圖解體育場布燈的幾個問題：照度均勻度、眩光、頻閃
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2015-11-19
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近日，質(zhì)量，由中國建筑科學(xué)研究院會同有關(guān)單位修訂完成的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《體育場館照明設(shè)計及檢測標(biāo)準(zhǔn)》（送審稿）順利通過審查。
《標(biāo)準(zhǔn)》借鑒國際和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)外大量體育場館，在體育場館照明功率密度限值指標(biāo)，馬道位置設(shè)置方法與設(shè)計參數(shù)及光源顯色指數(shù)Ra、R9的標(biāo)準(zhǔn)值等方面均取得創(chuàng)新性成果，并首次提出了LED應(yīng)用于體育場館的性能指標(biāo)和功率密度限值要求，補充了冬季運動項目的照明標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計要求。
新的標(biāo)準(zhǔn)對體育場館的照明設(shè)計有了更高的要求。那么，在體育場的照明設(shè)計中，一般要考慮什么問題？以下送上純干貨！
要做好現(xiàn)代體育場照明設(shè)計，設(shè)計者必須了解和掌握好以下幾個問題：應(yīng)有足夠的照度和照度均勻度、亮度和無眩光照明、適當(dāng)?shù)年幱暗挠绊懞皖伾恼_性、頻閃效應(yīng)的影響等。
一、足夠的照度
國際體育組織和廣播電視機構(gòu)對體育場館照明裝置提出了以下要求：
（1）整個體育場需要的垂直照度最小照度為800lx，工程照明，照度應(yīng)從地平面上1~1.5m，LED筒燈，并且垂直于主攝像機位置的面上。
（2）對于長焦距的閉合透鏡，需要的照度不小于1400lx。
彩色電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)所必須的照度，也決定于地區(qū)環(huán)境的因素。如空氣的污染程度，它主要決定所要求的畫面的質(zhì)量。
速度較快的體育項目，LED-T5一體化燈管，要求攝像鏡頭光圈更小和照度更高，當(dāng)電視攝像鏡頭只有相應(yīng)較小光圈時，超級轉(zhuǎn)播（即高質(zhì)量圖像）需要更高的照度。
彩色電視攝像機最常用的是變焦距鏡頭，通常情況下只有f：2這個光圈，當(dāng)大焦距又能滿足一定體育比賽轉(zhuǎn)播范圍需要時，LED天花燈，也可增加光圈數(shù)。
因此，照明設(shè)計時，設(shè)計者應(yīng)考慮光圈至少為f：2.8到f：4或f：5.6，最常見鏡頭光圈f：2到f：5.6時所需垂直照度值，見表1。
彩色電視攝像要求盡可能將垂直照度提高到2000lx，實際上這個數(shù)值要受到經(jīng)濟的限制，也要受到由于高照度而帶來的眩光的限制。
室外足球場和綜合體育場的照明標(biāo)準(zhǔn)值見表2。
二、照度均勻度
彩色攝影和攝像的主畫面部分最亮處和最暗處亮度比的最大值不能大于40：1。
不同物體的反射和照度均勻度是存在亮度比的原因，如果亮度比值超過這個數(shù)值，出現(xiàn)清晰的影子或背光現(xiàn)象，造成曝光過度或曝光不足，彩色電視轉(zhuǎn)播將會失真。
照度均勻度用個參數(shù)衡量U1和U2。U1為體育場內(nèi)最小照度和最大照度之比，廠房照明，即U1=Emin/Emax；U2為體育場內(nèi)最小照度和平均照度之比，即U2=Emin/Eave。照度均勻度可分為水平照度均勻度和垂直照度均勻度。
在體育場比賽場地的不同位置有不同的垂直照度，當(dāng)遠(yuǎn)距離攝像時就會造成混亂，特別是當(dāng)有快速的體育比賽時更是如此。
面向緊鄰主攝像機的邊線或面向一固定主攝像機位的平面上的垂直照度均勻度應(yīng)優(yōu)于Eνmin/Eνmax=0.4，在有一個或多個主攝像機區(qū)域的情況下，滿足這一要求能保證，在面向該區(qū)或多個區(qū)的實際攝像機位的垂直面上，能得到足夠的照度。它也能保證，在場地周圍有限的區(qū)域內(nèi)，輔攝像機在任意位置拍攝。
最終，滿足這些要求也就保證場地的運動員的足夠立體感。好的水平照度均勻度對于避免攝像的調(diào)整問題是很重要的，比賽場地的水平照度的均勻度應(yīng)好于Ehmin/Ehmax=0.5。
在一定的距離上水平照度沒有大的變化也是非常重要的。為了有合適的照明梯度，網(wǎng)格點到相鄰的網(wǎng)格點的水平照度和垂直照度變化不能超過本網(wǎng)格點的20%，平均水平照度和平均垂直照度的比值必須在0.5~2.0之間。
為了保證體育場的照度均勻度，安裝在場地四角上的30~40m高的燈塔上的投光燈以及20~30m高的看臺挑蓬上的光帶布燈都需要調(diào)整好。
照度的均勻度是依賴于一定數(shù)量的可調(diào)整的投光燈來達(dá)到，上面提到的均勻度數(shù)值可采用在每個場角燈塔上安裝不少于30盞窄光束投光燈的辦法來達(dá)到。
如果采用寬光束分布投光燈時，所用的投光燈數(shù)量可減少，但結(jié)果會對觀眾產(chǎn)生眩光。如果在看臺挑蓬上采用光帶布燈方式，采用中光束、窄光束燈具，分散布燈效果會好得多。
三、亮度及眩光
眩光可以引起視覺功能的降低。
因此，應(yīng)對眩光進(jìn)行限制和測量。各種體育比賽項目都有關(guān)鍵地點，在這些點嚴(yán)禁出現(xiàn)高亮度光源在運動員視野內(nèi)產(chǎn)生眩光。
哪些是體育比賽的關(guān)鍵地點呢？對觀眾而言，球場側(cè)面公共區(qū)域的前部和球門后面觀看條件最差，在設(shè)計泛光燈的投射方向時，這些位置都是被用來考核眩光控制優(yōu)劣的地點，這些點就是關(guān)鍵地點。
四角布燈安裝方式
燈塔高度應(yīng)保證塔上最下面一排燈具到球場中心點與球場的夾角不小于20°。為了減少對運動員和觀眾的眩光， led服裝照明，可以將這個角度放寬到30°，但這樣燈塔的投資又會增加，而且垂直照度和水平照度之比會減少。燈塔應(yīng)設(shè)在球場邊線中點處向外偏至5°，以確保邊線附近的運動員身上的垂直照度。
通過增加這個角度，質(zhì)量，對向底線運動員來說，眩光減小了，垂直照度同時增加。增加角度的極限取決于看臺挑蓬是否妨礙燈具正常照明，是否在球場內(nèi)產(chǎn)生陰影。同時，燈塔還應(yīng)設(shè)在球門中點向外至少15°，以限制開角球時球門區(qū)運動員的眩光。
上述兩個角度限制線確定了燈塔的位置，理想的燈塔應(yīng)盡可能靠近球場對角線的延長線。為了保證整個球場都有照明，燈塔最下面一排燈至球場的角與球場的夾角不大于70°，這樣以有效地確定燈塔到球場一角的最小距離。
四角布燈方式參見圖1。
側(cè)向布燈方式
泛光燈的安裝要求即適合多塔布置，又適合光帶布置.從球場縱軸方向看過去，α的最小值20°只適用于訓(xùn)練場地和低級別的比賽場，商業(yè)照明， 此時眩光控制水平較低。α為25°時，眩光控制比較好，同時又有較高的垂直照度。
盡管α增大有利于控制眩光，但垂直照度分量減小，燈塔或光帶布燈的投資將大大增加，不可能為了增大α角而加高看臺挑蓬。邊線附近對泛光燈的仰角由β確定，如果水平照度和垂直照度之間有恰當(dāng)?shù)谋壤瑒tβ不應(yīng)大于 75°。如果看臺挑蓬邊緣上燈具沒有合適的β角， 可以將泛光燈安裝在挑蓬下邊或采取其它特殊方式。
側(cè)向布燈方式參見圖2。
對每個體育場工程泛光燈的數(shù)量由場地內(nèi)的照度確定。
四角布燈方式，燈塔數(shù)量比側(cè)向布燈數(shù)量少，因此，光線進(jìn)入運動員或觀眾的視野內(nèi)也比較少。另一方面，四角布燈用的泛光燈數(shù)量比側(cè)向布燈數(shù)量要多，從球場任一點看，四角布燈每個燈塔泛光燈的光強之和比側(cè)向布燈、 多塔或光帶布燈方式的光強要大。
通常，布燈方式的選擇和燈塔的準(zhǔn)確位置更多地取決于造價或場地條件，照明方案， 而不是照明因素。
眩光指數(shù)GR（Flare Rating）=10~90，GR=10表示眩光對人幾乎沒有影響，GR=90 表示眩光對人難以忍受。場地上的任意位置，其 GR=50表示眩光“剛剛可以允許” 。
考慮到避免體育場太暗的背景，因此，一部分光線應(yīng)當(dāng)射向看臺， 看臺觀眾照明也應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暎瑸榱穗娨曓D(zhuǎn)播時電視畫面而層次分明， 體育場觀眾席的垂直照度不宜小于場地垂直照度的0.25。 這樣就能保證運動比賽場地和背景之間有足夠的對比，這種照度水平可以由賽場照明的溢出光實現(xiàn)。
眩光問題，只要協(xié)調(diào)好觀眾、運動員要求之間的矛盾就能夠解決，所以，設(shè)計對應(yīng)考慮投光燈的光線分布、 安裝方式、 燈掛高度以及其它等因素。 這一協(xié)調(diào)工作應(yīng)由設(shè)計師來完成。
四、陰影的影響
亮度對比強，同時又有陰影，這都有礙于電視攝像機對照度的正確調(diào)整，因而會影響電視畫面的質(zhì)量。
過于黑暗也會影響視覺的舒服程度，另一方面，陰影對電視轉(zhuǎn)播和觀眾來說卻又很重要，特別是當(dāng)具有快速動作的高速傳球特點的足球比賽時，如果沒有陰影的影響，距球遠(yuǎn)的觀眾是無法跟蹤上目標(biāo)的。
細(xì)致地調(diào)整投光燈，同時避免了那些影響照明的不利因素，就可以造成較好的陰影效果。
五、顏色校正
在大多數(shù)體育運動中，色感是很重要的，當(dāng)然人工照明產(chǎn)生的色彩失真在能接受的范圍內(nèi)不存在顏色辨別方面的問題。
色彩特性的兩個重要問題區(qū)別在于：色表—被照亮環(huán)境的顏色表現(xiàn)；顯色性—光源真實顯現(xiàn)物體顏色的特征。
光源的顯色性和色表是由其所發(fā)出的光線的光譜能量分布決定的。光源的色表現(xiàn)象可以用相關(guān)色溫TK來描述，相關(guān)色溫主要在2000~6000K范圍內(nèi)。色溫愈低，燈光的色表就愈“暖”；色溫愈高，燈光的色表就愈“冷”。
光源的顯色性指標(biāo)可以用顯色指數(shù)Ra來表示，Ra理論的最大值是100，相當(dāng)于日光照射物體情況的顏色。環(huán)境的視覺氛圍由Ra來表示，Ra愈高，環(huán)境氛圍就愈愉快。
由于日光在一天中是變化的，應(yīng)將日光的影響限制到最小，設(shè)計，相應(yīng)的人眼的色彩辨別能力不會有太大的問題。
為了理想的畫面，攝像機調(diào)整為所安裝的人工照明光源的顏色狀態(tài)。高清晰HDTV轉(zhuǎn)播，顯色指數(shù)Ra≥80，最好是90。
顏色校正對于觀眾和彩色電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)兩者都很重要，電視攝像機和色溫在很大范圍內(nèi)能夠加以調(diào)節(jié)，以使用色溫在3000~6000K的光源進(jìn)行電視轉(zhuǎn)播。
但是，體育場是室外運動場，技術(shù)資訊，在選擇光源時，日光的色溫為5000~6000K，可能發(fā)生這種情況，比賽在日光下開始，而在夕陽西下時，即在冷光下結(jié)束（通常用“全天候”這一詞來形容）。
在夕陽和人工雙重光線下，要求日光色溫和人工照明光源的色溫相一致，這樣電視攝像機可以連續(xù)地調(diào)整，由日光順利地過渡到人工照明。
為了彩色電視轉(zhuǎn)播的目的，近年來金屬鹵化物燈得到很快的發(fā)展，由于它具有高工作溫度、高壓以及其它條件，這種光源具有3000~6000K的色溫，因而包括了顏色校正的一切要求，完全可以滿足室外體育場地彩色電視轉(zhuǎn)播的要求，所以得到廣泛的應(yīng)用。
六、頻閃效應(yīng)的影響
當(dāng)采用金屬鹵化物燈作為體育場地照明時，酒店led照明，由交流電源的主頻率決定的電弧的斷續(xù)可能導(dǎo)致頻閃效應(yīng)。
設(shè)計時應(yīng)將頻閃效應(yīng)限制到最小，通常可將光源均勻地接到三相電源的不同相上，實現(xiàn)場地上任何一點的照明是不同光源燈光的疊加，這樣，廠房照明，能使頻閃影響達(dá)到最小。
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