El secreto del motor del Cameo P6

Miramos tras bambalinas para desvelar cómo se desarrolla un motor de luz LED en el departamento de desarrollo de Cameo, utilizando como ejemplo el foco profile P6.

En un principio, nuestro único objetivo era sustituir los tradicionales focos profile de 2,5 kW que suelen colocarse en las estructuras de iluminación de los teatros. Ya solo con esto, el nuevo foco debía cumplir muchos requisitos. Entre los requisitos principales estaba conseguir al menos la misma luminosidad y una calidad de luz comparable a la de una lámpara halógena. A estos, por supuesto, se sumaban muchos otros requisitos: una usabilidad universal gracias a un amplio rango de zoom, un tamaño compacto, etc. Como los focos LED de colores ya son un elemento habitual en los teatros, esta luminaria no solo tenía que sustituir a los focos halógenos, sino también producir luz de colores, con lo que se evita la necesidad de cambiar los filtros de color y se mantiene una estética uniforme con los demás focos LED de colores.

¿Por qué elegir una unidad LED multicolor?

Conseguir una amplia paleta de colores, una gran potencia luminosa y una buena reproducción cromática solo es posible con una matriz multicolor. Este tipo de matrices también permiten cambiar sin problemas del blanco cálido al blanco frío para reflejar los cambios emocionales que se dan a lo largo de la trama dramática. Además, una matriz multicolor puede teñir la luz blanca hacia el verde o el magenta, como exigen las cámaras electrónicas, para que coincida con un punto blanco específico a menudo determinado por otras fuentes de luz.

Primer intento de arreglo multichip utilizando un motor existente. Esta solución no dio buenos resultados, ya que el campo luminoso era demasiado irregular.

¿Qué colores debe incluir la matriz multicolor?

Para cubrir el espectro luminoso de la forma más completa posible, sobre todo en comparación con las lámparas halógenas, lógicamente hay que utilizar tantos colores LED como sea posible. Sin embargo, esto se ve contrarrestado por el hecho de que el brillo de los colores individuales disminuye considerablemente con cada color de luz adicional. Por lo tanto, es necesario llegar a un compromiso que, en nuestro caso, conseguimos con una matriz de seis colores. El siguiente reto importante es seleccionar los LED. Elegir un LED que siga comercializándose dentro de siete años, si es que eso pueda predecirse, significa naturalmente optar por los LED de fabricantes totalmente nuevos. Se necesitan LED de calidad cuyo margen de variación dentro de cada lote sea lo más pequeño posible. Además, los LED deben ser muy eficientes y, como requisito fundamental, proporcionar una potencia luminosa muy alta. Esto ya demuestra que los criterios limitan mucho la selección de los LED adecuados. Antes de decidirse por los LED de un fabricante concreto, se prueban distintos colores de luz para comprobar su efecto en la práctica y cómo interactúan entre sí. El objetivo es siempre conseguir la mayor potencia luminosa posible y, a la vez, mantener la mejor calidad de reproducción cromática.

Nuevo arreglo de los LED para realizar pruebas con diferentes colores de LED.

Colocación de los colores

El siguiente paso es determinar las proporciones relativas de los distintos colores de los LED para conseguir un blanco halógeno bien mezclado cuando todos los LED se accionan por igual. Una vez conocidas las proporciones relativas, se puede adaptar el número de LED para alcanzar la luminosidad total deseada, en este caso la de una lámpara halógena de 2,5 kW. Naturalmente, cualquier «mitad» de LED resultante de esta adaptación se redondea a un LED entero, lo que ya apunta a que la potencia luminosa superará la de un foco profile halógeno de 2,5 KW. A continuación, se utilizan unos programas de simulación de trazado de rayos para probar distintos arreglos de los LED en la placa antes de fabricar las placas de circuitos finales. Se simulan las emisiones del haz de luz del arreglo de los LED, junto con la óptica posterior, para generar un campo luminoso lo más homogéneo posible en cuanto al color. En la simulación ya se puede tener en cuenta el efecto de los obturadores o iris modeladores del haz, lo que permite determinar las distancias de los insertos limitadores del haz respecto a la fuente LED o la óptica.

Simulación con un programa especial de trazado de rayos para comparar dos arreglos de LED en el sistema óptico. Se pueden ver las superficies de proyección calculadas; en particular, los cambios de color en los obturadores simulados que modelan el haz son indicadores valiosos.

Simulación con un programa especial de trazado de rayos que muestra diferentes distancias del iris respecto al LED y sus efectos.

Una vez que teóricamente hemos determinado la solución óptima, ahora debemos demostrar en la práctica si las distintas combinaciones y disposiciones dan el mejor resultado y, en caso afirmativo, de qué manera. En esta fase, una comparación A/B visual entre dos versiones será la mejor prueba. Aquí es donde se hacen evidentes todas las deficiencias y, dentro de los límites de la física, también se pueden corregir.

Diferente arreglo de los colores LED con un posicionamiento definido.

Una comparación A/B visual es mejor que cualquier programa de simulación o aparato de medición.

Curva de atenuación de halógeno

Una vez finalizado el soporte físico, es decir, la estructura del motor de luz LED, sería conveniente crear una configuración de prueba para poder probar el firmware en la práctica. Para lograr una simulación de luz halógena convincente, se suelen utilizar las funciones «response time» (tiempo de respuesta) y «dim to warm» (atenuación hacia luz cálida). «Response time» se refiere al brillo visible al encender o apagar, que imita el retardo característico del filamento de tungsteno de una lámpara halógena al calentarse o enfriarse. En el foco P6 esto se puede conmutar para emular una lámpara de 1, de 2 o de 5 kW, ya que el filamento de una lámpara de 5 kW es más grande que el de una lámpara de 1 kW y, por tanto, mucho más «lento». Esto significa que el foco P6 puede adaptarse de forma óptima a las luminarias existentes. Por el contrario, la función «dim to warm» describe el desplazamiento de la temperatura de color hacia el rojo cuando una lámpara halógena funciona a una potencia inferior a la máxima. Sin embargo, para conseguir una simulación perfecta de la luz halógena, también hay que ajustar la curva de atenuación. Por regla general, la mesa de iluminación opera de forma lineal el avanzado atenuador de fase para las luces halógenas. La cadena de «dimmer-luz halógena» da como resultado una curva de luminosidad que dista mucho de ser lineal y se comporta de forma completamente diferente a un LED que se controla de forma lineal. Por eso, la curva de atenuación del P6 se puede establecer no solo en los ajustes habituales lineal, exponencial, logarítmica y curva en S, sino también en una «curva de atenuación de halógeno».

Nicholas Heck, licenciado en ciencias e ingeniero de investigación y desarrollo en tecnología de iluminación, evalúa la homogeneidad de la luz en el laboratorio.

Calibración

Aunque se utilicen LED con un margen de variación muy pequeño dentro de cada lote, por medio de un sistema de calibración se puede conseguir mucho más de la configuración de los LED, sobre todo si se han desarrollado y utilizado algoritmos específicos que tengan en cuenta factores como los efectos de las distintas temperaturas o el envejecimiento de los LED. Las luminarias deben seguir proporcionando el mismo espacio de color incluso después de sucesivas adquisiciones o nuevos lotes de producción. La calibración también abarca el comportamiento de la atenuación, lo que garantiza que el punto de color no varíe al atenuar, sobre todo al aplicar un fundido de entrada (fade in) o de salida (fade out) muy lentamente en el extremo inferior del rango de control. Lo que se consigue con una lámpara halógena también debe ser posible con el motor LED. Con el foco P6, se trata de conseguir una atenuación de calidad profesional para teatro.

Un sistema de calibración en el departamento técnico de Cameo de Neu-Anspach. Cada luminaria se calibra de nuevo al final del proceso de fabricación. Por eso se mantienen varios sistemas de calibración de estructura idéntica.

Máxima calidad de color o máxima luminosidad

Los algoritmos integrados en el sistema de calibración ofrecen dos mejoras adicionales. En primer lugar, al utilizar los preajustes de color LEE 241 predefinidos es posible seleccionar si el color del filtro elegido aparece como si estuviera iluminado por una lámpara halógena o por una lámpara de descarga. En segundo lugar, la tecnología de control permite decidir si se quiere conseguir la mayor luminosidad posible en el color de la luz accionando los LED al completo al mezclar los colores, o si, por el contrario, se quiere conseguir la mejor reproducción cromática posible accionando los LED unos en relación con otros para que los colores combinados formen un espectro lo más continuo posible.

Registros de medición para optimizar los distintos modos de control para obtener la máxima calidad de color o la máxima luminosidad (izquierda: mayor luminosidad, derecha: mayor calidad de color)

Conclusiones

Se han invertido varios años de trabajo de desarrollo en el foco P6 y su fuente de luz LED. Por eso no es sorprendente que el foco P6 tenga un Ra de 98 a una temperatura de color de 5.600 K y un flujo luminoso de 16.000 lm. Y, a una temperatura de color de luz halógena de 3.200 K, el valor R9 alcanza incluso la asombrosa cifra de 99, todo ello manteniendo la deseada calidad de un foco para teatro.