現(xiàn)代舞臺(tái)燈光效果控制方式與技術(shù)原理分析

廣州市浩洋電子有限公司　匡　昕

現(xiàn)代舞臺(tái)燈光效果控制方式與技術(shù)原理分析

廣州市浩洋電子有限公司匡昕

舞臺(tái)表演時(shí)光束照射的角度、強(qiáng)弱，色彩的變換，圖案的更替，頻閃速度等參數(shù)的設(shè)定之類的功能，全部需要舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)對多臺(tái)燈具聯(lián)合，單臺(tái)燈具功能的調(diào)配。本文介紹了舞臺(tái)燈光控制方式的發(fā)展應(yīng)用，淺析控制技術(shù)及其硬件原理。

舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)；DMX512；Artnet；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；燈光秀

0　引言

在演出中，用燈光對比突出或隱藏表演內(nèi)容、烘托氣氛、感染觀眾，已成為約定俗成的藝術(shù)手段。舞臺(tái)燈光控制，從具體功能上來說，就是調(diào)整設(shè)定光束的定位、顏色、圖案、亮度、頻閃速度等參數(shù)，通常需要利用燈具的機(jī)械動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的通道就是控制系統(tǒng)發(fā)出的指令到達(dá)目標(biāo)燈具的方法。因此，控制系統(tǒng)的歷史應(yīng)與舞臺(tái)照明的歷史區(qū)分開來，前者注重的是效果變化，后者則注重舞臺(tái)效果本身。

1　DMX512數(shù)字信號控制協(xié)議工作原理

控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程大致可以分為四個(gè)階段：原始開關(guān)控制技術(shù)階段，模擬調(diào)光控制技術(shù)階段，數(shù)字信號控制技術(shù)階段，網(wǎng)絡(luò)建?？刂萍夹g(shù)階段。目前DMX512數(shù)字信號控制協(xié)議為主要控制手段，總體來說，其在舞臺(tái)燈光行業(yè)表現(xiàn)優(yōu)異。

DMX512的數(shù)據(jù)傳輸以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行，信號傳輸?shù)拈_始以1個(gè)低電平復(fù)位信號為標(biāo)志，后面緊跟8位數(shù)據(jù)位，以2位連續(xù)高電平作為結(jié)束：

圖1　DMX512信息包結(jié)構(gòu)時(shí)序圖

根據(jù)燈具本身設(shè)定的起始地址碼，舞臺(tái)燈具甄別控臺(tái)傳輸?shù)腄MX512信號的起始位接收通道控制信號。一個(gè)地址碼可以對應(yīng)多個(gè)燈具，實(shí)現(xiàn)同步控制，適用于需要宏大整齊的燈光場面，但此時(shí)控臺(tái)無法實(shí)現(xiàn)特定燈具單獨(dú)控制，效果單一。

若一個(gè)地址碼只對應(yīng)一臺(tái)燈具，則每臺(tái)燈具將單獨(dú)從所設(shè)定的特定起始地址開始接收DMX512控臺(tái)的信號。此時(shí)單一燈具可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立效果，對如追光燈等類似的特效燈具更為實(shí)用。需要注意的是，獨(dú)立地址碼設(shè)定時(shí)需要考慮燈具操作效率，一般功能相近燈具地址碼上下連續(xù)。

比如某LED燈共有2個(gè)控制通道，第一臺(tái)燈具的起始地址碼應(yīng)設(shè)置為1 ，第二臺(tái)應(yīng)設(shè)為2（1+1），第三臺(tái)應(yīng)設(shè)為3（2+1）等，依次類推。

2　ACN/Art-Net協(xié)議工作原理與應(yīng)用分析

DMX信號傳輸抗干擾能力不強(qiáng)，且本身并無自我檢測與糾錯(cuò)功能，致使接收設(shè)備無法確定數(shù)據(jù)是否已遭破壞。其信號電纜的布置要求也較為復(fù)雜，需保持信號線不變形、無損安裝，與各類線纜分開敷設(shè)，以保證其經(jīng)過的是最短路徑。尤其LED點(diǎn)陣控制的出現(xiàn)，使通道數(shù)量遠(yuǎn)超一般規(guī)模，控臺(tái)后部已帶有8個(gè)DMX接口。因而，具有可擴(kuò)展性、傳輸速度快、規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)配置簡單的基于網(wǎng)絡(luò)的燈光控制協(xié)議逐漸成為演藝燈光調(diào)控的主要方向。其中以代表北美業(yè)界的ACN協(xié)議和代表歐洲業(yè)界的Art-Net協(xié)議表現(xiàn)最為突出。

ACN協(xié)議與Art-Net協(xié)議的工作原理如圖2所示：

圖2　ACN/Art-Net協(xié)議工作流程圖

Art-Net仍傳輸DMX類型數(shù)據(jù)，但極大擴(kuò)充了控制數(shù)據(jù)傳送量與傳送距離，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，提升了傳輸速度，同時(shí)使得更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳送不再是問題。因此，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議還發(fā)展了可編程、可模擬的控臺(tái)。

ACN不僅可以傳輸DMX類型的數(shù)據(jù)，還充分考慮了其他類型的數(shù)據(jù)形式，相比Art-Net來說較為全面。但正是因?yàn)锳CN可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)種類過于繁多，甚至包括了從燈光到機(jī)械、音響以及其他娛樂設(shè)備的控制數(shù)據(jù)，導(dǎo)致其難以推廣。

3　舞臺(tái)燈光無線控制及3D虛擬控制系統(tǒng)

相比用以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的有線傳輸，無線傳輸方式可以省去電纜鋪設(shè)與綜合布線等高成本、大工程量的準(zhǔn)備過程，因此，它的應(yīng)用范圍也呈現(xiàn)逐步增加的趨勢。

不過無線網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)也較為突出。一是適用范圍的限制，燈具的鋪設(shè)面積達(dá)到一定程度，無線設(shè)備發(fā)出的控制信號就難以被目標(biāo)燈具接收；二是穩(wěn)定性較差，相比有線的網(wǎng)絡(luò)信號，無線信號易受電磁干擾，EMC標(biāo)準(zhǔn)要求較高，而且在信號發(fā)射和接收設(shè)備之間必須保證無障礙，加大了配置天線的難度；三是控制力度的不足，現(xiàn)代表演燈具的種類繁多，但就目前的無線通信水平來說，同一時(shí)間控制的燈具類型還達(dá)不到中大型演出所需要的水平。

3D虛擬舞臺(tái)燈光控制功能，目的是減少調(diào)光師和其他工作人員現(xiàn)場調(diào)試的工作量，還可依據(jù)舞臺(tái)場景的特殊要求對場景進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制。這項(xiàng)技術(shù)目前還不算成熟，所以實(shí)際的應(yīng)用不是很廣泛，但隨著現(xiàn)代演出往大型化、智能化發(fā)展，很多控臺(tái)都已經(jīng)具備了初步的3D模擬功能。

4　燈具控制系統(tǒng)分析

以下位機(jī)的控制為例。嵌入電腦燈等智能化燈具中的單片機(jī)，往往會(huì)在組裝之前就輸入好控制程序，以便于每臺(tái)燈具的詳細(xì)控制。而由于電腦燈所具備的功能愈趨復(fù)雜，往往需要使用芯片組才能完成一系列的控制運(yùn)作。因此，就出現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的控制模塊與其他功能的控制模塊。

步進(jìn)電機(jī)控制模塊包括X軸電機(jī)控制和定位、Y軸電機(jī)控制和定位、光圈控制或點(diǎn)控、特效的旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)、換色器控制、光閘、CMY顏色混合器、光源溫度采集以及高溫保護(hù)等諸多功能。然后再通過信號的傳輸與總控制臺(tái)相連，接受并執(zhí)行具體的動(dòng)作命令，其簡單原理圖如圖3所示：

圖3　電機(jī)控制系統(tǒng)整體原理圖

而對于不同的廠家，同一廠家的不同型號燈具，以及，同一型號燈具的不同功用，其他功能模塊則成為主要的區(qū)別部分，使得各個(gè)控制系統(tǒng)的此模塊都有自己的特色。

以浩洋電子的一款電腦燈為例，其使用的是Atmega_128芯片，Atmega_128是一款高性能、低功耗的AVR?8位微處理器，具有64引腳，數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz。該電腦燈產(chǎn)品具備聲控功能與無線通信功能，在軟硬件上都屬于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品。系統(tǒng)硬件原理圖如圖4所示：

5　控臺(tái)工作原理

控臺(tái)即控制舞臺(tái)表現(xiàn)效果的大腦。為了確保一場表演的連貫性、流暢性和整體性，場內(nèi)燈具一般由一座或幾座智能控制臺(tái)遙控?？嘏_(tái)通常包括復(fù)演、存儲(chǔ)、校正三種功能，由內(nèi)設(shè)程序與編制程序共同完成。復(fù)演分為自動(dòng)與手動(dòng)：自動(dòng)即是按存儲(chǔ)時(shí)所確定的時(shí)間重現(xiàn)復(fù)演的場面，之后只要按轉(zhuǎn)換控制器，就自動(dòng)往下進(jìn)行；手動(dòng)則需要復(fù)演的場面編碼，按動(dòng)電鈕就會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)換控制器的轉(zhuǎn)換位置而復(fù)演。將設(shè)定的燈光通過控臺(tái)的亮度控制電位器和色彩變換按鈕存入存儲(chǔ)器，在自動(dòng)復(fù)演過程中確定場面的持續(xù)時(shí)間和轉(zhuǎn)換控制時(shí)間，即為存儲(chǔ)。一場復(fù)雜的燈光表演需要的場面數(shù)量很多，這個(gè)過程可反復(fù)進(jìn)行。而校正則是指對于所存儲(chǔ)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行個(gè)別校正或更改，或在所存儲(chǔ)的場面指令之間加入新的指令等。不同的控臺(tái)操作界面、程序語言等都會(huì)有一定區(qū)別，但控臺(tái)基本功能都會(huì)保留，以便與不同燈具、使用場景對接。

6　結(jié)論

隨著USB接口、CAN總線協(xié)議等細(xì)節(jié)的發(fā)展以及移動(dòng)終端的興起，舞臺(tái)燈光控制多樣性也逐漸增加，其智能化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、大型化已成為了不可逆的發(fā)展趨勢。燈光控制最終目的是將最優(yōu)秀的表演效果呈現(xiàn)給觀眾，適應(yīng)復(fù)雜的變化環(huán)境，讓燈具控制、控臺(tái)控制更具有競爭性，才是我們應(yīng)該奮斗的目標(biāo)。

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匡昕（1989—）， 女，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于廣州市浩洋電子有限公司，從事舞臺(tái)燈光行業(yè)2年。