電子技術為舞臺設備帶來的革命

文/[德] 彼得·盧茨，托比亞斯·艾丁格，利奧波德·許爾貝爾，彼得·迪邦

編譯/金 路 校審/ 羅思韓

在過去的數十年間哪些技術革新改變了舞臺機械技術的歷史？舞臺機械系統引入電子技術是其中的一座里程碑，可以說它從根本上改變了對舞臺本身的控制方式，以及舞臺上的工作方式。這些新技術改變了什么呢？30年前的劇場中使用的是什么樣的技術呢？本文結合實例，對舞臺設備中電子技術的發展過程進行簡要回顧。

1 電子技術替代機械

1.1 機械時代

在20世紀70年代，一位剛剛走出校門的工程碩士，以機械設計師的身份開始了其職業生涯。工作中，其文件袋中總是裝著計算尺和杜貝爾（Dubbel）機械工程手冊。當時一張寫字桌、一塊圖板和畫圖工具以及一部用于內部通訊的電話就構成了一位設計師的辦公場所。

1.2 機械即將變革

在那個年代，不僅僅是設計部門的上空縈繞著這個咒語——電子。對于這種當時尚屬新興技術的懷疑在漸漸地消散。現在公認將電子技術引入舞臺機械的時間最早大約是在上個世紀70年代的中期。那時，作為一種嘗試，將開始用于工業領域的（例如產品生產工序中的）控制系統移植到舞臺機械，特別是吊桿機設備上。對于舞臺機械制造人員，當時還沒有出現令人欣喜的技術，可以迅速淘汰他們制造的昂貴的老式離合系統、同步系統和驅動軸系統。在這之后，技術快速向前發展。每一位擁有多年職業經驗的設計工程師都難以忘記，終于有一天，個人計算機以及CAD繪圖技術正式在日常工作中使用，以及為此專門布置的、光線暗淡的房間。但是變化不僅僅包括技術和設計裝備，也包括新的要求對成本和技術指標的影響，還有不能忽視的客戶期望。正是這些期望激勵著設計師們不斷地改進和創新。

1.3 機械設計：純手工到仿真的工作空間

如果說設計工作從圖板跨向二維CAD設計的這一步對于很多人來說是巨大轉變的話，它從本質上還是停留在線條制圖的時代。原先設計師們只能通過平面圖紙去想象3D空間，隨著CAD的發展，制圖工作進入3D時代，使得這項工作的難度大大降低了。這種進步不僅有利于研發工作，也對現有設備的現代化改造大有好處。

一個很好的例子就是瑞士的巴塞爾劇院，那里想用改進的新型卷揚機結構替換原先使用的老式驅動系統。當時，一家舞臺公司運用三維CAD系統實現可視化并進行設計。其難點在于如何將驅動的整套系統各個部件排布在現有的狹窄的設備安裝空間內。為此，設計師們對現有的設備進行測繪后在計算機中建立相應的3D模型，這樣，設計師使原先圖紙上靜止的設備在計算機中轉動起來。通過采用這種技術，設計師可以模擬出很多種可能的解決方法和方式并權衡它們各自的優點和缺陷。最終的結果是，升降臺成功地換成了鋼絲繩驅動方式。

通過使用3D模型，設計師在升降臺和基礎結構復雜的界面之間添加了多個滑輪和轉向裝置。而且，3D設計可以生成不同的剖面和視覺角度，并且可以檢查升降臺在不同位置的干涉情況。如果這種設計采用2D形式，它的花費和風險較之3D將成倍增加。

對于劇場業主而言，3D技術和其設備為今天的舞臺操縱額外提供了一整套平臺。3D最早運用于驅動零件的設計，直至被成功地運用到巴塞爾劇院的舞臺機械設備改造中，它的運用范圍便發生了重大改變。

2 運動設備的控制

2.1 從手動吊桿到復雜的運動程式

過去的舞臺設備須以人力驅動，此外，驅動和控制構成了不可分割的、協調的統一體。之后，電機驅動的使用解放了人力，這時第一次對控制系統提出了要求：一套系統接管了以前工人的任務，接受操作人員輸入的指令，并傳輸到驅動設備上。

最初的操作臺上，每臺驅動只有兩個按鈕：一個提升，一個下降。只要一直按住一個按鈕，驅動就會一直往預定的方向運動，并停在設備行程的終點。

控制的另外一個重要任務是：必須避免一些人力操作時可能出現的危險。盡管一直按著按鈕，但驅動在行程的終點依然必須停住。

2.2 設備可調控和精確定位

舞臺設備只能起動和停止是不夠的。人們通過研發實現了驅動設備在靜止和最大速度之間的無極變速操縱。作為控制系統的部件，通過行走手柄（操縱桿）可以輸入想要的設備行走速度。確認鍵用以防止對設備運行的誤操作。控制必須確保舞臺設備安全無誤地保持其行走速度，而且人們不再滿足于設備的運行只能通過目測控制。因此，人們要求控制系統能控制每臺設備運行的精確位置并為設備操作者顯示出來。此外，操作者可以預先設定設備運動的任意目標位置，操作系統根據指令將設備自動運行到該位置并在那里停下來。

在運用這項技術的最初階段，操作臺上安裝了大量單獨的數字顯示器和預選開關。

對于那些復雜的需要編程的舞臺設備運動程式，人們需要可準確調控并能精確定位的驅動，以及由大量單獨的、彼此之間聯網的高性能計算機組成的控制系統。這項技術提供了幾乎無限的功能：多臺驅動的同步運行，線性和非線性的獨立運行，以及曲線運行等。

現代的操作控制臺可以很簡便地輸入、輸出和監控這些復雜且多層次的設備運動程式。操作臺配備了多個顯示屏和操作桿。所有設備的即時狀態可一覽無余地顯示出來。輸入通過觸摸屏即可完成。移動操作臺也可以實現這種簡單快捷的操縱功能。它或者通過可插拔式的線纜和控制設備相連，或者通過無線遙控方式操作舞臺設備。這樣，操作者可以有多種選擇并能隨時用肉眼觀察所有舞臺設備的狀況。

2.3 模擬動作

事先設計好的舞臺設備的運行程式可以在控制系統的操作界面中模擬出來。此外，舞臺上的每個構件和幕布也同樣可以像照片般真實地在控制系統中模擬出來，包括光線和影子。當在正式操作開啟幕布前，在這種“真實的劇院”的控制系統中輸入幕布的大小和三維尺寸后，它可以生成整場活動的模擬程序，這樣可以試驗整套換景程式、優化不同的舞臺效果、避免可能的沖突。

3 臺上設備

3.1 靈活、同步和低噪音

早先的多臺單點吊機同步運行只能通過機械聯接的方式實現，即驅動與驅動之間通過離合器和連接軸連接。一臺減速機帶動一根換向軸，根據需要可同時連接一臺或多臺單點吊機。反向運動時，同樣地由第二臺驅動帶動多臺連接在一起的吊機完成。借助機電技術的進步，單點吊機的這種機械同步方式終被淘汰。今天，舞臺吊機的一些指令動作，如多臺設備成組的路徑和時間同步運動、舞臺布景的擺動，都是在一個變化很大的運動速度范圍內通過精確控制實現的。

針對劇場特點專門研發的電機、制動器和減速機使得卷揚機的噪音很小。

新近在這方面的研發成果是第一臺移動式單點吊機——“FLY”。它既可以是壁掛式，也可以放置在地面上使用。所有的電氣電子部件以及一臺冗余式計算機都集成在吊機中。“FLY吊機”首先被安裝在維也納的羅納赫劇院（RONACHER）。通過一套軌道系統，工作人員可根據需要在舞臺柵頂上將吊機移動到任意一個位置。

4 臺下設備

4.1 簡單的車臺

在舞臺上，大型布景的橫向移動通常都借助于車臺。這種相對扁薄的帶行走輪的平臺式設備可以從側臺或是后臺行走到主舞臺區域。在早先的車臺內，行走輪被固定安裝，因此，車臺只能在一個方向行走，所以，按照方向不同被稱為縱向行走車臺和橫向行走車臺。

然而，在大型歌劇院里有側舞臺、后舞臺、下舞臺，并配以升降臺裝置，這時需要車臺能夠在多個方向上行走。為此，在過去的很長時間里，人們使用一種可將行走輪轉向90°的機械裝置，實現車臺的換向行走。例如所有輪子縱向安裝，通過轉向裝置旋轉到橫向。但由于制造成本很高，所以劇院安裝這種系統的車臺極少。今天人們使用“海龜式（TURTLES）”轉向輪系統，類似于轉角椅的原理。這樣行走輪可在兩個方向上行走。

4.2 從動式車臺系統

值得特別注意的是如何布置車臺系統的導向裝置。每個車臺定位都必須非常精準，這就需要合適的驅動裝置。為此，人們使用兩種不同的驅動方式：一種采用主動式驅動，它的驅動系統安裝在車臺內；另一種稱為“從動式車臺”，它的驅動系統被布置在車臺之外的某個固定位置。從動式車臺的一個例子就是剛性鏈驅動，它將車臺從側、后舞臺推移到主舞臺，或是反方向行走。這種剛性鏈置于舞臺木地板之下的鋼軌上，可以手動方式與車臺嚙合。如果車臺內裝有“海龜式”轉向輪系統，則通過第二套驅動系統可引導車臺在另外一個方向上行走。但是這套系統的缺點是，剛性鏈在車臺每次行走后必須收回。車臺經常要下降到舞臺面位置或是借助升降臺降到舞臺面以下，這時剛性鏈阻礙了其下降的路徑。

4.3 丹麥哥本哈根歌劇院的新系統

針對剛性鏈的這一缺點，人們為哥本哈根歌劇院的臺下機械研發了一套新的車臺系統。

舞臺臺下機械的核心設備是12套大車臺（16 m × 4 m）和9套半車臺（16 m × 2 m）。所有車臺均可以精確地行走到主舞臺和5個與主舞臺同樣大小的副舞臺的任意一個位置。

特別之處：112套驅動單元布置在舞臺木地板下。1個大齒輪從木地板上1個可自行開啟的狹縫中向上伸出后，和安裝在側車臺底部的齒條嚙合。根據車臺所處的不同位置，隨時保持2～3臺驅動，即大齒輪和齒條嚙合，帶動車臺向一個方向行走，直至抵達下一個驅動為止。當一個驅動和車臺脫開后，齒輪下降、狹縫自行關閉。在舞臺木地板上走動不會發生任何危險。這套新系統在生產和現場安裝過程中對精度均提出了極高的要求。

哥本哈根歌劇院臺下機械的另一個標志性設備是：共計30臺補償臺。當它們處于下降位置時，可以讓其上面的車臺開走，這是在演出時進行開放式換景的前提條件。如果一個劇場沒有補償臺時，車臺必須先在舞臺水平面的高度開到主舞臺上，緊接著主舞臺下降到舞臺面高度。這個動作既沒有特殊的舞臺布景效果，也不能在較快的時間內完成。

5 將來會是怎樣？

由于在過去幾年間技術飛速發展，今天的舞臺控制技術和舞臺機械技術解決方案及功能已經非常多樣化，這些在不久前還是不可想象的。

隨著藝術家、導演新的靈感和創作的涌現，舞臺機械設備在將來的創新仍將繼續。一些在今天看來無法做到的技術，以后都會得以實現。

可以肯定的是，未來的舞臺機械應同時具備滿足使用、操作簡便、安全可靠的特性。這也將成為衡量舞臺設備優劣的準則。

（本文根據德國《BüHNEN-MASCHINERIE》2009年舞臺機械特刊《DIE ELEKTRONISCHE REVOLUTION》一文編譯）