燈光的顏色與光譜分析
發(fā)布日期:2019/3/8 1
人們通常接觸的燈光顏色最豐富的地方時(shí)大型舞臺(tái)的演藝中心,所以分析以舞臺(tái)燈光入手。演藝中燈光的顏色極其豐富多彩,有的燈光師運(yùn)用大白光照明舞臺(tái)景物,原法原味,十分耐人尋味;有的燈光師喜用色光,大面積染色、小塊點(diǎn)彩,格外撩動(dòng)觀眾的眼球。
舞臺(tái)燈光的顏色主要來(lái)源于兩個(gè)途徑:電光源的光色和電光源(或燈具)附加濾色片所引發(fā)的光色。
1、電光源的光色及其光譜分析
舞臺(tái)燈光中各種各類(lèi)電光源百色齊放,亮艷紛呈,它們的顏色都統(tǒng)一冠之以相應(yīng)的色溫或相關(guān)色溫,采用黑體的輻射溫度定量地科學(xué)表述光源的光色,數(shù)字化地表述生理上、心理上的視覺(jué)量是一大進(jìn)步。圖1是黑體在各種不同輻射溫度下的光譜輻射相對(duì)能量公布曲線圖,解讀圖譜可知:
1.黑體(熱輻射光源)的輻射擊溫度不同,其光譜輻射相對(duì)能量分布也不同,溫度愈高,其總輻射相對(duì)能量愈大。
2.各溫度下的光譜相對(duì)而言能量公布曲線是連續(xù)的、不間斷的。
3.溫度不同時(shí),光譜輻射相對(duì)能量公布中,紅、藍(lán)波段的輻射能量之比亦不同。輻射溫度愈低,紅、藍(lán)輻射能量之比愈大,則其光色愈偏暖、偏紅,記作光源的色溫低;輻射溫度愈高,其藍(lán)、紅輻射能量之比愈大,則光色愈偏白、偏藍(lán),記作光源的色溫高。雙色色溫計(jì)就是基于這個(gè)光學(xué)原理制造的。
舞臺(tái)照明用電光源主要有兩大類(lèi):熱輻射光源和氣體放電光源。歸屬于熱輻射光源類(lèi)的有:鹵鎢燈(鹵素?zé)簦、蒸鋁泡、白熾燈等,歸屬于氣體放電燈類(lèi)的有:氙燈、金鹵燈、熒光燈等。它們具有各自不同的光譜輻射相對(duì)能量分布,刺激人眼后,通常會(huì)呈現(xiàn)出不同的光色效應(yīng)。但也存在著“同色異譜”現(xiàn)象,即不同光譜相對(duì)能量公布的光也會(huì)引發(fā)相同的顏色視覺(jué),或曰相同的光色也可能有不同的光譜相對(duì)能量分布。
某熒光燈(3200K)與鹵鎢泡(3200K)的光譜相對(duì)能量分布,某熒光燈(5500K)與日光(5500K)的光譜相對(duì)能量分布。解讀這四條譜線,可以引發(fā)見(jiàn)解如下:
1.不同的光淅擁有不同的光譜相對(duì)能量分布,呈現(xiàn)不同的光色,分別標(biāo)注以不同的色溫3200KT5500K。
2.同色異譜現(xiàn)象客觀存在。兩種光源有相同的色溫,但兩者的光譜相對(duì)能量分布并不完全相同。
3.色溫3200K光源的光譜分布中藍(lán)、紅光相對(duì)能量的比例較小,而色溫5500K光源的光譜分布中藍(lán)、紅光相對(duì)能量的比例有很大提升。
4.鹵鎢燈與日光的光譜相對(duì)能量分布曲線是連續(xù)的,是平滑過(guò)渡的,而熒光燈的光譜相對(duì)能量分布曲線有幾個(gè)波峰,間夾著幾條強(qiáng)烈輻射的線光譜,它們是幾種熒光粉化學(xué)元素的特征譜線。
雖然熒光燈與相應(yīng)的鹵鎢燈或日光的光譜相通能量分布曲線的走向大體相同,但光譜分布的細(xì)節(jié)仍有差異,有的波段的差異還是很大的。盡管它們標(biāo)以相同的色溫3200K或5500K,然而在其背后仍隱含著兩者的區(qū)別:
(1)鹵鎢燈、太陽(yáng)與黑體一樣,都是熱輻射光源,它們的色度點(diǎn)就是在色度圖的黑體軌跡上,而熒光燈與黑體不同,是氣體放電燈,它的色度點(diǎn)偏離黑體軌跡線,只是表明其與3200K或5500K色度點(diǎn)最為接近,才標(biāo)注以色溫3200K或5500K。為了區(qū)分兩者的這種差異,氣體放電光源的顏色冠之以“相關(guān)色溫”。
(2)標(biāo)注相同色溫的熱輻射光源和氣體放電光源產(chǎn)并不擁有相同的顯色性。由于熒光燈具有顯著的線光譜分布特征,通常它們的顯色指數(shù)低于同色溫的熱輻射光源。
鏑燈(一種金屬鹵化物燈)的光譜相對(duì)能量分布曲線圖,顯見(jiàn),整個(gè)光譜范圍由連續(xù)光譜構(gòu)成的基礎(chǔ)上間夾著幾處光譜輻射很強(qiáng)的線光譜,藍(lán)、紅光的相對(duì)比例較高。鏑燈的色溫在5000K-600K之間,其光譜分布與日光相近,但顯色性不及日光,其顯色指數(shù)在80-90之間。它是一種高色溫、高顯色性、高光效的氣體放電燈,完全滿足于舞臺(tái)、影視燈光領(lǐng)域的技術(shù)要求,顯現(xiàn)出越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。
氙燈光譜相對(duì)能量分布曲線,其光譜分布與日光十分接近,整個(gè)光譜范圍是連續(xù)光譜,僅在480nm左右有一小波峰,具有更強(qiáng)的輻射能量。由此不難推斷:氙燈也是一種高色溫的電光源,色溫約為5500K,具有優(yōu)異的顯色性能,其顯色指數(shù)可高達(dá)94。氙燈優(yōu)秀的綜合性能在氣體放電燈中出類(lèi)拔萃,它在高光度遠(yuǎn)射程追光燈、投影燈、投光燈中的研發(fā)、應(yīng)用早已開(kāi)花結(jié)果。
當(dāng)舞臺(tái)燈光進(jìn)行漸明漸暗調(diào)光時(shí),光源的光色和色溫會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化,表明其光譜輻射相對(duì)能量分布改變了。例如,鹵鎢燈從額定電壓值下調(diào)光時(shí),光參數(shù)的變化規(guī)律是:光亮度和色溫逐漸降低,光色漸漸向紅色方向漂移,反之,當(dāng)工作電壓推升時(shí),光亮度和色溫都會(huì)提高,光色從紅折色向黃白色漸變,在燈前配置色片的情況下,運(yùn)用調(diào)光或非額定電壓工作狀態(tài)時(shí),要考量光源色溫變化連帶引發(fā)色光變化的大趨勢(shì)。
2、色光及其光譜分析
燈光的顏色可能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換,最簡(jiǎn)單,最實(shí)用,最常用的方法是在光源(或燈具)前配置特制的濾色片,便能獲得新的光色。
濾色片有兩大類(lèi):色溫轉(zhuǎn)換濾色片(或稱(chēng)色溫較正濾色片)和彩色燈光濾色片。濾色片具有對(duì)光有選擇性吸收的光學(xué)特性,如濾色片介質(zhì)對(duì)可見(jiàn)光譜各波長(zhǎng)的光具有不同比例的吸收,改變了光源的光譜相對(duì)能量分布,其透射光刺激人眼會(huì)誘導(dǎo)出不同于光源的光色效應(yīng)。不同色品的濾色片擁有各自不同的光譜透射率曲線,傳達(dá)出它們不同選擇性吸收的光學(xué)特性。
在對(duì)色光和濾色片作光譜分析之前,先重溫一下可見(jiàn)光譜范圍的顏色效應(yīng)(見(jiàn)表2),以利應(yīng)用和迅速反饋。
2.1色溫轉(zhuǎn)換濾色片光譜分析
色溫轉(zhuǎn)換色片可以用來(lái)提高或降低照明光源的色溫,以實(shí)現(xiàn)照明場(chǎng)景中光源色溫的平衡、和諧,或達(dá)到光源色溫與攝影(像)機(jī)所需色溫相一致,以使被攝景特有良好的色彩還原。色溫轉(zhuǎn)換濾色片又簽名雷登片,它有兩大系列,即雷登82系列(也稱(chēng)藍(lán)色系列)和雷登85系列(也稱(chēng)橙色系列),前者能提升光源的色溫,后者能降低光源的色溫。
表1光譜波段的劃分及其顏色
波長(zhǎng)/顏色 紅 橙 黃 綠 藍(lán) 紫
代表波長(zhǎng) 700 620 580 510 470 420
波段范圍 750-640 640-600 600-550 550-480 480-450 450-400
表2雷登片的分類(lèi)、規(guī)格及其性能
雷登82系列 提升色溫 雷登85系列(橙色系列) 降低色溫
雷登82 雷登85 6000K—3200K
雷登82A 3200K—5000K 雷登85A 5000K—3200K
雷登82B 3200K—3700K 雷登85B 4000K—3200K
雷登82C 3200K—3500K 雷登85C 3500K—3200K
雷登82的光譜透射率曲線圖,該色片對(duì)550nm~670nm的可見(jiàn)光有很強(qiáng)的吸收,在很大程度上抑制了紅、橙、黃色光的透射,而對(duì)480nm~380nm的可見(jiàn)光吸收很少,光源中的藍(lán)、紫光成份有很高的透射率,致使雷登82的透射光中藍(lán)、紅光的相對(duì)比例增大了,即提升了光源的色溫。視藍(lán)、紅光相對(duì)比例增大的不同程度,提升光源色溫的幅度也不同。雷登82系列劃分成幾種規(guī)格,供各種不同需求時(shí)采用(見(jiàn)表2)。
雷登85的光譜透射率曲線圖,該濾色片對(duì)580nm~700nm波段的可見(jiàn)光有較高的透射率,即它對(duì)光源中紅、橙、黃光的吸收較少,而對(duì)380nm~550nm波段的可見(jiàn)光有很低的透射率,即它對(duì)藍(lán)、紫光有很大的抑制作用,致使雷登85的透射光中藍(lán)、紅光相對(duì)比例減小了,即降低了光源的色溫。視藍(lán)、紅光相對(duì)比例減小程度不同,光源色溫降低的幅度也不同。雷全登85系列同樣也劃分成幾種規(guī)格,以供各種不同需求時(shí)選用。(見(jiàn)表2)。
2.2彩色燈光濾色片光譜分析
現(xiàn)以國(guó)產(chǎn)彩色燈光濾色片為樣本,從中選取九個(gè)顏色列中的九個(gè)色品,逐一加以光譜分析。
2.2.1NO.102原色紅
該色片對(duì)可見(jiàn)光譜400nm~570nm波段的人射光幾乎全部吸收,570nm~750nm波段有不同的透射率,其中640nm~750nm紅色波段有很高的透射率,因這咱選擇性吸收和選擇性透射的緣故,改變了人射光的光譜相對(duì)能量分布,致使白光轉(zhuǎn)變成紅光。由于透射光中紅光點(diǎn)有絕對(duì)大的比重,幾乎沒(méi)有白光成份,可以推斷NO。102色片引發(fā)的色光擁有很高的飽和度,所以它被冠名為“原色紅”。
2.2.2NO.270中紫玫瑰
該色光在整個(gè)可見(jiàn)光譜都有不同的透射率,判斷此類(lèi)色片的顏色特性時(shí),可先作如下技術(shù)處理:在曲線低谷底部作一條平行于水平軸的直線,引直線將色片光譜透射率曲線分割成上下兩部分。下部表明各波長(zhǎng)可見(jiàn)光都有相同的透射率,這部分透射光的顏色同學(xué)源的顏色一樣,也是一種白色,這就是該色片所引發(fā)的色光中的白光成分;上部表明較高光譜透射率主要分布在640nm~750nm的紅色波段,400nm~450nm的紫色波段和450nm~480nm的藍(lán)色波段,這三個(gè)波段的混合光就是該色片所產(chǎn)生的色光。下部白樂(lè)成分所點(diǎn)比重越大,則其光色的飽和度越低。NO.206、NO.207和NO.208三種色品因白光成分的比重逐個(gè)增大,則相應(yīng)色光的飽和度依次降低,故它們分別冠名為:紫玫瑰、中紫玫瑰和談紫玫瑰。
2.2.3NO.304橙紅
該色片的光譜透射率主要分布在600nm~640nm橙色波段和640nm~750nm紅色波段,它們均有很高的光透射率,這兩個(gè)波段光色的混合就是該色片產(chǎn)生的光色。由于透射光中嚴(yán)重缺失紫、藍(lán)、綠色波段的可見(jiàn)光,橙、紅色波段的光量占有極大的比重,又幾乎沒(méi)有白光成分,因此,該色片所引起的新色光具有很高的飽和度。運(yùn)用這種色光照明紅色、橙色或橙紅色舞臺(tái)景物將會(huì)呈現(xiàn)艷亮而純正的色彩效果。
2.2.4NO.404金橙
該色片的光譜透射率主要分布在550nm~750nm,,包括了黃色、橙色和紅色的光譜波段,它們均有較記的光譜透射率,這三種色光的混合色就是該色片產(chǎn)生的光色。與NO.304橙紅色片相比較,增加了550nm~600nm黃色波段的透射光,致使橙紅色向黃色方向偏移,呈現(xiàn)出“金色”視覺(jué)效應(yīng),將此色片冠之以“金橙”,真是名符其實(shí)。
2.2.5No.504黃
該色片在紅、橙、黃、綠色四波段都有較高的不譜透射率,而藍(lán)、紫色波段的透射率很低。它的光色是這四種顏色光相加混合的結(jié)果。用光的補(bǔ)色原理來(lái)判別:黃光和藍(lán)光是互補(bǔ)色光,它們按一定比例相加或相減過(guò)程可用顏色方程表述為:
黃+藍(lán)=白或黃=白藍(lán)
與NO.404金橙色片相比較,該色片又增加了480nm~550nm綠色波段的透射光。
此外還可能以從另一通道分析判別:紅、橙色波段透射光混合產(chǎn)生橙紅色光,如同NO.304色片一樣。橙紅色光和綠色波段的透射光相混合使橙色紅色向綠色偏移,在色度圖上這兩個(gè)顏色點(diǎn)的連線穿越典色區(qū)域,即橙紅色和綠色的混合色呈黃色。該色片在550nm~600nm黃色波估有很高透射率,人眼對(duì)此波段的光又具有很高的人眼光譜光效率,能激發(fā)出很強(qiáng)的黃色視覺(jué)效應(yīng)。綜上所述,這四個(gè)波段的四種顏色光相加混合變成黃、黃復(fù)合,該色片能呈現(xiàn)亮麗的黃色光。
2.2.6NO.606艷綠
該色片在可見(jiàn)光譜各波長(zhǎng)都有透射率,主要分布于480nm~500nm綠色波段,有較高的透射率,其波峰位于該波段的,有效高的透射率,其波峰位于該波段的代表波長(zhǎng)510nm處,雖然紅色波段也有一定的透過(guò)率,但人眼對(duì)紅光的感光靈敏度很低。例如,對(duì)700nm的紅光人眼光譜光效率則高達(dá)0.5030,比前者要高出100多倍。因此,該色片透過(guò)的紅光在與綠光的混合總量中所點(diǎn)比重很小。如同No.207色片的分析一樣,曲線低谷以下區(qū)域是混合光中所占比重也不大,可以推斷,該色片產(chǎn)生的光色具有較高的飽和度。
2.2.7No.704中翠藍(lán)
該色片的光譜透射率主要分布在400nm~550nm的紫、藍(lán)、綠色波段,其波峰位于480nm,介于綠、藍(lán)之交。對(duì)480nm綠藍(lán)光人眼光譜光效率是0.1390,仍比700nm紅光的入眼光譜光效率高出30多倍。紅色波段的光譜透射率盡管很高,但由于人眼對(duì)它的感光比重很小,綠、藍(lán)光在相加混合中起到主導(dǎo)作用。
該色片在550nm~640nm波段的光譜透射率很小,有的甚至為零值,表明在其透射中嚴(yán)重缺失黃光和橙光。如果運(yùn)用這種色光來(lái)照明舞臺(tái)景物,那么,黃色、橙色和橙黃色舞臺(tái)景物的顏色是無(wú)法正常呈現(xiàn)的。
此外,利用光的補(bǔ)色原理,從上述光譜分析中又可得出顏色方程:
翠藍(lán)=白橙黃亦即翠藍(lán)+橙黃=白
運(yùn)用色度圖和顏色相加原理,不難驗(yàn)證這些等式的完全正確的。
2.2.8No.804原色藍(lán)
該色片的光譜透射率分布范圍與No.704色片大體相同,只是在400nm~480nm紫、藍(lán)波段的透射率都有較大的提升,綠色波段的透射率有所下降,所以藍(lán)、紫光在混合光總量中占有更大的比重,引發(fā)純正的藍(lán)色視覺(jué)效應(yīng)。
2.2.9No902紫
該色片的光譜透射率主要分布于400nm~480nm藍(lán)、紫色波段和680nm~750nm紅色波段,其波峰位于420nm紫色波段的代表波長(zhǎng),藍(lán)色波段的透射率與No.804相比均有較大下降,凸現(xiàn)出紫光在混合光中的比重有所加大。對(duì)該色片光譜分析中,不能忽視紅光在混合光中的影響力度,因?yàn)槿搜蹖?duì)不譜兩端的紅光和紫光的感光靈敏度相差不大,但是紅光波段的透射率高,3200K鹵鎢燈的光譜輻能量比紫色波段的更強(qiáng)大,所以紅光在該色片引發(fā)的色光中有舉足輕重的影響力。
綜合上述名例光譜分析可知,色片所引發(fā)的光色是由一定光譜透射率的那幾個(gè)波段的顏色光相加混合產(chǎn)生的。各波段顏色光在混合光中所點(diǎn)比重決定著它們各自對(duì)不鉤定位的影響力度,其作用力取于以下三個(gè)要素:
1.色片在這個(gè)不鐮刀波側(cè)面的不鐮刀透射擊率的高低(參見(jiàn)各色片樣品所附的光譜透射率曲線)。
2.光源在這個(gè)光譜段的光譜輻射相對(duì)能量的強(qiáng)弱。
3.人眼對(duì)這個(gè)光譜波段或波長(zhǎng)的人眼光譜光效率的大小。
不同色溫的光源配置同一色品的燈光濾色片,會(huì)引發(fā)出不同的光色。高色溫的氙燈、鏑燈與鹵鎢燈相比較,其藍(lán)不鋮分相對(duì)增多,而紅光成分相對(duì)減少,致使前者配置色片所產(chǎn)生的光色向藍(lán)色方向偏移,其偏移程度、影響力度視各色片在藍(lán)色波段透射率的高低。因此,冷色調(diào)的色征配置高色溫的電光源,通常能夠獲得高飽和度的冷暖色光。
總而言之,對(duì)燈光顏色的轉(zhuǎn)換、濾色片引發(fā)的色片進(jìn)行分析、探究時(shí),應(yīng)綜合考察這三大要素,做出定性或定量的研判,可能性為運(yùn)用這些色不照明舞臺(tái)景物會(huì)產(chǎn)生怎樣的顏色效應(yīng)做出正確的預(yù)判。