Источники света – основы светомузыки

July 18, 2015 by admin Комментировать »

Выбор источников света при создании ВОУ производится по следующим основным признакам: характер излучения и его цветовые характеристики; род используемого тока; значения номинальных напряжений Uhok, мощности Рном (и связанного с ней светового потока Фном); световая отдача Ψ (т. е. отношение светового потока Ф к затрачиваемой для его получения электрической мощности Р) и зависящая от нее экономичность работы; вольт-амперная характеристика; инерционность; габариты и форма светящегося тела (и связанная с ним кривая силы света); необходимость и сложность пускорегулирующей аппаратуры; характер изменения светового потока от изменения напряжения (или тока); способы и пределы управления световым потоком; изменение цветовых характеристик при управлении световым потоком.

Для характеристики распределения мощности излучения по спектру используется масштабное отображение, чаще всего в относительных величинах, мощности излучения Fλ на данной длине волны (или в данном интервале волн Δλ).

Лампы накаливания — самые дешевые и распространенные источники света, имеют более тысячи наименований, различающихся по напряжению, мощности, габаритам, форме баллона, наполняющему их газу, формам нити накала и цоколя. Они не требуют специальной пускорегулирующей аппаратуры и почти все могут работать в любом положении: горизонтальном или вертикальном. Средняя продолжительность работы Н— 1000 ч. Нить накала некоторых из них приближается к точечной, а в случае необходимости может быть выполнена в виде сплошного светящегося прямоугольника (кинои прожекторные лампы). Световой поток может регулироваться от 0 до максимума изменением напряжения питания U. Характер изменения параметров Р, /, Ф, ψ, Н от напряжения U — нелинейный (рис. 3-15).

Нелинейность электрических характеристик объясняется тем, что нить накала меняет свое сопротивление от температуры (у хо-

лодной лампы оно в 8—14 раз меньше, чем у горящей). С этим, кстати, связано появление броска тока при включении лампы. У ламп небольшой мощности нить невелика и нагревается быстро, в доли секунды (0,2—0,5 с). При включении же мощных ламп с массивной спиралью это время может достигать целой секунды.

Рис. 3-15. Зависимость основных параметров ламп накаливания от напряжения.

Еще большая нелинейность световых характеристик объясняется законами теплового излучения, согласно которым суммарный поток излучения (а значит, и света в видимом диапазоне) увеличивается от температуры в степенной зависимости.

Особенностями теплового излучения объясняются и некоторые другие, неприятные свойства лампы накаливания: малый энергетический к. п. д. лампы, в видимой части спектра излучающей лишь 10% своей энергии, — среднее значение световой отдачи ψ равно всего 13 лм/Вт[9]; сильное нагревание (до 100°С и более) баллона лампы, поглощающего инфракрасные лучи, преобладающие в спектре излучения; большая разница в значении мощности излучения F % для красной и синей части спектра (рис. 3-16). И, наконец, главный недостаток — изменение спектрального состава излучения лампы при изменении напряжения питания («покраснение» при уменьшении напряжения). Объясняется это тем, что максимум излучательной способности нити накала при разных температурах 7’ приходится на разную ДЛИНу ВОЛНЫ Ямакс.

Согласно закону Вина для нагретого «абсолютно черного тела» (а раскаленный вольфрам приближенно можно считать таковым) Ямакс 7’ = const. С повышением температуры происходит не только увеличение общей энергии излучения, характеризующейся площадью, заключенной под кривой относительной спектральной интенсивности, но и изменение относительной доли излучения разных длин волн, так как значение λ макс уменьшается. Видимый свет возникает в спектре лишь при достаточно высокой температуре. Вначале появляются только красные лучи, с увеличением температуры в спектре начинают возникать и более короткие волны, и мы видим, наконец, белый свег (сумму цветов).

Кривые спектральной интенсивности на рис. 3-16 приведены для вольфрамовых нитей накаливания при номинальных значениях напряжения (и соответственно температуры). При уменьшении напряжения левая часть графика спадает быстрее правой.

Рис. 3-16. Распределение энергии излучения в спектре газополных ламп накаливания. (Две линии соответствуют максимальным и минимальным температурам накала нити семейства ламп.)

Несмотря на эти недостатки (которые, кстати, можно в определенной мере компенсировать), лампы накаливания остаются пока основными источниками света для любительского светомузыкального конструирования. Поэтому полезно более подробно ознакомиться со всеми другими специфическими особенностями этих, казалось бы несложных, устройств для преобразования электрической энергии в световую.

Например, сели поставлена задача получить ВОУ с малой инерционностью источников света, то этому отвечают лампы на 127 и 220 В. Если, наоборот, необходимо, чтобы включение и выключение происходило с некоторой задержкой, более плавно, то тогда больше подходят низковольтные лампы с толстыми нитями накала. С уменьшением номинального напряжения связана и возможность уменьшения длины этой нити, т. е. приближение источника света к точечному. Из обычных ламп на 127 и 220 В меньшие размеры нити накала у биспиральных. Для получения общей равномерной засветки экрана можно применять лампы с матовыми или молочными колбами. Экономичны лампы с зеркальными (или матовыми) отражателями, нанесенными у цоколя прямо на корпус баллона, излучающие в зоне 0±40° вокруг своей оси не менее 50% всего светового потока.

В этом выборе конструктору представлены большие возможности. Для лучшей ориентации ознакомимся с основными условными обозначениями ламп накаливания.

Применяемые обычно в быту лампы Общйго назначения ‘разделяются на следующие типы: В — вакуумные, Г — газополные, Б — бисниральиые, К — биспиральные криптоновые. Эти лампы на 127 и 220 В имеют такую шкалу мощностей: 15, 25, 40, 60,75,100,150,200, 300, 500, 750, 1000, 1500 Вт (до 300 Вт цоколи Е-27, выше—Е-40).

Кроме того, выпускаются лампы транспортные и специального назначения, среди которых можно найти источники света не только разной мощности, но и целого ряда напряжений питания, что особенно важно при использовании БУМ на транзисторах. Это лампы низкого напряжения местного освещения — МО, железнодорожные— Ж, судовые — С, автомобильные и тракторные — А, самолетные — СМ, прожекторные — Г1Ж, кинопрожекторные — КЛЖ, кинопроекционные— К, лампы для маяков — ММ, сигнальные—СГ, миниатюрные лампы низкого напряжения — МН и т. д. В мощных установках, предназначенных для подсветки зданий и для светозвуковых спектаклей на открытом воздухе, перспективно использование зеркальных ламп ЗК, ЗС, ЗШ, а также ламп с йодным циклом, чаще всего выполненных в виде трубок, — КИ, КГ, К.ГМ, КИМ.

По конструктивному исполнению, кроме формы баллона н нити, лампы накаливания различаются типом цоколя (резьбовые, штифтовые и т. д.). Например, Е-27 означает — резьбовой, диаметром 27 мм; 2Ш-15 — штифтовой, диаметром 15 мм, двухконтактный; 1Ф-С-22 — фокусирующий, секторный, диаметром 22 мм, одноконтактный.

Точные данные о всех типах ламп накаливания приведены в специальных каталогах, например СИ-4 («Светотехнические изделия»), Ниже приводятся лишь общие сведения о номенклатуре ламп, пригодных для использования в ВОУ разного назначения. Согласно принятой в последнее время маркировке почти все они несут в своем обозначении сведения о напряжении и мощности (иногда силе света). Например, лампа накаливания газополная на 220 В и 100 Вт имеет обозначение Г220-100.

На сетевое напряжение выпускаются малогабаритные лампы общего назначения с цоколем Е-14 на 220 В по 15, 25, 40 Вт; декоративные лампы («свечи») типа Д на 127 (220) В мощностью 15, 25, 40 Вт с таким же цоколем; елочные гирлянды ЭО и ЕГ с окрашенными лампами на 127 (220) В от 2 до 30 Вт. Выпускаются также лампы небольшого размера для холодильников (ПШ) и швейных машин (PH) мощностью 15 Вт на 127 и 220 В.

Среди низковольтных малогабаритных ламп следует вселить самолетные и автомобильные лампы. Самолетные лампы СМ выпускаются в основном на напряжение 13 В (5, 10, 15 Вт); 26 В (5, 10, 25, 70 Вт); 28 В (2, 5, 18, 20, 25, 28, 38, 50; 60; 70; 80 Вт). Среди них есть лампы с зеркальными отражателями и с двумя нитями накала. Параметры лампы находят отражение в их маркировке — СМ13-15 (13 В, 15 Вт).

В маркировке автомобильных ламп вместо мощности указана сила света, например А6-10 (6 В, 10 кд). Некоторые из них также имеют две независимые нити накала. Это находит соответствующее отражение в маркировке лампы, например А24-60+40 (24 В* 60+40 кд). Автомобильные лампы выпускаются в основном на напряжение 6 В (1, 2, 3, 6, 10, 15, 15+15, 21, 32, 32+4 кд); 12 В (3, 4, 5, 6, 15, 20, 21, 32, 32+4, 45+45, 50, 50+21, 50+40, 60+40» 80 кд); 24 В (1, 3, 21, 32+4, 60+40 кд).

Лампы местного освещения с диффузионным белым отражателем МОД выпускаются на 12 В — 25, 40, 60 Вт; на 36 В — 25, 40, 60 и 100 Вт (пример обозначения: МОД36-100). Для питания от сети 220 В существуют аналогичные лампы типов ДБ, ДБК, ДГ на 40, 60, 100, 150 и 200 Вт.

Существует большой выбор зеркальных ламп общего назначения с концентрированным светораспределением (пример обозначения: ЗК110-250). На ПО В выпускаются лампы с мощностью 250, 500, 1000, 1500; на 127 В —40, 60, 100, 150, 200, 300, 500, 750 и 1000 Вт (лампы аналогичных номиналов мощностей есть и на 220 В). Лампы до 300 Вт также имеют цоколи Е-27, выше — Е-40.

Зеркальные лампы среднего светораспределения обозначаются ЗС и выпускаются на 127 и 220 В — по 40, 60 и 100 Вт. Зеркальные лампы широкого светораспределения обозначаются ЗШ и выпускаются на 220 В — 300, 500, *750 и 1000 Вт. (Вместе с серией ЗК эти лампы имели раньше маркировку ЗН). Выпускаются также зеркальные специальные лампы:    серия МОЗ на 12 В — 40 и 60 Вт; на 36 В —40, 60 и 100 Вт.

Прожекторные лампы обозначаются аналогично (ПЖ110-1000 3); здесь последняя цифра указывает на модификацию (тип) цоколя. Па напряжение 24 В выпускаются лампы мощностью 250, 500 и 1000 Вт; на 50 В —25, 250 и 500 Вт; на 110 В— 500, 1000, 1500 и 2000 Вт. В эксплуатации до сих пор находятся лампы старого типа, где после марки ПЖ указан порядковый номер (например, ПЖ-62). Их данные следует искать в справочниках, где, кстати, приводятся и обозначения их современных аналогов [101].

Кинопрожекторные лампы К.ПЖ выпускаются на напряжение 110 В и 220 В мощностью 150, 500, 2000, 3000, 5000, 10 000 Вт. Кинопроекционные лампы имеют индекс К и, кроме низковольтных, выпускаются на напряжение 127 В (100, 150, 250, 300, 500 Вт) и на 220 В (100, 250, 300, 500, 700 Вт).

Галогенные лампы с йодным циклом выпускаются на разные напряжения: КИМ9-75, КИМ10-90, КИМ12-40, КИМ30-300. Кроме того, есть серии КИ, КГ, КГК и КГМ на 127 и 220 В мощностью 500, 1000, 1500, 2000, 2500 и 5000 Вт.

Люминесцентные лампы обладают большей, чем лампы накаливания, световой отдачей ф (40—бОлм/Вт и более). По спектральным характеристикам различаются лампы дневного (ЛД), с исправленной цветностью (ЛДЦ), холодного белого (ЛХБ) и тепло-белого (Л’ГБ) света. В последнее время начат выпуск цветных люминесцентных ламп. На рис. 3-17 приведен график распределения мощности излучения в видимом диапазоне для лампы ЛД.

В конструктивном отношении люминесцентные лампы обычного типа выполняются в виде прямых, U-образных и замкнутых в кольцо трубок со светящейся поверхностью. Это ограничивает область их применения (ВОУ бесформной засветки). Но из таких ламп можно делать самосветящиеся скульптуры: если управлять по яркости каждой лампой отдельно, получаются интересные эффекты трансформации скульптуры. Прямые лампы можно прикреплять^ жестким растяжкам вантовых конструкций (подобно изображенной на рис. 8-27) или поставить в ряд в виде труб органа. Кольцевые окрашенные лампы лучше плотно надеть на круглый стержень. Движение света волнами, под музыку, вдоль получившейся «световой колонны» будет более впечатляющим зрелищем, чем унылое моргание «световых дубинок» непродуманных АСМУ, экспонируемых часто на радиотехнических выставках:..

‘ Изготавливаются люминесцентные лампы в основном на напряжения 127 и 220 В мощностью 3, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 20, 30, 40, 80 и 125 Вт. Нормальная работа гарантируется при температуре выше 5—10° С.

Рис. 3-17. Спектральная характеристика люминесцентной лампы ЛД. (Столбиками заменены отдельные спектральные линии излучения.)

Люминесцентные (как и все газоразрядные) лампы требуют специальной пускорегулирующей аппаратуры, обеспечивающей прогрев электродов, что необходимо для уменьшения напряжения зажигания. Кроме того, необходима балластная нагрузка, предохраняющая лампу от разрушения, возможного изза неограниченного роста тока при разряде, так как сами люминесцентные лампы имеют отрицательную вольт-ампсрную характеристику. При питании ламп переменным током нагрузка представляет со(юй обычно дроссель, потери в которой достигают 15—25%· Еще заметнее эти потери при питании постоянным током, когда балластная нагрузка является активным сопротивлением.

В бесстартерных пусковых устройствах с предварительным подогревом электродов напряжение зажигания зависит не только от значения тока подогрева, но и от других факторов, например от наличия на поверхности лампы так называемой проводящей полоски, соединенной с одним из электродов или с «землей».

Люминесцентные лампы, как и любые газоразрядные, рассчитываются на определенное напряжение между электродами. Зажигание газоразрядных ламп гарантируется при напряжении не менее 90% номинального. При больших отклонениях разряд в лампе прекращается.

Регулирование светового потока возможно от максимума почти до нуля (особенно при наличии проводящей полоски). Но в отличие от ламп накаливания регулирование должно производиться не изменением напряжения, а изменением тока.

Спектральные характеристики света при управлении не изменяются. Колба лампы почти не греется, что позволяет оборачивать их пленочными светофильтрами и красить жидкими цзстными лаками. Средняя продолжительность горения — 5000 ч. При питании переменным напряжением 50 Гц заметна пульсация светового потока (стробоскопический эффект при восприятии движущихся предметов).

Ксеноновые лампы дугового разряда имеют в видимом диапазоне спектральный состав излучения, близкий к солнечному (рис. 3-18).

Выпускаются они шаровой (тип ДКсШ) и трубчатой формы (тип ДКсТ) для сети переменного и постоянного тока. Как и люминесцентные, ксеноновые лампы безынерционны. При увеличении тока падающая вольт-амперная характеристика переходит в возрастающую, что обеспечивает стабилизацию свечения лампы при малых балластных нагрузках (или вовсе без них — у мощных ламп).

Эти лампы требуют довольно сложной пусковой аппаратуры, причем поджигающий импульс достигает значений десятков тысяч вольт. Световая отдача ф (с учетом потерь на балластном сопротивлении) 20—40 лм/Вт. Регулирование светового потока (изменением тока) возможно, но в определенных пределах. На нижних уровнях яркости лампа может погаснуть, после чего повторное зажигание ее высоковольтным импульсом производится лишь после остывания.

Рис. 3-18. Спектральные характеристики ксеноновой лампы сверхвысокого давления (/) и солнечного света (2).

Спектральный состав при регулировании почти не меняется.

Яркость и световой поток меняются приблизительно пропорционально силе тока. Высокая степень концентрации света шаровых ламп позволяет использовать их в проекционных ВОУ. Лампы эти взрывоопасны и требуют в обращении специальных мер предосторожности. Номинальное напряжение шаровых ламп около 20—30 В, градации мощности 200,      500, 800, 1000, 3000, 5000 Вт. Почти все лампы этой серии работают на постоянном токе, кроме ДКсШ-800 и ДКсШ-1000-1, и отличаются от последних по внешнему виду тем, что имеют более массивный анод, в то время как у ламп переменного тока оба электрода одинаковы.

Разработчик ВОУ может использовать и импульсные газоразрядные лампы, подобные тем, что употребляются в фотовспышках. Их световая отдача, зависящая от газа в лампе, примерно та же, что и для обычных ламп накаливания. Очень привлекательна возможность использования в общей световой картине отдельных интенсивных вспышек, но импульсным лампам можно найти еще одно применение. Частое периодическое их включение позволяет получить интересные стробоскопические эффекты при наблюдении подвижного предмета, особенно если это движение также периодическое (колебательное или вращательное). При совпадении или кратности периодов (частот) предмет как бы застывает на месте, останавливается (эффект «замороженного движения»). Это легко наблюдать при вращении велосипедного колеса под светом люминесцентной лампы или слежении за спицами на киноэкране, где свет, как известно, тоже прерывистый. Впечатляющая картина получается при использовании импульсных ламп в качестве источников света в транспарантных и линзовых проекторах, особенно если трафареты имеют растровую структуру.

Импульсные лампы делятся на стробоскопические (работающие в режиме многократных вспышек, тип ИС) и фотоосветительные (в основном режим единичных вспышек, тип ИФ). Источником питания импульсных ламп обычно является заряженный конденсатор. На его обкладках создается рабочее напряжение, большее, чем напряжение зажигания, но не превышающее напряжения самопробоя.

При подаче на поджигающий электрод высоковольтного импульса происходит разряд конденсатора через лампу, и возникает вспышка. Ее энергия зависит от рабочего напряжения и емкости конденсатора.

При одиночных вспышках с большими интервалами или малой частоте повторения вспышек эта энергия может быть значительной. Для того чтобы при частом включении предохранить лампу от перегрева и разрушения, напряжение и емкость конденсатора соответственно изменяются так, чтобы сумма энергий вспышек за единицу времени не превышала определенного значения. Так, например, лампа ИСК-Ю при работе с частотой 1 Гц, при напряжении 300 В и длительности вспышек 200 мкс должна питаться от конденсатора емкостью 220 мкФ, а при частоте 1000 Гц, напряжении 500 В и длительности вспышек 7 мкс емкость уже равна всего 0,08 мкФ.

По маркировке ламп ИС и ИФ можно судить об их электрических и конструктивных характеристиках. Третья дополнительная буква в маркировке означает: К — компактная, П — цилиндрическая, Б — кольцевая, Т и Ш — с трубчатой или шаровой колбой. Последующая цифра соответствует энергии вспышки (Дж) для ламп типа ИФ и средней электрической мощности — для типа ИС (Вт). Серии ИСК выпускаются со значениями средних мощностей 10, 25, 250Л-Вт. Серии: ИСП — 5, 10, 15, 70[10] Вт; ИСШ — 15, 100, 500* Вт; ИСТ — 10 Вт. Серия ИФК выпускается со значениями энергии вспышки 5, 15,20,50, 120, 500, 2000* Дж; ИФП—200, 500,1500, 4000,15000* Дж; ИФБ — 300 Дж; ИФТ — 200 Дж.

Следует учесть, что лампы серии ИФ более доступны радиолюбителю (так как употребляются в фотовспышках) и тоже могут быть использованы в стробоскопах, но с отмеченным выше условием изменения напряжения питания и емкости конденсатора относительно паспортных данных, что обеспечило бы необходимое уменьшение энергии вспышки.

Точные данные о необходимых элементах схемы питания, рабочих напряжениях и допустимых частотах вспышек приводятся в специальных изданиях [98]. <

В последнее время появились новые источники света — лазеры, у которых излучение, индуцированное внешним энергетическим воздействием, в отличие от излучения обычных источников света когерентное (т. е. согласованное по фазе и направлению). С этим свойством связана монохроматичность излучения лазера и возможность концентрации света в узкий луч. Для получения индуцированного излучения создается активная среда. Ее основой может служить твердое тело или газ. Возбуждение активной среды твердотельных лазеров производится импульсными газоразрядными лампами. Эти лазеры работают в основном в импульсном режиме, поэтому и для них энергетическими характеристиками являются энергия вспышки или средняя мощность. В непрерывном режиме работают газовые лазеры. Возбуждение активной среды создается генерированием электрического разряда внутри газа, при котором происходит последовательное индуцированное излучение уже когерентного света.

Коэффициент полезного действия твердотельных лазеров — 1—2%, у газовых достигает 25%· Газовые лазеры позволяют получать различные цвета:          аргоновый — синий (488 нм) и зеленый

(514,5 нм); гелиево-неоновый — красный (632,8 нм). Красный цвет излучает также лазер на криптоне. Именно эти лазеры по мощности и цветовым характеристикам являются пригодными для использования в ВОУ.

Следует иметь в виду, что разработчиков ВОУ лазеры пока привлекают не тем, что их когерентное излучение позволяет получать объемные изображения. Техника голографии, особенно для многоцветного подвижного изображения, вообще разработана весьма слабо. Да и нет для светомузыки принципиальной необходимости иметь именно объемное изображение. (Хотя наметить путь создания можно— это синтезирование искусственных голограмм с помощью ЭВМ и съемка их мультспособом, что позволит получать несуществующие в природе фигуры и движения). И театральная светотехника, и светомузыка используют пока лазер лишь в качестве «фонаря», правда, «фонарь» этот — со 100%-ной чистотой цвета и с очень ярким узким лучом. Непосредственно свойство когерентности излучения проявляется для зрителя лишь в том, что отраженный от экрана лазерный свет имеет очень своеобразную подвижно-зернистую структуру, похожую на переливающееся «микромарево». Объясняется это явление сцинтилляции дифракцией и интерференцией света при отражении от поверхности экрана.

Лазерный луч высвечивает на экране яркую точку. При быстром движении за счет инерции зрения луч вычерчивает тонкую линию. Интересный эффект получается при модуляции луча сигналом высокой частоты: линия распадается в пунктирный рисунок. Этот же прием можно использовать при обычном просвечивании лучом трафаретов из оптически неоднородного материала, а также при осциллографической развертке луча, когда причудливые фигуры Лиссажу на большом экране превращаются в своеобразное «ажурное кружево». Можно использовать лазерный луч и в телевизионных системах воспроизведения. При этом необходимо учитывать, что в результате развертки световой поток лазера распределяется по площади, в миллионы раз превышающей площадь пятна от луча. Поэтому не следует ожидать, что экран будет очень ярким. Например, для аргонового лазера с мощностью излучения F= 1 Вт (а это для лазера большое значение!) световой поток согласно формуле (3-2) и рис. 3-3 будет равным Ф = 683Х0,43Х1 »300 лм.

Если площадь экрана 3X3 м2, коэффициент яркости 1, то даже если допустить, что к. п. д. оптической системы £опт равен 100%, яркость согласно формуле (3-1) не превысит 10 кд/м2.

Так же, исходя из распределения светового потока на экране, следует подсчитывать яркость изображения при обычном «разбрасывании» лазерного света путем просвечивания им преломляющих оптических сред (кусок стекла, кристаллы, натеки прозрачных смол и т. д.). При плавном перемещении этих оптических «формообразователей» на экране появятся подвижные образы, похожие на сложные осциллографические фигуры Лиссажу, причем с большим количеством полутонов, создающих впечатление объемности изображения. При необходимости управлять интенсивностью лазерного луча можно применять оптические клинья или (в системах с разверткой луча) модуляторы с использованием поляризационных «световых клапанов», действующих на основе эффекта Керра или Поккельса.

Большие перспективы открываются при освоении возможностей так называемого «лазерного кинескопа», изобретенного советскими учеными.

Более подробные сведения об источниках света для ВОУ приведены в соответствующей литературе [100, 109].

Экраны и залы для демонстрации светомузыки

Вся кропотливая, как в этом убедился уже читатель, работа над ВОУ может быть сведена на нет, если у конструктора не хватит терпения выбрать наиболее подходящий экран, на котором воплощается в зримую реальность конструкторский (а затем и композиторский) замысел.

Рис. 3-19. Действие бело-матового (а) и металлизированного экранов (б).

Рис. 3-20. Кривая коэффициентов яркости при падении света по нормали для бело-матового (/), металлизированного растрового (2) и экрана «Перлюкс» из пластиката, покрытого специальным перламутровым лаком (<?).

Существуют два типа экранов: прямой (фронтальной) и обратной (рир) проекции.

При фронтальной проекции непрозрачный экран освещается, как в обычном кино, из зала, со стороны зрителей. Разумеется, в этом случае нам целесообразно максимально использовать опыт кинопроецировання.

В зависимости от конкретно поставленной задачи (условий демонстрации, размеров зала и т. п.) можно использовать экраны с различным видом рассеянного отражения (см. рис. 3-2, а, б).

Применение экранов с бело-матовой поверхностью, обеспечивающей диффузное отражение, иногда может оказаться малоэкономичным (рис. 3-19, а). Зато для зрителя, сидящего в зале и на балконе, экран будет виден одинаково ярким. При использовании экранов направленного отражения (рис. 3-19, б) зрители в зале будут в лучших условиях, будут видеть экран более ярким, чем в случае рис. 3-19, а, а для зрителя на балконе, наоборот, экран сильно по4 тускнеет.

Характер светораспределения при отражении точнее определяется графиком, показывающим изменение коэффициента яркости га от угла а между нормалью и направлением наблюдения (рис. 3-20).

Рис. 3-21. Предельные кривые рирэкранов из замутненногб поливицилхлорида (1 и 2) и крупноматированного методом пескоструения стекла (3). Последующей химической обработкой стекла можно снизить г о, но не менее чем до девяти.

В любительских условиях можно ограничиться использованием обыкновенного белого полотна, хорошо отштукатуренной стены .или стандартными бело-матовыми экранами 16и 8-мм кинопередвижных установок из павинола или другого пластиката, поверхность которых для устранения блеска покрыта мелким растровым тиснением.

Экраны светомузыкальных устройств могут иметь и не прямоугольную, а различных причудливых очертаний форму, не обязательно симметричную, но составляющую единое целое с общим оформлением интерьера. Иногда при работе с бесформным цветом используются экраны с неоднородной поверхностью определенной фактуры, что разнообразит впечатление и вносит дополнительный декоративный эффект [78, 91].

Для предупреждения паразитной самозасветки, возникающей за счет возвращения на экран света, отраженного от потолка и стен, экран окантовывается темной полосой, а из оформления зала исключаются предметы со светлой и блестящей поверхностью.

При рирпроекции полупрозрачный экран освещается с задней по отношению к зрителю стороны.

Светотехнические свойства экранов рирпроекции характеризуются видом пропускания (см. рис. 3-2, в и г).

от угла наблюдения а

Как и в случае отражающих экранов, для определения свойств экранов рирпроекции строятся графики зависимости коэффициента яркости га в прямоугольной системе координат (рис. 3-21).

При работе с материалами, у которых эта зависимость резко выражена, на просветном экране появляется так называемая «горячая точка», передвигающаяся вместе со зрителем, меняющим угол наблюдения. Это искажает изображение и вместе с гем ставит в неравноценные условия зрителей, находящихся в разных участках зала. Поэтому необходимо или пытаться сделать более пологой характеристику га, что часто уменьшает общую яркость экрана, или ограничивать в узких пределах угол наблюдения экрана, руководствуясь данными рис. 3-21 (кстати, это относится и к случаю рис. 3-20).

При отсутствии графиков помочь в оценке характера светораспределения может величина степени рассеяния, которую принято определять как γ = /40//0, где До и /о — сила света от проецируемого пятна под углами 40 и 0° к нормали поверхности экрана.

В табл. 3-2 приведены характеристики некоторых промышленных светотехнических материалов, пригодных для использования в качестве экранов ВОУ [102].

Подбирая материал для экрана рирпроекции — а им могут служить оргстекло, калька, обработанный специальным составом шелк (например, глицерином с тальком), аркозоль и разные пластиковые пленки широкого потребления, обработанные наждачной бумагой, меняя толщину этих материалов, по-разному комбинируя их, можно получать различные эффекты. Складывать пленки (например, чтобы избавиться от «горячего пятна») необходимо матированными поверхностями друг к другу.

На обработанном с одной стороны пескоструйным аппаратом стекле (при прямом наблюдении) получаются четкие, сочные цвета, но заметна «горячая точка». Своеобразие вносит и зернистая фактура стекла, зависящая от размеров песчинок в аппарате. При обработке стекла с обеих сторон формы и цвета размываются. То же самое относится к матировке с помощью плавиковой кислоты. Наилучшим материалом можно считать тонкое опаловое оргстекло (гр. I—III). На нем получаются довольно четкие формы, но с цветами мягкими, разбавленными, напоминающими пастельные. На молочном оргстекле (гр. IV—V) цвета и контуры излишне разбавляются.

Способ рирпроекции применяется иногда в кинематографе, еще чаще в театре и при демонстрациях на рекламных выставках. В светомузыкальных же установках, особенно в камерных и индивидуального назначения, он особенно удобен.

В чем же заключаются его преимущества?

При фронтальной проекции почти всегда видны сами источники света или луч, идущий от них к экрану. Зрители, находящиеся между проектором и экраном, могут мешать демонстрации.

И главное, качество фронтальной проекции сильно зависит от посторонней засветки, что не позволяет сочетать ее с актерской игрой и другими действиями, требующими введения дополнительного освещения, о чем свидетельствует хотя бы такой числовой пример, взятый из учебников по кинотехнике. Предположим, в отсутствие паразитной засветки освещенность экрана без кинопленки (в нашем случае — без трафаретов и светофильтров) равна 200 лк. При введении пленки освещенность самого светлого участка экрана, допустим, стала 160 лк, а для самого темного — 1,6 лк, что обеспечивает контраст изображения /(=100.

Каким будет значение К при использовании стандартных отражающего и просветного экранов, если посторонняя засветка составит 20 лк?

1. Металлизированный киноэкран (рис. 3-20) имеет г0 = 5. Отсюда яркость в светлом участке согласно формуле (3-1)

а в темном

Яркость засветки

Следовательно, с учетом засветки яркость изображения на светлом участке становится Дсв + Дзасв = 282 кд/м2, а на темном соответственно 2,5 + 32 = 34,5 кд/м2. В этом случае /(=8,1, что намного нижт нормы. Для того чтобы вернуться к прежнему значению контрастности, проекционная освещенность должна быть увеличена в 12 раз!

2. Просветный экран из полупрозрачной пленки имеет г0 = 8 (рис. 3-21) и коэффициент отражения р = 0,15. Яркость на светлом участке изображения

на темном

Яркость засветки для зрителя в зале

Отсюда

что можно считать вполне удовлетворительным без всякого изменения проекционной освещенности.

Приведенный пример указывает на то, что коэффициент отражения экрана со стороны зрителей должен быть как можно меньшим.

Недостатком рирпроекции является необходимость пространства за экраном — шахты, которая бывает особенно глубокой при использовании диапроекции. Длину шахты можно сократить с помощью оборачивающих зеркал.

Частным, специфическим случаем рирпроекции являются светомузыкальные устройства со светящимся изнутри объемным экраном, выполненным в виде сферы, кристаллов, растрового поля из стеклянных трубок и т. п., что применимо в основном при автоматическом сопровождении музыки бесформным цветом [78, 91].

Иногда светомузыка исполняется в обычных помещениях с использованием плоских экранов (светотеатр Т. Уилфреда, А. Ласло, Ф. Бентама, залы в Харькове, Подольске, студия светомузыки в казанском Доме молодежи). Но наилучшие условия для ее демонстрации могут быть созданы в специальных залах, в которых экран не плоский, а охватывает зрителя со всех сторон, как это мечтал видеть Скрябин, предполагал строить Гидони [15], предлагает сделать Шеффер во Франции и что неоднократно осуществлялось на временно действующих выставках (ЭКСПО-58, ЭКСПО-67, ЭКСПО-70, ЭКСПО-75).

В определенной мере воплощена в жизнь мечта Скрябина в Московской студии электронной музыки, где построен зал в четверть сферы на 30—40 чел. [18]. Сотрудники СКВ «Прометей» пытались приспособить для исполнения светомузыки помещение планетария. Сейчас СКВ совместно с архитекторами Казани работает над проектом эллипсоидного по форме зала со свободной пространственной динамикой звуков, которые совместно со световыми эффектами смогут описывать «линии» на плоскости экрана (рис. 3-22).

Существуют специфические трудности, связанные с созданием залов такого рода: нежелательное фокусирование звука поверхностью экрана и большое значение самозасветки, которую в отличие от постороннего паразитного света уже нельзя компенсировать дополнительным увеличением яркости проекции, так как при этом увеличивается и уровень самозасветки. (К примеру, в полусферической кинопанораме самозасветка достигает 50% среднего значения проекционной освещенности). Следует учесть, что и в этих залах, как по

называет опыт, основное изображение необходимо проецировать на фронтальной поверхности, а область периферийного зрения чаще засвечивается фоновым, бесформным цветом.

В заключение этого обзора следует сказать, что создание специального зала отнюдь не является гарантией успеха в художественном отношении. Великолепные результаты достигают энтузиасты светомузыки и на обычных экранах сравнительно небольших размеров.

Дополнительные сведения об экранах приведены в специальной литературе [106].

Усвоив основные сведения об источниках света, светофильтрах, экранах, можно попытаться установить значение электрической мощности Р источников, обеспечивающее требуемую световую мощность.

Коэффициент полезного действия оптической системы йопт определяется отношением ФПОл (полезно используемого светового потока) к потоку Ф, излучаемому лампой. Отсюда, если известна световая отдача ф источника света, значение используемого потока равноз

? яркость по формуле (3-1) равна:

При транспарантной проекции, если считать источник света точечным, йопт определяется отношением телесного угла ω, в котором Заключен Фпол, к 4л.

При диапроекции &0пт обычно равен 5—8%, т. е. при применении лампы накаливания можно считать, что на каждый ватт электрической мощности приходится приблизительно 1 лм светового потока, дошедшего до экрана. (При эпипроекции яркость еще в Ю — 15 раз меньше, что по сути дела ограничивает область ее применения в ВОУ.)

В обоих случаях не учитывается действие светофильтров и формообразующих структур, влияние которых следовало бы задать соответствующими коэффициентами пропускания. У трафаретов они зависят от структуры и плотности рисунка, у светофильтров — от их спектральной характеристики и толщины. К примеру, у театральных стеклянных фильтров толщиной 2 мм коэффициент пропускаания х для красного цвета равен 0,16, для желтого — 0,87г зеленого — 0,22, синего— 0,18 [93].

Вообще же так как светомузыкальные устройства еще не унифицированы и опыт в данной области не велик, конструктору пока приходится ориентироваться на известные, аналогичные области техники, в которых подобные данные уже имеются и зафиксированы (кинематограф, телевидение, индикация).

Кинопроектор без пленки в фильмовом канале по стандартам СССР обеспечивает яркость 25—30—50 кд/м2. Средняя яркость экрана уменьшается в 4—5 раз при демонстрации черно-белого фильма и в 6 раз и более — при цветном. Этот уровень яркостей явно низок, так как уже при 15 кд/м2 цвета воспринимаются малонасыщенными, тусклыми, а при 3,5 кд/м2 вообще перестают различаться. Увеличить яркость в кино мешает эффект мелькания экрана, что для светомузыкальных устройств не является, препятствием.

Телевидение использует яркости 40—70 кд/м2. Индикаторы на пультах рекомендуется делать с экраном яркостью 70 кд/м2 и более. Вероятно, в этом диапазоне должны работать и светомузыкальные устройства.

Но основным критерием выбора уровня яркости экранов Вэм останутся более общие соображения: при необходимости получить изображение с проработкой всех полутонов контрастность избражения К должна быть не менее 100. Если при этом посторонняя засветка фона равна Вф, то ВЭк должно быть не меньше 100 Вф. Если достаточно проработки штрихового рисунка, то ВЭк=25 Вф (предел для телевидения). Так что, ориентируясь на данные индикации, телевидения, на конкретные данные светомузыкальных устройств (приведены в гл. 8), следует иметь некоторый запас по мощности в БУМ или, при ограниченной мощности, понижать любым способом уровень внешней засветки.

Если вопрос об абсолютных значениях яркости не имеет однозначного ответа, то различие относительных величин световых (и электрических) мощностей в разных цветовых каналах следует обязательно учитывать, что особенно важно при работе с лампами накаливания, у которых (см. рис. 3-16) мощность «синего» излучения, например, с λ=480 нм в 6 раз меньше мощности «красного» излучения с λ=680 нм. Поэтому в канале синего света необходимо использовать более мощные лампы или заставлять синие лампы работать хотя бы с небольшим перекалом, что ведет к заметному «посинению» спектра излучения (но, увы, к такому же заметному сокращению срока службы лампы).

Кроме того, при работе с любыми источниками света следует учитывать крньую видиости глаза (см. рис. 3-3), поскольку, даже набрав по 1 Вт синего, зеленого и красного излучения согласно формуле (3-2), синего света (в люменах) будем иметь меньше.

Если учитывать все эти факторы, световой поток ΔΦλ, излучаемый в данном диапазоне Δλ и прошедший через светофильтр, равен:

где AFχ — мощность излучения в диапазоне Δλ, Вт; νλ — относительная видность на этом участке спектра; — коэффициент пропускания фильтра на данном участке спектра.

Для обычных, стеклянных театральных светофильтров и ламп накаливания красные и зеленые лампы надо брать приблизительно одной мощности, желтые и белые — в 2—3 раза меньшей, а синие и фиолетовые — в 3—4 раза большей [50]. Обычно вместо синих берутся светло-синие или голубые фильтры, что позволяет приблизить мощность в этом канале к данным зеленого и красного каналов. Для того чтобы иметь возможность точнее выравнивать яркости цветов на экране, в блоках мощности каждого из цветовых каналов необходимо предусмотреть возможность дополнительной подстройки по максимуму выходного напряжения или тока.

Завершая данную главу, приведем краткие данные стандартной театральной светоаппаратуры, пригодной для использования в ВОУ. Они могут быть полезными не только для специалистов, но и для радиолюбителей, экспериментирующих в клубах.

Диапроектор ДПТ-3-1 (лампа КПЖ110-3000). Может работать как с отдельными диапозитивами, так и с установленными в восьмизарядную кассету КД-8, управляемую дистанционно. Предусмотрена возможность совмещения с приставками ПРЭ-1, ПП-2, ДП-3, УПП-ЭФ. Имеется набор сменных объективов с фокусными расстояниями /о=80, 100, 130, 180, 250 и 350 мм, позволяющих получать изображение на экране с расстояния от 2—3 м до 25—30 м. При объективе с /0=250 мм световой поток равен 3500 лм. Как и во всех мощных диапроекторах, для защиты диапозитивов и конденсоров от перегревания применяются тепловые фильтры и вентиляторы.

Диапроектор ДК-1 (лампа ДКсШ-3000-3). Данные аналогичны ДПТ-3-1, световой поток — 9000 лм.

Диапрожектор ДКТ-1 (лампа ДКсШ-1000 М). С дополнительным переходным устройством он может работать с приставками, например с ПРЭ-1. Световой поток — 1800 лм.

Диапрожектор ДКТ-1 М. Аналогичен ДКТ-1, в нем тоже предусмотрено совмещение с устройством ФД-25 или ФД-15 для дистанционной смены четырех (или двух) светофильтров.

Диапрожектор ДКТ-3 (лампа ДКсШ-3000-1). Световой поток — 6000 лм. Оба эти прожектора могут совмещаться с приставками. В комплект также включено устройство ФД-25.

Имеется целый ряд линзовых прожекторов, создающих световое поле разного диаметра:

ПР-025-100 (лампа ПЖ81 на 127 В, 250 Вт);

ПР-05-115 М (лампы ПЖ1Ю-500, ПЖ220-500);

ПР-05-150 М (лампы ПЖ110-500, ПЖ220-500);

ПР-1-212 М (лампы ПЖ110-1000-2, ПЖ220-1000-2);

ПР-3-250 М (лампа ПЖ17 на 110 В, 3000 Вт).

(Маркировка означает:                                                            ПР — прожектор, 025 — мощность, кВт, 100 — диаметр светового отверстия, мм.)       . .

Многие из этих прожекторов могут работать в комплекте С конденсорнымн обоймами ОСК-150М и ОСК-200 (для этого предусмотрены специальные крепления). Прежде всего, это ПРУ-1-212 М (У — универсальный), который совмещается с приставками ПРЭ-1 М, ПП-2, УПП-ЭФ. Его модификациями являются прожекторы ПКП-1-250 М (лампа ДКсШ-1000-2), ПрТЛ-1 (лампа КПЖ220-1000).

Часть прожекторов изготавливается с устройствами дистанционного управления. В этом случае меняется их маркировка: ПРДУ-1-212 М, ПРДУ-1-150 М, ПРДУ-3-250 М. Подобные прожектора по сигналу с пульта могут поворачиваться по горизонтали и вертикали (в случае необходимости — вместе с устройством смены четырех светофильтров КУСС-4). Сложнее осуществить перемещение прожектора в комплекте с конденсорной обоймой и некоторыми приставками «эффектов» — для этого необходимо модернизировать систему, прежде всего отрегулировать положение центра тяжести.

В эксплуатации находятся и многие старые аналоги прожекторов, конденсорных обойм и приставок «эффектов» (их маркировка такая же, только без М). По светотехническим характеристикам они не отличаются от модернизированных, но имеются конструктивные изменения в креплении элементов. Это следует учитывать при совмещении составных узлов. При изготовлении несложных стыковочных узлов все отечественные приставки и обоймы могут совмещаться с распространенными в наших клубах и театрах диапроекторами ДД-2000 (на 2 кВт) и ДД-5000 (на 5 кВт) производства ЧССР.

Не следует ожидать, что использование этих мощных и дорогостоящих приборов гарантирует получение блестящего результата. Скорее наоборот, конструктор должен внести свою долю изобретательности, чтобы превратить эти проекторы в йыхйэдное оптическое устройство СМИ или АСМУ.

Конструктор (и ие только радиолюбитель, но и специалист) должен помнить, что простые по устройству транспарантные проекторы, очевидно, останутся основным элементом светомузыкальных установок. Диапроекция все же страдает налетом привычности, «фотографизма», «вещественности», в то время как теневая проекция в сочетании с подвижными линзами, призмами, зеркалами позволяет получать необычные, фантастические образы. Было бы непростительным снобизмом отказываться от огромных возможностей, заключенных в ней, но открывающихся лишь терпеливому и пытливому уму. Следует ожидать, что сейчас с появлением мощных низковольтных ламп серии ПЖ-24, лазеров, шаровых ксеноновых ламп и галогенных источников типов КГК и КГМ будут разработаны промышленные приборы транспарантной проекции.

Эксперименты со всей этой мощной техникой необходимо проводить с соблюдением общепринятых правил безопасности. В еще большей мере это предупреждение относится к конструкторам самодельных установок домашнего пользования — осторожность здесь должна выходить за рамки соблюдения правил привычных радиолюбительских работ. АСМУ и СМИ с большим выделением тепла иногда собираются в небольших корпусах, подобных телевизорным. Светофильтры же и экраны чаще всего нетеплостойки и горючи. Чтобы не превращать светомузыкальное устройство в самодельную «бомбу замедленного действия» для собственного дома, чтобы предохранить от выгорания светофильтры, кроме обязательных жалюзи, необходимо предусмотреть принудительную вентиляцию. И вообще перед тем, как запустить прибор в эксплуатацию, следует тщательно провести основательную проверку его иа «горючесть».

Источник: Галеев Б. М., Сайфуллин Р. Ф., Светомузыкальные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Энергия, 1978.— 176 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 968).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты