穆怀恂 甄何平

(1.中国艺术研究院，北京 100000;2.北京星光影视设备科技股份有限公司，北京 100000)

1 引言

国家“十二五”规划纲要，科学概括和深刻阐述中国特色社会主义文化发展道路，提出了文化大发展大繁荣的总体规划。规划中将绿色照明列入了重点发展项目，随着LED光源技术的进步，赋予了绿色照明更多的内容，从普通民用照明逐步发展到许多专业照明领域，为推动中国演艺照明事业的科学发展，发挥文化和科技的融合作用，促进文化的发展和繁荣。2011年6月中国艺术研究院与北京星光影视设备科技股份有限公司共同承担了国家文化科技提升计划项目《基于绿色光源的舞台功能灯具研发与示范应用》课题。

我国照明消耗约占整个电力消耗的20%左右，而演艺场馆照明则是其中的能耗大户;20世纪初瑞士舞台美术家A.阿庇亚及英国导演、舞台美术家戈登·格雷先后提出了灯光艺术造型理论:要求舞台灯光要表达出视觉雕塑感、音乐感和舞台空间中的运动与节奏感。舞台演艺照明经过一百多年的发展，已形成了“主、辅、逆及背景光、效果光”组成的较完整的布光体系;目前国内外剧场舞台及艺术照明使用的灯具基本上是以1kW—5kW的“卤钨光源”灯具为主。

该课题旨在结合我国剧场建设规范及演播室灯光系统设计规范对剧场舞台及演播室照明的要求和艺术表演对灯光效果的需求，研究、开发、改进基于绿色、环保、节能的LED新型舞台功能灯具，逐步取代现有高能耗的卤钨光源布光体系，为行业标准的制定奠定基础。

2 舞台照明灯具简介

2.1 传统舞台灯具

传统舞台灯具大多采用卤钨光源。因卤钨光源为连续光谱，并以显色指数接近100的优势，一直占据舞台影视剧场照明市场。采用卤钨光源灯具一般均采用反光碗和/或透镜的光学设计，反光碗和透镜的材料、包光角和加工质量等直接影响灯具的效率，加之舞台影视灯具对配光的苛刻要求，使得舞台影视灯具的效率非常低下，以舞台照明常用的平凸透镜聚光灯为例，其灯具效率一般均小于30%，因此舞台影视照明的能耗非常高。另外卤钨灯具还有光源寿命短、红外辐射高、安全性差等缺点，尤其是舞台灯光的可控硅调光装置引起的电流波形畸变，使谐波干扰问题尤为严重。

2.2 绿色光源的舞台功能灯具

LED照明具有耗电少、光效高、寿命长、色彩丰富、可控性强、红外辐射低等特点，尤其是其节能效果显著，以一个中型剧场为例，按照传统卤坞光源灯具设计，照明用电功耗将达到650kW左右，而采用绿色光源的舞台功能灯具，照明用电功耗不过180kW左右，节能幅度高达70%以上，同时舞台灯光系统配电容量也大幅降低，可节约大量电缆线材，由于LED灯具采用直通电源供电且功率小，消除了由调光可控硅产生的谐波污染，还可节省可控硅调光系统和谐波抑制器等的大笔资金投入。

2.3 新型大功率LED灯具与传统灯具比较 (见表1～表4)

表1

表2

表3

表4

我国每年用于大型文化场所演出的工程近万场，全国各省市拥有艺术表演场所二千多家，大中型剧场近千家;全国广电系统拥有电视台二千多家，各类演播室达到近5000个;降低照明用电能耗是节省电力的重要途径。

3 绿色光源的舞台功能灯具在剧场建设中的应用实例

3.1 北京长安大剧院

长安大戏院，建于1937年，是北京市最有影响力的剧院之一，也是北京长安街上高档、豪华、舒适的现代化剧场。剧场可容纳800余人，以上演经典剧目为主，同时可够胜任各门类艺术形式的演出。

本次改造工程应用后全部采用LED专业灯具，其中舞台采用LED的400W聚光灯具、300W光束灯具、400W变色聚光灯、100W柔光灯、150W成像灯等;舞台附属区域采用LED的筒灯、灯管、平板灯等。这次改造工程使长安大戏院成为第一家全部采用LED灯具照明的剧场。

长安大戏院舞台面积300平方米，原使用2000W卤钨舞台聚光灯、1250W双反射柔光灯和1000W光束灯共计330套，演出时舞台灯光全部开启，照明用电功率约400kW，以平均每场演出开灯3小时计算，每场演出用电1200度电。据统计，长安大戏院舞台照明年用电60万度。大功率LED舞台灯具应用后，长安大戏院舞台照明用电功率仅为65kW，平均每场演出用电195度，舞台照明年用电仅9.75万度，年节约用电50.25万度，节电率83.75%。

LED灯具在节电的同时，由于几乎没有红外辐射，使台上演员感觉到前所未有的舒适。演员们在接受中央电视台戏曲频道采访时纷纷表示，在LED灯光的照射下，演出时不再饱尝灼热之苦。同时，LED灯光照的非常透亮，非常完美。

谭派传人谭正岩直率说:“以往我们一上台，还没怎么动就已经一身汗了，这次演出，凉爽的感觉非常明显。师弟按照惯例为我准备了一摞擦汗纸，但一次赶场下来居然没出汗，再一次还没出汗，一摞纸几乎没怎么用。”

“这是唯一一次唱完后没有汗流夹背。”著名京剧演员杜镇杰说。

麒派掌门人陈少云称，舞台上传统的灯具都换成了LED，通过实践效果非常好，台上亮度感觉还是那么亮，但是一点儿都不热。

著名京剧表演艺术家耿其昌说:“这次低碳演出非常有意义。光变化特别大，很亮但不热，是对环保、科技的一大进步，我非常支持。”

不光是舞台上温度降低了，灯具本身的温度也大幅降低。这彻底解决了舞台照明最令人头疼得防火安全问题。图1是改造前后灯具的温度测试图像。

从图1中可以看出，LED灯具灯体最高温度49.1度，灯光照射下的水杯温度26.3度，仅比环境温度上升4.8度。同等照度下原有灯具灯体最高温度183.4度，灯光照射下的水杯温度42.8度，比环境温度上升21.3度!

图1

3.2 北京市新少年宫剧场

2007年北京市新少年宫剧场开工建设，2009年北京市少年宫委托中国艺术研究院为其制定了舞台灯光、音响设计方案，2011年初北京市财政审批通过了灯光音响实施方案，准备实施招标。

2009版传统光源舞台灯光方案如图2、表5所示:

表5

图2

图2(续)

2011年2月17日，北京市政府为落实“十二五”期间北京节能减排任务，常务副市长吉林等相关单位领导到长安大戏院调研LED灯具安装使用情况之后，叫停北京市新少年宫剧场灯光项目，确定由中国艺术研究院根据“绿色、节能”的环保理念，重新设计北京市新少年宫灯光方案。

2011版绿色光源舞台灯光方案如图3、表6所示:

图3

表6

2011版绿色光源的舞台灯光方案考虑到演出的功能需求，保留了部分750W成像灯具;LED光源方案总功率为217.12kW，而传统卤钨光源方案总功率为663kW，LED灯光方案耗电仅为传统方案的32.7%。(传统与节能两套方案比较)。

4 绿色光源的舞台功能灯具在人民大会堂的实例应用

人民大会堂是我国标志性建筑之一，万人大礼堂是人民大会堂的主体建筑，东西进深60 m，南北76 m，高32 m，穹隆顶，舞台台口宽32 m、台口高16 m，大幕线至底幕16.5 m、大幕线至台唇7.5 m，在此做纯艺术性的演出，舞台艺术照明的难度很大。

2012年4月6日，“招商银行25周年慈善音乐会”在人民大会堂万人大礼堂隆重举行。国际钢琴彗星郎朗携手获得12座格莱美大奖和40次音乐影片大奖的赫比·汉考克、中国著名民歌歌唱家宋祖英及以指挥家谭利华领衔的北京交响乐团的音乐家们，为观众奉献了一场跨界视听盛宴。整场音乐会分为上下两个篇章，两位风格迥异钢琴演奏家 (赫比?汉考克的演奏风格激情多变的爵士音乐)和北京交响乐团的三管乐队通过独奏、协奏、合奏等方式，对众多世界名曲进行了精彩的演绎，中国著名女高音歌唱家宋祖英在朗朗和北京交响乐团的伴奏下为观众演唱了“感恩”、“苗岭飞歌”、“康定情歌”等经典的民族曲目。

本届音乐会最突出的特点，就是绿色光源舞台灯具的运用。这是人民大会堂举办的第一场以绿色光源舞台灯具为主的音乐盛会。人民大会堂使用具有环保节能特点的绿色光源灯具无疑具有“风向标”的意义，同时，也是检验文化部课题《绿色光源的舞台功能灯具研发与示范应用》的绝佳时机。本届音乐会上，绿色光源舞台灯具达到281台，使用国内自主研发、技术领先的大功率400 W LED聚光灯、200 W LED聚光灯进行照明，使用10×19(RGBW)的LED PAR灯进行染色，使整个舞台布光均匀、层次分明，不仅满足了舞台专业演出的艺术要求，也满足了电视转播和电视节目制作的要求。其中，400W LED聚光灯用作面光照明，照射距离达到60 m，衔接平滑、照度均匀、杂散光少，经现场测试达到了以往在大会堂做演出时2 kW～5 kW传统舞台灯具的照明效果;200 W LED聚光灯做台内的延展照明，达到了1 kW传统舞台灯具的照明效果。本届音乐会与使用传统舞台灯具的同场演出相比，照明总功率从超过700 kW下降到160 kW左右，能耗下降75%以上，节能效果显著。

4.1 音乐会舞美灯光设计

4.1.1 舞美设计

为使观众获得高品质的音乐享受，舞台采用亚光材料制作了百叶式返音板，为音乐会营造专业的演奏环境(见图4、图5)。该返音板也可作为投影接收面。开场前，投影幕上显示出深邃的星空，给观众带来无限遐想。舞台两侧是巨大的欧式花盆，盛满金色的葵花和绚丽的红玫瑰，红黄两色庄重典雅;矗立在花丛中的高清LED屏幕，以音乐总谱的样式呈现 (见图6)，烘托出音乐会气氛，展示音乐会特质。演出中，LED屏幕为曲目的衔接起到了穿针引线的作用，曲目间的衔接迁换由屏幕提字过渡，并显示曲目简介和相关内容，以加深观众对曲目的理解 (见图7)。同时，屏幕还可显示符合曲目风格的视频，配合展示曲目主题，使音乐会的展开更自然流畅。乐队演奏台的立体呈现及舞台前沿布满的花艺，构成了一幅绚丽、唯美的画面。

图4 舞台设计图

4.1.2 灯光设计

长期以来，在人们印象中，音乐会的灯光设计就是全场大白光，只要均匀照亮舞台即可。但随着人们欣赏水平的提高、舞美设计理念的变化，音乐会灯光设计也在改变。让灯光随着音乐的旋律变化，与音乐和谐共舞，使作品的内在情感张力达到最大化，将乐曲诠释得更加精彩，才能带给观众更多美好的艺术享受。

图5 舞台平面图

图6 开场前，利用反投投影营造的效果(投影幕16 m×9 m)

图7 宋祖英演唱时，利用正投投影营造的效果(在返音板上投影26 m×9 m)

本届音乐体现这一灯光设计理念。灯光设计在了解作品内涵的基础上，结合恰当的投影画面，充分运用舞台灯光的亮度、色彩、分布和变化，调动灯光的内在情绪，努力做到艺术家想要达到的艺术效果。

如上半场演奏的管弦乐组曲《鹅妈妈》是一首著名的儿童组曲，内容取材于多个著名童话故事，不仅受到儿童的喜爱，也深深打动了成年观众。在演奏过程时，两位钢琴演奏家使用定点光强调，舞台基础光为粉调，乐队氛围光为欢快的金色，LED灯稳定的色温和饱满的色彩，将观众带入童话王国里纯净典雅的梦幻仙境。下半场朗朗与乐团合作演奏的《春舞》，是一首具有新疆少数民族特色的钢琴曲，作品民族气息浓郁，旋律优美。乐曲开始时，乐队使用深蓝色灯光照明，随着演奏的开展逐渐加入嫩绿色灯光，气氛变化，节奏柔和;钢琴独奏时渐渐给出定点光;乐曲达到高潮时，演区灯光色彩转成绿色，舞台上生机盎然。中段节奏渐快，演区灯光色彩转为红色，与乐曲所表现的人们围着火堆尽情舞蹈的场面相配合。结尾时音乐舒缓幽静，演区灯光色彩转深蓝色，带给观众静逸安祥之感。光色的节奏与音乐完美融合。

4.2 音乐会绿色照明方案

4.2.1 设计目标

本届音乐会舞台灯光系统的设计、配置与设备性能，首先要体现“绿色节能”这一理念。采用的LED灯具，要达到专业演出和电视现场直播及录像的要求;设备配置和系统构成具有高可靠性、扩展性和通用性，相对传统舞台灯具，节能效果更显著。

4.2.2 系统指标

照 度:舞台平均照度不小于1200lx

光源色温:3200K

显色指数:Ra＞85

4.2.3 灯具配置方案

在灯具配置上，本届音乐会以LED光源的舞台灯具为主，结合部分气体放电光源灯具。灯具布置图如图8所示。

图8 音乐会灯具布置图

音乐会灯具统计见表7，实际演出比表中的功率略有减少。

表7 音乐会灯具统计表

4.3 LED灯具在音乐会运用中的优势

本届音乐会上采用的绿色光源的舞台灯具以LED灯具为主，故以LED灯具为例，与传统舞台灯具进行比较。

4.3.1 面光灯具

在本届音乐会中，面光设置及灯具选用都非常特殊。面光主要用于舞台前区表演者或与会者的正面照明，因人民大会堂万人大礼堂体量巨大，台口宽度几乎是普通剧场的2倍，且没有设置专用的面光槽，故本届音乐会将面光设置在3楼观众席搭建的灯架上，其与舞台台口相距60 m，投射距离远大于一般剧场 (见图9)。对此情况，以前演出多采用2 kW～3 kW的回光灯作为面光灯具，本届音乐会则首次采用了以400 W LED聚光灯为主的面光灯具配置，结合部分气体放电光源灯具作乐队的分区照明。此次采用的400 W LED聚光灯杂散光控制得非常出色，聚光效果好，特别适合远距离投射。

图10是400 W LED聚光灯的测试数据，60m处的最高照度为167lx。

图9 3楼观众席架设的面光灯具到舞台大幕线的投射距离图

图10 400 W LED聚光灯的照度测试

图11为国际某著名品牌5000 W聚光灯，60 m处最高照度为110 lx。可见，400 W LED聚光灯的照度比5000 W聚光灯的照度高近50%，完全满足远距离面光的要求。

图11 5000 W聚光灯的照度测试

4.3.2 LED PAR灯

本届音乐会的顶光和逆光采用了大量LED PAR灯。该款LED PAR灯采用业内领先的10 W RGBW四合一LED芯片，配备40 mm大直径带有微透镜阵列的准直透镜，光束感极强。灯具在透镜内部完成混光，输出光线混色均匀、色彩饱满，染色效果较卤钨光源PAR灯加色纸的效果有质的提高。由于该灯具光学系统设计先进，光效很高，完全可以媲美1000 W卤钨光源PAR灯的照度。

图12是LED PAR灯合成白光的测试数据，10m处最高照度为1868 lx。

图12 LED PAR灯白光测试数据

图13是1000 W CP60 PAR灯白光的测试数据，10 m处最高照度为1896 lx。可见，该款LED PAR灯的照度与1000 W卤钨光源PAR灯相当。

图13 1000 W CP60 PAR灯白光测试数据

彩色光方面，LED PAR灯更胜一筹。卤钨光源PAR灯只能通过色纸滤光来得到需要的灯光色彩，其余大部分光谱能量全被色纸吸收，因此，色光的照度相对白光要低很多，一般不到白光照度的10%，而且还经常出现色纸被烧坏的情况。由于LED PAR灯具是通过加色法混光，卤钨灯具是通过减色法产生色光，因此，运用色光时，LED灯具节能效果能达到95%左右!

对比图14中卤钨光源光谱和LED光源混色光谱还可以看到，卤钨光源光谱中非常缺乏蓝色成分，因此，很难得到通透、湛蓝的色彩，而LED混色光谱中红绿蓝成分都非常充足，因此彩色LED光源能提供更为宽广的色彩范围，为灯光艺术家提供更大的创作空间。

图15分别是LED PAR灯的红绿蓝单色照度，均大大高于1 000 W卤钨灯的色光照度。

4.3.3 对乐器材质和音色的影响

在音乐会演出中，尤其需要强调温度对乐器材质的影响。采用传统热光源灯具时，高温光源辐射大量红外线，通过灯具散发的高热量会导致乐器材质如铜质材料、木质材料等热胀冷缩，乐器音质也随之发生变化，影响现场演出效果。因此，在音乐会演出中选用无红外线辐射的LED等冷光源灯具更加合适。

图14 卤钨光源光谱与LED光源混色光谱

本届音乐会在舞台灯光方面，没有使用传统的卤钨光源灯具，而是以国内自主研发的LED光源舞台灯具为主体，结合少量气体放电光源灯具做造型效果，120人的交响乐团光照均匀，颜色丰富;钢琴演奏家与独唱者以1200WSPOT电脑灯做定点，干净醒目，1200W染色电脑灯为乐队局部提色层次分明，现场效果与录像质量极佳。整场演出艺术照明的耗电总功率为160 kW，在人民大会堂舞台演出中是前所未有的。舞台灯光随着音乐的旋律而变化，与音乐组成了一部和谐的“彩色乐章”，使观众陶醉在音乐旋律的同时，也切身感受到了绿色环保的艺术照明的魅力。笔者充分运用绿色光源舞台灯具的亮度、色彩及电脑灯的造型效果变化，调动灯光的内在情绪，在积极倡导绿色照明的同时也达到了艺术家们追求的理想艺术效果。

5 结束语

图15 LED PAR灯的红绿蓝单色照度

目前LED光源的研发生产尚缺少接近传统舞台灯具“点光源”的单模组大功率 (200W以上)的LED光源，这也成为大功率舞台聚光类灯具的研发瓶颈。首先应加强对传统舞台灯具光源的光效了解，传统光源要通过合理计算的反射器提高光效以“点光源”形式，再通过镜头的聚散才能照到被照面，因此，反射器材料的反射率、反射器的配光、灯具结构是否合理，决定了灯具效率的高低。节能只是绿色光源的舞台灯具的指标之一，它还包括了诸如色温、显色指数、眩光限制、中心照度、光斑均匀等灯具性能的各项指标;一个新的技术的出现并最终成熟，从而得到广泛应用需要一个过程，需要LED生产企业加强研发投入，建立完善的检测体系，充分了解舞台灯具的使用功能和照明要求，需要灯具生产厂家结合LED光源研发企业共同攻关，推动LED绿色照明在影视舞台等专业领域的应用，提升文化产业LED绿色照明的技术能力，让我国场馆建设的舞台灯光，成为引领节能LED绿色照明、节能减排的开路先锋，为我国演艺灯光在未来在国际演艺照明领域成为强国做出贡献。

［1］肖凤强.LED舞台灯具在长安大戏院的应用.演艺科技，2011(1).