用，使整個燈光畫面更柔和的銜接。鹵鎢光源的舞臺燈光感覺更有力量，這種力量的表現(xiàn)，并不是硬，而且厚重、有質(zhì)感。

如圖1所示，此攝影作品是舞臺燈光布光練習的作業(yè)。畫面中，只用了一盞2 000 W的聚光燈作為頂光來照明，其光源是鹵鎢光源，從畫面中能看到，人物強烈的明暗對比，整個畫面的暗區(qū)控制，以及白光下整個畫面的色彩氣氛，都有一種傳統(tǒng)油畫的視覺感受。鹵鎢光源的舞臺燈具，對其人物的服裝細節(jié)并沒有多少呈現(xiàn)，甚至模糊了服飾。因為單燈投射，人物光比很大，臉部暗區(qū)全部靠服裝和桌面的反射光來補光，然而并沒有因為單燈投射而影響人物的面部表情的可視度。雖然光比強烈，但亮部與暗部的光影過渡非常柔和，人物的塑造感很強烈。因為是白光投射，整個畫面的色彩氣氛都是依靠紅色服裝的反射光來呈現(xiàn)，并且，紅色的反射光映襯著女孩的面部更加嫵媚，整個畫面帶來一種寧靜、甜蜜的等待感受。這樣的燈光畫面和視覺感受，是鹵鎢光源的舞臺燈具所能創(chuàng)造的，它營造的繪畫效果的舞臺空間畫面，是其他燈具無法達到的藝術(shù)視覺。

如圖2所示，同樣是一張舞臺燈光布光的攝影練習，作品的整個畫面同樣尋找一種繪畫效果的表現(xiàn)方式，氣氛與畫面也完成了創(chuàng)作目的。畫面的主光源使用成像燈加Gobo片，用來給人物及景物做照明；并交代了環(huán)境特點，其表現(xiàn)陽光穿過窗戶和百葉窗照射在布景與人物身上，營造一種高雅和恬靜的風格。成像燈屬于鹵鎢光源燈具中光質(zhì)較硬的舞臺燈具，其照射在人物的背部，不僅呈現(xiàn)了女性肌膚細膩的質(zhì)感，隱約中，表現(xiàn)了女性特有的一種力量感。在這種光源的照射下，光線并沒有表現(xiàn)出特別強烈的硬度，人物的明暗對比過渡柔和、舒服，窗影接近自然，但是整體燈光畫面又有一種藝術(shù)的提煉和升華。

1.2 金鹵燈光源

金鹵燈是一種高強度的交流氣體放電光源，具有高光效、高顯色性、長壽命的特點。自20世紀60年代，在白熾燈中使用鹵鎢原理獲得成功的啟發(fā)下。在高壓汞燈放電管中充入金屬鹵化物的金屬鹵化物氣體放電燈開始產(chǎn)生。在氣體放電燈中充入鹵化物，可以防止光源中充入的金屬在放電時對石英管壁的腐蝕。同時，在高壓汞燈中充入金屬元素，使得光源放電時金屬的原子被激發(fā)，可以輻射出大量該金屬所固有的可見光譜成分，極大地提高了金鹵燈的光效，獲得了更好的顯色性。

金鹵燈光源在現(xiàn)代舞臺演出中占有很大的市場。亮度高、純度高、色彩鮮艷，是它最明顯的特點?，F(xiàn)階段，演出中大量使用的電腦燈基本都采用金鹵燈光源，由于電腦燈靈活、方便、快捷等特性，金鹵燈光源在舞臺演出中也得到了推廣和應用。尤其在大型綜藝演出、歌舞晚會以及話劇演出中，金鹵燈光源的電腦燈被大量使用，已成為不可或缺的舞臺燈具。

圖3是一張畫面創(chuàng)作練習的作品，作品不僅表現(xiàn)了女孩的生活狀態(tài)，并且通過光效，對人物膚色、服裝材質(zhì)、畫面的色調(diào)，做了藝術(shù)的處理和加工。作品的燈具選用了兩臺金鹵燈光源的電腦燈，作為人物和景物的照明和色彩渲染，整體畫面細膩、明亮。金鹵燈光源對于絲質(zhì)材料的服裝照明有自己的優(yōu)勢，因為它色溫高，光譜偏藍色，并且沒有鹵鎢光源那樣強的力量感光質(zhì)，所以，在照射絲質(zhì)服裝時沒那么硬，對其本身的色彩和材質(zhì)也沒有任何掩蓋，反而能放大它的質(zhì)感和色彩，使其色彩更鮮艷、明亮，反光效果更好。女性人物柔軟的皮膚也得到了很好的呈現(xiàn)，視覺感受鮮嫩、透明，充滿青春的氣息。金鹵燈光源本身亮度很高，對于黃色光的呈現(xiàn)顯得飽和度更高、更明亮。尤其是強烈的陽光下，使人睜不開眼的那種感覺，金鹵燈光源都能恰如其分地表達出來。

1.3 鹵鎢光源與金鹵燈光源比較

在舞臺上還未出現(xiàn)金鹵燈光源時，鹵鎢光源為主要的照明光源和藝術(shù)處理手段，其在完全點亮的白光狀態(tài)下光譜最接近日光，所以，使用鹵鎢光源的燈具作為舞臺演出中人物以及景物的正面照明，呈現(xiàn)的視覺效果觀眾感覺最為舒服。尤其作為人物的面光照明，使其膚色最接近自然光下的膚色，觀眾視覺感受最自然，給人平靜安詳?shù)母杏X。同時，可以修飾演員臉部的一些瑕疵。在呈現(xiàn)戲劇情景和氣氛的燈光畫面上，鹵鎢光源的燈具有其顯著的特點，它在空氣中堅硬的質(zhì)感以及特有的燈光色彩畫面，使其具有很高的藝術(shù)照明價值。例如，在一些現(xiàn)實主義戲劇中，鹵鎢光源通過人物以及景物的照明和色彩渲染，可以達到類似于油畫作品的畫面質(zhì)感，其光色使觀眾感受到厚重、力量、深度。

雖然鹵鎢光源由于調(diào)光曲線好、顯色性高，成本低廉等優(yōu)點被廣泛應用于舞臺演出中，但是它也有一些不足。首先，由于鹵鎢光源屬于熱光源，其在正常發(fā)光時有很大一部分電能轉(zhuǎn)化成了熱能，發(fā)光效率很低，對電能的損耗很大。其次，鹵鎢光源的色溫隨亮度的變化而變化，隨著發(fā)光亮度的提高，其色溫也會升高，因此在有些舞臺場景需要較低的照度時，使用鹵鎢燈發(fā)光偏紅，對畫面造成一定的影響。再次，鹵鎢光源通過流過燈絲的電流控制其發(fā)光強度，因此在其收光的時候具有很柔和的調(diào)光曲線，但是也會使得其不具備快速的切光動作，切光會有延遲。此外，鹵鎢燈雖然顯色性高，但是其光譜成分中藍紫色的光較少，因此在舞臺上要想利用鹵鎢光源投出藍紫色的光，需要選用較大功率的燈具，對舞臺安全和劇場供電能力都帶來了相當大的壓力。最后，鹵鎢光源熱發(fā)光的原理，在高溫下會加速燈絲的老化，使得其壽命較短，同時經(jīng)常在演出中出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，降低了演出的質(zhì)量。

相對于鹵鎢光源來講，金鹵燈具有更高的發(fā)光效率（75 lm/W以上），因此欲達到相同的照度，金鹵燈在低能耗的基礎上比鹵鎢燈更具優(yōu)勢。并且，由于金鹵燈中充入了不同的金屬元素，因此，在燈光中的氣體被擊穿進行放電發(fā)光時，有相當多的一部分光譜成分來自這些金屬元素，因此金鹵燈具有相當均勻的可見光光譜成分。同時，在金鹵燈光源前加上不同的色片可獲得輸出照度基本一致的色光。金鹵燈光源屬于氣體放電光源，而鹵鎢燈屬于熱光源，因此，金鹵燈光源工作時所發(fā)出的可見光具有相對穩(wěn)定的色溫，而且近似等于中午的日光色溫5 600 K，相對于鹵鎢燈光源，金鹵燈光源能在舞臺上更好地塑造中午、陰天、夜晚等高色溫的光環(huán)境。

金鹵燈光源因為其亮度高、色溫高、色彩鮮艷，飽和度高等特性，在綜藝晚會、歌舞劇等舞臺演出中運用廣泛。首先，綜藝晚會是最大眾化的舞臺演出，氣氛活躍、畫面鮮明，深受觀眾喜愛。在這種演出中，金鹵燈光源所呈現(xiàn)的舞臺燈光色彩畫面恰恰能給觀眾相應的視覺刺激和感官享受，在表現(xiàn)舞蹈、歌曲等演出內(nèi)容上，更干凈、鮮明。在舞臺話劇演出中，運用金鹵燈光源呈現(xiàn)內(nèi)心獨白、時空轉(zhuǎn)換，與鹵鎢光源燈光效果結(jié)合使用，對于間離效果的體現(xiàn)、多空間的表達，都是很好的藝術(shù)表現(xiàn)手法。在音樂劇及歌劇的演出中，使用金鹵燈光源表現(xiàn)舞蹈、歌唱，其色彩氣氛和畫面效果，都能完美地完成演出及劇目要求。示例如4、圖5。

2 光學系統(tǒng)設計

在本次金鹵燈光源舞臺聚光燈燈具設計中，筆者針對金鹵燈光源較好的點光源特性以及其不能改變顏色的特點，分別對該燈具的幾何光學系統(tǒng)和混色系統(tǒng)進行了重點設計。

2.1 固定光束角反射型金鹵聚光燈

固定光束角反射型金鹵聚光燈采用了反光罩內(nèi)罩為球面、外罩為拋物面的反射系統(tǒng)，球面反射鏡是舞臺常規(guī)燈具中普遍采用的反射系統(tǒng)，比如回光燈、聚光燈等。球面反射的原理如圖6所示。

如圖6所示，對于一個球狀凹面鏡，其圓心點為O點，頂點為A點，在主光軸上AO的中點F為此球面鏡的焦點，本燈型將光源固定放置在球面的焦點F點處，則經(jīng)過球面鏡的反射可得到較為均勻的平行于主光軸的光線。

同時在球面內(nèi)罩的外面，反光罩外罩為拋物面，并使該拋物面的焦點同樣落在光源位置，如此一來，光源所發(fā)出的光經(jīng)過外圍拋物面反射罩，可獲得更好的平行光效果。

筆者沒有模仿回光燈的結(jié)構(gòu)，在光源前方設計螺旋金屬片結(jié)構(gòu)遮擋光源向燈口前方投射的光線，因此，固定光束角反射型金鹵聚光燈光束角較大，投光面積較廣，投射出的光線中心為較高強度的平行光線，四周為從中心向外均勻漸弱的大角度泛光，更加適合本文前面所提到的舞臺單燈鋪光的效果。

固定光束角反射型金鹵聚光燈同時還采用了CMY混色系統(tǒng)。眾所周知，CMY無級混色系統(tǒng)是現(xiàn)代舞臺高智能電腦燈中常用的混色系統(tǒng)，其最大的優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)舞臺燈具光色的無級變色，顏色與顏色的切換過程不會出現(xiàn)不必要的無關(guān)顏色的跳入，使顏色與顏色之間的轉(zhuǎn)換在自然的漸變下完成。該燈型采用安置在燈口處通過電機控制的三個鍍膜玻璃色片，在舞臺燈光編程時可以通過燈光控制臺調(diào)節(jié)每個色片對燈具出光口的覆蓋程度，從而達到變色和混色的目的。

該燈樣品如圖7所示。

2.2 菲涅爾透鏡金鹵聚光燈

菲涅爾透鏡金鹵聚光燈采用了單一球面反射系統(tǒng)，并沒有采用球面與拋物面組合式的反射系統(tǒng)。同時，該燈型與固定光束角反射型金鹵聚光燈反射系統(tǒng)有所區(qū)別的是：本款燈型光源與反光罩的距離可調(diào)，燈光設計師可以通過調(diào)節(jié)光源與反光罩的距離，調(diào)節(jié)光束角大小，同時可以調(diào)節(jié)燈具投射的光通量。

球面反射原理及圖片同圖6。

如圖8-1所示，將點光源的位置向球面鏡的頂點A移動時，經(jīng)球面鏡反射的光束不再平行主光軸，球面鏡對反射光線的匯聚作用變低。其中，C點與A點之間的距離越近，球面鏡對反射光線的匯聚作用就越小，其光束角就越大。

如圖8-2所示，將點光源的位置向球面鏡的圓心O移動時，經(jīng)球面鏡反射的光束不再平行主光軸，而是向主光軸的方向進行匯聚。其中，C點與O點之間的距離越近，球面鏡對反射光線的匯聚作用就越大，光線將匯聚在O點外側(cè)的一點上。

該燈型的折射系統(tǒng)采用了菲涅爾透鏡，不僅增大了燈具的發(fā)光效率、充分利用了光源通過燈口向前方直射的直射光，同時由于菲涅爾透鏡上的磨砂處理，使得該燈具光區(qū)較為明顯，并且保證光質(zhì)十分均勻，十分適合舞臺上需要強調(diào)特定光區(qū)的均勻鋪光。

該燈樣品如圖9所示。