現(xiàn)場演出中的同步與觸發(fā)

張哲 冀翔

【摘? ?要】 以“E音之夜”多媒體原創(chuàng)電子音樂會為樣本，分析現(xiàn)場演出同步與觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】 現(xiàn)場演出;同步;觸發(fā);時間碼;音視頻同步;自動化;演出控制系統(tǒng);備份

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.12.004

2018年6月，中國傳媒大學(xué)“E音之夜”多媒體原創(chuàng)電子音樂會（以下簡稱“E音之夜”音樂會）成功舉辦?！癊音之夜”音樂會以別具一格的原創(chuàng)電子音樂作品為基礎(chǔ)，輔以創(chuàng)新高科技多媒體手段，呈現(xiàn)出視覺與聽覺雙管齊下的饕餮盛宴。

筆者在演出中負(fù)責(zé)音頻播放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場操作，針對音頻、視頻與燈光部門對于同步操作的需求，引入基于時間碼的同步和觸發(fā)控制系統(tǒng)，力求做到：（1）以音頻播放觸發(fā)視頻播放;（2）音視頻素材同步播放;（3）調(diào)光臺在特定時間點(diǎn)上自動做出Cue點(diǎn)切換。在設(shè)計(jì)和執(zhí)行過程中，筆者針對時間碼信號類型的選擇、時間碼發(fā)生源、備份、各工種工作方式的協(xié)調(diào)和方案靈活性等問題進(jìn)行了較為深入的思考和嘗試，并獲得了不錯的效果。因此，筆者以“E音之夜”音樂會為樣本，分析現(xiàn)場演出同步與觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與注意事項(xiàng)，力求對從業(yè)者提供有益的幫助。

1? 概述

“同步”是一個廣義的概念，字面意思為“相同的步調(diào)”。它所對應(yīng)的英文術(shù)語“Synchronization”指一個系統(tǒng)內(nèi)部各個組成部分協(xié)同工作。在涉及多媒體呈現(xiàn)的現(xiàn)場演出中引入演出控制（Show Control）的“同步”概念，即以自動化的方式統(tǒng)籌多個工種的控制系統(tǒng)（子系統(tǒng)）進(jìn)行協(xié)同工作。這些子系統(tǒng)包括音頻控制系統(tǒng)（調(diào)音臺、播放器）、視頻控制系統(tǒng)（切換器、播放器）、燈光控制系統(tǒng)（調(diào)光臺、霧機(jī)）、舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)和焰火控制系統(tǒng)等。

演出控制通常以時間為參考，對于子系統(tǒng)的控制體現(xiàn)為兩種形式：（1）在初始指令發(fā)出后，各個子系統(tǒng)能夠在特定時間點(diǎn)上同時完成某種自動操作。例如調(diào)光臺能夠在音樂的特定時間點(diǎn)上自動做出Cue點(diǎn)切換;（2）在初始指令發(fā)出后，各子系統(tǒng)能夠完全根據(jù)時間參考進(jìn)行自動操作，例如舞臺機(jī)械根據(jù)音樂的進(jìn)行發(fā)生連續(xù)的變化、視頻素材的播放始終與音頻素材的播放保持“幀對幀”的同步等。

這兩種控制形式包含了“同步”和“觸發(fā)”的概念，在實(shí)際應(yīng)用中往往通過時間碼（Time Code）和觸發(fā)信號（Trigger）予以實(shí)施?！俺跏贾噶睢敝笗r間碼開始播放或發(fā)出觸發(fā)信號。時間碼同步適用于固定時長的節(jié)目，它能夠在特定時間點(diǎn)上“告知”各子系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)設(shè)置做出動作;而觸發(fā)信號則由人來進(jìn)行手動觸發(fā)，適用于非固定時長的節(jié)目。

如圖1所示，演出控制系統(tǒng)對于子系統(tǒng)的同步和觸發(fā)通?？梢苑譃槿N工作模式。

第一種是“固定時長節(jié)目，各子系統(tǒng)全程同步”。它需要將各個子系統(tǒng)的從屬設(shè)備與時間碼完全綁定，當(dāng)時間碼開始，從屬設(shè)備開始，時間碼停止，從屬設(shè)備也會停止。這種工作模式通常用于音視頻后期制作。音視頻素材會跟隨時間碼播放，工作站、調(diào)音臺等設(shè)備也會根據(jù)時間碼進(jìn)行混音操作的自動化記錄或者回放，它們的每一幀都和時間碼的每一幀相對應(yīng)。當(dāng)時間碼停止時，素材播放和設(shè)備的自動化記錄/回放也會停止。這種工作模式通常不適用于現(xiàn)場演出，因?yàn)闀r間碼的停止會導(dǎo)致音視頻素材播放的停止，這無疑增加了演出所面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

第二種方式 “固定時長節(jié)目，特定時間點(diǎn)自動觸發(fā)”的工作模式。它可以讓音視頻播放系統(tǒng)根據(jù)“時間碼開始播放”或“時間碼到達(dá)特定時間點(diǎn)”指令同時開始播放，隨后便不再受到時間碼的控制。這樣即使時間碼發(fā)生器由于某種原因停止工作，音視頻素材也會繼續(xù)同步播放下去，避免了出現(xiàn)時間碼的停止會導(dǎo)致音視頻素材播放的停止這種風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，這種工作模式還能夠用于燈光Cue點(diǎn)切換、霧機(jī)系統(tǒng)、煙火系統(tǒng)和舞臺機(jī)械系統(tǒng)的協(xié)同工作，當(dāng)“時間碼到達(dá)特定時間點(diǎn)”時，上述子系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先編輯好的程序自行工作。例如，音樂素材在某一時刻有焰火音效，在音樂播放到這一時刻時，燈光、焰火系統(tǒng)都會根據(jù)這一音效做出相應(yīng)的響應(yīng)。

第三種方式為“非固定時長節(jié)目，人為手動觸發(fā)”。它針對演出中非精確時間點(diǎn)上出現(xiàn)的事件，通過人為的一次觸發(fā)，同時讓多個子系統(tǒng)做出同步響應(yīng)。例如，圖2所示的音樂劇《一步登天①》中，男主角會多次給出一個標(biāo)志性的Cue點(diǎn)，此時聲音和燈光效果需要隨著男主角的動作做出同步響應(yīng)，但聲音的播放或者燈光效果的操作②則是現(xiàn)場工作人員通過觀察演員的表演做出的。

2? 同步和觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考量

在一場演出中使用同步或觸發(fā)需要考慮以下幾方面問題：（1）各工種使用的設(shè)備能夠接收何種類型的同步/觸發(fā)信號;（2）如何選擇同步/觸發(fā)信號源及信號類型;（3）時間碼/觸發(fā)信號傳輸系統(tǒng)如何備份;（4）同步和觸發(fā)系統(tǒng)的靈活性。

這些問題雖然各有側(cè)重，但是緊密相關(guān)。各工種對設(shè)備的選型決定了它們能夠接收同步/觸發(fā)信號的類型。在此基礎(chǔ)上選擇信號發(fā)生源和信號類型，構(gòu)建備份系統(tǒng)，同時將系統(tǒng)靈活性作為重要考量。

2.1? 各工種使用的設(shè)備能夠接收何種類型的同步/觸發(fā)信號

對于時間碼來說，使用頻率最高的是MTC（MIDI接口）和LTC（XLR接口）;對于觸發(fā)信號來說，基于MIDI協(xié)議的各類信號則根據(jù)不同的子系統(tǒng)有著較大的不同。目前，絕大多數(shù)調(diào)音臺都能夠同時支持MTC和LTC;基于個人計(jì)算機(jī)的音頻和視頻播放系統(tǒng)由于使用專業(yè)音頻接口，也同時支持MTC和LTC;部分燈光控制臺僅配備MIDI接口，支持MTC或通用MIDI觸發(fā)，無法接收LTC。

2.2? 如何選擇同步/觸發(fā)信號源及信號類型

時間碼（TimeCode）的格式為：xxHxxMxxSxxF，即xx小時xx分鐘xx秒xx幀。MTC和LTC（Linear/LongitudinalTimecode）這兩種時間碼均采用SMPTE標(biāo)準(zhǔn)，只是表現(xiàn)形式不同，應(yīng)用于不同的載體。LTC是一種經(jīng)過編碼后，表現(xiàn)形式為音頻信號的時間碼格式，它能夠通過模擬音頻信號線進(jìn)行傳輸。MTC（MIDI Timecode）是經(jīng)過編碼之后，轉(zhuǎn)換成MIDI信號的時間碼格式，通過MIDI線傳輸。相較于MTC，LTC不僅可以實(shí)時生成時間碼，還能夠生成WAV格式的LTC時間碼音頻文件。

時間碼信號源種類繁多，有硬件時間碼發(fā)生器（如調(diào)音臺或?qū)Ｓ脮r間碼設(shè)備等），也有基于軟件的、具有時間碼生成功能的數(shù)字音頻工作站、播放器及演出控制軟件。對于時間碼發(fā)生器的選擇應(yīng)綜合考慮演出需求、備份機(jī)制和系統(tǒng)靈活性等問題。

在“E音之夜”音樂會演出中使用的是WAV格式的LTC時間碼音頻文件，見圖3。在音頻播放器中，時間碼音頻文件與節(jié)目所使用的音頻文件同步播放。

對于觸發(fā)信號來說，MIDI信號是最為常用的。例如，調(diào)音臺或燈光控制臺在切換快照（Cue）時可以發(fā)出MIDI信號，音視頻播放器接收信號后可以根據(jù)預(yù)先編輯的內(nèi)容進(jìn)行播放。需要說明的是，發(fā)出MIDI指令的既可以是調(diào)音臺/燈光控制臺，也可以是任何形式的MIDI鍵盤（合成器、打擊板等），還可以是音視頻播放器，且觸發(fā)控制的實(shí)現(xiàn)是雙向的，即一個設(shè)備既可以作為觸發(fā)信號的發(fā)出者，也可以作為接收者來執(zhí)行某種操作。在一套實(shí)際系統(tǒng)中，為了保證備份系統(tǒng)簡潔有效，往往指定某一設(shè)備作為觸發(fā)信號的發(fā)出者，其他設(shè)備作為接收者。

2.3? 時間碼/觸發(fā)信號傳輸系統(tǒng)的備份及注意事項(xiàng)

對于采用時間碼/觸發(fā)信號進(jìn)行控制的演出系統(tǒng)來說，備份是不可或缺的重要環(huán)節(jié)，這其中包括時間碼/觸發(fā)信號發(fā)生源的備份、音視頻播放器的備份以及合并/分配/切換設(shè)備三個部分。

“E音之夜”音樂會上使用了典型的時間碼控制音視頻播放設(shè)備進(jìn)行同步工作的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)此類系統(tǒng)時應(yīng)做到以下幾個方面：（1）時間碼的主備系統(tǒng)能夠同時開始和停止;（2）音視頻播放設(shè)備的主備系統(tǒng)能夠交叉接收時間碼主備系統(tǒng)發(fā)出的信號;（3）盡可能保證作為單點(diǎn)的合并/分配/切換設(shè)備簡單穩(wěn)定。

一個系統(tǒng)中只能存在一個時間碼，所有的時間碼接收設(shè)備都無法同時使用多個輸入的時間碼，但可以采取合并的方式將主備系統(tǒng)送出的時間碼信號合二為一。如使用LTC，將兩個完全相同的LTC信號源同時輸出至調(diào)音臺或聲卡的虛擬調(diào)音臺，混合之后輸出給接收設(shè)備。當(dāng)其中一個時鐘源崩潰，另一個時鐘源仍能持續(xù)輸出完全相同的LTC，調(diào)音臺的輸出電平會相應(yīng)小6 dB，但是LTC完全不會中斷。如果使用的是MTC，可使用MIDI Merger或同類型設(shè)備來實(shí)現(xiàn)MIDI信號的合并③。

需要注意的是，在48 kHz采樣率下，如果兩條完全相同的LTC的播放時間差大于7個采樣（約等于0.14 ms），合并后的LTC就會紊亂，導(dǎo)致時間碼同步系統(tǒng)崩潰。因此，保證時間碼主備發(fā)生器的同時開始就顯得尤為重要，為此可使用Q-Widget等同步器來進(jìn)行播放控制。除此之外，還需要注意兩臺電腦使用的不同聲卡的不同時鐘基準(zhǔn)所帶來的時間差，即主備聲卡在同一時間段內(nèi)計(jì)算出來的時間長度是否一致，這與聲卡的時基晶振有關(guān)。通常在播放了一定的時間之后，兩臺時間碼的相對延時會越來越大，直至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

嚴(yán)格來說，在演出前應(yīng)對主備聲卡進(jìn)行測試，找到時間碼錯開7個采樣所需要的時間臨界值。一般來說，當(dāng)時長超過30 min之后才會出現(xiàn)時間碼錯亂的問題。因此，應(yīng)盡可能使用完全相同的兩塊聲卡，為每個節(jié)目（而不是整場演出）單獨(dú)設(shè)定時間碼，將每段時間碼的長度控制在30 min之內(nèi)④。

對于音視頻素材的備份可以通過兩組播放器來完成，調(diào)音臺將混合后的LTC再一次進(jìn)行路由分配，同時送往主備播放器;通過MIDIMerger進(jìn)行混合的MTC則需要MIDISplitter再次分配給主備播放設(shè)備。

在此基礎(chǔ)上，音頻素材的主備切換需要通過調(diào)音臺來完成，視頻素材的主備切換需要通過視頻切換器來完成。在該系統(tǒng)中，所有的混合、切換和分配設(shè)備均為單點(diǎn)，無法進(jìn)行備份⑤，因此，應(yīng)保證這些環(huán)節(jié)盡可能簡單且穩(wěn)定。

在有條件的情況下，建議在主備系統(tǒng)之外設(shè)計(jì)一套獨(dú)立于時間碼/觸發(fā)系統(tǒng)之外的，完全由人進(jìn)行手動控制的音視頻播放系統(tǒng)，作為突發(fā)情況的應(yīng)急解決方案。

2.4? 同步和觸發(fā)系統(tǒng)的靈活度

LTC、MTC和內(nèi)容為LTC的WAV音頻文件作為時間碼信號來說幾乎是完全一樣的，但是在實(shí)際系統(tǒng)的搭建和使用過程中，這三種時間碼格式之間則存在較大的差異。

從系統(tǒng)搭建的角度來說，LTC（或內(nèi)容為LTC的WAV音頻文件）相對更加便捷，利用專業(yè)調(diào)音臺、音頻接口都能夠完成LTC的輸入、輸出、分配和接收工作;但是，所有音頻接口都只有一組MIDI輸入和輸出接口，在使用MTC時需要借助獨(dú)立的合并及分配設(shè)備。值得一提的是，WAV音頻文件承載的LTC實(shí)際上已經(jīng)替換了“時間碼發(fā)生器”的概念，將時間碼通過音頻播放器來進(jìn)行播放，這在某種程度上簡化了系統(tǒng)，提升了穩(wěn)定性。但它的問題在于不夠靈活，尤其是節(jié)目時間長度或者節(jié)目之間的順序發(fā)生改變時，對時間碼做出修改就變得比較困難。

3? 具體實(shí)施

對于演出控制系統(tǒng)來說，音響部門需要負(fù)責(zé)提供時間碼、搭建時間碼/觸發(fā)信號的傳輸和備份系統(tǒng)?！癊音之夜”音樂會中用到的這類由時間碼控制音視頻播放器的系統(tǒng)，提出基本的工作步驟如下：

（1）了解節(jié)目形式，確定節(jié)目需求，與各工種的前期協(xié)調(diào)，包括音視頻是分開播放還是統(tǒng)一播放、燈光控臺能夠接收的時間碼/觸發(fā)信號類型等;

（2）設(shè)計(jì)時間碼/觸發(fā)信號系統(tǒng)，確定設(shè)備型號及數(shù)量;

（3）根據(jù)節(jié)目列表，為每個節(jié)目制作時間碼;

（4）收集音視頻素材，對時間碼信號源及音視頻播放器進(jìn)行編程。

“E音之夜”音樂會上使用的燈光控臺為GRAND MA2，能接收MTC和LTC，視頻播放系統(tǒng)為ProVideoPlayer2（PVP2），僅能接收LTC，為便于管理，所有設(shè)備統(tǒng)一使用LTC。音頻播放系統(tǒng)使用QLab，它既能夠直接播放內(nèi)容為LTC的WAV文件，也能夠通過Time Code Cue生成MTC和LTC。權(quán)衡后，筆者選擇內(nèi)容為LTC的WAV音頻文件，將其和編組音頻素材（伴奏、低音聲部、效果人聲等StemMix）同步播放，觸發(fā)視頻播放系統(tǒng)和燈光控臺進(jìn)行工作。

經(jīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)計(jì)，此次演出中共使用4套筆記本電腦，其中音頻播放系統(tǒng)2套、視頻播放系統(tǒng)2套，每套播放系統(tǒng)配備1個音頻接口，LTC全部采用模擬平衡信號線進(jìn)行連接，見圖4。

本次演出的25個節(jié)目均由時間碼來進(jìn)行控制，筆者以15 min為間隔制作了25條時間碼。出于對各個從屬設(shè)備響應(yīng)速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，預(yù)先讓時間碼播放3 s，再讓各系統(tǒng)同步播放;出于同樣的原因，在音視頻系統(tǒng)播放結(jié)束2 s后，再讓時間碼停止。為了完成上述功能，在QLab中涉及的具體設(shè)置包含以下幾個方面：（1）Group Cue;（2）Pre-Wait/Auto-Continue/Auto-Follow;（3）Stop Cue;見圖5。

Group Cue（圖5中①）能夠?qū)⑷我忸愋偷腃ue編組，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的播放和管理，本場音樂會上，將每一個節(jié)目的Stem音頻文件⑥編為一組，包含LTC的WAV文件⑦則位于Group Cue之前，Stop Cue位于Group Cue之后。圖6給出了Group Cue的四種觸發(fā)模式，本場音樂會使用第二種：Start first child and go to next cue，即Group Cue被觸發(fā)后，Group之后的Cue（Stop Cue）會進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。

Group Cue內(nèi)部Stem Cue的同步播放需要通過Auto-Continue（圖5中④）功能來實(shí)現(xiàn)。它指一個Cue被觸發(fā)后，與它相鄰的下一個Cue會同時被觸發(fā)，即兩者同時播放。通過這一功能，GroupCue內(nèi)部的Stem Cue得以同步播放。Auto-Follow（圖5中⑤）則是在某一個Cue播放結(jié)束后自動播放下一個Cue。

Pre-Wait功能則是在Auto-Continue和Auto-Follow的基礎(chǔ)上，為下一個Cue的觸發(fā)加入了一個等待時間。筆者通過這一功能將TC Cue、Group Cue和Stop Cue關(guān)聯(lián)起來：Group Cue中的第一個Stem Cue與TC Cue是Auto-Continue關(guān)系，但是加入了3 s的Pre-Wait時間，因此，在TC Cue觸發(fā)3 s后，第一個Stem Cue開始觸發(fā)，通過編組內(nèi)的Auto-Continue，所有Stem Cue同步觸發(fā)播放。最后一個Stem Cue與Stop Cue之間為Auto-Follow關(guān)系，即最后一個Stem Cue結(jié)束后，Stop Cue會被執(zhí)行，但此時為Stop Cue加入了2 s的Pre-Wait時間，因此，在Stem Cue播放結(jié)束2 s后，TC Cue才會被停止。

4? 總結(jié)與思考

在一套演出控制系統(tǒng)中，時間碼適用于固定時長節(jié)目中各個子系統(tǒng)的同步運(yùn)行，而觸發(fā)信號則需要人根據(jù)現(xiàn)場情況手動發(fā)出，進(jìn)而讓各個子系統(tǒng)之間協(xié)同工作。往往在一場演出當(dāng)中，時間碼和觸發(fā)信號均會得到使用。例如，“E音之夜”音樂會的案例，節(jié)目和節(jié)目之間停頓的時長是隨機(jī)的，因此，每個節(jié)目TC Cue的觸發(fā)必須是手動的，這一操作可以通過Q-widget的播放按鈕，也可以通過電腦鍵盤的空格鍵，也可以通過MIDI鍵盤等MIDI設(shè)備來完成?！坝|發(fā)”本身就是一個非常寬泛的概念，不必過于糾結(jié)在文字表述層面。

在時間碼/觸發(fā)信號的設(shè)計(jì)過程中，務(wù)必將“簡化”和“務(wù)實(shí)”放在首位，確保系統(tǒng)架構(gòu)清晰、備份環(huán)節(jié)盡可能完備、系統(tǒng)單點(diǎn)盡可能少、系統(tǒng)搭建盡可能簡單高效。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)提前預(yù)估導(dǎo)演在排練過程中可能對節(jié)目做出的調(diào)整，為時間碼/觸發(fā)系統(tǒng)的靈活性和可調(diào)整性留出余地。

致謝：本文是第五屆“E音之夜”音樂會上音響團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)整合。在此感謝楊杰、路程、劉博、饒奕和楊明聰老師在演出前期準(zhǔn)備和排練過程中給予的指導(dǎo)和幫助。初涉現(xiàn)場演出的同步和觸發(fā)問題，文章內(nèi)容難免稚嫩，請各位讀者包涵并提出寶貴意見。