現代舞臺燈光效果控制方式與技術原理分析

廣州市浩洋電子有限公司　匡　昕

現代舞臺燈光效果控制方式與技術原理分析

廣州市浩洋電子有限公司匡昕

舞臺表演時光束照射的角度、強弱，色彩的變換，圖案的更替，頻閃速度等參數的設定之類的功能，全部需要舞臺燈光控制系統對多臺燈具聯合，單臺燈具功能的調配。本文介紹了舞臺燈光控制方式的發展應用，淺析控制技術及其硬件原理。

舞臺燈光控制系統；DMX512；Artnet；網絡協議；燈光秀

0　引言

在演出中，用燈光對比突出或隱藏表演內容、烘托氣氛、感染觀眾，已成為約定俗成的藝術手段。舞臺燈光控制，從具體功能上來說，就是調整設定光束的定位、顏色、圖案、亮度、頻閃速度等參數，通常需要利用燈具的機械動作來實現，實現的通道就是控制系統發出的指令到達目標燈具的方法。因此，控制系統的歷史應與舞臺照明的歷史區分開來，前者注重的是效果變化，后者則注重舞臺效果本身。

1　DMX512數字信號控制協議工作原理

控制系統的發展歷程大致可以分為四個階段：原始開關控制技術階段，模擬調光控制技術階段，數字信號控制技術階段，網絡建模控制技術階段。目前DMX512數字信號控制協議為主要控制手段，總體來說，其在舞臺燈光行業表現優異。

DMX512的數據傳輸以數據包的形式進行，信號傳輸的開始以1個低電平復位信號為標志，后面緊跟8位數據位，以2位連續高電平作為結束：

圖1　DMX512信息包結構時序圖

根據燈具本身設定的起始地址碼，舞臺燈具甄別控臺傳輸的DMX512信號的起始位接收通道控制信號。一個地址碼可以對應多個燈具，實現同步控制，適用于需要宏大整齊的燈光場面，但此時控臺無法實現特定燈具單獨控制，效果單一。

若一個地址碼只對應一臺燈具，則每臺燈具將單獨從所設定的特定起始地址開始接收DMX512控臺的信號。此時單一燈具可實現獨立效果，對如追光燈等類似的特效燈具更為實用。需要注意的是，獨立地址碼設定時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。

比如某LED燈共有2個控制通道，第一臺燈具的起始地址碼應設置為1 ，第二臺應設為2（1+1），第三臺應設為3（2+1）等，依次類推。

2　ACN/Art-Net協議工作原理與應用分析

DMX信號傳輸抗干擾能力不強，且本身并無自我檢測與糾錯功能，致使接收設備無法確定數據是否已遭破壞。其信號電纜的布置要求也較為復雜，需保持信號線不變形、無損安裝，與各類線纜分開敷設，以保證其經過的是最短路徑。尤其LED點陣控制的出現，使通道數量遠超一般規模，控臺后部已帶有8個DMX接口。因而，具有可擴展性、傳輸速度快、規模大、網絡配置簡單的基于網絡的燈光控制協議逐漸成為演藝燈光調控的主要方向。其中以代表北美業界的ACN協議和代表歐洲業界的Art-Net協議表現最為突出。

ACN協議與Art-Net協議的工作原理如圖2所示：

圖2　ACN/Art-Net協議工作流程圖

Art-Net仍傳輸DMX類型數據，但極大擴充了控制數據傳送量與傳送距離，增強了數據穩定性，提升了傳輸速度，同時使得更為復雜的數據傳送不再是問題。因此，網絡傳輸協議還發展了可編程、可模擬的控臺。

ACN不僅可以傳輸DMX類型的數據，還充分考慮了其他類型的數據形式，相比Art-Net來說較為全面。但正是因為ACN可以傳輸的數據種類過于繁多，甚至包括了從燈光到機械、音響以及其他娛樂設備的控制數據，導致其難以推廣。

3　舞臺燈光無線控制及3D虛擬控制系統

相比用以太網絡進行數據的有線傳輸，無線傳輸方式可以省去電纜鋪設與綜合布線等高成本、大工程量的準備過程，因此，它的應用范圍也呈現逐步增加的趨勢。

不過無線網絡的缺點也較為突出。一是適用范圍的限制，燈具的鋪設面積達到一定程度，無線設備發出的控制信號就難以被目標燈具接收；二是穩定性較差，相比有線的網絡信號，無線信號易受電磁干擾，EMC標準要求較高，而且在信號發射和接收設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，同一時間控制的燈具類型還達不到中大型演出所需要的水平。

3D虛擬舞臺燈光控制功能，目的是減少調光師和其他工作人員現場調試的工作量，還可依據舞臺場景的特殊要求對場景進行實時繪制。這項技術目前還不算成熟，所以實際的應用不是很廣泛，但隨著現代演出往大型化、智能化發展，很多控臺都已經具備了初步的3D模擬功能。

4　燈具控制系統分析

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

步進電機控制模塊包括X軸電機控制和定位、Y軸電機控制和定位、光圈控制或點控、特效的旋轉和自轉、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等諸多功能。然后再通過信號的傳輸與總控制臺相連，接受并執行具體的動作命令，其簡單原理圖如圖3所示：

圖3　電機控制系統整體原理圖

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別部分，使得各個控制系統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，數據吞吐率高達1MIPS/MHz。該電腦燈產品具備聲控功能與無線通信功能，在軟硬件上都屬于業內領先的產品。系統硬件原理圖如圖4所示：

5　控臺工作原理

控臺即控制舞臺表現效果的大腦。為了確保一場表演的連貫性、流暢性和整體性，場內燈具一般由一座或幾座智能控制臺遙控。控臺通常包括復演、存儲、校正三種功能，由內設程序與編制程序共同完成。復演分為自動與手動：自動即是按存儲時所確定的時間重現復演的場面，之后只要按轉換控制器，就自動往下進行；手動則需要復演的場面編碼，按動電鈕就會根據轉換控制器的轉換位置而復演。將設定的燈光通過控臺的亮度控制電位器和色彩變換按鈕存入存儲器，在自動復演過程中確定場面的持續時間和轉換控制時間，即為存儲。一場復雜的燈光表演需要的場面數量很多，這個過程可反復進行。而校正則是指對于所存儲的各項數據分別進行個別校正或更改，或在所存儲的場面指令之間加入新的指令等。不同的控臺操作界面、程序語言等都會有一定區別，但控臺基本功能都會保留，以便與不同燈具、使用場景對接。

6　結論

隨著USB接口、CAN總線協議等細節的發展以及移動終端的興起，舞臺燈光控制多樣性也逐漸增加，其智能化、數據化、網絡化、大型化已成為了不可逆的發展趨勢。燈光控制最終目的是將最優秀的表演效果呈現給觀眾，適應復雜的變化環境，讓燈具控制、控臺控制更具有競爭性，才是我們應該奮斗的目標。

［1］楊帥.舞臺燈光控制系統的設計與研究［D］.太原：中北大學檢測技術及自動化裝置專業，2013.

［2］俞鍵.舞臺燈光控制技術及其發展［J］.藝術科技，2012（1）：01-09.

［3］黃詩涌.基于DMX512協議的8通道舞臺電腦燈控制系統設計［D］.廣州：廣東工業大學機械電子工程專業，2006.

［4］馬偉.基于嵌入式計算機的網絡燈光控制系統研究［J］.軟件導刊，2016，15（5）：113-115.

［5］Anonymous.Remote device support speeds stage lighting changes［J］. Electronics Weekly，2011（2460）：26-26.

［6］于彬.劇場舞臺燈光的電氣維護與管理［J］.黑龍江科技信息，2012（28）：27-27.

［7］姚暉.基于DMX+的LED舞臺燈控制系統的設計［D］.杭州：浙江理工大學信號與信息處理專業，2011.

匡昕（1989—）， 女，大學本科，現供職于廣州市浩洋電子有限公司，從事舞臺燈光行業2年。