淺析燈光橋與燈光吊籠——以國家大劇院歌劇院為例

段繼文

（國家大劇院 舞臺技術(shù)部，北京 100031）

1 概述

燈光橋與燈光吊籠是劇場舞臺上吊掛燈具的基本設(shè)備，其位置、結(jié)構(gòu)形式對舞臺布光有很大影響。要想合理使用好燈光橋與燈光吊籠，除了對設(shè)備本身有全面的了解，還要對舞臺布光基本原則、燈光設(shè)計基本要求、常用燈具規(guī)格型號、舞臺常用燈位及特點有所了解。

1.1 舞臺布光基本原則

舞臺布光是戲劇情景空間構(gòu)成的重要組成元素，是根據(jù)劇情的發(fā)展及人物所需的特定情景進行全方位的視覺環(huán)境描述，并通過燈光變換對場景的刻畫，將觀眾引入戲劇的藝術(shù)創(chuàng)作空間。從某種角度說，并不存在固定不變的布光結(jié)構(gòu)形式，但劃分布光的柵格區(qū)域是通常使用的一種布光方法，即將每個柵格區(qū)域當(dāng)成一個縮小的舞臺，分別對每個區(qū)域進行布光。燈光橋、燈光吊籠在劃分區(qū)域舞臺布光原則中，能充分發(fā)揮布光區(qū)域性強、布光面積調(diào)整靈活的特點。

1.2 燈光設(shè)計基本要求

舞臺戲劇燈光系統(tǒng)設(shè)計是遵循舞臺藝術(shù)表演的規(guī)律，按照特殊使用要求進行配置的，其目的是根據(jù)戲劇情節(jié)發(fā)展、人物情緒需要，運用各種燈光設(shè)備從不同角度進行綜合配置，達到表現(xiàn)人物情緒情感、營造戲劇典型環(huán)境、組接戲劇結(jié)構(gòu)、塑造人物形象的目的，為戲劇藝術(shù)展示服務(wù)。

1.3 常用基本燈位和常用燈具

劇場中常規(guī)布置的舞臺燈位，在觀眾席區(qū)域有：追光、面光、耳光；在舞臺區(qū)域有頂光、側(cè)光、流動光、天地排光等。

舞臺常用燈具，按照光源劃分有：傳統(tǒng)的白熾燈、炭弧燈、鹵鎢燈、特種熒光燈、金屬鹵化物燈和高強度氣體放電燈、LED燈具等。單色性好、相干性好、方向性強的激光燈, 可以配合銀幕、煙幕、水幕或云層顯現(xiàn)文字、商標(biāo)和彩色圖案等。按照用途劃分有：面光、頂光、逆光、側(cè)光、腳光、追光、天排、地排等。

1.4 常用的燈光機械設(shè)備

在劇場中吊掛燈具的機械設(shè)備是自舞臺上方與側(cè)面投向舞臺光源的承載體，屬舞臺燈光常用的機械設(shè)備，按使用形式分主要有：燈光橋、燈光吊籠、燈光吊架、燈光桿、流動燈光車等，供舞臺布光的頂光、側(cè)光使用。

2 燈光橋與燈光吊籠

作為大型劇場，通常習(xí)慣設(shè)置多個燈光橋與燈光吊籠，形成不同景區(qū)的頂光和側(cè)光，主要用于舞臺分區(qū)普遍照明，增強舞臺照度。本文以國家大劇院歌劇院（以下簡稱歌劇院）為例，進行闡述。設(shè)有1臺假臺口上片、4臺燈光橋和1臺天幕燈光渡橋，用于舞臺頂光；主舞臺左右兩側(cè)共設(shè)置了10臺燈光吊籠，用于景物的側(cè)面光源。燈光橋與燈光吊籠組成三面投射光源，投射面積主要集中在18.6 m2的主舞臺區(qū)域，是舞臺燈光表現(xiàn)的主要承載設(shè)備。主舞臺燈光橋的分布示意見圖1。

2.1 結(jié)構(gòu)

歌劇院燈光橋與燈光吊籠采用鋼結(jié)構(gòu)框架，分別配置有驅(qū)動機構(gòu)，以實現(xiàn)其升降、平移運動。其形狀設(shè)計參考了包括新國立劇院在內(nèi)的日本多個劇場的設(shè)計和使用經(jīng)驗，考慮了國內(nèi)劇場燈光工作者的使用習(xí)慣，在此基礎(chǔ)上形成的最終形狀。

2.2 燈光橋

歌劇院的4臺燈光橋用于吊掛主舞臺區(qū)域照明設(shè)備，設(shè)置于主舞臺上方的假臺口上片和天幕燈光渡橋之間，平行于臺口布置。燈光橋采用的是梯形斷面的鋼結(jié)構(gòu)框架，全長22.6 m，高2.5 m。燈光橋側(cè)面的形狀見圖2。

歌劇院燈光橋的正面設(shè)置了2根ф50的鋼管，為了能夠安裝懸吊燈具，采用了扶手和安裝照明燈具兼用的方式。在演出中，從演員、布景后側(cè)打燈的演出需求很少，基本上不需要考慮照明設(shè)備的安裝，燈光橋正面采用了直線的形狀設(shè)計，反面采用了斜面形式，從距底部1.7 m的高度開始斜向布置2根ф50的鋼管和燈光電纜接線盒。

燈光橋的底面設(shè)置照明安裝用桿，考慮到泛光專用燈具和非常規(guī)照明燈具的使用，采用了2根ф50的鋼管，桿間距0.32 m。這兩根鋼管在吊掛燈具時利用率最高，桿距0.32 m并不寬裕，兩邊的燈具吊裝還需要錯位安裝。

在燈橋的上部設(shè)置了5個電纜收線框，與柵頂上的燈光電纜卷線器配套使用。同時，考慮到燈光橋良好的作業(yè)性，燈光橋的通道用輕型鋼制作，通道寬度0.45 m，底板為可翻開的形式，以方便工作人員上到燈光橋上工作，見圖3。

為保證人員在通道行走安全，從通道面向上0.75 m設(shè)有護欄、扶手?？蚣艿膬?nèi)側(cè)間隙處，安裝安全用掛繩以防止人員墜落。人員上下燈光橋可以通過安裝在燈光橋下部高1.2 m、寬0.3 m的簡易爬梯實現(xiàn)。

對于天幕燈光渡橋，除具有燈光渡橋的特性外，還在天幕燈光橋兩端裝設(shè)了機械碼頭，見圖4，工作人員可以從各層馬道上通過這兩個碼頭的對接，方便地上到天幕燈光渡橋上，進行燈光的吊裝、調(diào)整作業(yè)。

2.3 燈光吊籠

10臺燈光吊籠設(shè)置于主舞臺臺塔兩側(cè)（每側(cè)為5臺），既可以升降運動，也可以進行水平移動。水平移動行程11 m，升降運動行程10.7 m，載荷6 kN。用于升降的卷揚機設(shè)置在燈光吊架主體結(jié)構(gòu)框架的頂部，燈光吊架為高17.9 m、寬1.75 m的鋼結(jié)構(gòu)框架，內(nèi)有15.0 m高的梯狀結(jié)構(gòu)供吊掛照明設(shè)備，升降運動靠鋼絲繩卷揚機提升。水平移動框架為15 m×1.0 m×0.6 m，電動機通過皮帶輪驅(qū)動車輪的自行式驅(qū)動進行水平移動。燈光吊籠與土建結(jié)構(gòu)的關(guān)系見圖5。

3 驅(qū)動

3.1 燈光橋的驅(qū)動

歌劇院燈光橋?qū)儆诖筘摵啥ㄋ衮?qū)動設(shè)備，驅(qū)動電機功率18.5 kW，變頻器采用日立公司（HITACHI）SJ300系列SJ-300185HFE變頻器，設(shè)置的運行速度0.1 m/s。由于負荷大、運行速度低，要求有較硬的機械特性，同時還要能準確定位，以較高的同步精度運行大負載，動態(tài)性要求較高，故選擇帶速度反饋的矢量變頻器。

3.2 燈光吊籠的驅(qū)動

歌劇院燈光吊籠屬于定速設(shè)備，水平移動驅(qū)動電機功率0.75 kW，變頻器采用日立公司（HITACHI）SJ300系列SJ-300-007HF變頻器，運行速度0.05 m/s。升降運動驅(qū)動電機功率11 kW，變頻器采用日立公司（HITACHI）SJ-300-110HF變頻器，運行速度0.25 m/s。

3.3 SJ300系列變頻器

歌劇院燈光橋、燈光吊籠具有低速大負荷運行、負載變換的工作特點，采用了日立公司（HITACHI）SJ300系列變頻器，考慮了以下功能特點：

（1）具有智能化功率模塊（IPM），使變頻器更靜音、性能更可靠。

（2）數(shù)字信號處理器（DSP）和高速微電腦控制技術(shù)相結(jié)合，響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度小于0.1 s。

（3）控制性能達到了超低頻、大轉(zhuǎn)矩，在0.2 Hz時可帶全載啟動；在1Hz的低頻下提供150%的高起動轉(zhuǎn)矩，調(diào)速范圍為0.1 Hz ～ 400 Hz，速度穩(wěn)定率小于1%。

（4）具有模糊邏輯控制功能，變頻器可根據(jù)外界負載的大小自動調(diào)節(jié)輸出電流，以提高系統(tǒng)對外界負載突變及其他干擾的能力。

變頻器線接示意圖見圖6。

4 控制

歌劇院燈光橋與燈光吊籠都是在主控系統(tǒng)上進行控制，控制特點為大負荷、低轉(zhuǎn)速，由于燈光橋與燈光吊籠運行存在負載變化的工作特點，且自身重量較大無配重，因此，對軸控制器的響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)矩控制能力要求很高。

4.1 軸控制器

軸控制器（Wi n c o n）使用的是澳大利亞S t a t e Automation公司的產(chǎn)品，是專用工控機，是由高運算速度的硬件和軟件組成一體化硬件設(shè)備，它具有雙位置信號監(jiān)視，位置行程錯誤監(jiān)視，過載監(jiān)視功能，松繩疊繩監(jiān)視，超程和行程終止監(jiān)視，緊急停機和安全處理功能，負載測量，載荷檢測、位置伺服閉環(huán)、故障報警，以及自動補綴控制等功能。

Wincon的外形見圖7。

4.2 控制

燈光橋、燈光吊籠是定速運動的設(shè)備，使用的Wincon為非線性定速軸控制器（Binary Wincon），一個Wincon最多可控制4個定速軸。Wincon通過外部電路的上下雙位置、松繩、電機過熱、變頻器運行、隔離開關(guān)、驅(qū)動準備、動作命令輸入等信號來控制輸出主電磁接觸器、制動器開放、立即停止、錯誤復(fù)位、正向運行、反向運行、速度選擇、瞬停選擇等信號，同時，通過主電磁接觸器、制動器、備用主電磁接觸器等反饋信號，對動作執(zhí)行情況進行判斷，并做出正確反應(yīng)。絕對值編碼器位置信號，經(jīng)由RS-485串行連接SSI鏈路將位置信號送至主微處理器進行處理。

Wincon的內(nèi)部邏輯見圖8。

5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5.1 工業(yè)以太網(wǎng)光/電轉(zhuǎn)換模塊

工業(yè)以太網(wǎng)光/電轉(zhuǎn)換模塊（OSM）允許以大范圍和大量節(jié)點構(gòu)建以太網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)配置和規(guī)模簡單化。OSM具有電氣端口和其他FO端口，通過這些端口， OSM可以相互連接形成一個光纖總線或者環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。OSM外形見圖9。

5.2 以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)

歌劇院的控制系統(tǒng)，是由OSM組成的工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)以太網(wǎng)主要用于系統(tǒng)控制器與Wincon 之間的通信，同時也用于Wincon–Wincon 通信。

在系統(tǒng)控制器–Wincon 通信中，以太網(wǎng)支持運動命令（發(fā)往Wincon）和軸線狀態(tài)響應(yīng)（來自Wincon）。

在軸線運動過程中，Wincon 必須周期性收到“運動確信”消息（其中包括活動的DMB）方可繼續(xù)運動。在預(yù)定義的超時時間間隔內(nèi)沒有收到“運動確信”消息時，或者消息損壞時（CRC錯誤），或者收到的消息次序不對時，Wincon 都會終止軸線運動，見圖10。

6 組合燈光橋與燈光吊籠的設(shè)想

6.1 燈光橋與燈光吊籠使用現(xiàn)狀

歌劇院目前使用的燈光橋與燈光吊籠具有使用方便、定位準確、對光靈活、承重量大、安全系數(shù)高等特點，但也存在燈光橋的位置固定、相鄰吊桿使用受限的問題。其0.8 m寬度至少占據(jù)3 ～ 4根吊桿的空間，使舞臺上供吊掛布景的吊桿數(shù)量減少，難以完全滿足靈活多變舞美布局的要求，歌劇院燈光吊籠自身重量較大，占用物理空間相對較大，使得垂直方向上空間浪費較大。歌劇院90%的演出布光在吊籠高度方向不超過6 m，在使用流動燈光車的情況下，70%的演出布光在吊籠高度方向不超過3 m。另外，根據(jù)目前使用情況統(tǒng)計，60%的演出布光只用4個燈光吊籠足矣，而對于10% ～ 20%大型演出布光，5臺燈光吊籠對側(cè)光布置又略顯不夠。

6.2 舞臺藝術(shù)對頂光的要求

隨著燈光技術(shù)的發(fā)展，未來舞臺藝術(shù)對燈光表現(xiàn)要求會越來越高，除了對燈具表現(xiàn)力的要求外，對“燈位”的要求也存在不斷變化的趨向。不同藝術(shù)種類，不同藝術(shù)表現(xiàn)，使道具、布景在主舞臺的分布千差萬別。用一成不變的燈光橋（主頂光）來表現(xiàn)眾多舞美道具布景位置與燈光之間的關(guān)系，越來越差強人意。很大程度上，舞美布景為體現(xiàn)出預(yù)想的燈光效果，需要根據(jù)燈光橋位置對布景位置進行調(diào)整或改變，這使得導(dǎo)演對舞臺布局的整體構(gòu)思受到制約，不能充分發(fā)揮其藝術(shù)構(gòu)想。

6.3 組合燈光橋與燈光吊籠

憑借一定的演出經(jīng)驗和與演出單位的探討，提出歌劇院組合燈光橋與燈光吊籠結(jié)構(gòu)的設(shè)想，即：將原有燈光橋、燈光吊籠的框架整體拆分，在其原有的位置上設(shè)置吊桿；將固定的燈光橋、燈光吊籠變?yōu)槎嘟M可拆卸的燈光架模塊，根據(jù)需要進行組裝；每個獨立的燈光架模塊配有獨立號段，容量視燈光控制設(shè)備容量而定。這樣，單個或多個燈光架模塊可以單獨或多組組合使用，與舞臺區(qū)域吊桿組合可作燈光橋使用，根據(jù)載荷的需要配以專用緊固件，使用不同的長度和不同的吊桿數(shù)量；與側(cè)臺吊桿組合可作燈光吊籠使用；換上帶輪子的立式移動架可作流動燈光車使用，當(dāng)然，要考慮加上平衡重。燈光架模塊及使用見圖11、圖12。

在側(cè)吊桿桿體上應(yīng)有距離刻度并預(yù)裝專用承重滑軌，還需要設(shè)置多組可拆裝式手輪機構(gòu)。使用時，可將燈光架模塊單節(jié)或多節(jié)組合，垂直安裝在側(cè)吊桿承重滑軌上，配以滑動緊固裝置鎖定，可實現(xiàn)人工搖動手輪按刻度水平滑動定位，通過側(cè)吊桿實現(xiàn)吊籠的升降運動。如果將多節(jié)燈光架模塊組合橫向安裝在側(cè)吊桿上，還可作側(cè)燈光橋使用。

6.4 控制方式

由于組合的燈光橋、燈光吊籠可用于不同位置并與相應(yīng)位置的吊桿配合使用。一般的吊桿使用矢量變頻器驅(qū)動，在控制上無需作任何特殊改動，只需將所用的吊桿設(shè)置成固定編組、低速運行模式即可。這種使用方式具備使用方便、定位準確、對光靈活、安全可靠等特點。

7 結(jié)束語

隨著燈光技術(shù)的發(fā)展，演出中燈光使用手段的日新月異，要求劇場中為燈光設(shè)備服務(wù)的機械裝置更加方便、靈活。筆者根據(jù)舞臺燈光使用經(jīng)驗，提出組合燈光橋與燈光吊籠的概念設(shè)想，但要滿足各種藝術(shù)形式對頂光、側(cè)光的需求，實現(xiàn)定光位置調(diào)整靈活變換，達到盡善盡美，還存在大量技術(shù)問題需要細化。筆者謹以此文拋磚引玉，與業(yè)內(nèi)同仁探討。