王京池

（中央電視臺(tái) 技術(shù)制作中心，北京 100859）

5 主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

5.1 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

5.1.1 燈具光電參數(shù)

5.1.1.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)燈具的測(cè)試結(jié)果，歸納整理出燈具參數(shù)統(tǒng)計(jì)表，見(jiàn)表9。

5.1.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)分析表9、圖10的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和常規(guī)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，對(duì)燈具的客觀參數(shù)指標(biāo)歸納總結(jié)如下：

（1）燈具色溫基本能夠達(dá)到3 200 K的要求，但有的燈具超出誤差±150 K的范圍。

（2）燈具顯色指數(shù)有的較低，小于85的要求。

（3）柔光燈具光效普遍較高，都大于25 lm/W。

（4）因技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝的差別，燈具能效存在較大的差異，有的聚光燈具能效太低，達(dá)不到節(jié)能效果。

（5）燈具的功率因數(shù)，除進(jìn)口燈具外，都大于0.94。

（6）不同廠(chǎng)家的燈具在同一測(cè)試距離的照度差別很大，在6 m處測(cè)量，柔光燈照度低的僅為45 lx、高的為249 lx，相差5倍多；聚光燈在聚光狀態(tài)下照度低的為462 lx、高的為1291 lx，相差近3倍。

（7）好的100 W LED聚光燈與傳統(tǒng)1 000 W聚光燈比較，在同一測(cè)試距離的照度差別很小。如LED聚光燈：1 291 lx，鹵鎢聚光燈：1 319 lx。

5.1.2 調(diào)光狀態(tài)下色溫變化測(cè)試

5.1.2.1 數(shù)據(jù)采集整理

對(duì)于LED燈具調(diào)光過(guò)程色溫變化，本次實(shí)驗(yàn)共選取7個(gè)型號(hào)，每種2個(gè)燈具，由于聚光燈可變光束角，分別在最小光斑（聚）和最大光斑（散）兩種狀態(tài)下測(cè)試。測(cè)得數(shù)據(jù)整理后如表10所示。

注：表中由于鹵鎢燈調(diào)光10%時(shí)色溫太低，低于所用CP-200照度計(jì)的最低色度測(cè)試值，因此在上述0-1、0-2號(hào)燈具的10%一項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)際是用20%的值替代。

將上述數(shù)據(jù)分柔光燈和聚光燈與鹵鎢燈對(duì)比，制出圖表如下，見(jiàn)圖10、圖11。

5.1.2.2 數(shù)據(jù)分析

由上述圖表可以看出：

（1）調(diào)光過(guò)程亮度由100%下降到10%，LED燈具除了6-2燈色溫變化較大（最大達(dá)到183 K），其余均小于60 K，符合電視節(jié)目制作色溫穩(wěn)定性的要求。

（2）由于LED是內(nèi)部電子能級(jí)躍遷發(fā)光，調(diào)暗時(shí)電流減少，各能級(jí)基本不變，因此，發(fā)射光波頻率變化很小，色溫也基本不變。

表9 實(shí)驗(yàn)燈具參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

（3）調(diào)光亮度下降過(guò)程，LED燈具色溫有升有降，是由于LED管的藍(lán)光頻率和熒光粉峰值轉(zhuǎn)換頻率的匹配決定，但是結(jié)果色溫差異很小，對(duì)使用影響極小，可忽略。

（4）傳統(tǒng)鹵鎢燈的色溫在調(diào)光過(guò)程變化很大，調(diào)光亮度由100%降到20%時(shí)，色溫下降值均在700 K以上。因?yàn)殒u絲燈光本身是熱發(fā)光，調(diào)暗時(shí)燈功率下降，燈絲溫度降低，色溫自然降低。

（5）LED燈具調(diào)光時(shí)色溫幾乎沒(méi)有變化，而鹵鎢燈在調(diào)光到10%時(shí)，色溫已下降了35%。由此可見(jiàn)，與鹵鎢燈相比，LED調(diào)光時(shí)色溫的穩(wěn)定性具有很大優(yōu)勢(shì)。

5.1.3 溫度對(duì)燈具性能的影響

5.1.3.1 高溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以4號(hào)、6號(hào)和7號(hào)燈具為例，列出色溫和照度隨溫度變化的曲線(xiàn)，見(jiàn)圖12、圖13、圖14。

5.1.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從測(cè)試曲線(xiàn)圖中可以看出：

（1）當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，光輸出降低，色溫升高或降低。

（2）從高溫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，在40℃～50℃的環(huán)境溫度下，散熱設(shè)計(jì)合理的LED燈具的性能變化不大，可以滿(mǎn)足使用要求。

（3）高溫破壞性實(shí)驗(yàn)表明，只要設(shè)計(jì)合理，燈具不會(huì)因演播室溫度過(guò)高而失效。

（4）高溫實(shí)驗(yàn)前后，燈具的顯色性能基本不變。

5.1.4 燈具照度長(zhǎng)期穩(wěn)定性

這里列出具有代表性的2號(hào)（平板柔光燈）和4號(hào)（聚光燈）燈具的長(zhǎng)期穩(wěn)定性記錄。圖15為使用大功率LED模塊的4號(hào)100 W聚光燈具在連續(xù)點(diǎn)亮197天（4 728 h）的光衰曲線(xiàn)圖。圖16為2號(hào)平板柔光燈在老化實(shí)驗(yàn)室（溫度45℃～50℃）連續(xù)點(diǎn)亮74天（1 776 h）的光衰曲線(xiàn)圖。

表10 調(diào)光過(guò)程色溫變化表

通過(guò)對(duì)上述圖表分析，可以得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

（1）4號(hào)聚光燈在常溫下連續(xù)點(diǎn)亮4 728 h，燈具照度輸出幾乎沒(méi)有變化，從趨勢(shì)圖上看，光衰變化也不到1%。

（2）2號(hào)平板柔光燈在老化實(shí)驗(yàn)室連續(xù)點(diǎn)亮1 776 h，光衰僅有1.3%。

（3）這兩款燈具的光通量輸出是相當(dāng)穩(wěn)定的。

5.1.5 光輻射對(duì)人體皮膚的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1.5.1 照射前后皮膚顏色L*a*b值的變化

分別比較照射前、后反映皮膚顏色指標(biāo)的L*a*b值的變化，結(jié)果照射前后的L*、a*、b值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p>0.05）。

5.1.5.2 照射前后皮膚顏色M、E值的變化

分別比較照射前、后反映皮膚顏色指標(biāo)的M、E值的變化，結(jié)果照射前后的M、E值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p>0.05）。

5.1.5.3 照射前后皮膚角質(zhì)層含水量的變化

比較照射前后皮膚角質(zhì)層含水量的變化，兩者之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p>0.05）。

5.1.5.4 照射前后皮膚TEWL含水量的變化

比較照射前后皮膚TEWL的變化，兩者之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p>0.05）。

5.1.5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在本實(shí)驗(yàn)中采用電視臺(tái)演播室實(shí)際使用的LED燈具，模擬主持人在實(shí)際工作中接受的照射劑量——照度2 800 lx，照射時(shí)間15 min，每天照射一次，連續(xù)照射30天后：

（1）皮膚顏色未發(fā)生明顯變化；（2）皮膚角質(zhì)層含水量未發(fā)生明顯變化；（3）皮膚經(jīng)皮水分流失未發(fā)生明顯變化。

5.1.6 電磁干擾測(cè)試結(jié)果

以1號(hào)燈具為例將測(cè)試結(jié)果整理如下。

5.1.6.1 無(wú)線(xiàn)電騷擾特性測(cè)量

（1）傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試

燈具的電源端頻率為9 kHz～30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓（準(zhǔn)峰值），見(jiàn)圖17。

（2）輻射電磁騷擾測(cè)試

頻率為9 kHz～30 MHz范圍內(nèi)的輻射電磁騷擾測(cè)試。

根據(jù)GB 17743-2007《電氣照明和類(lèi)似設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電騷擾特性的限值和測(cè)量方法》，燈具應(yīng)在3個(gè)互相正交的環(huán)形天線(xiàn)系統(tǒng)中測(cè)試，每一環(huán)形天線(xiàn)分別測(cè)試輻射電磁騷擾，圖18是其中水平環(huán)形天線(xiàn)測(cè)試的輻射電磁騷擾值。

以上測(cè)試是在全功率的42%左右（控制數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制6C，最大值為FF）、無(wú)線(xiàn)電騷擾最大時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)。根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，1號(hào)燈具的電源端的傳導(dǎo)騷擾電壓和輻射電磁騷擾，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17743-2007的要求。

5.1.6.2 諧波電流測(cè)量

在各個(gè)調(diào)光值中找到諧波最大時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖19。

根據(jù)以上測(cè)試數(shù)據(jù)，1號(hào)燈具的諧波電流達(dá)到GB 17625.1-2003《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流鎮(zhèn)≤16 A）》的要求。

5.1.7 燈具的節(jié)電性能

5.1.7.1 節(jié)電量統(tǒng)計(jì)

在演播室錄制實(shí)驗(yàn)中，分別用傳統(tǒng)燈具與LED燈具搭建測(cè)試場(chǎng)景，并記錄使用燈具數(shù)量，在達(dá)到基本相同的照明效果情況下，測(cè)量實(shí)際用電情況，實(shí)驗(yàn)記錄見(jiàn)表11和圖20。

5.1.7.2 燈具節(jié)電性能結(jié)果分析

從表11中我們可以得到LED燈具節(jié)電的具體數(shù)值。

（1）用實(shí)測(cè)值比較：

取三場(chǎng)平均用電量：（0.8+0.7+0.45）÷3=0.65（kW）

實(shí)測(cè)節(jié)電率：（5.6-0.65）÷5.6×100%=88%

取三場(chǎng)中最大用電量比較：（5.6-0.8）÷5.6×100%=85%

（2）用燈具額定值比較：

取三場(chǎng)平均額定值：（1.2+1.176+0.765）÷3=1.047（kW）

額定節(jié)電率：（5.32-1.047）÷5.32×100%=80%

（3）得出結(jié)果：用LED燈具節(jié)電能夠達(dá)到80%以上。

5.1.8 燈具頻閃實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）PWM頻率是攝像機(jī)快門(mén)頻率的整數(shù)倍時(shí)，圖像不閃爍。

（2）對(duì)于場(chǎng)頻為50的攝像機(jī)，PWM頻率是50的整數(shù)倍時(shí)，圖像不閃爍；但由于頻率誤差會(huì)帶來(lái)以差頻為頻率的極低頻閃爍（呼吸現(xiàn)象），PWM頻率較低時(shí)比較嚴(yán)重。

（3）常態(tài)（電子快門(mén)關(guān)閉）時(shí)，PWM頻率大于1 200 Hz；電子快門(mén)60 Hz時(shí)和電子快門(mén)75 Hz時(shí)，PWM頻率大于2 000 Hz；電子快門(mén)84.98 Hz和電子快門(mén)100.1 Hz時(shí)，PWM頻率大于3 000 Hz；圖像不閃爍。

（4）PWM頻率高于30 kHz時(shí)，圖像不閃爍。

表11 不同場(chǎng)景用電量統(tǒng)計(jì)表

5.2 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

5.2.1 燈具使用性能專(zhuān)家評(píng)價(jià)

5.2.1.1 燈具性能主觀評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)專(zhuān)家在演播室實(shí)際使用情況的評(píng)價(jià)打分情況，歸納統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表12和圖21、圖22。

5.2.1.2 燈具性能評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和專(zhuān)家的主觀評(píng)價(jià)，對(duì)燈具的使用性能評(píng)價(jià)歸納總結(jié)如下：

（1）專(zhuān)家對(duì)燈具外形結(jié)構(gòu)基本滿(mǎn)意，但個(gè)別燈具存在過(guò)重、過(guò)大問(wèn)題。

（2）專(zhuān)家對(duì)燈具的光斑質(zhì)量比較滿(mǎn)意。

（3）除個(gè)別燈具外，參加實(shí)驗(yàn)的燈具大都很好地解決了眩光問(wèn)題，滿(mǎn)足演播室的使用要求。

（4）專(zhuān)家對(duì)不同燈具操作功能的評(píng)價(jià)不同，有些燈具沒(méi)有桿控機(jī)構(gòu)，需要增加；有些燈具雖然配有桿控機(jī)構(gòu)，但性能很差，需要改進(jìn)。

（5）因聚光燈具光源結(jié)構(gòu)不同，有的聚光燈具使用多光點(diǎn)陣列光源存在遮扉不能控光的問(wèn)題，對(duì)使用效果影響較大。

5.2.2 電視圖像色彩還原主觀評(píng)價(jià)

5.2.2.1 演播室現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)演播室現(xiàn)場(chǎng)10位專(zhuān)家的評(píng)價(jià)打分情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表13。

表12 演播室現(xiàn)場(chǎng)燈具使用性能評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

表13 現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家評(píng)分統(tǒng)計(jì)表

5.2.2.2 主觀評(píng)價(jià)室評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)

因篇幅的原因，這里只統(tǒng)計(jì)了6個(gè)場(chǎng)景中人物1。根據(jù)主觀評(píng)價(jià)室10位專(zhuān)家對(duì)人物1的評(píng)價(jià)打分情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表14。

5.2.2.3 圖像色彩還原評(píng)價(jià)結(jié)果分析

分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，LED燈具對(duì)圖像色彩還原的主觀評(píng)價(jià)歸納總結(jié)如下：

（1）LED燈具照明人物的色彩還原，與傳統(tǒng)燈具比較還稍有差距，但能夠得到讓人滿(mǎn)意的還原效果。

（2）LED燈具的顯色性與傳統(tǒng)燈具一樣，都對(duì)還原有一定的影響。

（3）高色溫與低色溫錄像對(duì)色彩還原區(qū)別不大。

6 結(jié)論和建議

6.1 結(jié)論

（1）LED燈具節(jié)能效果顯著，在演播室使用比傳統(tǒng)燈具節(jié)電80%以上。

（2）長(zhǎng)期穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，LED燈具的光衰較小。

（3）LED燈具照明下電視畫(huà)面色彩還原主觀感覺(jué)良好，顯色指數(shù)Ra≥85的LED燈具，電視畫(huà)面色彩還原佳，完全滿(mǎn)足電視臺(tái)演播室燈光對(duì)色彩還原的要求。

（4）LED燈具調(diào)光過(guò)程色溫穩(wěn)定，變化很小，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的鹵鎢燈具，長(zhǎng)期工作色溫變化很小，穩(wěn)定性很好，可以滿(mǎn)足演播室使用要求。

（5）當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，光輸出降低，色溫升高或降低。從高溫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，在40℃～50℃的環(huán)境溫度下，散熱設(shè)計(jì)合理的LED燈具的性能變化不大，可以滿(mǎn)足使用要求。

（6）在LED輻射光照射下，人體皮膚顏色未發(fā)生明顯變化，皮膚角質(zhì)層含水量未發(fā)生明顯變化，皮膚經(jīng)皮水分流失未發(fā)生明顯變化。

（7）LED燈具工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的無(wú)線(xiàn)電騷擾和諧波，但只要在燈具中配置優(yōu)質(zhì)的電源裝置，電磁干擾可以控制在標(biāo)準(zhǔn)許可的范圍內(nèi)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的燈具不會(huì)影響演播室其他設(shè)備的正常工作。

（8）LED燈具PWM頻率只要避開(kāi)一定范圍，就不會(huì)產(chǎn)生電視圖像閃爍問(wèn)題。

（9）色差是在LED燈具應(yīng)用中影響使用的重要因素，應(yīng)加以消除。通過(guò)對(duì)兩種實(shí)際使用的LED聚光燈的分析研究，經(jīng)過(guò)消色差處理，LED燈具可以消除色差滿(mǎn)足使用要求。

（10）更換LED燈具光源時(shí)，需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員操作。

（11）全部使用LED燈具的演播室不需配置調(diào)光器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的配置，提高了演播室燈光系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，并改善了演播室的工作環(huán)境；演播室的初期投入會(huì)有所增加，但節(jié)省了運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，使整體成本下降。

表14 主觀評(píng)價(jià)專(zhuān)家評(píng)分統(tǒng)計(jì)表（人物1）

6.2 建議

（1）LED燈具能夠滿(mǎn)足電視演播室人物照明色彩還原的要求，可以推廣使用。

（2）對(duì)進(jìn)口燈具和國(guó)產(chǎn)燈具測(cè)試表明，國(guó)產(chǎn)燈具的性能可以滿(mǎn)足演播室照明的要求，建議優(yōu)先選用國(guó)產(chǎn)品牌。

（3）對(duì)比原先使用的鹵鎢光源燈具，同型號(hào)的LED燈具色溫離散性并不明顯，但是不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品之間還是有些差別，需引起足夠重視。

（4）目前國(guó)內(nèi)LED燈具生產(chǎn)廠(chǎng)商眾多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，用戶(hù)在選擇燈具時(shí)需要嚴(yán)格把關(guān)，以保證燈具性能的一致性和穩(wěn)定性。

（5）LED光源顯色指數(shù)不必達(dá)到85就可正常色彩還原，需要制定演播室對(duì)應(yīng)LED燈具的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（6）不同品牌的燈具熱穩(wěn)定性能差別較大，用戶(hù)選購(gòu)時(shí)應(yīng)慎重。

（7）采購(gòu)LED燈具時(shí)，應(yīng)在電磁干擾方面嚴(yán)格把關(guān)，供貨方應(yīng)提供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試合格報(bào)告。

（8）LED燈具作為新型燈具，目前相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中檢測(cè)規(guī)定不太明確，建議盡快制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并明確對(duì)電磁干擾方面的質(zhì)量指標(biāo)。

（9）電視演播室攝像中，如需使用高速電子快門(mén)，燈具PWM頻率應(yīng)不低于30 kHz；如不使用高速電子快門(mén)，LED燈具可適當(dāng)降低PWM頻率，但應(yīng)選擇PWM頻率為50（PAL制）或60（NTSC制）的倍數(shù)，最好選擇50和60的公倍數(shù)。

（10）燈具的維護(hù)應(yīng)制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；在演播室中要有備份LED燈具或者備用光源模塊；要加快推進(jìn)LED燈具模塊化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，建議廠(chǎng)商生產(chǎn)易于維護(hù)的燈具。

（11）采用LED燈具后，建議演播室燈光的設(shè)計(jì)用電容量降為原來(lái)的三分之一或更低。

（12）建議生產(chǎn)廠(chǎng)家加大投入，研發(fā)適合在大中型演播室使用的LED照明燈具。

結(jié)束語(yǔ)

“LED照明燈具在電視演播室的應(yīng)用研究”項(xiàng)目在行業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注，為電視演播室中使用節(jié)能環(huán)保的LED照明燈具提供了科學(xué)依據(jù)，打消了用戶(hù)以前的種種顧慮。一年多來(lái)，研究結(jié)論得到進(jìn)一步實(shí)踐驗(yàn)證。中央電視臺(tái)的229 m2和150 m2演播室等多個(gè)演播室已采用LED燈具，并已確定新址演播室一期工程24個(gè)演播室中全部采用LED照明燈具。

實(shí)踐證明，LED照明燈具真正體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保、光效高、壽命長(zhǎng)、無(wú)紅外輻射等優(yōu)點(diǎn)。LED光源色溫穩(wěn)定，顯色性良好，完全能夠滿(mǎn)足電視節(jié)目制作的要求。