體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)中，對(duì)足夠的照度和照明均勻度、足夠的亮度和無(wú)眩光照明、適當(dāng)?shù)年幱昂皖伾恼_性、頻閃效應(yīng)的影響等的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，須對(duì)上述問(wèn)題了解和掌握，才能做好照明設(shè)計(jì)。

很久以來(lái)，許多體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目都顯示出一種世界的傾向，這也就是為什么證明了迫切需要在黃昏或傍晚時(shí)進(jìn)行比賽和訓(xùn)練的原因。因此，體育場(chǎng)照明是體育場(chǎng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，并且比較復(fù)雜。它不僅需要滿足運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行比賽和觀眾觀看的要求，而且還要滿足拍攝電影和電視現(xiàn)場(chǎng)直播對(duì)照明的色溫、照度、照度均勻度等要求，這個(gè)要求遠(yuǎn)比運(yùn)動(dòng)員和觀眾要求高很多?，F(xiàn)代體育場(chǎng)一般采用大功率1KW，1.8kW，2kw金屬鹵化物燈作為光源，其具有高光視效能，高顯色性，色溫在5000~6000K之間，能夠滿足高清晰彩色電視轉(zhuǎn)播(HDTV)對(duì)室外照明的要求。為此，要做好現(xiàn)代體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者須了解和掌握好以下幾個(gè)問(wèn)題：應(yīng)有足夠的照度和照度均勻度、亮度和無(wú)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。

1、足夠的照度

物體的亮度對(duì)人的視覺(jué)影響是很重要的，同樣，對(duì)電視轉(zhuǎn)播也是很重要的。同物體的反射一樣，它的亮度用人們不經(jīng)常用的術(shù)語(yǔ)“照度”來(lái)表示。據(jù)報(bào)導(dǎo)，早期的泛光照明方案是使用高功率的白熾燈，其照度約為150lx，在當(dāng)時(shí)條件下可以滿足運(yùn)動(dòng)員和觀眾的要求。黑白電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)出現(xiàn)以后，根據(jù)電視轉(zhuǎn)播的要求，就須增加照度，其辦法就是將白熾燈的電壓提高l0%，或是將照明光源換成1000W的高壓水銀燈。用一種辦法時(shí)，燈的輸出功率可提高35%，但付出的代價(jià)是增加了用電負(fù)荷，并且燈的壽命從1000h，減小到250h;使用高壓水銀燈時(shí)，照度可提高50%，而不增加用電負(fù)荷。

在彩色電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)出現(xiàn)以前，200lx的水平照度就足夠了。整個(gè)體育場(chǎng)的照明輸出功率約250kw，一般是用來(lái)增加水平照度的方法來(lái)改變照明裝置的性能。而增加垂直照度，主要是為了提高從觀眾席到運(yùn)動(dòng)員之間的能見(jiàn)度。

20世紀(jì)90年代，在很多國(guó)家舉行的國(guó)內(nèi)和世界體育比賽中，電視轉(zhuǎn)播都要求是彩色的。彩色電視比黑白電視對(duì)照明質(zhì)量的要求更高。世界體育組織和廣播電視機(jī)構(gòu)對(duì)體育場(chǎng)館照明裝置提出了以下要求：

(1)整個(gè)體育場(chǎng)需要的垂直照度小照度為800lx，照度應(yīng)從地平面上l～1.5m，并且垂直于主攝像機(jī)位置的面上。

(2)對(duì)于長(zhǎng)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(huà)面的質(zhì)量，畫(huà)面質(zhì)量是主要因素之一。速度較快的體育項(xiàng)目，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(shí)，轉(zhuǎn)播(即質(zhì)量圖像)需要更高的照度。彩色電視攝像機(jī)常用的是變焦距鏡頭，通常情況下只有f：2這個(gè)個(gè)光圈，當(dāng)大焦距又能滿足體育比賽轉(zhuǎn)播范圍需要時(shí)，也可增加光圈數(shù)。因此，照明設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮光圈 少為f：2.8到f：4或f：5.6，常見(jiàn)鏡頭光圈f：2到f：5.6時(shí)所需垂直照度值。

彩色電視攝像要求盡可能將垂直照度提高到2000lx，實(shí)際上這個(gè)數(shù)值要受到經(jīng)濟(jì)的限制，也要受到由于高照度而帶來(lái)的眩光的限制。

國(guó)家體育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TY/T1002.1-2005《體育照明使用要求及檢驗(yàn)方法：室外足球場(chǎng)和綜合體育場(chǎng)》中規(guī)定，室外足球場(chǎng)和綜合體育場(chǎng)的照明標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。

注：1、表中U1=Emin/Emax，U2=Emin/Eave

　　2、表中對(duì)垂直照度及其均勻度的規(guī)定是指主要攝像機(jī)方向，輔攝像機(jī)方向可降低一層采用。

　　3、水平照度指地面上的維持平均照度，垂直照度指離地1.5M高垂直面或主攝像機(jī)方向的維持平均照度。

　　4、水平照度可為垂直照度的0.5~2.0倍(推薦采用0.75~1.5倍)。

　　5、表中所列照度值可維持平均照度值，維護(hù)系數(shù)取0.8。對(duì)于多霧和污染嚴(yán)重地區(qū)此值可降低到0.7。

2、照度均勻度

彩色攝像所需的照度均勻度比黑白攝像或視覺(jué)欣賞要大得多，對(duì)于水平照度和垂直照度都是這樣。在快速運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目比賽時(shí)，為了操作攝像機(jī)而不使畫(huà)面失真，照明需要有足夠高的照度和良好的均勻度。彩色攝影和攝像的主畫(huà)面部分亮處和暗處亮度比的大值不能大于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(guò)這個(gè)數(shù)值，出現(xiàn)清晰的影子或背光現(xiàn)象，造成曝光過(guò)度或曝光不足，彩色電視轉(zhuǎn)播將會(huì)失真。

照度均勻度用個(gè)參數(shù)衡量U1和U2。U1為體育場(chǎng)內(nèi)小照度和大照度之比，即U1=Emin/Emax;U2為體育場(chǎng)內(nèi)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(chǎng)比賽場(chǎng)地的不同位置有不同的垂直照度，當(dāng)遠(yuǎn)距離攝像時(shí)就會(huì)造成混亂，特別是當(dāng)有快速的體育比賽時(shí)更是如此。面向緊鄰主攝像機(jī)的邊線或面向一固定主攝像機(jī)位的平面上的垂直照度均勻度應(yīng)優(yōu)于Evmin/Evmax=0.4，在有一個(gè)或多個(gè)主攝像機(jī)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(gè)區(qū)的實(shí)際攝像機(jī)位的垂直面上，能得到足夠的照度。它也能保證在場(chǎng)地周圍有限的區(qū)域內(nèi)，輔攝像機(jī)在任意位置拍攝。滿足這些要求也就保證場(chǎng)地的運(yùn)動(dòng)員的足夠立體感。

好的水平照度均勻度對(duì)于避免攝像的調(diào)整問(wèn)題是很重要的，比賽場(chǎng)地的水平照度的均勻度應(yīng)好于Ehmin/Ehmax=0.5。

在相對(duì)的距離上水平照度沒(méi)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(diǎn)到相鄰的網(wǎng)格點(diǎn)的水平照度和垂直照度變化不能超過(guò)本網(wǎng)格點(diǎn)的20%，平均水平照度和平均垂直照度的比值須在0.5～2.0之間。

為了保證體育場(chǎng)的照度均勻度，安裝在場(chǎng)地四角上的30～40m高的燈塔上的投光燈以及20～30m高的看臺(tái)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相對(duì)數(shù)量的可調(diào)整的投光燈來(lái)達(dá)到，上面提到的均勻度數(shù)值可采用在每個(gè)場(chǎng)角燈塔上安裝不少于30盞窄光束投光燈的辦法來(lái)達(dá)到。如果采用寬光束分布投光燈時(shí)，所用的投光燈數(shù)量可減少，但結(jié)果會(huì)對(duì)觀眾產(chǎn)生眩光。如果在看臺(tái)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(huì)好得多。

3、亮度及眩光

發(fā)光體在給定方向單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度稱為發(fā)光體在該方向上的亮度。電視攝像機(jī)的作用與人的視覺(jué)有些相似，攝像機(jī)和人的眼睛都是以感覺(jué)照明的強(qiáng)度作為亮度，因此，畫(huà)面對(duì)比以及其背景，對(duì)于畫(huà)面質(zhì)量來(lái)說(shuō)都是主要的。

眩光可以引起視覺(jué)功能的降低。因此，應(yīng)對(duì)眩光進(jìn)行限制和測(cè)量。各種體育比賽項(xiàng)目都有關(guān)鍵地點(diǎn)，在這些點(diǎn)嚴(yán)禁出現(xiàn)高亮度光源在運(yùn)動(dòng)員視野內(nèi)產(chǎn)生眩光。哪些是體育比賽的關(guān)鍵地點(diǎn)呢?對(duì)觀眾而言，球場(chǎng)側(cè)面公共區(qū)域的前部和球門后面觀看條件差，在設(shè)計(jì)泛光燈的投射方向時(shí)，這些位置都是被用來(lái)考核眩光控制優(yōu)劣的地點(diǎn)，這些點(diǎn)就是關(guān)鍵地點(diǎn)。

四角布燈安裝方式。燈塔高度應(yīng)保證塔上下面一排燈具到球場(chǎng)中點(diǎn)與球場(chǎng)的夾角不小于20。。為了減少對(duì)運(yùn)動(dòng)員和觀眾的眩光，可以將這個(gè)角度放寬到30。，但這樣燈塔的投資又會(huì)增加，而且垂直照度和水平照度之比會(huì)減少。燈塔應(yīng)設(shè)在球場(chǎng)邊線中點(diǎn)處向外偏 5。，以確保邊線附近的運(yùn)動(dòng)員身上的垂直照度。通過(guò)增加這個(gè)角度，對(duì)向底線運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，眩光減小了，垂直照度同時(shí)增加。增加角度的取決于看臺(tái)挑蓬是否妨礙燈具正常照明，是否在球場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生陰影。同時(shí)，燈塔還應(yīng)設(shè)在球門中點(diǎn)向外 少15。，以限制開(kāi)角球時(shí)球門區(qū)運(yùn)動(dòng)員的眩光。

上述兩個(gè)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(chǎng)對(duì)角線的延長(zhǎng)線。為了保證整個(gè)球場(chǎng)都有照明，燈塔下面一排燈 球場(chǎng)的角與球場(chǎng)的夾角不大于70。，這樣以有效地確定燈塔到球場(chǎng)一角的小距離。

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(chǎng)縱軸方向看過(guò)去，α的小值20。只適用于訓(xùn)練場(chǎng)地和低級(jí)別的比賽場(chǎng)，此時(shí)眩光控制水平較低。α為25。時(shí)，眩光控制比較好，同時(shí)又有較高的垂直照度。盡管α變大有利于控制眩光，但垂直照度分量減小，燈塔或光帶布燈的投資將大大增加，不可能為了變大α角而加高看臺(tái)挑蓬。邊線附近對(duì)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?，則β不應(yīng)大于75。。如果看臺(tái)挑蓬邊緣上燈具沒(méi)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別方式。

對(duì)每個(gè)體育場(chǎng)工程泛光燈的數(shù)量由場(chǎng)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)任一點(diǎn)看，四角布燈每個(gè)燈塔泛光燈的光強(qiáng)之和比側(cè)向布燈、多塔或光帶布燈方式的光強(qiáng)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(jià)或場(chǎng)地條件，而不是照明因素。

眩光指數(shù)GR(FlareRating)=10～90，GR=10表示眩光對(duì)人幾乎沒(méi)有影響，GR=90表示眩光對(duì)人難以忍受。場(chǎng)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(chǎng)太暗的背景，因此，一部分光線應(yīng)當(dāng)射向看臺(tái)，看臺(tái)觀眾照明也應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾?，為了電視轉(zhuǎn)播時(shí)電視畫(huà)面而層次分明，體育場(chǎng)觀眾席的垂直照度不宜小于場(chǎng)地垂直照度的0.25。這樣就能保證運(yùn)動(dòng)比賽場(chǎng)地和背景之間有足夠的對(duì)比，這種照度水平可以由賽場(chǎng)照明的溢出光實(shí)現(xiàn)。

眩光問(wèn)題，只要協(xié)調(diào)好觀眾、運(yùn)動(dòng)員要求之間的矛盾就能夠解決，所以，設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)師來(lái)完成。

4、陰影的影響

亮度對(duì)比強(qiáng)，同時(shí)又有陰影，這都有礙于電視攝像機(jī)對(duì)照度的正確調(diào)整，因而會(huì)影響電視畫(huà)面的質(zhì)量。過(guò)于黑暗也會(huì)影響視覺(jué)的舒服程度，另一方面，陰影對(duì)電視轉(zhuǎn)播和觀眾來(lái)說(shuō)卻又很重要，特別是當(dāng)具有快速動(dòng)作的高速傳球特點(diǎn)的足球比賽時(shí)，如果沒(méi)有陰影的影響，距球遠(yuǎn)的觀眾是無(wú)法跟蹤上目標(biāo)的。

細(xì)致地調(diào)整投光燈，同時(shí)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。

5、顏色校正

在大多數(shù)體育運(yùn)動(dòng)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(wèn)題。色彩特性的兩個(gè)重要問(wèn)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(shí)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(lái)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(lái)表示，Ra理論的大值是l00，相當(dāng)于日光照射物體情況的顏色。環(huán)境的視覺(jué)氛圍由Ra來(lái)表示，Ra愈高，環(huán)境氛圍就愈愉快。由于日光在整體中是變化的，應(yīng)將日光的影響限制到小，相應(yīng)的人眼的色彩辨別能力不會(huì)有太大的問(wèn)題。為了理想的畫(huà)面，攝像機(jī)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，好是90。

顏色校正對(duì)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(jī)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(chǎng)是室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，在選擇光源時(shí)，日光的色溫為5000～6000K，可能發(fā)生這種情況，比賽在日光下開(kāi)始，而在夕陽(yáng)西下時(shí)，即在冷光下結(jié)束(通常用“全天氣”這一詞來(lái)形容)。在夕陽(yáng)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(jī)可以連續(xù)地調(diào)整，由日光順利地過(guò)渡到人工照明。

為了彩色電視轉(zhuǎn)播的目的，近年來(lái)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全部要求，可以滿足室外體育場(chǎng)地彩色電視轉(zhuǎn)播的要求，所以得到廣泛的應(yīng)用。

6、頻閃效應(yīng)的影響

當(dāng)采用金屬鹵化物燈作為體育場(chǎng)地照明時(shí)，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(jì)時(shí)應(yīng)將頻閃效應(yīng)限制到小，通?？蓪⒐庠淳鶆虻亟拥饺嚯娫吹牟煌嗌希瑢?shí)現(xiàn)場(chǎng)地上任何一點(diǎn)的照明是不同光源燈光的疊加，這樣，能使頻閃影響達(dá)到小。