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【摘要】

從舞臺燈光網絡系統需求、結構分析、無線網絡技術等方面分析，探求建立舞臺燈光網絡系統的合適路徑，介紹了部分設計應用方案。

【關鍵詞】

舞臺燈光；網絡系統；信號傳輸；無線技術；DMX；環網

1引言

20世紀末，著名舞臺燈光理論和實踐大師——金長烈教授提出了“創造自由的照明空間”，建議拋開限制，創造一個讓舞美、燈光自由發揮的空間。“舞臺燈光分為臺口外光和臺口內光，全部按左、右、頂三個面考慮”（引自2010年5月在北京《中國當代劇場發展研討》論壇上金長烈教授的演講）。按此理念即是說：只要能看到表演空間的地方，都允許掛各種規格、類型的燈具，可以就近接入電源和控制信號。本文即筆者基于對此理念的理解而作。

2舞臺燈光系統的結構分析

舞臺燈光系統，可以分為：（1）燈具部分（含各種類型、規格、光源的燈具和效果設備）；

（2）控制部分（含控制臺、擴展設備及連線）；

（3）供電部分（含固定和移動設備、插座及連線）；

（4）信號傳輸部分（含網絡、DMX設備及連線）。其中，

（1）燈具部分，是藝術家創作的直接工具，從藝術的角度來講，應該完全尊重藝術家的選擇，作為舞臺燈光系統設計者，無權限定在什么位置，使用什么類型、規格、光源的燈具。從技術的角度來講，內容很多，筆者以后將專文論述。

（2）控制部分，使用習慣問題，要尊重編程、操作者習慣。舞臺燈光系統設計師的重點，在（3）供電部分和（4）信號傳輸部分，本文討論（4）信號傳輸部分。

3DMX信號的特性和使用方式

DMX信號特性：固化、不可擴展、廣播型傳輸；每個DMX單元，包含512個通道，系統可以使用的通道總數＜控制臺輸出DMX單元×512；一個DMX接口最多包含512個通道，經過DMX信號分配器，可以增加DMX接口數，不能增加通道數；DMX信號放大器，只是把信號電平擴整至標準電平，應出現在信號傳輸末端，在初始端毫無意義。從應用的角度來看，任何一個末端設備（燈具、效果設備）的信號通道，只能來自于一個DMX單元，例如，有20臺電腦燈，1臺電腦燈用35個通道，前14臺占用了490個通道，剩下的22個通道就不能用在第15臺電腦燈上。為了編程、控制、操作方便，DMX單元通道的分配原則是位置、種類、規格；同一位置最多會出現2~3種燈具設備。也可以先種類，后位置，甚至分開控制。任意位置的通道數量，不能初始一次用滿，要給后面的調整留出余量。可以這樣理解：從控制臺輸出的DMX單元，相當于一批統一尺寸的包裝箱，末端使用的燈具、效果設備相當于不同種類、大小不一的水果，做系統工程的任務，就是把這些水果全部裝進包裝箱（不能裝滿），放在不同的需求位置，要分類合理，便于取用。

4網絡的功能和意義

在燈光系統中，網絡有三重功能：

（1）較長距離、大容量集中傳輸DMX信號，主要是從控制室傳送到舞臺；

（2）通過網絡，直接讀取末端設備工作狀態，現在最常用的是反饋型調光柜的參數讀取；

（3）通過網絡，控制末端網絡設備，現在主要是視頻媒體服務器。在第（1）種功能中，網絡的意義是抗干擾，減少設備和線纜使用量。第（2）、（3）種功能，DMX無法實現，或只能實現部分功能，還不能保證實時，以及準確性、可靠性。所以，舞臺燈光系統引入網絡勢在必行。

5如何建立網絡系統

5.1可行性討論必要性有了，現在來討論可行性。目前，國內的新建大劇院普遍都有網絡系統，但是，由于協議不兼容導致的系統擁塞、癱瘓現象時常出現，使得用戶不敢或無法使用網絡系統，甚至認為網絡不成熟、不穩定，重要演出還是傳統的DMX直連。實際上，當今網絡技術已非常成熟，應用于眾多領域，系統的信號傳輸容量、速度、工作時間和環境、穩定性、可靠性等指標，已遠超燈光系統需求。歸根結底，一些業內人士對網絡技術知之甚少，以錯誤的概念和做法甚至想當然的思路，搭建燈光網絡系統，這樣的系統很難不出問題。經過深入研究，筆者大致摸清了部分燈光網絡系統中存在的問題和解決之道，并在一些項目中做了實踐，網絡系統運行良好。這里試著做一番分析探討，探求建立舞臺燈光網絡系統的正確路徑。

5.2網絡技術基礎普通以太網要杜絕以太環網，因為真實以太環網必定產生廣播風暴，造成系統癱瘓。但是以太環網本身又具有速度快、鏈路安全備份等功能，在工業控制領域，如電力系統，多使用以太環網。但是，這里使用的以太環網，物理鏈接是閉環，運行是開環，通過交換機處理，先把一處鏈接斷開備用，一旦某處鏈路因故障斷開，交換機會自動把原來斷開處接上，確保鏈路暢通。所以，必須使用專用環網交換機。特別重要的場合，為確保系統運行安全，需要使用管理型交換機，可以實現冗余備份；智能鏈路分配，杜絕廣播風暴；遠程監控、端口鏡像、組建內部局域子網，端口設置、自動交互等功能，自動診斷、修復功能等，交換機成本隨之有數倍增加。舞臺燈光系統，傳輸容量小，距離近。但是系統的穩定性和可靠性要求很高，演出中，不能出現信號延時（幾十毫秒以上）、信號斷路、網絡擁塞癱瘓現象。環網拓撲結構，特別是光纖環網，傳輸速度快，鏈路冗余，抗干擾能力強，是理想選擇。為了確保系統穩定運行，應當使用針對舞臺燈光使用要求，定制（管理型）光纖環網交換機。

5.3舞臺燈光網絡系統需求分析

5.3.1系統容量大型劇場一般配置2臺不小于8192通道的燈光控制臺，就是16個DMX單元，一主一備，不排除同時使用；控制臺輸出為32個DMX單元，網絡節點轉換器輸出不小于32。中小劇場按需酌減。

5.3.2網絡接口數量需求舞臺燈光系統需要的網絡接口：控制部分，2張控制臺，2~4臺擴展器，4~6口；網絡—DMX節點轉換器，按最大轉換數量40口計算，2臺1轉8（或4臺1轉4）（臺口內），4臺1轉4（臺口外），4臺1轉2（流動），10~12口，10~16臺調光柜（網絡反饋報告功能），需要10~16口，備份4~6口，總計28~40口。如果不是網絡反饋報告功能的調光柜，則網口需求18~24口。中小劇場更少。這些數據是筆者的經驗總結，但筆者以為，是可以推而廣之的基礎要求。劇場的規模確定了，網絡接口數量需求能在一定范圍內大致確定。

5.3.3安全需求系統運行穩定、可靠，冗余備份，自動切換；抗干擾強；消除廣播風暴，防止系統擁塞、癱瘓；自動檢測、診斷、修復系統；具備在低溫、高溫、高濕、揚塵等惡劣環境下穩定工作的能力。

5.3.4交換機需求首先，雖然舞臺燈光系統控制信號傳輸量很小，系統簡單，但是對可靠性和穩定性的要求很高。加之其工作環境相對較差，需要環境適應能力強、帶管理型功能的工業環網交換機。其次，就是交換機的匹配調整。隨著計算機技術和網絡技術的發展，在同一系統中運行的設備，要想長期穩定運行，初期一定要經過運行匹配調試。由于在一個燈光系統中，交換機是固定不變的，控制臺是流動的，可以更換的，而且控制臺廠家的運行協議是不一樣的；同時，比較復雜，調整不易，就需要在交換機上做文章，針對不同的控制臺，進行匹配調試，運行一段時間，發現問題，加以解決。這一過程，需要操作者具備相應的交換機技術和控制臺使用知識。燈光行業中，此類人才很少；而專業交換機人才不懂燈光應用；而且這個過程需要時間，每個項目都做這樣的匹配調試，既不現實，也不劃算。行業需要專用的定制交換機，經過多品牌控制臺的運行匹配調試，相應的設置固化到交換機中去，才能滿足系統要求。國外已有此類產品。第三，通過計算，得出一個場地舞臺燈光系統所需的網絡接口數量和基站數量，進而選擇所需規格的交換機。

5.4網絡系統結構分析

5.4.1原理分析前文分析過，由于舞臺燈光系統使用需求特性，宜采用環網拓撲結構，環形網絡拓撲結構需要專用交換機。如何正確組建環網？首先，要使用環網交換機（最好是工業交換機），帶廣播風暴抑制功能，最好是管理型的。第二，在系統拓撲結構上堅持一個原則——簡單！嚴格意義上來說：（1）任意兩臺交換機之間不能有2個環同時存在！環網交換機的設置和內部算法相關，對確定的環，交換機有相應的處理方法，對未知的、額外的環，交換機無法處理，將發生故障。（2）一個環上的交換機數量不能超過7臺（網絡系統規則）！同時，環形網絡系統的恢復時間是交換機數量×單臺恢復時間+系統基礎恢復時間，交換機數量越多，恢復時間越長。

5.4.2正確的、錯誤的網絡拓撲結構列舉為了使大家能快速搭建正確的燈光網絡系統，筆者跳過復雜的原理分析，把使用不同數量交換機，正確環網拓撲結構呈現出來，供大家參考。同時，也把現在燈光網絡系統中，常見的錯誤羅列一些，作為警示。（1）2臺交換機圖1是正確的，圖2是禁止的。圖1∨圖2×（2）3臺交換機圖3、4、5是正確的，圖6、7、8是禁止的，其中圖7常見于大劇院。其實，錯誤的做法永遠比正確的多，無法一一列舉。原則上來說，在正確的拓樸結構上多連一根線，就可能造成附加環網，必然產生廣播風暴。有個項目，使用了環網交換機，但是做了如圖7的雙環網，多次癱瘓，拆掉一環，就好了。

5.5無線網絡技術介紹由于藝術需求，燈具位置、規格、數量經常變化，引入無線技術，是燈光師的理想。提起無線技術，人們首先想到WIFI，對WIFI的不穩定印象頗深。很多項目設計中，禁止無線使用。其實，WIFI只是無線技術中最簡單的一種；而高級的無線技術，穩定程度不亞于有線。下面介紹一項在舞臺燈光領域中，已有應用產品的“跳頻擴展頻道”技術。這是脫胎于軍事通訊技術的一種應用，在一定帶寬范圍內，利用壓縮技術，把信號壓縮在一個很窄的頻帶帶寬內（＜1M），通過選頻，在固定寬頻帶寬內，尋找一定數量（如60~80個）的可用頻點（1M帶寬），發射和接收在這些可用頻點之間同步隨機跳轉，達到對抗干擾的目的。接收端再利用擴展技術，把帶寬擴展到適用的范圍。選頻同步進行，隨時查找可用頻點，用以替換已用頻點中受干擾最大的，這時一個完全動態的過程，可以抗主動干擾，同時自身對外干擾很小。

5.6燈光網絡系統設計

5.6.1設計原則設計一個燈光網絡系統，其實很簡單，原則就是——簡單，越簡單越合理，越穩定可靠。作為系統的應用場地，劇場或演播室，其尺度在網絡系統中屬于極小值，不必考慮傳輸距離。只需要算好接口數量，進而選擇合適的交換機即可。能用1臺，絕不用2臺，2臺夠用，絕不用3臺，因為網絡的擴展非常容易。要選擇環網專用交換機，投資允許的項目，要選擇和世界主流控制臺做過匹配調試的專用產品。網絡拓撲結構正確。節點轉換器最好放在末端，把節點轉換器、DMX分配放大器放在舞臺柵頂或天橋上，設置機柜，可以和交換機共用（機柜）。也可以把DMX分配放大器放在吊桿上。有線、無線系統組合使用，基礎部分用有線系統，完善、補充、流動部分用無線系統。

5.6.2燈光網絡系統典型案例介紹筆者過去做的網絡系統，由于當時不懂網絡技術，廣播風暴的存在致使系統頻頻癱瘓。把技術搞明白以后，特別是找到合適的專用設備：比利時的燈光專用網絡系統Luminex和瑞典的無線系統LumenRadio，從根本上解決了困擾筆者多年的問題。Luminex的燈光系統專用交換機，是針對舞臺燈光使用需求，專門定制的一款管理型工業光纖環網交換機。既可以做即插即用型的星網、環網交換機，本身已具備管理型功能：冗余備份，自動切換鏈路，自動檢測、診斷、修復系統等；也可以通過工具做更高級設置，如流量優先隊列、廣播風暴消息濾速、用于診斷的端口鏡像等。還具備環網通斷提示、網速提示等功能。Luminex的網絡-DMX節點信號轉換器，可以兼容Art-Net、ACN、sACN、DMX512、DMX512A、RDM等多種信號協議。LumenRadio采用軍事通訊用的“跳頻擴展頻道”技術，實現無線DMX信號傳輸，系統穩定可靠，同樣兼容Art-Net、ACN、sACN、DMX512、DMX512A、RDM等多種信號協議，曾獲兩次倫敦PLASA大獎。筆者用Luminex+LumenRadio做了幾個項目，運行良好，從來沒出現過系統故障，其中投入使用最長的青島天創大劇院，2012年8月投入使用，每年演出200多場。下面通過幾個典型案例，介紹一下使用專用設備組成的網絡系統。

（1）新疆大劇院新疆大劇院是2015年初投入使用的以主題演出為主、兼顧其他功能的超大型劇場，表演舞臺包括主舞臺、伸出舞臺、兩側耳臺、后舞臺、觀眾廳通道、空間馬道等全立體空間，表演舞臺面積大于2000m2，使用燈具數量超過1400臺，使用DMX通道數量超過18000。新疆大劇院采用了智能化新型供電系統，完全替代傳統調光/直通柜，沒有調光柜室，網絡系統相對簡單，只有2個基站，控制室和舞臺柵頂。由于新疆大劇院主題演出使用燈具數量過于龐大，DMX單元通道全部利用也會超過35個，采用分區域編組的方式，盡量提高DMX單元通道利用率，簡化系統，降低投資。控制設備使用了5臺NPU，提供40個DMX輸出單元。系統采用2個基站，2臺14口光纖交換機，1臺12口擴展交換機，可用外接網絡接口35個。節點轉換器（2/4/8口有線和2口無線）20臺，提供初始DMX接口80個。網絡設備配置如表1。不算最佳，無線略少。投入使用以來運行穩定。

（2）延安大劇院延安大劇院是2016年第十一屆中國藝術節開幕式的主會場，典型的出租型多功能專業劇場，需要滿足歌劇、舞劇、音樂會、話劇、戲劇、綜藝等不同演出形式的需求。對不同演出之間的快速轉換，有很高的要求。延安大劇院的供電系統，采用傳統調光柜，10臺具有網絡報告功能的調光/直通柜。網絡系統設置3個基站，控制室、硅控室和舞臺柵頂。系統采用3個基站，1臺16口光纖交換機，2臺14口光纖交換機，可用外接網絡接口38個。節點轉換器（2/4口有線）9臺，提供初始DMX接口28個。網絡設備配置如表2。配置節點轉換接口略少，沒有無線。系統安裝中。

（3）云南大劇院云南大劇院是一個省級大劇院，計劃于2016年竣產品名稱品牌規格型號單位數量光纖環網交換機LuminexGigaCore14R臺2光纖環網交換機LuminexGigaswitch12臺11轉8機架式節點轉換器LuminexEthernet-DMX8MkII臺41轉4吊桿式節點轉換器LuminexEthernet-DMX4TrussMkII臺61轉4機架式節點轉換器LuminexEthernet-DMX4MkII臺21轉2吊桿式節點轉換器LuminexEthernet-DMX2TrussMkII臺21轉2機架式節點轉換器LuminexEthernet-DMX2MkII臺41024通道無線轉換發射器LumenRadioIN-RTX2臺2512通道無線接收器LumenRadioIN-RRX1臺10DMX信號放大分配器1入4出臺55工，采用諸多國際最新設計理念，連續布桿，燈景不分，新型智能化供電系統，是目前國內外劇場中，基本實現為藝術家提供一個“空的空間”，“自由發揮”的劇場。系統設置2個基站，控制室和舞臺柵頂。系統采用2個基站，2臺14口光纖交換機，2臺12口擴展交換機，可用外接網絡接口46個。節點轉換器（2/4/8口有線和2口無線）13臺，提供初始DMX接口52個。網絡設備配置如表3。相對理想，施工中，預計2016年底投入使用。

6結束語

舞臺燈光領域，涉及知識面很廣，較難有人全面理解。從網絡專業技術角度來講，舞臺燈光的系統太小，專業人才欠缺，造成我們對網絡系統的理解和應用，存在諸多問題。筆者拋磚引玉，望各位老師專家批評指正，以徹底解決燈光網絡系統問題。

作者：楊華祥 張琪聰 陳榮耀 陸南寧 單位：廣州勵豐文化科技股份有限公司