照明工程中的调光设备与协议详解(共29页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上照明工程中的调光设备与协议详解所谓调光控制，就是借助相关设备和技术手段，对灯光的亮度、色彩、图案及光线方向、光质软硬、光斑聚散等予以干预，以达到用光线照明、造型和渲染气氛等目的。狭义的调光是指控制光线的亮度，使其在一定范围内连续变化，从而控制场景的照度，以满足演员表演、观众观看、摄像机拍摄及导演的创作要求。随着灯光技术的进步，舞台调光已经从过去的手动式、机械式和模拟式，全面过渡到目前的数字式和网络式。一般来说，一个完整的调光系统由调光控制器、调光控制台、灯具和周边设备等构成。对于数字式和网络式调光系统，除硬件设备外，还需要相关的灯光控制协议。本章首先介绍调光控制器、调

2、光控制台及常用的灯光周边设备，最后对DMX512数字灯光协议予以分析。2.1调光控制器调光控制器简称调光器（Dimmer）。最简单的调光器就是一个开关，通过开关的开与关，控制灯光的亮与灭，操作简单、利索、可靠，但由于不能实现灯光亮度在一定范围内的连续变化，因此，这不能算是严格意义上的调光器。最早出现的调光器是盐水调光器，后来又出现了可变电阻调光器和自耦变压器调光器，目前广泛使用的则是可控硅调光器。2.1.1 调光控制器的发展1盐水调光器盐水调光器的结构和原理是在一个玻璃容器内装入一定浓度的盐水，容器内有两个金属极板，一个是固定极板，另一个是可以上下活动的极板，将两个极板和灯具串联，接上电源后改

3、变活动极板和固定极板之间的距离，即可改变盐水调光器的电阻值，从而改变了落在灯具上的电压，最终实现了对光线亮度的控制与调整。盐水调光器虽然历史性地实现了调光功能，但也存在太多的缺点，如盐水易挥发、浓度不稳定、容易锈蚀、操作不方便等，所以很快就被可变电阻调光器所取代。2可变电阻调光器盐水调光器在本质上“相当于”可变电阻，而可变电阻调光器则是采用真正的可变电阻。将一只大功率的可变电阻和灯具串联，接上电源后改变可变电阻的阻值，即可改变落在灯具上的工作电压，从而改变了发光亮度。虽然可变电阻调光器在使用控制上比盐水调光器要方便一些，但二者有一个同样的致命缺点，那就是调光效率很低，特别是当灯具处于中低发光亮

4、度时，将有一半以上的电能被浪费掉，同时伴有大量的热量产生，使用中需采取有效的散热措施。3自耦变压器调光器自耦变压器调光器的工作原理如图3.1所示，其滑片的上半部分呈现出的感抗和灯具的等效电阻构成了串联分压关系，只要改变滑片的位置即可改变落到灯具上的电压值，从而实现了对灯光亮度的调整。图3.1 采用自耦变压器的调光原理虽然和前两种调光器一样，调光的原理都是基于串联分压，但自耦变压器调光器与灯具构成串联分压的部分是感抗，理论上不消耗电能，因此不会产生大量的发热现象，这也是自耦变压器调光器的最大优点，但也同样存在控制回路少、操作不便等缺点。为了提高调光操作的机械化程度，可变电阻调光器和自耦变压器调光

5、器都相继出现了用电机驱动相关装置，从而实现了“自动化”调光的产品，但控制回路增多时带来的体积庞大、成本过高、可靠性差、功能单一等问题始终难以根除。因此，当可控硅调光器问世后，这些基于串联分压的调光器产品，迅即成为了历史。4可控硅调光器可控硅是可控硅整流器（Silicon-Controlled Rectifier，缩写SCR）的简称，是一种受控的半导体开关器件，有单向和双向之分。单向可控硅有一个阳极、一个阴极和一个触发极，触发极中流入一定“触发”电流后，可控硅触发导通，电流从阳极流向阴极。双向可控硅无阳极和阴极之分，触发导通后，电流可双向流动。如果将双向可控硅和灯具串联后接入市电，在触发极上施加

6、触发脉冲，可控硅将在导通和截止两种状态上作周期性变化，即工作于开关状态。由于可控硅工作于开关状态，与其串联的灯具得到的将是断续的离散电压，其发光强度取决于离散电压的平均值，而这个平均电压又取决于可控硅导通和截止的时间之比，即取决于离散电压的占空比。因此，只要控制可控硅的导通角，改变离散电压的占空比，即可改变落到灯具上的平均电压，最终达到调整灯具发光亮度的目的，这就是可控硅调光器的基本工作原理。图3.2是双向可控硅的电路符号、实物外观及一款12路可控硅调光器的内部构造。图3.2双向可控硅的符号、实物及调光器产品盐水调光器、可变电阻调光器、自耦变压器调光器的本质是可变电阻，而可控硅调光器的本质则是

7、电子开关。前者和灯具构成的是串联分压关系，通过改变分压比，改变了灯具上的峰值电压，从而改变了灯光的亮度；后者和灯具形成的是开关控制关系，通过改变可控硅的触发相位，控制其导通角，即可改变灯具上的平均电压，从而实现了对灯光亮度的控制。基于串联分压原理进行调光的缺点是电能利用率低，发热严重，优点是不改变电压的波形，灯具上得到的是和电网电压完全一样的正弦波，只是幅度发生了变化。以可控硅作为电子开关，通过控制其“开”与“关”的时间之比进行调光，优点是可控硅本身的耗电极少，电能利用率极高，易于扩充控制通道数目，并且很容易实现数字化、智能化的远程控制。但是，用可控硅调光也有一个严重的问题：灯具上得到的不再是

8、连续的正弦波电压，而是离散的电压脉冲。脉冲波中存在大量的谐波成分，极易形成对外的谐波辐射，对周围的控制系统，特别是音、视频系统形成干扰，影响其他设备的正常工作。所以，可控硅调光器的每个输出回路中都要串联电感扼流圈，对高次谐波进行抑制。除正弦波外，所有的脉冲波都是由多个不同频率和振幅的正弦波叠加而成的。在这些正弦波中，频率最低的正弦波叫做基波，频率为基波整数倍的那些正弦波分量叫做谐波，如二次谐波、三次谐波、高次谐波等。一般来说，基波部分因为频率较低，不容易形成对外的电磁辐射，但高次谐波的频率相对较高，如果屏蔽不好，很容易转化为电磁波的能量形式辐射到空中，这种现象叫做谐波辐射。扼流圈即将漆包线绕在

9、磁环上的电感线圈，与可控硅形成串联关系，对频率较高的谐波呈现出较大的感抗，从而扼制了高次谐波的电磁辐射。另外，扼流圈的存在使可控硅从导通到灯具上得到一个稳定的工作电压，有一个延迟时间，这个时间叫做上升时间。上升时间的定义是在一定条件下，流向灯具的电流从10%增大到90%所需要的时间。扼流圈的电感量越大，电流上升的速度越慢，上升时间就越长，对高次谐波的过滤量越大，输出的电压越纯净，对外干扰越小。另一方面，扼流圈的电感量越大，其体积也就越大，成本越高，而且电能损耗也越大，发热量也越多。因扼流圈的电感量不同，可控硅调光器的上升时间一般在100s至600s之间。上升时间较小的调光器，整体参数和成本也较

10、低，适用于小型会议、演出和一般的娱乐场所；上升时间大的调光器，通常具有更高的电气指标和整机成本，适用于大型演艺场馆和分布式调光系统。另外，更长的上升时间，意味着流过负载的电流变化更加缓慢，不管是对光源还是可控硅本身，都具有更好的防护作用。5正弦波调光器为了克服可控硅调光器存在谐波辐射的问题，近几年来，正弦波调光器逐渐出现在一些新筹建的大型新闻演播室中。正弦波调光器采用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）大功率晶体管，所以又叫晶体管调光器。IGBT广泛地用于变频空调、变频冰箱中，作为调光器的核心器件是其另一个重要的应用方向。正弦波调光器

11、也是以开关方式工作，通过脉冲宽度调制和低通滤波等技术，向负载提供幅度连续可控的正弦波电压，从而在保持了可控硅调光器电能利用率高这一优点的同时，还基本上根除了谐波干扰，并且很容易实现设备的小型化，堪称是性能理想的最新一代调光器，但因其价格昂贵（约为同等规模可控硅调光器价格的2-3倍），极大地其制约了其替代可控硅调光器的普及速度。图3.3是某品牌的国产正弦波调光器。2.1.2 硅箱硅箱是可控硅调光器的俗称。因为核心控制器件是可控硅，整个控制电路又是装在一个机箱里，所以硅箱就成为了可控硅调光器的“行业术语”。1硅箱的种类根据控制信号的性质，硅箱有模拟式、数字式和网络式三种。模拟硅箱采用0-10V的模

12、拟电压控制灯具的发光状态，现在已较少使用。数字硅箱具有DMX512接口，通过DMX协议控制灯具的各种功能与发光状态，是目前使用最为普遍的硅箱类型。网络硅箱在数字硅箱的基础，添加了符合TCP/IP协议的网络接口，通过以太网络传送DMX512控制数据，是灯光控制系统的发展方向。根据控制规模和应用场合，硅箱可分小型、大型和流动硅箱等类别，下面基于这一分类标准对硅箱作一简要介绍。l 小型硅箱小型硅箱又叫手提式硅箱，一般有6至12个硅路，一个硅路即一个调光通道，可控制一路灯具，负荷一般为3kw-6kw，上升时间一般不超过200s，体积小巧，经济实用，安装方便，适用于小型剧场、演播室或一般的流动性演出，也

13、有做成吊挂式的小型硅箱，硅路较少，体积小巧，特别适用于空间紧凑的演艺场所，如图3.5所示。宏大且长期固定不动的场合。具有网络接口的大型网络硅箱，支持以太网IEE802.3协议，可通过网络远程设置和集中控制，具有灯光在线状态诊断等功能，可同时接收两路以上的DMX信号，具有两个以上的全数字高精度热备份触发系统，正越来越多地出现在网络式调光系统中。大型硅箱（调光立柜）的外观如图3.6所示。尽管一个大型硅箱就有数十到上百个硅路，但在一些大型的剧场、会堂、体育场馆等，仅常规照明灯的调光回路就多达上千路，一个“立柜”远远满足不了要求，需要十几个大型硅箱“协同作战”。图3.7是某省人民大会堂的硅柜室中由10

14、台大型网络调光立柜组成的“硅柜群”，通过网络接口与调光控制室相连。图3.7 大型调光系统中的硅柜群l 流动硅箱流动硅箱的硅路一般为12-24路，每路最大负荷3kw-6kw，上升时间250s左右。流动硅箱多带有四个万向轮，移动方便，具有相对中庸的性能指标，适于外景拍摄照明和流动性演出活动，外观如图3.8所示。还有一种把多个小型硅箱以及一个4U电源箱装于一个飞行箱内的“流动”硅箱，最下面是一台专为硅箱供电的电源配电箱，可以简化调光器的接线工作，如图3.9所示。严格说来，这是装于飞行箱内的“组合式”硅箱（Dimmer Rack），虽然和真正的一体化流动硅箱具有类似的应用领域，但却不属于同一种硅箱类型

15、。对于采用DMX512协议控制的硅箱，多台组合使用时，应通过DMX512专用电缆将上一台的DMX输出和下一台的DMX输入连接起来，在第一台硅箱上设置DMX起始码，在最后一台硅箱的DMX输出接口上接一终端器（有关DMX起始码设置及终端器方面的内容见后面的介绍）。目前已出现带有TCP/IP网络接口的流动式硅箱，支持双数字触发、设备地址软配线等先进功能。基于这类流动式网络硅箱可以构成大型流动式网络调光系统，是未来流动演出灯光系统的发展方向。2硅箱的主要电气参数及控制性能硅箱的主要电气参数及控制性能有额定功率、电源效率、调光曲线、上升时间、预热时间及控制协议等。l 额定功率（Rated Power）额

16、定功率是指每个硅路的最大负荷能力，一般为3kw-6kw。多个灯具可并联接入同一个硅路，但参与并联的各灯具功率之和不能超过硅路的额定功率。比如，三个各为1kw的PAR灯并联后可以接入一个额定功率为3kw的硅路，但如果是四个以上的1kwPAR灯并联后接入额定功率为3kw的硅路，将引起过载保护或硅路损坏。l 电源效率（Power Supply Efficiency）电源效率是指硅箱传送到灯具上的总功率与所消耗的电网总功率之比，一般不小于95%。硅箱本身的功耗主要来自可控硅导通时的等效阻抗和扼流圈的直流阻抗与负载的串联分压，在工作电压为220V时，这个分压一般不超过10V。l 输出保护（Overloa

17、d Protection）当硅路出现过载、短路或硅箱内部温度超过设定值时，硅箱内应该具有空气开关、继电器或保险丝等保护装置保护硅箱不因过载等原因而损坏。如果因箱内温度过高而产生保护动作，当温度降至设定值（一般为64左右）以内时，硅箱应能自动重启。l 高压隔离（High-Voltage Isolation）硅箱内部由控制电路、被控制电路和保护电路等构成，被控制电路即硅箱向灯具提供工作电压的每一个硅路，属于高压电路，必须和其它电路相隔离，否则会对人身及设备安全构成潜在危险。所谓高压隔离，就是将包括控制接口在内的控制电路、检测与保护电路等与功率元件和电路形成电隔离状态，以保障人身及设备安全。硅箱中的

18、隔离元件一般是光电耦合器，由于控制与被控制电路是电光电的关系，除连接灯具的输出端口和电源输入端口外，硅箱的其它接口都处于弱电状态，不会危及人身安全。按有关标准，硅箱的控制和被控制电路的隔离等级一般不小于1500V。l 直通回路（Thru Output）直通回路用来为不需要调光的灯具及舞台设备等直接供电，也可以为其它硅箱提供工作电源，多数硅箱都有3-12个不等的直通回路。l 上升时间（Rise Time）上升时间指硅箱触发导通后输出电流从10升至90所经历的时间。上升时间主要决定于所采用的扼流圈参数，性能良好的硅箱应在200s以上。l 调光曲线（Dimming Curves/Dimmer Pro

19、file）调光曲线是指硅箱输出到灯具上的电压与调光控制台上推杆控制百分比之间的函数关系。大多数硅箱都有多条厂家预置好的调光曲线，部分指标更高的硅箱还支持用户自定义设置与存贮。常用的调光曲线有线性曲线、S型曲线、二次方曲线和三次方曲线等，如图3.10所示。图3.10 调光器常用的几种预置调光曲线类型不同的灯光场景需要不同的调光曲线。人眼对光线最敏感的区域是亮度25%以下的范围，所以二次方和三次方曲线最符合人眼的视觉特性，具有更宽的调节范围，也特别适合电视摄像的照明规律，如无特别情况，应优先选用。某些戏剧艺术的调光照明和人物造型则更适合选用S型或线性调光曲线。l 预热（Pre-heat）由于硅箱控

20、制的灯具通常都采用卤钨灯这类热辐射光源，如果从冷态迅速过渡到最大发光状态，极易发生爆裂损坏。硅箱提供的预热功能可以在刚开始工作时，首先自动地向灯具提供较低的输出电压，此时灯具的发光很暗，基本不为观众感知。光源经过一定时间的预热后，再转入正常调光状态，可有效地防止光源在开机瞬间因电流和温度的突变而造成的损坏。预热设置可以针对某一个硅路，也可以包括所有的硅路，但不包括直通回路。预热时间和预热幅度均可通过菜单命令在较宽的范围内予以调整，一般预热时间设为几十秒，预热幅度设为最大输出的5%到10%即可。当硅箱和调光台都不具备预热功能时，也可以将调光控制台的调光推子只轻推一点，使灯泡微亮，处于压光状态，预

21、热一分钟左右后，再推亮一点，待光源充分预热后再正式进入工作状态。和预热设置相反的另一种设置是最大功率设置（Top-Set），比如将某一硅路或全部硅路的最大功率输出设置为90%，此时调光至90%后，光源的发光亮度即到达设定的极限。硅箱的最大功率限制这一功能可以在一定程度上延长光源的工作寿命，缺点是灯具的发光亮度不能达到其标称最大值。和预热设置一样，最大功率设置对直通回路无效。l 场景备份（Cue Backup） 将各个硅路的调光状态预先设置并存贮下来（记录场景），在需要的时候再将记录的场景数据导入到控制电路，使各受控灯具快速切换到预先备份的状态（演绎场景），这个功能叫场景备份，简称场，英文是Cu

22、e。因Cue的发音和字母Q相近，所以场景备份也叫Q场备份，简称场或Q。场景备份有点类似电视机的频道预置和存贮，大部分功能比较完善的数字硅箱都可以通过菜单对场景号、运行时间、当前场景的调光状态及欲连接的下一个场景数据等进行编辑并存贮。更多的时候，场景备份由调光控制台来完成，因此即使不具备场景备份功能的硅箱，通过调光控制台同样可以实现场景的编辑、存储与演绎功能。有些功能完善、性能指标更高的硅箱还有淡入淡出（两个场景的灯光亮度可以有一段时间的交叉淡变，类似电视镜头的叠化转场）、工作状态智能反馈（可将硅箱的工作状态及故障信息自动返回并报告给设备管理人员）、应急控制（当控制系统，如调光控制台失效后，可使

23、用后备场景数据继续控制灯具的工作状态）、双备份控制（采用两个单片机控制系统，当前系统出现故障时，另一个控制系统自动接替工作）、自动负载检查（可对每一硅路的负载状态，如开路、短路等，进行检测并显示相关信息）及自动三相负载平衡跟踪（可以对三相负载的平衡状况自动跟踪检测，并向设备管理者显示状态图表，甚至在三相负载失衡时自动予以补偿，确保了各相硅路的调光一致性）。3硅箱的使用要点l 正确使用输出端口每一条硅路都要通过某种规格的输出插座与灯具相连。不同硅箱配用的输出端口有所不同，常用的有两种，一种是胶木插座，另一种是19芯防水插座（SOCAPEX 19 PIN）胶木插座都有与其硅路相对应的编号，插座和硅

24、路的关系固定而清晰。19芯插座有19条芯线，对应6个硅路的输出。也就是说，一个19芯插座只能连接6路负载，当硅箱的硅路数目分别为12路或24路时，需要两个或四个19芯插座，在默认条件下，第一个19芯插座的1芯和2芯对应硅路1，即通道1（CH1），3芯和4芯对应硅路2（CH2）。19芯插座的第19芯为空置状态，13到18芯接地。下一个19芯插座的1芯和2芯对应硅路7，3芯和4芯对应硅路8，如图3.12所示。图3.12 默认条件下19芯插座和硅路的对应关系同一款硅箱的输出端口，或采用胶木插座，或采用19芯插座，当然也可能采用其他标准的插座，一般不会出现两种或两种以上插座共存的情况。采用19芯插座时

25、，要使用配套的19芯插头和专用电缆连接硅箱和灯具。另外，还要进行跳线设置（参见图3.14），以确定硅路和19芯插座的通道对应关系。通过跳线设置，也可以将硅箱的同一个硅路连接到19芯插座的多个通道针脚上，只要连接灯具的总负荷不超过硅路的额定输出功率即可。灵活地使用跳线可极大地提高流动硅箱的利用率和现场演出的工作效率。对于进口的硅箱，可能会出现多种不同的插座規格，如美式、英式、德式、日式、法式等。这些不同标准的插座虽然外观各异，但总体上都和胶木插座类似，每一个插座和硅路的对应关系非常清晰，只要使用相应的插头和电缆将其与灯具一一相连即可。l 注意三相负载平衡因硅箱的负载功率很大，为了使供电电缆的线径

26、不至于太粗，除部分硅路较少、负载较轻的小型硅箱外，大部分硅箱都采用三相供电。采用三相供电的硅箱，在工作时除了要保证每路负荷不得过载外，还要尽量使各相负荷处于平衡状态。采用三相供电的硅箱，其硅路数目通常是3的整数倍，如3、6、9、12、24路等，以保证各相的均衡。如果各相负载严重失衡，将会破坏三相交流电的平衡状态，在零线中产生很大的电流（我国的工业标准要求三相负载失衡所导致的零线电流不得超过相电流的25%）。另外，各相负载严重失衡还会使负载重的一相电压被拉得较低。各相负荷相差越大，其电压差别就越大，导致工作于不同相电压下的同类灯具，在调光状态一样时，发光亮度出现较为明显的差别。因此，在配接灯具时

27、，要均衡地使用各相端口，保证三个相电压的硅路所带负载的功率尽可能地相等。只有9个调光回路和3个直通回路的可控硅调光器简化电路如图3.13所示，供使用时参考。图3.13 简化的硅箱内部电路图3.13中，ABCNE表示三相五线制，ABC为三个相线，N为零线，使用中要可靠接大地，G为搭壳接地线，要与设备的机箱外壳相连（采用三相四线制的硅箱没有此线）。如果现场没有三相电，在负载不是太重或供电电缆线径足够大的前提下，也可将ABC三个相线连在一起接单相电的火线，原三相电的零线端子还是接单相电的零线。CH1-CH9为9个硅路的输出端口，每相有三个，12和24个硅路的硅箱，每相有4个和8个。SW1-SW9是与

28、硅路一一对应的9个空气开关，也有个别的低成本产品采用保险丝代替空气开关。图中的A1、A2和A3为三个电压指示表，用以显示每个相电压的负载电流大小，各相负荷是否均衡由此一目了然。L1、L2和L3为三个指示灯，也是用来指示每相电压的负荷状况。图中的I-V（电流电压）感应线圈可以把流经各相线路的电流成正比地转换为电压，供显示仪表和指示灯工作。通过再添加一个单刀三掷开关和一个交流电压表，还可以轮流地指示三个相电压的实际大小。图中的风扇用于排散可控硅和扼流圈产生的热量，通过添加温度传感器和控制电路，可以智能地转动或停止，比如只要有一个硅路开始工作，风扇即开始转动，全部硅路关断三分钟后，风扇停转。图3.1

29、4是兼容模拟接口的数字硅箱译码触发电路，图3.15是某流动硅箱的部分面板功能，供结合上图对硅箱的基本功能与原理进行理解。图3.14数字硅箱译码触发电路再强调一点：使用硅箱时，要严格按操作手册上的步骤和注意事项进行，还要特别注意，在连接硅箱与调光控制台及配接灯具时，一定要在关断主电源的状态下进行，严禁带电操作。因为硅箱是用强电工作，且功耗很大，所以要注意用电安全，务必做好接地和绝缘保护，并在送电前认真检查连线是否正确、规范，确保人身及设备的安全。2.2调光控制台调光控制台(Lighting Consol/Controller)简称调光台或控台，是舞台灯具的控制中心，在整个灯光系统中居于核心地位。

30、从功能与技术上划分，调光台经历了单一场景调光台、AB双场景调光台、可存储多场景调光台和数字式、网络式调光台等几个阶段。根据控制信号和协议的不同，调光台则分为模拟调光台、数字调光台、电脑调光台和网络调光台几种。下面从控制功能、控制方式和控制规模等方面对调光台予以分类和介绍。2.2.1模拟调光台模拟调光台属于调光控制台的早期产品，除总控调光外，通常还具有场控调光、集控调光、分控调光、点控、程控走灯、声控等功能，控制通道大多为6路、12路或24路，个别产品达到36路。不同品牌型号、不同通道数目的模拟控台如图3.16所示。对于文艺演出来说，通常一个场景（Scene）即一个节目或一个相对独立的片断，而不

31、同的节目或片断通常需要不同的灯光效果。如果在下一个节目开始演出时，再对各灯光的效果状态进行调整往往是来不及的。AB双场景的作用是一个场景正在发挥作用时，对另一个场景的各灯光状态和效果提前预设，然后在需要的时候采用按键、场总控推杆或交叉总控推杆等方式从当前调光状态转换到预置好的调光状态。在调光台的面板上，通常将A场叫Upper场（上场），B场叫做Lower场（下场）。对不同场景的灯光状态及其作用时间提前预置或存储，并在需要的时候直接调用该灯光的组合状态，这一功能叫灯光的场景，简称场或Q。前面说过，部分数字硅箱也具有灯光场景存储功能，至于后面要介绍的数字控台，更是具有强大的灯光场景存储能力。总控(

32、Master Control/Grand Control)的作用是用一个推杆（在调音台上俗称推子）同时控制各灯光的亮度，对于支持AB双场景的控台，还会有Upper Master和Lower Master两个场总控推杆。分控(Single Control)是指对每一个灯光回路进行独立控制。集控(Sub-Master Control)可以将多个光路（比如将所有的面光灯或某一排PAR灯）组成一个群组，“捆绑”于一个推杆上，其控制等级介于总控和分控之间，有集总控和集分控两种控制方式，集分控可以同时控制由多个灯光回路组成的一个子集，集总控则用于对各子集统一控制。点控（Flash）可实现频闪效果，速度可调

33、。分控、集控和总控均可进行点控并具有普通、特效等不同的点控方式，因此点控有分点控、集点控和总点控三种控制等级。程控（Program Control）可以通过事先设定好的多种走灯（Chases）模式自动运行，走灯又叫跑灯，有顺向走灯、来回走灯、扫描走灯、闪动走灯以及交替、倒转、累加走灯等模式。程控走灯的光路可以选择左路(总光路的其中一半)、右路(总光路的另一半)及全部光路，而且速度可控。声控(Sound Control)可通过音乐的节奏强弱控制灯光的亮暗状态，灵敏度可任意调整。模拟控台的功能控制面板参见图3.17、图3.18（采用拨码开关进行集控预置的功能面板参见图3.16）。其中，图3.17

34、AB双场景模拟控台的A场总控和B场总控推杆同时作反方向调节时，可实现换场功能，如果将这两个场总控推杆在外部操作上合为一体，则可实现图3.23左上图的交叉换场方式。模拟控台向硅箱提供0-10V的模拟控制电压，当电压从0V连续地变为10V时，相应受控通道的灯光亮度可以从0%连续地变化到100%。当输出电压受走灯程序或音乐节奏控制按某种规律变化时，受控光路即可形成走灯效果或随音乐强度作起伏变化。和数字控台相比，模拟控台的缺点是每路控制电压只能控制一个光路，当光路很多时，控制线将变得十分庞杂，不但连线麻烦，而且存在可靠性隐患。模拟控台的信号输出端子如图3.19所示。端子共有9芯，除一个空脚和两个接地脚

35、外，每个端子共有6路信号输出。因此，6路的模拟控台只需1个输出端子，而36路的模拟控台需要6个输出端子。模拟控制只能通过9芯专用信号线连接模拟硅箱或具有模拟端子的数字硅箱，受控灯具只能是采用热辐射光源的灯具，一般是聚光灯、回光灯、PAR灯等，如图3.20所示。模拟控台中有相当一部分是调光台与调光器“一体化”的产品，特别适于规模不大的流动性演出，包括在室内举行的庆典及晚会等。除具有连接灯具的负载输出插座外，一体化控台的另一个“特征”是具有与调光通道（Dimmer Channel）数目相等的直通通道（Key Channel），可通过开关控制灯具的点亮与熄灭，但不能调整灯光的亮度，适于不需要调光控制

36、的负载，图3.18就是一款模拟一体化控台。由于模拟硅箱和模拟控台都没有预热功能，所以使用模拟控台时要在开机前先将总控、集控和各分控的推子调到最下端，开机后先将总控推上一点，然后分别缓缓地轻推各分控推子，使灯具处于微微发光状态，一分钟左右后，再往上轻推一点，经充分预热后，才可以使灯具工作于最大功率状态，否则极易导致光源的损坏。虽然目前的光源质量明显提高了，即使不对其预热，一般也不会导致损坏，但每次开机时进行一下预热处理，仍不失为一个好的操作习惯。另外，还要注意开关机的顺序，线路连接完毕并检查无误后，要先开控台的电源，再开硅箱的电源。关机的顺序和开机刚好相反，要先关硅箱的电源，再关控台的电源。如关

37、机顺序颠倒了，在控台开、关电源的瞬间，很有可能会导致所有光路中的灯具突然闪亮一下，不利于灯具的安全。这些使用要点和音响系统的操作相似调光台对应调音台，硅箱对应功放，灯具对应音箱）。2.2.2 数字调光台数字调光台和模拟调光台的最本质区别是控制信号的属性不同，模拟调光台使用0-10V的模拟信号通过硅箱控制灯具的发光状态，而数字调光台则采用DMX512数字信号控制灯具的各个功能和工作状态。模拟控台的控制信号接口如图3.19所示，数字控台的控制信号采用3芯（XLR-3）或5芯（XLR-5）的卡侬接口，在灯光设备上叫做DMX512接口，简称DMX接口。只要是具有DMX接口的调光台就是数字调光台，有些既

38、有DMX接口，同时又有模拟输出接口的调光台当然也属于数字调光台。3芯DMX512接口所采用的插头与插座如图3.21所示。由于数字调光台所控制的硅箱、电脑灯等设备都是用强电工作的，为了保证人员和设备的操作安全，数字灯光设备上的DMX接口一般都用光电耦合器件进行光电隔离（Optical Isolated）。数字硅箱都具有DMX输入和输出接口，可以用DMX电缆将其DMX输入接口和数字控台的DMX输出接口连接起来，构成一套数字式调光系统。另外，数字调光台也可和支持DMX接口的数字类灯具，如电脑灯、追光灯、LED灯及各种舞台效果灯具，组成一套数字灯光控制系统。和模拟调光系统相比，数字灯光系统在灯具数量不

39、超过一个DMX512节点的容量时，理论上只需一根DMX控制电缆即可完成对所有灯具的控制，最基本的连线方式如图3.22所示。图3.22 DMX512数字灯光系统的基本架构数字控台的构造、原理、控制方式与规模等方面存在着很大的差异。根据其存储和工作方式，可分为预置式、存储式、电脑式等，而根据其控制规模可分为小型、中型和大型三种，也可简单地分为中小型和大型两个类别。下面以第二种分类方式对数字调光台作一简单介绍。1 中小型数字调光台中小型数字调光台的控制核心通常是16位单片机，个别产品采用8位或32位单片机。各功能按键、光轮等产生的开关量及模数变换后的推杆数据经单片机运算处理，然后编码为符合DMX51

40、2规范的数字指令，通过DMX端子传送给各受控单元。中小型数字控台除具有模拟控台的全部功能外，通常还具有场、场跟踪、效果、HTP/LTP、翻页、切光、MIDI接口和灯库等功能，可记忆数十个场数据，控制通道数一般为十几个到数百个(目前广泛使用的阳光512控台具有512个控制通道，是典型的中型控台)，适用于中小型演播室、剧场及流动演出，是目前用量最大的一类数字控台，如图3.23所示。模拟调光台多数以预置（Preset）方式实现双场景功能，而数字调光台大多以编辑、记忆（Memory）的方式存储更多的灯光场景。前面说过，一个灯光场景叫做CUE，简称场或Q。灯光的一个场通常由多个光路构成，多个光路的持续时

41、间（包括上升/下降时间、等待时间及延时时间等）相同，发光亮度可以相同也可以不同。数字调光台的场和数字硅箱的场景备份功能类似，通过在排演时设置、修改并记录各场的灯光效果及其时间参数，即事先对不同光路的灯光状态进行组合并存储为场，在需要的时候将预先存储的场数据调出，即可实现多个光路状态集合的快速转换，从而极大地降低灯光师的现场调光工作量和技术难度。因此，所谓场就是不同光路的发光状态及其相关时间的一组存储数据。在演出现场，调用灯光场景的这一过程叫重演（Playback）。一个场记录的信息有光路编号、每一光路的亮度及相应的时间参数等。场的时间参数有待入（Wait in）时间、淡入（Fade in）时间

42、、待出（Wait out）时间和淡出（Fade out）时间等。待入时间又叫延迟(Delay）时间，淡入时间又叫上升（Up）时间，待出时间又叫维持(Hold）时间，淡出时间又叫下降（Down）时间。场的各个时间参数可手动设置，也可采用默认值。一个完整的场，其时间参数如图3.24所示图3.24 灯光场的时间参数 所谓切光（Black Out）是指场的等待被强制为0，同时上升（淡入）和下降（淡出）时间被强制为切光上升（淡入）/下降（淡出）时间，而不是之前设定的时间值。如果当前不受分控、集控或效果控制的光路，其亮度值在设定的下降（淡出）时间内强制下降为0，这种效果叫黑场或暗场。比如，光路1-5为分控

43、或集控光路，亮度值为50%，光路6-10为场控回路，当执行暗场操作时，光路1-5的亮度值仍为50%，而光路6-10的亮度被强制为0。有的调光台将0号场默认为暗场，不允许用户对其予以设置。简单地说，所有切光就是将受控灯具暂时性关闭，以形成黑场效果。效果是指按特定规律变化的某种灯光状态，如流水效果、追逐效果、堆积效果等。效果的编辑和调用灵活多样，可以选择任一个光路作为效果通路，也可以将效果编入一个场，还可以设置效果的上下限、步长及相关的时间参数等。场与场之间的间隔时间叫场等待时间（Cue Wait）或场跟随时间(Follow Time），这个时间必须大于淡入前等待时间（延迟时间）与淡入时间（上升时

44、间）之和，否则受控光路的亮度达不到预先设定的最高亮度。场与场之间链接或预选场时的时序关系3.25所示。图3.25 相邻场的时序关系场跟踪功能是指在建立一个新场时，新场总是首先跟踪上一场的所有信息，即和上一场完全一样，然后再对新场进行修改，只有这样才切合现场演出的灯光规律，因为下一场的灯光变化是建筑在上一场的基础之上的，除非两场之间是一个暗场。场的链接或预选场通常遵循场跟踪原则。根据控台的规格、原理等不同，场的设置、数量及重演方式也不相同，但其原理基本相似。最简单的数字控台只能通过通道推杆以预置而非存储的方式组合出两个场景状态，通过AB交叉总控推杆实现Q场的转换。控制规模较大的数字控台，可通过记

45、忆方式预存多个场数据，通过自动或手动方式实现场的转换，参见图3.23。HTP/LTP指光路的输出属性（Attribute），可以分别对每个光路进行设置。HTP（Highest Takes Precedence）的意思是大者优先，如通过硅箱用两个推杆同时控制一个灯光回路时，那么最后真正起作用的将是DMX数值大的推杆。完整的HTP时间参数（时间表）就是如图3.24所给出的场时间参数，不过其待入和待出时间只适用于场控模式（即CUE模式），分控、集控等控制通道的HTP没有待入和待出时间。因为电脑有很多参数，如颜色轮、图案轮及灯体的摇摆运动等，当电脑灯的多个功能非同时受控时，起作用的是最后到来的控制数据

46、。比如，先是控制其颜色轮旋转，然后控制图案轮旋转，最好又控制灯体作水平旋转，那么起作用的将是水平旋转指令。LTP（Latest Takes Precedence）意为后者优先，指的就是这个意思，其时间表里的主要参数是待入时间和淡入时间，待入时间也只适用于场控模式。不同厂家、不同型号的电脑灯，其通道功能是有区别的，因此要使控台识别电脑灯的各个通道属性，就必须引入灯库（Unit Library）这个概念。灯库文件可以记载电脑灯的各个通道属性，灯库就是存储灯库文件的数据库。用户只需为灯具配置好对应的灯库文件，即可对灯具的各个通道属性和功能进行控制，而无需再去记忆每一个灯具的具体通道属性。厂家一般都会

47、随控台附送1个内含大量灯库文件的U 盘或软盘，用户只需从中选择和当前电脑灯型号一致的灯库文件导入控台的灯库，调光台就会“认识”这些灯具，从而对其功能属性实施控制。如果灯库中没有某型号的灯库文件，一般都可通过厂商的官方网站下载。再不行，还可以参照说明书自己创建一个新灯种的灯库文件。需要特别强调的是，要使控台能正确地控制各个灯具，还需要为其配接灯具，即为其选择对应的灯种和分配DMX地址，一个控制推杆对应一个灯号，1个灯号可配接1台电脑灯或1个常规灯光路。DMX地址可采用手动方式设置，有的控台还可借助“排列地址”按键自动配置。3. 大型数字调光台大型数字调光台又叫电脑调光台，控制核心部分就是一台标准

48、的电脑。大型控台的硬件系统包括CPU、内存、硬盘（也有用闪存代替硬盘的）及键盘、鼠标、显示器、USB接口等输入、输出装置。软件系统包括系统软件和应用软件，系统软件即操作系统，常用的有DOS、Windows XP、Vista、Linux及专用操作系统。中外生产大型控台的知名企业有英国的Avolites(爱富丽)公司、比利时的Barco（巴可）公司、丹麦的Martin（马田）公司、广州河东电子有限公司、广东佛山力度灯控设备有限公司及总部在德国的MA Lighting International等。Avolites公司的大型数字调光台主要有两大系列，一个是“珍珠”系列，有珍珠2004、2008、20

49、10、珍珠专家（Pearl Expert）、珍珠老虎（Pearl Tiger）等；另一个是“钻石”（Diamond）系列，有钻石4简易型、钻石4幻影型和可在普通PC机上运行的钻石4 桌面型（Diamond4 Desktop）等。“飞猪”（Flying Pig）是Barco的High End System子公司（原是美国）生产的大型数字调光台的商标，“飞猪”系列的大型控台主要有Road Hog、Road Hog Full Boar、Wholehog2、Wholehog3等型号。Martin是总部在世界知名灯光设备企业，其“Max”系列大型调光台目前主要有Maxxyz和Maxxyz 简易型（Max

50、xyz Compact）两种型号。河东电子的注册商标是“HDL”，其大型控台有“东方龙”系列的HDL-2008及“和谐”系列的HDL-2011等。广东佛山力度的注册商标是“Net.DO”，其“MA”系列大型控台主要有MA1024、MA2048和MA3000。MA Lighting公司的大型控台grandMA 系列，目前主要有grandMA 和grandMA2两款型号。上述大型控台中的部分型号在具有多个DMX接口的基础上还支持网络接口，如飞猪的Road Hog Full Boar和MA Lighting的grandMA2。还有部分控台甚至摒弃了DMX接口，只有网络接口，如飞猪的Wholehog3

51、。特别需要强调的是，河东电子的大型控台全部带有网络接口。严格地说，这类具有网络接口的大型控台属于后面将要介绍的网络式调光台的分类范畴。上述部分大型控台如图3.26所示。大型数字调光台除具有模拟控台和中小型控台的所有功能，而且具有更大的控制规模（有上千个通道）外，一般还具有软配线、运动线形发生器、SMPTE时间码及宏等功能。所谓配线指调光台的控制通道、硅箱的硅路及灯具之间不再是固定的对应关系，而是可以实现光路的任意组合。图3.15中的跳线是用于硅路和灯具之间的“硬配线”设置。大型控台的软配线功能可以通过内置软件实现控台的通道和硅箱光路之间的“软配置”，极大地增强了控制的灵活性。控台通道与硅箱的硅

52、路之间通过逻辑开关进行软配线的基本原理如图3.27所示。图3.27 控台通道与硅路之间的配线原理运动线形发生器(Shape Generator)，也叫图形轨迹发生器，多见于大型的数字调光台，也有个别的中小型控台支持此功能。图形轨迹功能可产生圆形、方形、“8”字形等图形函数，以控制电脑灯按这些图形函数的规律产生相应的运动轨迹和动态效果，如画圆、彩虹、变光眨眼等。还可使用多台电脑灯进行动作组合，产生各种动感效果，并且还可以随意修改运动轨迹的大小、速度、方向及展开量等参数，这是一般的多步走灯程序难以实现的。比如画圆，如果使用多步程序来实现，用户需要为圆上的每个点的位置做1个程序步，画圆的分辨率也有限

53、，且不能随时变换圆形的尺寸。如果使用内置图形，画圆操作由控制台自动进行，用户只需设定画圆的速度、尺寸、方向和展开量等参数，则多个电脑灯就能自动配合，形成给定的画圆运动，免去了用户繁琐的编辑操作。用线形发生器使四台电脑灯完成画圆的效果如图3.28所示。图3.28 基于线形发生器的四台电脑灯画圆效果线形发生器有多种运动模式可选，如随机（Random）、循环（Loop）及相对与绝对（Relative and Absolute）等，支持图形叠加、变形及展开等现场变幻特效。比如叠加效果，同一被选灯具可同时叠加4个内置图形，从而达到多重的图形效果。比如同时调用彩虹和圆形内置图形，可使灯具的光线呈现出彩虹变

54、幻的圆形轨迹。同时调用直线和圆形内置图形，可使灯具的光线呈现出直线移动的圆形。为达到更多的效果，还可以把“扇形展开”功能混合到内置图形来使用。扇形展开（Pan）就是对已选灯具的属性值进行展开排列，被展开灯具中，首尾两个灯具的属性值变化最大，然后逐渐向中间递减，中间灯具属性变化最少，从而实现属性值的渐变效果。如果用于展开灯具的X/Y 轴属性，将使得光束呈现“放射”（Rays）状效果。除灯具的X/Y 轴属性外，扇形展开效果也可用于其他的任何属性，如亮度属性等。更高端的调光台用效果引擎代替线形发生器，除了具备线形发生器的一般功能外，还有正弦（Sine）、正切（Tangent）、步阶（Step）、斜坡

55、（Ramp）、反斜坡（Inverse Ramp）、锯齿（Saw Tooth）、螺旋（Spirals）及随机（Random）等变化模式，可以组合出“千变万化”的运动线形效果。SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）意为电影与电视工程师学会，摄、录像机上所采用的时间码（Time Code）就是该组织发布的。有些高端的大型控台具有事件（Event）功能，通过向控台提供符合SMPTE标准的时间码，可实现灯光效果与音视频之间的精确同步。宏类似计算机上的批处理命令，是指为简化操作而将若干个操作步骤组合在某一控制键上，并赋予其具体的含

56、义。操作人员可以根据自己的需要定义一个或多个不同含义的宏。就控制功能而言，由于大型控台和中小型控台并无严格的分界线，因此上述大型控台的部分功能也会出现在部分中小型控台中。2.2.3 网络调光台在大型数字调光台的基础上增加一个遵循TCP/IP协议的网络接口或光纤接口，即可构成网络调光台。具有网络接口的调光台可以用普通网线传输DMX512数据，同时具有光纤接口的，还可以通过光纤网络传输DMX512数据。大部分网络调光台会继续保留原DMX接口，也有干脆将原DMX接口去掉的，如上面所说的飞猪网络调光台。多数网络调光台后面板上有两个VGA接口，可以接液晶显示器作为操作视窗，操作风格与普通电脑相似。网络调

57、光台采用Q表（Cue List）形式编辑和重演场，更符合剧场演出的特点。除此之外，网络调光台与一般的电脑调光台没有本质的不同，主要功能也不外乎总控、场控、集控、效果、组、宏、曲线、诊断报告等。广州河东电子的网络调光产品在技术上已达到世界一流水平，其“东方龙”与“和谐”两个系列中的大型控台都属于网络调光台，特别是“和谐”两个系列。图3.29是“和谐”系列的两款既有普通网络接口又有光纤接口的光纤/网络调光台。网络调光台可以和支持TCP/IP协议的网络硅箱及灯具构成网络调光系统，是灯光系统的发展方向，近几年新建或改造的大型演播室、大会堂、主题公园等都纷纷采用了网络调光系统。和普通数字调光系统相比，网

58、络调光系统有如下几个主要优势：双向传输。基于DMX512协议的调光系统，要想从硅箱方面回馈错误报告等在线诊断信息，硅箱上除DMX接口外，还必须有一个RS-232接口与监控电脑相连，专门用以传输“Reporting”（报告）信息，这是因为DMX512控制数据的传输是单向的，不能回传“Reporting”信息。而基于TCP/IP协议的网络调光系统可以实现数据的双向传输，因此所有控制数据和监测、诊断信号可以共用一条网线，通过网络中的媒体服务器可以直接监控系统中网络设备的工作状态，包括每一硅路的输出电压、电流、温度及开关量等。另外网络调光系统还可实现信息共享，所有演出资料均可与网络上的其他调光台共享。速度快。采用普通网线传输时，有10Mbps、100Mbps和1000Mbps三种传输速度，如果用光纤传输，速度更是高达惊人的3000Mbps，远远高于采用DMX512协议时250Kbps的数据传输速率。传输距离远。用光纤传输时，传输距离可以达到几公里以上，而采用DMX512协