舞台灯光控制系统现状的研究

舞台灯光控制系统现状的研究

摘要：在演艺设备行业的发展过程中，舞台灯光控制技术占据了极为重要的地位。对舞台灯光控制技术进行简单的研究，有利于我们对灯光控制技术有个更为深刻的认识。本文从控制系统、控制台以及调光器这三个方面的内容，简要对舞台灯光控制技术发展现状进行概述。关键词：舞台灯光；控制器；调光器

1 引言

光作为舞台演出中一个重要的艺术组成部分，在舞台上配合现场表演，以其独特的手段实现模拟自然、创造意境、表达情感、切割舞台时空等艺术效果。而这些艺术效果通常是以光的明暗(亮度)、光的色彩、光的投射方向和光束效果等表现手段及其动态组合来体现的．所有这些光的效果都必须使用灯光控制设备对灯具实施良好的亮度控制、色彩变换、光束运动等控制才能实现。控制系统的组成。舞台灯光控制系统的组成可划分为弱电的控制部分和强电的电源部分。

2 控制部分

舞台灯光控制大敛可分为三个基本系统，即凋光控制系统、电脑灯控制系统、换色器控制系统。就连接方式而寿，经历了模拟、数字(DMX)、网络三个时代。在模拟和数字时代，三大控制系统基本上互相独立、自成体系，进入了网络时代后。三个系统合成了一个大系统．加强了控制功能，方便了管理。

2.1 灯光控制的模拟连接方式

在晶闸管凋光器诞生初期，调光的控制是通过改变触发电路中某一个电阻器的电阻来调光的。当年广泛使的阻容移相触发电路就是典型例子。这种电阻控制形式小能集中控制，只能南灯光人员单路操作。后经改进成为电压控制，使多路集中控制成为可能。灯光控制台通过多芯电缆对每一路调光器发出控制电压，实现凋光控制。这就足舞台凋光的模拟连接。

2.2 灯光控制的数字连接方式

计算机灯光控制台和数字调光柜的诞生，使舞台灯光的数字连接成为可能。革除大把控制线的愿望才有可能实现。

2.3灯光控制的网络连接方式

虽然网络技术本质上也是数字技术，但计算机网络的发展。给舞台灯光带来厂新的活

力．对灯光控制技术的发展产生了巨大的影响。

2.3.1舞台灯光控制网络

随着戏剧艺术和科学技术的发展，舞台灯光在规模上越来越大、功能上要求越来越高，特别是大型广场、体育场的文艺表演和主题公园对灯光控制的特殊要求，灯光控制网络化已成为必然。计算机网络工业是一个远比娱乐业大得多的产业。有很强的技术开发力量，并且网络技术在全世界的各行各业得到广泛的应用．又有大量价廉物美的器材可供选用。有了强大而成熟的计算机网络技术的支持．灯光控制网络化就有了坚实的基础。

2.3.2灯光网络控制系统

灯光控制网络系统的组成根据不同的系统规模、功能要求以及不同产品会有所不同，但基本原理相同。在舞台灯光控制网络中组成的主体当然是灯光控制台、数字调光柜、电脑灯、换色器等灯光设备，只是应用网络技术和一些网络设备如网络分配器(通常是交换机和集线器)、线缆等将它们连接起来，组成了一个局域网(LAN)。由于目前调光器、电脑灯等设备都采用DMX协议，因此在灯光控制网络中需要进行Ethernet与DMX之间的信号转换．为了实现远程监视还需要有视频信号的转换．这些都是舞台灯光设备制造商专门研制的“网络节点”(node)来实现【1】。

3 强电系统

强电部分是灯光的能源来源。虽然不像控制部分那么复杂，但也是非常董要的灯光基本组成部分。强电部分可分为调光器之前的供电部分和调光器或直通开关之后的灯光线路部分。

3.1 灯光供电系统

灯光供电系统是剧场供电系统的一部分．剧场供电系统主要有变压器房、低压配电室、输电电缆等组成。

3.2 灯光线路系统

舞台上大量的灯光是需经凋光器调光的，调光器就是为舞台灯光的主要部分——白炽灯光源提供电力的。但也有一部分是不需要调光的，我们称之为直通，这部分线路主要是为了给采用气体放电光源的电脑灯、大功率投景幻灯等设备供电，也为灯光控制中的一些机械附件如换色器的电机(经过电源信号分配器后)、效果器、自动灯等供电。因此在舞台的各灯位应分布有足够数量的调光和直通线路。

4 电脑灯控制台原理

电脑灯的控制系统通常由若干台电脑灯和配套的电脑灯控制台组合而成．它们之间通过一根多芯控制电缆(XLR)串联连接。连接方式如(图4-1)。由电脑控制台统一操作，工作人员只需在控制台前编程，来控制所有电脑灯的动作。电脑灯内部装有一至两个单片微处理器(又称单片机)．单片身处理器是将CPU和少量RAM、ROM、及I／O口集成在一块硅片上制成的。单片微处理器发出信号．通过驱动电路使机内各个微型步进电机运动，从而带动各个颜色轮、图案片、镜头、反射镜运动，从而产生各种色彩和造型的光束及其在空间的运动【2】。

图4-1 控制台和电脑灯的关系示意图

电脑灯控制台要让某个电脑灯做某个动作．首先要找到这台电脑灯。控制台要识别出同一路DMX信号中的某一台电脑灯，就必须通过查找地址码来解决。因此，每一台电脑灯在使用前必须设置地址码。

由于各个电脑灯生产厂家的不同．512个通道有两种表示．一种是000—51l，一种是001—512。因此电脑灯地址码的设定有从000开始的有从001开始的。电脑灯的地址码是通过电脑灯上的二进制拨码开关。在开关接通(ON)状态下，最左边的一位代表“1”，左数第二位代表“2”，左数第三位代表“4”，左数第四位代表“8”，左数第五位代表“16”等等。如果使用16通道的电脑灯．第一位是001的电脑灯。第一台电脑灯的地址码是00 1最左边的开关接通，表示“l”；第二台电脑灯的地址码是001+016=017，第一个开关接通，和第5个开关拨通；第三台电脑灯的地址码是左数第6、第1个开关接通，表示32+1=33等等。这样就对每个电脑灯设置了地址码，可以通过控制台进行控制。

5 调光器

5.1数字调光器

从大型变压到触发可控硅组件进行调光，在设备的功能、效益、热量控制甚至体积上都有了长足的进步。早期的硅组件依靠纯硬件进行触发，当时的输入信号只有自控推杆及0～10V模拟。后来DMX512数字信号的成功开发，在传统模拟硅的前级加上数字解码器便成为当时的数字调光器，但这并不是全数字调光，真正的全数字调光必须由数字信号输入及三相同步信号输入后，全部功能（调光曲线、最小/最大输出、调整及硅触发输出等）全部由处理器完成【3】。

5.2硅的触发方式

在早期的调光器产品中，对可控硅组件触发方式为脉冲触发（Pulse Firing），其方法是对可控硅在需要打开的相位角时(调整亮度)发出脉冲使其导通，在220V交流/50Hz的正弦波回归0时自动关闭，而在下一周期时重复动作。当时使用的灯具都是纯电阻性负载或较大功率的，故基本能够满足调光的需要。

如果要保证在电感性/电磁性抗阻负载中绝对不会引起振荡而让负载闪烁，就必须使用硬触发方式（HardFiring）来处理硅导通。当提供进来的电源经过非感性抗阻负载而产生振荡后，这干扰电源就不可能提供正常电力供应被动组件进行合法并成功的触发。硬触发方式的缺点为制造成本高与产品体积相对较大，在产品设计方面大都是以单路硅或大型硅柜形式出现于市场上。

5.3 正弦波调光器

20世纪60年代以前，舞台上的调光设备从盐水缸至大型功率可变电阻都是以改变交流电源的正弦波来对灯泡负载进行调光。这种形式的缺点在于大量的热能损失和巨大的体积，但优点是不存在干扰噪音。单向可控硅（SCR）与双向可控硅（TRAIC）的先后发明使调光器在体积上变小，降低了工作温度，可利用低压讯号对调光器进行控制，这就是我们所熟悉的调光器。但这种以触发相切割波形的方式给我们带来了电力系统中的断续电流问题。在标准的三相供电系统中，这些谐波能令中线的电流增加至正常的1.4倍。谐波会产生可听噪音，会令电力输送系统的金属导体甚至变电变压器产生高热【4】。

欧盟国家提倡制定法律规定“调光系统必须要以低水平的谐波泄漏”为原则。另一方面，市场上使用相切割波形调光器的缺点日益明显。越来越多的灯具已不是以往纯电阻性负载。后来的调光器采用以IGBT为功放组件的逆向相切割波形，在技术上取消了笨重的滤波线圈，但原来相切割波形方式的问题还是存在，只是减轻重量而已。

此外，在一些工作电压不能低于某些值的电器上，如镇流器、霓虹灯管、马达等，都可预先设定它们的最低工作电压。然后就像调变压白炽灯泡一样，进行调压。再就是说所有类