劇場中的舞臺燈光網絡通信單元的應用

王 濤，蔣其泓

（中國藝術科技研究所，北京 100061）

燈光技術

劇場中的舞臺燈光網絡通信單元的應用

王 濤，蔣其泓

（中國藝術科技研究所，北京 100061）

介紹劇場舞臺燈光網絡通信單元的基本構成、技術特點，以及專用燈光網絡節點控制器的使用等。

劇場；舞臺燈光；網絡通信單元；節點控制器

1 以太網絡在舞臺燈光控制中的發展

目前，在劇場舞臺燈光控制系統中，以太網絡控制技術越來越受到重視。它采用了更先進的控制理念，綜合TCP/IP以太網絡技術與傳統DMX相結合，以網絡的形式控制整個燈光系統。以太網采用一種稱為載波監聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD的共享訪問方法，這種方法保證了整個網絡連接的靈活性和多樣性。現在，數據傳輸速率從10 Mb/s發展到100 Mb/s，而在一些大劇院已經出現了千兆的高速以太網的應用。

國內舞臺燈光技術從模擬式、數字式，到現在提出的集成化網絡化的應用，經過約40年的磨礪，如今已進入高速發展期。在對舞美燈光效果要求越來越高的今天，舞臺設備趨向于復雜化、規模化、批量化，需要把所有的燈光控制設備（包括：調光臺、電腦效果燈控制臺、機械燈控制臺、換色器控制臺等）和受控設備（包括：調光立柜、電腦效果燈具、機械燈、電動吊桿、換色器等）通過一整套系統控制有機連接在一起，而且系統中控制通道的數量以數倍數十倍的規模擴大，一些應用場合的控制通道達到了上萬個。單一的DMX512控制方式和某些單獨的網絡設備也已經不能滿足舞臺燈光控制集成化的整體要求，我們需要一種更合理的方式通過基于以太網的燈光控制協議（比如Art-net協議、ACN協議）的設備將劇場里所有的網絡資源整合在一起，因此，將專業的網絡通信單元應用至劇場舞臺燈光網絡控制系統中至關重要。

2 劇場網絡通信單元的基本構成

2.1 基本構成

劇場的網絡通信單元一般建議采用以環形和星形相結合的拓撲結構，見圖1。為了滿足大型劇場舞臺的演出需求，要多個網絡通信單元配合使用，這些網絡通信單元就以環形結構布線，組成網絡系統的主干網。連接線用超五類網線即可，如果網絡通信單元之間距離過長，也可以考慮采用光纖。以設備類型分類，比如燈光控制設備、受控設備、監控設備；或者以設備的功能位置分類，比如耳光、面光、頂光；通過星形結構連接至網絡通信單元，組成網絡系統的子網。這樣，結構清晰，更利于設備的擴展和維護，而且結構簡單也更利于工程布線。

圖1 劇場網絡通信單元基本構成

2.2 劇場網絡通信單元應用舉例

以筆者參與的中國西部某文化藝術中心劇場工程燈光網絡系統為例。其整套系統的核心網絡通信單元總共有4個，分布情況是燈控室1個，可控硅室1個，上場門1個，柵頂葡萄架上1個。4個網絡通信單元之間由雙備份的光纖連接，提高了數據傳輸的可靠性。控制室里的網絡通信單元子網主要接入燈光控制臺、電腦燈控制臺、換色器控制臺、煙霧劑控制器和監控設備，使得燈控室成為一個完備的劇場大腦，操作人員在燈控室就能通過其網絡設備清楚地了解現場演出狀態下分布在劇場各個角落的設備運行情況，并進行合理的操作。在可控硅室的網絡通信單元子網接入6個調光（直通）立柜，并且通過DMX三芯信號線接入放置在舞臺吊桿和一二層天橋的換色器、電腦燈。另外，作為頂光、耳光的擴展網絡設備端口也接入此網絡通信單元子網，上場門網絡通信單元子網則接入流動可控硅柜，作為臺口舞美效果臨時擴充設備的備用端口，而柵頂網絡通信單元子網則接入用于舞臺口大屏幕網絡LED顯示屏和整個劇場網絡設備的擴展端口。圖2是劇場現場工程應用設備連接圖。

2.3 網絡通信單元的設備組成

一個標準的網絡通信單元由以下一些網絡交換設備和終端設備所組成：

（1）標準柜體：其可以放置標準尺寸大小的各種模塊化設備，并且留有空間余量，便于以后擴展功能的需要放置新的設備。

（2）以太網絡交換機：以太網終端的信號集中及數據交換設備。以太網交換設備由于都遵循標準的網絡協議，各廠家的網絡燈光控制系統都能使用遵循標準以太網協議的網絡交換設備。在控制室的網絡通信單元里，此設備通過超五類線可以直接和網絡控制臺連接，還有網絡監控設備連接。

（3）無線網絡交換機：基本功能和普通網絡交換機一樣，主要帶無線網絡接口，可以用來連接應用于劇場的無線手持式PDA類控制設備。

（4）專用燈光網絡節點控制器：以太網和DMX512信號的相互轉換及DMX512信號分配的設備，可以將DMX口通過監控電腦上的軟件設置成輸入或者輸出狀態，一臺轉接器可以同時控制4～8組DMX信號，最多有4 000個控制通道。是在網絡通信單元中，通過專用網絡燈光協議（Art-net或ACN），將以太網絡和符合DMX512控制協議的傳統舞臺燈光設備有機結合起來的最重要的設備。考慮到現今大型劇場舞臺的演出要求，一般需要2～3臺此網絡節點控制器級聯使用，可以使整個網絡系統中所控制的控制通道成倍增加。

圖2 劇場燈光網絡通信系統

圖4 網絡節點控制器面板示意

圖3 網絡通信單元

圖5 軟件界面

（5）DMX放大器：將一組DMX信號放大并且分配成最多10個端口發送出去。

另外，一般系統還會配置一臺電腦，裝入設置軟件和監控軟件，由網線連入網絡通信單元。

2.4 網絡通信單元的典型配置和舉例

圖3是網絡通信單元的設備實體。

以太網絡交換機需帶有光纖接入口，可以滿足中繼站之間的光纖傳輸。普通10 M/100 M自適應口至少需要24口配置，最好是48口配置，無線網絡交換機和以太網信號與DMX信號轉換器需要連入這些網絡端口，來加入整個系統。

放在不同位置的網絡通信單元，其功能將會有不同的側重點。根據不同的側重點，網絡通信單元機柜里的設備應該也有其差異性。為了滿足差異化的應用環境，機柜內采用模塊化架構設計可以很方便地增減配置設備來解決這個問題。

例如，可控硅室的網絡通信單元和燈控室的網絡通信單元應用的側重點就會有一些不同。在可控硅室的網絡通信單元，其應用環境需要其和調光立柜的網口相連，發送網絡燈光數據至立柜，并回送立柜的狀態監控信息，其他需要有大量的網絡端口和DMX512端口接入面光耳光室、吊桿，還有一、二層天橋上的電腦燈、換色器等智能燈具和一些擴展設備，因此，網絡端口和DMX放大器會配置的更多一些。在燈控室的網絡通信單元，因為幾乎控制著整個劇場所有的控制通道，因此需要放置更多數量的專用燈光網絡節點控制器，來控制成千上萬的燈光亮度通道。另外，如果有手持式對燈設備需要攜帶至舞臺上使用，考慮到無線信號的傳輸距離，以及某些劇場因建筑結構的原因可能存在對無線信號的干擾，則無線網絡交換機最好在舞臺上假臺口位置的網絡通信單元里配備。

3 專用燈光網絡節點控制器的設置應用

專用燈光網絡節點控制器在網絡通信單元里是一個關鍵設備，在網絡通信單元典型配置圖里，24口網絡交換機和無線網絡交換機之下放置的就是此網絡節點控制器，前面板如圖4所示。

面板上的卡儂頭插座安裝是陰座，但其實每一個卡儂頭都可以設置成輸出狀態或者輸入狀態來使用，10 M/100 M自適應網口在其背面，可以將符合網絡燈光協議（Artnet或ACN）的數組不同的網絡數據和標準DMX512數據相互轉換。在和網絡通信單元相連的監控電腦上安裝有轉接器的設置軟件，便于根據此網絡通信單元的不同功能需要來設置。

圖5是轉換器設置軟件的主界面，中間方框總共列出了8個串口的標識，每一個串口都可以設成相同的或者不同的DMX512組號，默認狀態下，所有的DMX口是設成發送狀態。左上角可以看到此轉接器設備在網絡中的IP地址。在一個劇場的局域網里，每個設備都有自己單獨的IP地址，而右邊的方框里可以對MAC地址寫入和修改，通過MAC地址軟件根據自己的一套算法能得出IP地址，此IP地址就是唯一的，在此網絡中獨一無二的，就不會和別的網絡設備發生沖突。

4 通過與網絡通信單元連接的監控電腦來管理網絡設備

監控電腦一般通過控制室的網絡通信單元子網連入整個網絡。其IP地址需要被設成2.X.X.X。將監控軟件打開，會顯示如圖6的界面：

圖6 監控軟件界面

左邊對話框里能顯示在整個網絡系統中所有符合燈光網絡協議（Art-net或ACN）的設備，而無論是哪個廠家的產品。此例中，顯示網絡中有網絡燈光控制臺、網絡轉接器和網絡數字調光柜，包括這些設備的名稱，在此網絡系統中各自的IP地址，生產廠家等信息。右側是設備狀態對話框，點在調光柜上，就顯示出此立柜每一回路的空開、負載電壓等信息。

結束語

正是通過網絡通信單元，燈光控制室內的操作人員才真正做到了對燈光設備的實時監控，提高了劇場各種燈光設備使用和維護的便利性，更好地支持了現代劇場在高科技方向上的快速發展，滿足了新時代舞臺演出對燈光設備數據傳輸控制的需要。

王濤，工程碩士，現任中國藝術科技研究所舞臺設備檢測中心主任，兼任全國劇場標準化委員會委員。曾先后組織完成全國政協禮堂舞臺改造工程、八一大樓電聲及配套系統工程、北京人民大會堂小禮堂改造舞臺機械工程、中共中央黨校禮堂改造舞臺機械工程、中國戲曲學院遷建工程舞臺專業工程、西藏自治區人民會堂改造工程舞臺專業工程等一批國家重點工程項目。

蔣其泓，工程碩士，現任中國藝術科技研究所檢測中心檢測工程師。曾參與智能調光柜和綜合性調光臺的產品研發工作，組織并完成燈光網絡設備的產品研發工作；曾參與北京天橋劇場舞臺燈光系統工程、紹興大劇院舞臺機械燈光系統工程、嘉興大劇院舞臺燈光系統工程、浙江省職業藝術學院燈光系統工程、湖州南潯文化藝術中心舞臺機械燈光系統工程等。

（編輯 張冠華）

Application of the Stage Lighting Network Communications Unit in Theater

WANG Tao, JIANG Qi-hong
(Chinese Art Science & Technology Institute, Beijing 100061, China)

In this paper, the author introduced the basic structure, technical features, and the use of dedicated lighting network node controller of the stage lighting network communications unit in theater.

theater; stage lighting; network communication unit; node controller

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.08.008