Недостающее звено main title missing-link Full view

Недостающее звено

 

Мы «приручили» электричество 120 лет назад. С тех пор пользуемся лампами накаливания. И в то время, как технологии в других областях науки и жизни развивались семимильными шагами, лампы накаливания оставались всё такими же низкоэффективными, как и в начале. Обыкновенные бытовые лампочки преобразуют в свет всего лишь 3.5% потребляемой электроэнергии. Профессиональные лампы для сценического и студийного освещения обладают КПД в 7- 8% но, это до того, как они будут установлены в осветительные приборы (ОП), где общий КПД ощутимо падает из-за применения разных оптических приспособлений.

Лет 60 назад мы научились выращивать полупроводниковые кристаллы и делать из них светодиоды (LED). Первые поколения светодиодов были откровенно хилыми и производили так мало света, что годились в лучшем случае, как индикаторы для всякой электроники. Время шло, и развивающаяся технология стала открывать все новые возможности. К началу эпохи, которую мы называем третьим тысячелетием, т.е. порядка 15 лет назад, появились все предпосылки для того, чтобы начать использовать LED в сценических ОП.

Осенью 2003 года Роберт Герлак (Robert Gerlach) возглавил группу исследователей, работавшую над вопросом применения LED в театральном освещении. К тому времени уже существовали светодиодные ОП на основе эмиттеров красного, зеленого и синего цветов (RGB). Если смешать их свет, получалось нечто, что человеческий мозг воспринимал, как подобие белого света. Группа Герлака подтвердила то, что большинство из нас, находящихся в индустрии сценического освещения и так знали – такие ОП ущербны.

RGB светильники были вполне хороши для получения насыщенного красного, зеленого или синего цвета, но если пытаться смешать эти первичные цвета для получения цветов 2-го и 3-го порядков, LED ОП неизменно проигрывали. RGB LED освещение не позволяло передать другие цвета или натуральный оттенок человеческой кожи. Скажем, апельсин в таком освещении становится почти чёрным, потому что объект оранжевого цвета практически полностью поглощает чистый красный, зеленый и синий цвета. В то же время, объекты других цветов могли выглядеть феерично и ненатурально, в сравнении с тем, как они видны при естественном освещении. Отражённая яркость объектов разных цветов также не соответствовала действительности, т.к. уровень яркости не является постоянной величиной на всей ширине видимого спектра, как кто-то может подумать. И, самое печальное, качество белого света было очень далеко от желаемого, всегда присутствовала окраска и неестественность.

Герлак и его группа поставили перед собой задачу исправить такое положение вещей. Они стали исследовать возможности смешения цветов при разных сочетаниях цветных LED, для чего был изготовлен испытательный прототип ОП с 10 –ю цветами, равномерно расположенными по видимому спектру: красный 660нм, оранжево-красный 625нм, оранжевый 605нм, янтарный желтый 590нм, желто-зеленый 565нм, зеленый 530нм, циан 510нм, синий 475нм, индиго 450нм и фиолетовый 420нм.

Шесть из них, оранжево-красный, желтый, зеленый, циан, синий, индиго, были сверхяркими светодиодами Luxeon фирмы Lumileds, четыре же остальных были доступны только в виде слабомощных светодиодов общего назначения в корпусе диаметром 5 мм. Из последних пришлось делать кластеры по 50 LED одного цвета, чтобы как-то уровнять их световой поток со сверхъяркими LED Luxeon.

Этот прототип использовали в экспериментах, где 70-ти наблюдателям в возрасте от 15 до 65 лет предлагалось сравнить окрашенный и белый свет полученный смешением излучения RGB диодов, всех 10 LED и только шести Luxeon –ов повышенной яркости. Основываясь на этих исследованиях, Герлак с коллегами сконструировали ОП, который, по их мнению, хоть и был компромиссом, с учетом имевшихся в наличии LED технологий, но все же намного лучше подходил для задач театрального освещения, чем RGB LED ОП. Конечный продукт состоял из шести сверхярких светодиодов Luxeon и дополнительного красного светодиода, тоже повышенной яркости.

По окончании исследований, Герлак опубликовал статью (а фактически научный доклад), где описал свои изыскания — «LEDS TO LIGHT THE THEATRE» (Светодиоды для освещения в театре). Для производства были изготовлены рабочие чертежи и вместе с Новеллой Смит (Novella Smith), Герлак стал соучредителем компании Selador, которая начала производить целую линейку театральных ОП с использованием LED.

В 2009 –м ЕТС купила компанию, и присвоила одной из линий своей продукции бренд Selador. Тут бы и сказке конец. Все счастливы, продукты Selador, а затем ЕТС стали одними из лидеров в индустрии сценического цвета, их везде любят, а количество проданных изделий трудно подсчитать, но без сомнения цифра будет впечатляющей. Но история на этом не оканчивается.

В те годы, когда Герлак проводил свои исследования, выбор сверхярких LED, а точнее, с высокой световой отдачей, был сильно ограничен. Если бы в то время были яркие LED каких-то других цветов, вероятно, они были бы включены в окончательную конструкцию ОП. В сущности, докладе Герлака есть слова, просто пророческие для 2003 года: «когда будет больше цветов (светодиодов), мы сможем сделать матрицы, которые превзойдут по своим характеристикам наши нынешние светильники».

Одним из важных кусочков паззла, которого не хватало в 2003 году, был в частности, цвет Lime-Green, т.е. «зелёный лайм» или «зелёный лаймовый». Нашелся он только в феврале 2014 года, когда фирма Lumileds начала производство сверхъярких LED этого цвета.

Критической проблемой был провал в спектре между желтым и зеленым цветами. Но команде Герлака приходилось работать с тем, что было доступно на тот момент, поэтому чтобы заполнить этот пробел им и пришлось, за неимением лучшего, делать кластеры из слабых желто-зеленых светодиоды с подходящей длиной волны 565 нм. Сегодня же новый «зелёный лаймовый» светодиод фирмы Lumileds с излучением от 566 до 569нм точно попадает в ранее проблемный участок видимого спектра.

 Спектр RGB LED
Спектр RGB LED

Спектр Source Four X7 LED
Спектр Source Four X7 LED

 

Со времени изысканий Герлака прошло 11 лет, что по масштабам технологического прогресса, огромный период времени. В компьютерной области закон Мура (Moore’s law) гласит, что количество транзисторов в процессорах удваивается каждые 24 месяца, а (удельная) цена падает. В LED индустрии есть похожий закон Хайца (Haitz’s Law), согласно которому яркость светодиодов удваивается каждые полтора – два года. Так что неудивительно, что новый LED цвета «лаймгрин» очень яркий. Поразительно то, насколько он яркий, его светоотдача – 200 люмен на ватт (лм/Вт).

LSA_15_09 (93-1)А поскольку его излучение находится рядом с той частью спектра, к которой человеческое зрение наиболее чувствительно, это значит, что любой LED ОП, в состав которого входит такой светодиод, будет иметь преимущество в общей световой отдаче. Также это позволяет одновременно применять более мощные красные светодиоды, при этом сохраняя белый свет именно белым. В итоге интенсивность качественного белого света в ОП тоже намного выше.

Сравнение основных результатов исследования Герлака – цветовые охваты трех комбинаций разных светодиодов в модели CIE 1931. Белый треугольник – цветовой охват RGB LED. Сплошная черная линия – охват первого серийного 7-ми цветного LED ОП Selador. Прерывистая линия – цветовой охват 10-ти цветного прототипа, использовавшегося для экспериментов.

В конце 2014 года ЕТС запустила производство аппаратов Source Four LED Series 2, в которые … (барабанная дробь)… добавлен новый лаймгрин LED (удар тарелок!) Приборы ЕТС Source Four одни из самых эффективных и они есть везде, где требуется художественное освещение. А прожекторы Source Four LED Series 2 со светодиодами лаймгрин дают на выходе 48.8 лм/Вт против 18.3 лм/Вт у 750 ваттной версии с лампой накаливания.

Series 2 vs S1

Качество белого света и плавность изменения яркости практический неотличимы от галогеновых ламп с вольфрамовыми нитями накаливания. На сегодняшний день Source Four LED Series 2, пожалуй самое значительное достижение в индустрии сценического света, полученное благодаря «простой» идеи добавить светодиоды лаймгрин.

По иронии судьбы в театре не слишком жаловали зеленый цвет, но теперь его точно полюбят.

Ричард Кадена (Richard Cadena)
Перевод: Михаил Остапенко.

Обсуждение