中央电视台大型演播室的灯光系统设计探讨

刘志光

（中央电视台 技术制作中心，北京 100859）

中央电视台大型演播室的灯光系统设计探讨

刘志光

（中央电视台 技术制作中心，北京 100859）

以中央电视台新址2 000 m2演播室为例，论述了电视台演播室灯光设计特点及优势。

演播室；灯光系统设计；灯光吊挂系统；吊杆；单点吊机；控制系统

中央电视台新址2 000 m2演播室（以下简称“本演播室”）是一个大型综合性演播室，主要用于制作特大型综合节目，要求能够承担大型高清晰度电视综艺节目的直播及录播制作任务。通常大型综合节目制作都分为主演区和观众区，节目具有演员和观众互动的特点。

按照本演播室灯光系统设计的总体要求，设计要根据科学数据来推导，必须是可靠的、高质量和全面的，同时，整体方案充分地应用网络化、智能化、模块化方面的最新研究成果和理念，实现技术先进、系统科学、稳定可靠、功能强大、使用方便的目标。系统设计人员结合多年经验，在充分保证技术先进性的前提下，从实际需求出发进行设计，既节省经费又有创新地满足了本演播室的灯光设计需求。

本演播室灯光系统设计主要依据：

（1）中华人民共和国行业标准GY5045-2006《电视演播室灯光系统设计规范》；

（2）文化行业标准WH/T26-2007《舞台灯具光度测试与标注》；

（3）中华人民共和国行业标准JGJ57-2000《剧场建筑设计规范》；

（4）美国戏剧技术协会（USITT）和原美国娱乐服务与技术协会（ESTA）的相关标准。

本文将从演播室布光、灯具吊挂系统和控制系统等几方面，对本演播室的灯光系统设计进行探讨。

1 演播室布光方法

中央电视台演播室以往举办《春节联欢晚会》属于多景区节目演播，布光需要满场光。从布光看：对较大型的节目，灯光先要铺地面光，如用聚光灯，数据：距投射点10 m有效光斑3 m（PAR灯有效光斑1.8 m，常用调焦使有效光斑到2 m），灯光需要接光，光斑之间压接30%左右，所以，接光距离2 m左右（PAR灯光斑接光距离1.26 m）。演播室舞台地面光需要大面积铺匀，这样就要求演区前后排灯光的距离不大于2 m，要求演播室吊杆前后排距离是2 m（见图1）。

以吊挂PAR灯布光为例，就需要借助后排景区上空的吊杆，用其上面的灯光向前赶，如此来弥补吊杆间距离的不足。除地面光外，还有侧面逆光和面光，它们在台面也需要经过以上的布光过程，侧面光是靠2 m间距的挂灯来完成的。此外，景光根据景的大小定光；效果光与灯光人员的使用方法有关。由于近年来大型文艺节目效果光的使用越来越多，它所占用的舞台区的灯位也随之剧增，导致灯位不足。对此，采用如下解决办法：比如，在原有的1 000 m2演播室、800 m2演播室主演区长期吊挂5道TRUSS架，长度9 m，增加灯位以满足效果光需要（1 000 m2演播室80个吊杆，间距2 m；800 m2演播室72个吊杆，间距2 m）。

1.1 本演播室灯光照度设计依据

随着摄像技术的发展，摄像机的灵敏度不断提高，对演播室照度的要求有所下降。但由于摄像机的有关标准未进行修改，并考虑到目前电视台高清演播室录制节目的情况：高清摄像机的像素数多、图像细腻，电视图像的颜色饱和度高，因此，要求演播室照度要均匀，其照度值与标清演播室类似。故规定：在光圈为5.6时，演播室综合光的垂直照度≥2 000 Lux；由于电视图像的好坏取决于人物面部的肤色，故取距地1.5 m处的垂直照度2 000 Lux作为照度标准值。

（1）有效光斑

硬光斑的全部为有效光斑（注：硬光斑与柔光斑只是配光曲线不同。）

柔（软）光斑中照度值不小于最高照度值10%的范围为有效光斑。

（2）等照度曲线图表示法（见图2）

（3）可变光斑角灯具的射距、光斑直径与照度关系（见图3）

一般的演播室演区综合光的垂直照度应达到1 500 Lux。

1.2 本演播室灯位布置设计依据

灯具投射距离：采用45°角投射时灯具照度的0.707是垂直照度（见图4）。

本次布光，演区布光采用直径3 m光斑重叠布置，观众区布光采用直径6 m、4 m及4.6 m光斑重叠布置。光斑重叠后可使水平轴线上保持亮度一致，使布光更均匀，避免照射区域出现黑暗，影响录制节目的画面效果，以直径3 m有效光斑叠加为例（见图5）。

表1 部分制造厂家灯具理论数据

表2 ARRI1000聚光灯照度表（聚光）

表3 ARRI1000聚光灯照度表（散光）

1.2.1 平均照度计算

表1为部分制造厂家灯具理论数据，以意大利LDR灯具为例计算3 m光斑平均照度。

由表1可知，当灯具投射9 m时，光斑直径为1.7 m，平均照度为2 778 Lux，因为相同灯具光通量是一定的，可由公式（1）求得平均照度：

可得：照度1×r12= 照度2×r2

2

所以，当灯具照射距离为9 m，光斑直径为3 m时，灯具平均照度为892 Lux。

1.2.2 投射角度最聚时灯具中心照度与平均照度的比值推算

以ARRI1000灯具为例，1 kW透射式聚光灯；聚光。表2为该灯具照度数据。由表2可推出，当灯具光束角为最聚的时候，光斑中心照度与光斑平均照度的比值为2.8倍（见图6）。

1.2.3 投射角度最散时灯具中心照度与平均照度的比值推算

以ARRI1000灯具为例，1 kW透射式聚光灯；散光。表3为其照度数据。

由表3可推出，当灯具光束角为最散的时候，光斑中心照度与光斑平均照度的比值为2.4倍（见图7）。

1.2.4 中心照度与平均照度的关系及实际布光平均照度计算

根据以上测试，聚光时光斑中心照度与光斑平均照度的比值为2.8倍，散光时光斑中心照度与光斑平均照度的比值为2.4倍，所以在这里笔者取光斑中心照度约等于平均照度的2.6倍，在重叠法布光中，依公式（2），光斑铺设区域的平均照度值近似为：

单灯平均照度×2.6=重叠布光照度值 （2）

考虑到投射角度为45°，灯光光通量有所减弱，所以，依公式（3），重叠布光照度值应为：

重叠布光照度值×0.707=实际重叠布光照度值

所以，当灯具投射9 m，光斑直径为3 m，实际重叠布光照度值为1 640 Lux。

1.3 本演播室灯具布置说明（见图8）

本演播室灯具布置说明：根据图纸的建筑尺寸、吊挂布置尺寸及以往的演播室布置经验作为参考，将演播室的演区及观众区布光区域尺寸设为28.9 m(宽)×12 m（深）（见图9）。

根据布光位置及灯具作用的不同，把本次布光分为7种：演区面光、演区逆光、观众区面光、观众区逆光、演区景片光、演区天幕光及演区主持人光。

1.3.1 演播室演区面光灯具布置说明

本演播室演区面光共设置6道，灯具之间间隔2 m，通过重叠布光法来布光（见图8）。在观众区前排吊挂的30台2 kW数字机械灯和60台2 kW聚光灯作为演区面光。仍以前文所述的LDR灯具为例，此时光斑中心照度为1 640 Lux，通过光斑的重叠以后，此区域的平均照度约为1 640 Lux，能达到高清演播室演区面光的照度要求。

演区面光光斑重叠布光图见图1。

1.3.2 演播室演区逆光灯具布置说明

本演播室演区逆光共设置6道，灯具之间采用间隔2 m的距离，在主演区后设6道铝合金灯架，吊挂90台2 kW聚光灯，通过重叠布光法来布光（见图8）。仍以前文所述的LDR灯具为例，此时光斑中心照度为1 640 Lux，通过光斑的叠加以后，此区域的平均照度约为1 640 Lux，能达到高清演播室演区面光的照度要求。

演区逆光光斑重叠布光图见图1。

1.3.3 演播室观众区面光灯具布置说明

本演播室观众区面光，采用24台2 kW聚光灯及24台2×1 250 W双反射柔光灯进行双重重叠布光（见图10）。由公式可得：聚光灯光斑直径为6 m时，光斑的中心照度为600 Lux，通过光斑的叠加以后，此区域的平均照度约为600 Lux,又通过实际测试及搜集相关产品资料可知，24台双反射柔光灯可提供观众区400 Lux以上的照度，所以，此区域的平均照度约为1 000 Lux，能达到高清演播室观众区面光的照度要求。

（1）演播室观众区面光照度计算说明

观众区面光采用双反射柔光灯和螺纹聚光灯两种灯具：

观众区面光照度按1 000 Lux来计算。双反射柔光灯根据实测可提供给观众区面光400 Lux的照度。见演播室观众区面光双反射柔光灯光斑重叠布光图（见图11）和双反射柔光灯光斑测试结果1（投射8 m测试光斑图）（见图12）。

测试方法：将2×1.25 kW双反射柔光灯水平放置地面，当光斑投射到8 m墙面时，先测试灯具投射8 m时，光斑纵向轴各位置的照度值，然后以纵向照度中心点测试横向轴各位置的照度值。

表4 双反射柔光灯光斑测试结果2（投射8 m测试照度表）

（2）演播室观众区面光照度计算

从上可知，双反射柔光灯可为观众区面光提供400 Lux照度，所以，要使观众区面光达到1 000 Lux，螺纹聚光灯必须提供600 Lux的照度。见演播室观众区面光聚光灯光斑重叠布光图（见图13）。

以LDR灯具为例，光斑投射9 m，依公式（2），计算单灯中心照度为600 Lux时的光斑平均照度：

单灯平均照度=中心照度/2.6= 600/2.6=231 Lux

已知，当灯具照射距离为9 m，单灯光斑平均照度为231 Lux，计算光斑直径：

由于光通量一定，灯具投射9 m时，照度为2 778 Lux，光斑直径为1.7 m，所以可由公式（1）得：

所以，当灯具照射距离为9 m，光斑平均照度为231 Lux，光斑直径为6 m。

1.3.4 演播室观众区逆光灯具布置说明

演播室观众区后4排吊杆，吊挂40台2 kW聚光灯做观众逆光，灯具之间采用间隔3 m的距离，通过重叠布光法来布光（见图8）。以LDR的灯具为例，由公式（1）可得当光斑直径为4.6 m时光斑的中心照度为1 000 Lux，通过光斑的叠加以后，此区域的平均照度约为1 000 Lux, 能达到高清演播室观众区逆光的照度要求。见演播室观众区逆光聚光灯光斑重叠布光图（见图14）。

演播室观众区逆光照度计算如下：

观众区逆光按1 000 Lux来计算。以LDR灯具为例，光斑投射9 m，计算单灯中心照度为1 000 Lux时光斑平均照度。计算步骤同1.3.3中观众区面光照度，不再赘述。结果是，当灯具照射距离为9 m时，光斑平均照度为231 Lux，光斑直径为4.6 m。

1.3.5 演播室景片光灯具布置说明

本演播室演区景片光，主演区两边最外侧每侧3个水平吊杆和一个垂直吊杆，吊挂10台2 kW数字机械灯、8台2 kW聚光灯（见图8）。主要用于布景时，投射在景物上增加景物的清晰度。

1.3.6 演播室天幕光、地排光灯具布置说明

本演播室演区天幕光，采用距天幕2.5 m处的水平吊杆吊挂天幕灯，36台4×1 250 W天幕灯用于天幕的照明；地排光采用36台4×1 250 W 地排灯，主要是补充天幕下部分照明的不足（见图8）。根据对相关灯具的调查，及实际灯具照度的测量，天幕灯和地排灯配合使用，可保证天幕上平均照度达到1 000 Lux以上。见天幕灯照度参考资料（见图15）。

1.3.7 演播室实际布光方案说明（见图16）

本演播室方案配置分为普通灯具和效果灯具两种。在实际使用中，大中型演播室在演区逆光上大量使用效果灯具。本演播室用筒子灯做逆光来铺地板光，用电脑灯做光柱和图案效果来烘托气氛。

2 本演播室灯光吊挂系统设计

由于大型演播室主演区以综艺节目为主，长期使用大量效果灯具，演播室传统的灯具聚光灯被大量拆除，只留少量做人物面光。

在传统演播室中，吊挂设备固定，灯位也相对固定。在做灯光设计时要找灯位来进行，这样限制了灯光设计人员的设计思路。为了充分体现灯光设计人员的创意，在演播室设计中采用了拆装灵活的吊挂系统，使灯具根据灯光设计来吊挂。

2.1 吊挂系统概述

本演播室的主演区采用单点吊机组成点阵式吊挂提升系统，来满足灯光设计的灯位要求。

根据演播室吊杆吊点的吊距要求：舞台吊装规定不大于5 m（厂家有规定是3.5 m），但每个吊杆要求不少于3个吊点。

在本演播室设计中，根据灯光数据的最低要求，前后排杆间距2 m，所以，前后吊点间距2 m。根据演播室吊挂要求，左右吊点间距2 m（左右吊点间距决定吊杆长度），主区共需135个点。这样，要求最短吊杆的长度是4.5 m，对精细布光已带来不便。为便于演播室吊杆拆卸和存放，将4.5 m吊杆拆卸后组合到观众区外侧杆上去，以备使用，存放不占演播室空间。此外还可以在主区外侧组合使用，但组合吊挂4.5 m以上的超长吊杆，就会影响左右吊杆升降，所以，笔者认为135个吊点为最佳点，也是能满足演播室吊挂要求的吊点。鉴于135个吊点需要135个单点吊机，大量吊机成本高，安装位置不好找。所以，需要减少吊点，采用活动吊点，根据不同节目把吊点移动使用，增加使用效率。弃用普通吊杆采用铝合金灯架可增加吊挂强度来减少吊点。整个演区的单点吊机为90个，每个负荷500 kg（见图17）。

2.2 多功能单点吊机（见图18）

设计的多功能单点吊机的出绳方向非常灵活，有垂直向上或向下、水平出绳等，配有水平移动的旋转滑轮，可在以多功能单点吊机为中心的180°扇形平面内任意布置吊点位置而不需移动单点吊机，为设备布置提供了极大方便。

它设有过载保护、行程开关、防脱绳装置。单点吊机设备可单控，也可多台集中控制运行（集中控制运行不少于16台）。灯光设计人员可以任意组合这些单点吊机，同时，配置与单点吊机分离的灯光专用组合灯架。组合灯架配置有拆卸方便的调光回路、直通回路、DMX512信号回路、数字灯控制回路、网络控制插口挂件。灯光专用组合灯架，可悬挂数字化灯具、柔光灯、天幕灯、电脑灯和光束灯及LED灯等设备。

灯光专用组合灯架可以根据需要组成不同的结构造型。铝合金组合灯架（350×350）共360 m，其中3 m 100根，2 m 20根，1 m 20根。铝合金方头40个；铝合金弯头30个。圆形铝合金灯架（300×300）直径8 m、3 m各1套。流动转接盒50个。 配备相应数量的尼龙吊带、吊钩、抱卡及配重棒，提供给使用这个演播室的节目编导、灯光设计人员、舞美设计人员充分的创作空间和自由度，以利于他们最大限度地发挥想象力和创造力。

2.3 电动上收缆系统（见图19）

为配合这种新颖的吊装方式，配备了独具特色的上收缆系统。自适应力矩调节式电动上收线缆盘，通过单独的力矩电机控制反向缠绕端子接线式收线盘。

力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力，具有软的机械特性，可以堵转，当负载转矩增大时能自动降低转速，同时加大输出转矩，当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速。但转速的调整率不好，因而，要在电机轴上加一测速装置，配上控制器。利用测速装置输出的电压和控制器给定的电压相比，来自动调节电压，使电机稳定，并使可控的电缆不受力。电动上收缆系统有机械和电子限位装置。电机控制电缆的升降（最大升降高度18 m），并且上收缆系统有上、下限位，要求电缆与灯架连接处在运动或静止状态下所受力不影响电缆使用安全、性能及寿命。灯架上升时力矩电机通电工作，经减速机放大转矩带动卷筒旋转收卷电缆。随着卷绕直径增大，力矩电机自动降低转速并增大输出转矩，从而保证收揽线速度与灯架升降速度同步并保持收揽张力恒定，灯架下降时力矩电机电动势不变，灯架拖拽电缆产生大于电机正向转矩的反向转矩，通过棘轮和磨擦装置使卷筒反转，同步释放电缆。另外，收缆器根据每个杆的调光号来定，每杆6个号，每个号需3芯6 m2电缆，六个号需18芯6 m2扁缆，加一对网络信号线和机械灯控制缆，需一个收缆器。3个吊点一个收缆器，共设计45个收缆器。

电动上收缆系统的提升机与单点吊机之间能做到同步运行。电动机设有应急供电方式，一旦遇上控制失灵，可使用其他电源运行。所有电动提升机械装置及灯光用电设备均应符合国家现行演播室及剧场有关电动机械吊装装置安全规定、电气使用和控制安全的规范、规定。设置专门装置，使电机在运行时，电缆尽量不受力，防止与设备层摩擦。每套上收缆含6路调光回路；4路独立DMX信号输出口；1个网络输出口。

通过流动转接盒将上收缆系统上的调光回路和控制信号转接下来，每个流动转接盒上输出6个调光回路、4路独立的DMX信号（并联两路输出）、1路网络信号。输入端为2个9芯插座（调光回路）、19芯圆形信号插座（4路独立的DMX信号）、1路网络信号。流动转接盒与灯架配接快捷、灵活、方便。盒体上各种标识明显。

电动单点吊机控制系统1套，此控制系统与电动水平吊杆控制系统及电动上收缆系统在同一控制系统内，这样便于操控人员的统一控制。

2.4 吊挂控制系统设计

本演播室配备性能可靠的变频调速控制系统，控制系统工业总线采用闭环冗余式设计，安全可靠、技术先进、使用简洁、便于维护。操作控制终端可为电脑控制台和掌上控制器及流动笔记本对系统进行控制。电脑控制台控制软件图形化操作界面（与演播室实际吊杆、灯具布置图纸一致），直观易用。

控制系统集中控制同时运行的提升机不少于16台（演区左右各运行8台）。380 V/3相优质电动机及配套减速器。控制系统采用位置闭环控制，可以检测出吊杆升降的高度和灯具角度，吊杆位置和灯具的动作可以预先设定，电脑控制台可自动控制吊杆升降到指定位置。各个吊杆位置可按场景记忆和调出。系统中配备进口变频器，吊杆运动速度可调；6台吊杆和灯具可以集控，也可以按不同的速度和方向同时运动，满足布光需要。吊杆和灯具单台控制误差为±3 mm，多台吊杆或灯具集控误差为±5 mm。

控制系统具备返错功能：电源过压、欠压、电机堵转、缺相、过流等故障信息以及吊杆高度、限位状态等运行参量能返送回电脑控制台，使操作人员能及时了解系统运行，操作方便。控制系统配备严格的防误操作功能。

控制系统设置应急操作按钮，遇到系统失控时，能够迅速切断吊挂系统电源。电动单点提升系统有机械和电子限位装置。设有上、下限位及超位停车装置。设置防冲顶及防滑机构，电动机上设置有安全可靠的制动技术措施。

设有防止钢丝绳乱绳、叠绳、松绳措施；设有断绳情况下的安全应急措施。灯杆下降时遇上布景或障碍物便自动停车。电动机设有应急供电方式，一旦遇上控制失灵，可使用其他电源运行。

以往灯光人员使用TRUSS架吊挂灯具时，总要拉临时电源线来给灯具供电，临时电源线随TRUSS架升降很不方便，需要耗费不少人工。有了电动上收缆系统，灯光人员将流动转接盒挂在TRUSS架上，与上收缆插接就可以了（见图20）。而且电动升降很方便，便于调整灯位，方便布光。

综上可见，新的设计较之传统的固定吊杆方式布光更加灵活，加上先进的力矩电机和控制系统，使用更加可靠、灵活和便利。在此基础上可以吊挂各种灯光吊杆，适应不同演出空间的要求，是演播厅灯光吊挂系统的一大进步。

刘志光，中央电视台技术制作中心制作部灯光技术工程师，新台址工艺办公室演播室灯光系统技术负责人，曾负责和参与过许多大中型电视演播室灯光系统的设计。

A Probe into Lighting System Design of CCTV Large Studio

LIU Zhi-guang
(China Central Television, Beijing 100859, China)

2000 m2studio of CCTV’s new building is exemplified to deal with the feature and vantage about lighting design.

studio; design of lighting system; lighting hanging system; suspender; point hoist; control system

10.3969/j.issn.1674-8239.2012.07.002

（编辑 张冠华）