2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

熊天乙 張 杰

（作者單位：云南廣播電視臺）

為了滿足大型演播廳的燈光控制系統(tǒng)需求，提高控制精準性，確保燈光能夠為節(jié)目錄制提供良好的服務(wù)，很多電視臺開始采用數(shù)字化控制技術(shù)。然而部分電視臺的實踐經(jīng)驗不足，導(dǎo)致燈光控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中暴露出了一些問題，為此本文結(jié)合云南廣播電視臺2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)應(yīng)用案例，對其實際應(yīng)用方式進行分析。

1 2200 m2演播廳基本情況

云南廣播電視臺演播廳總面積在2200 m2左右，長50 m、寬40 m、高度18 m。內(nèi)部燈光配置如下：（1）多層水平吊桿17臺，每臺設(shè)置6個直通回路（每路直通并聯(lián)2個16 A插座），2路網(wǎng)絡(luò)接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（2）水平吊桿97臺，每個位置安裝6個直通回路，采用并聯(lián)的方式，確保連接穩(wěn)定性，2路網(wǎng)絡(luò)接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（3）多功能桁架共計設(shè)置10臺，用于燈具等位置變換等方式，2路網(wǎng)絡(luò)接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（4）收纜器84個(設(shè)置104個上收纜轉(zhuǎn)接箱），每個設(shè)置3個直通回路，2路網(wǎng)絡(luò)接口，可吊掛LED聚光燈、光束燈、電腦燈等。（5）數(shù)字滑車軌道共1道，設(shè)置1個50 A三相電源1路。（6）轉(zhuǎn)接箱設(shè)置。設(shè)備層：6×16 A+2網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接箱6個。一層馬道：6×16 A+2網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接箱6個。二層馬道：6×16 A+2網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接箱6個。地面：6×16 A+2網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接箱8個。地面：100 A/3 P舞美配電箱8個。追光平臺設(shè)置：2×32 A插座箱（含2路網(wǎng)絡(luò)）12個。（7）演播廳總直通回路：1042路（96路直通柜11臺）。（8）燈光技術(shù)指標：主演區(qū)域綜合光垂直照度為1500lx，按照節(jié)目形式能夠自行調(diào)節(jié)；燈具采用（5600±250）K，LED光源要求色溫可變；顯色指數(shù)為Ra≥90（連續(xù)光譜）且LED光源R9＞40。表1為該2200 m2演播廳的部分主要設(shè)施的基本配置情況。

表1 2200 m2演播廳的部分主要設(shè)施的基本配置情況

2 2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能

2.1 配電系統(tǒng)

燈光負荷為二級負荷，采用兩路電源供電，電源從低壓配電室中引出，電源整體采用單母線的并聯(lián)連接方式，在母線中設(shè)置開關(guān)，確保母線開關(guān)能夠隨時段開，電路采用并聯(lián)方式，二者之間能夠互相補充，任何一路電源發(fā)生故障，其他區(qū)域都能夠自動補充，從而能夠保證配電系統(tǒng)安全性，從而為燈光自動化控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)提供支持。

采用雙模塊控制方式，兩個模塊之間互相備用，在供電線路出現(xiàn)斷電等故障問題后，能夠直接從另一個電源中引入，從而實現(xiàn)快速切換，不會對燈光自動化系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響，在實際應(yīng)用中具有良好的效果。為了靈活編輯燈光場景，考慮在演播廳內(nèi)設(shè)置手持流動控制臺。

2.2 機械吊掛系統(tǒng)

主要采用多功能復(fù)合電動吊桿和電動單點提升機配套鋁合金桁架作為懸掛裝置，設(shè)備可單控，也可多臺集中控制運行，吊掛控制系統(tǒng)操作靈活，可根據(jù)節(jié)目需要自由組合吊掛結(jié)構(gòu)。演區(qū)位置配備多功能水平吊桿，同時由可移動單機吊點（負荷1000 kg）、電弧爐、吊機軌道、鋁合金桁架、數(shù)顯流動轉(zhuǎn)接盒等組成點陣式吊掛提升系統(tǒng)，通過可調(diào)節(jié)力矩的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)對燈光效果的靈活控制，使得燈光設(shè)計方案能夠?qū)崿F(xiàn)，滿足設(shè)計人員對于燈光效果的需求；按照不同的組合類型，相關(guān)人員可以對其進行優(yōu)化調(diào)整，避免了傳統(tǒng)演播室中燈光位置、高度等固定的問題，從而能夠提升可操作性，使得演播室的各項燈光設(shè)計方案能夠?qū)崿F(xiàn)。

2.3 吊桿系統(tǒng)控制

在吊桿控制模塊中，改變了傳統(tǒng)的人工控制方式，采用計算機對吊桿的移動進行控制，系統(tǒng)能夠自動獲取吊桿所在的位置信息，并為對其進行實時調(diào)整，使得吊桿控制靈活性得以提升；吊桿位置可以預(yù)先設(shè)定并可按場景記憶和調(diào)出，實現(xiàn)控制臺自動控制。控制系統(tǒng)配備嚴格的防誤操作功能及應(yīng)急操作按鈕，遇到系統(tǒng)失控時，能夠迅速切斷吊掛系統(tǒng)電源。設(shè)備可單控，也可多臺集中控制運行，對水平吊桿可集中控制6臺?？刂葡到y(tǒng)工業(yè)總線采用閉環(huán)冗余式設(shè)計，同時系統(tǒng)中增加糾錯功能，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，能夠第一時間發(fā)出提醒，并對其進行自動化調(diào)整。

2.4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，系統(tǒng)容量設(shè)置較高，能夠滿足多項燈光控制方案實施的通信傳輸需求。

2.5 燈具設(shè)備

演播廳內(nèi)燈具均以LED光源為主，其光源色溫為（5600±250）K且色溫可變，顯色指數(shù)Ra≥90（連續(xù)光譜），R9＞40，配備聚光燈、觀眾燈、天地排燈等高光效常規(guī)燈具，同時配備電腦圖案燈、染色燈、追光燈、LED全彩筒燈（PAR）等效果燈具及設(shè)備，使燈光效果更具藝術(shù)性和感染力。

3 演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)概述

本次2200m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用DMX-512標準協(xié)議，該系統(tǒng)協(xié)議能夠有效保證燈光設(shè)備之間的控制信號運行穩(wěn)定性與可靠性；在對控制信號進行穩(wěn)定傳輸?shù)幕A(chǔ)上，能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的通信、監(jiān)測以及反饋信息的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）利用燈光網(wǎng)絡(luò)標準協(xié)議完成雙向傳遞；與此同時，針對演播廳所采用的不同燈具照明設(shè)備，具有良好的通用性，該演播廳內(nèi)采用的所有燈具設(shè)備都可以在該系統(tǒng)中應(yīng)用。在當前的數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)中，主要采用的燈光網(wǎng)絡(luò)標準協(xié)議包括兩種不同類型，一種為控制器局域網(wǎng)標準（Controller Area Network，CAN），另一種為基于TCP/IP協(xié)議棧的以太網(wǎng)協(xié)議（Art-Net）標準，因為Art-Net標準為專門用于燈光網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)議，所以當前幾乎所有電視臺都采用Art-Net標準協(xié)議，該協(xié)議中輸出傳輸成員主要包括服務(wù)器、節(jié)點以及媒體服務(wù)器等[1]。

4 演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其特點分析

4.1 燈光基礎(chǔ)控制分析

該演播廳的燈光控制中，創(chuàng)造地采用了智能控制柜，其具有自動化與智能化的調(diào)控功能，從而能夠有效滿足演播廳對燈光控制的需求；DPR-120E型智能調(diào)光柜與Encore現(xiàn)場調(diào)光臺因為具有良好的穩(wěn)定性，且系統(tǒng)操作較為簡便，是當前電視臺演播廳中采用的主要控制設(shè)備。本次演播廳在對內(nèi)部基礎(chǔ)燈光的控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用無饋電設(shè)計方式，能夠?qū)崟r收發(fā)多路信號，信號穩(wěn)定性較好，不同線路之間的信號不會產(chǎn)生干擾問題，同時采用了最為合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與串口，從而確保信號傳輸與收發(fā)效率。為了提升智能控制柜運行效果，采用了多種不同的信道，信號能夠在信道之間高效傳輸，從而避免了信號沖突等問題，使得燈光控制指令能夠快速傳輸?shù)綄?yīng)的位置中。在本次系統(tǒng)設(shè)計中在調(diào)光臺與調(diào)光柜中的輸入端中安裝網(wǎng)絡(luò)信號處理器；采用Wind River System VxWorks系統(tǒng)對其進行處理與改進，確保能夠使DMX-512信號轉(zhuǎn)化為TCP/IP協(xié)議，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞綄π盘栠M行傳遞，從而實現(xiàn)二者之間的連續(xù)切換[2]。

4.2 燈光控制服務(wù)設(shè)計

服務(wù)器設(shè)計對于控制效果會產(chǎn)生直接影響，所以需要加強對服務(wù)器的設(shè)計，在本次設(shè)計中時期實現(xiàn)如下幾項功能：第一，通過自動化監(jiān)測功能，實現(xiàn)對所有燈光設(shè)備的在線監(jiān)測；第二，利用計算機技術(shù)實現(xiàn)對全部設(shè)備的遠程、在線調(diào)控，從而提升燈光設(shè)備管理效率；第三，能夠按照授權(quán)情況獲取演播廳一段時間內(nèi)的電氣設(shè)備運行參數(shù)信息，能夠在燈光控制網(wǎng)絡(luò)或企業(yè)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)中收集演播廳燈光設(shè)備的運行信息，自動將所有燈光設(shè)備以及系統(tǒng)運行參數(shù)進行記錄，如工調(diào)光臺、調(diào)光器、直通開關(guān)柜以及配電柜的運行信息等；自動記錄各調(diào)光器的運行數(shù)據(jù)，如錯誤報警信息、回路電流信息、亮度信息、溫度信息、開關(guān)操作記錄等；自動記錄網(wǎng)絡(luò)階段的信號流量，進而能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)使用情況進行分析，對于數(shù)字化控制網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化具有重要作用[3]。

4.3 計算機控制臺

本次數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)中，采用調(diào)光臺作為計算機控制臺。該控制臺的功能較為豐富，且能夠連接多種不同的串口，具有良好的適用性，在該設(shè)備中配備不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS），能夠保證燈光存儲信息安全；該設(shè)備能夠利用離線編輯軟件對其進行調(diào)控，從而完成任意一臺計算機都能夠?qū)φ{(diào)光臺仿真界面的控制，還能夠完成對現(xiàn)場中調(diào)光臺進行熱備份的工作；能夠利用對演播廳燈具的精準控制實現(xiàn)用戶隨時對燈具設(shè)備信息調(diào)控的功能。

4.4 燈光懸吊SEEV布光系統(tǒng)設(shè)計

在本次演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用集散式系統(tǒng)架構(gòu)，應(yīng)用變頻調(diào)速、語音識別、計算機控制等技術(shù)，實現(xiàn)對數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)的精準化、高效率控制。集散式控制技術(shù)為系統(tǒng)的主要架構(gòu)，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單；在該系統(tǒng)中，吊桿控制器與燈具控制器通過一根串行通信線纜實現(xiàn)連接，控制器選擇撥碼開關(guān)對地址進行設(shè)定，最大控制容量設(shè)定為65 530 點；在系統(tǒng)中設(shè)置兩種不同工作模式，分別為現(xiàn)場控制臺和手提遙感器，從而有利于對演播廳內(nèi)所有吊桿實現(xiàn)單桿和雙桿的同步升降控制功能；控制指令以及反饋信息傳輸采用信號平衡傳輸技術(shù)、光電隔離技術(shù)、軟件糾錯技術(shù)等多種保護技術(shù)，從而能夠提高演播廳內(nèi)數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)整體抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)傳輸具有高效性和準確性[4]。

在本次演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用變頻器設(shè)計模式，吊桿在啟動、停止中能夠完成升降速度控制，確保吊桿運行穩(wěn)定性，從而解決了傳統(tǒng)吊桿運行容易產(chǎn)生的沖擊問題，有利于保護吊桿使用安全性；吊桿停止控制中應(yīng)用了能耗制動模式，能夠有效防止溜車問題發(fā)生；提升器電機中安裝編碼器，能夠測量出吊桿升降高度，從而與控制系統(tǒng)電路結(jié)合構(gòu)成吊桿位置的閉環(huán)控制系統(tǒng)；在該系統(tǒng)中，吊桿位置可以提前設(shè)置，還能夠根據(jù)在演播廳的使用場景歷史記錄導(dǎo)出；控制系統(tǒng)中涉及控制信號自動監(jiān)測、反饋功能，能夠?qū)㈦娫催^壓、電源欠壓、電流過載等故障信息，結(jié)合燈具的高度、運行狀態(tài)、限位器參數(shù)等數(shù)據(jù)進行準確記錄，將其全部顯示于現(xiàn)場控制臺中，工作人員則能夠?qū)?shù)字化燈光控制系統(tǒng)的故障觀察得更加清晰，有利于提高演播廳燈光控制系統(tǒng)檢修速度[5]。

燈具動作控制系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)用閉環(huán)反饋電機伺服控制模式，閉環(huán)反饋伺服系統(tǒng)為應(yīng)用在數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)中的一項新技術(shù)，在演播廳燈具的傳動系統(tǒng)中增加位置信息傳感器，能夠?qū)艟叩奈恢蒙限D(zhuǎn)換為反饋信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，通過控制系統(tǒng)與控制命令對其進行比較分析，若反饋信號和控制命令的預(yù)期數(shù)值不同，那么控制系統(tǒng)則會繼續(xù)驅(qū)動電機，直到控制命令與反饋信號同步后，控制系統(tǒng)才會停止對電機的驅(qū)動；閉環(huán)反饋電機伺服系統(tǒng)能夠確保演播廳燈具的機械動作精準性，并減少外部因素等對局機械運動的影響，使得演播廳燈具在水平、聚焦以及俯仰等位置運行時更加準確，同時不需要進行復(fù)位操作，燈具能夠自動保持在斷電的位置，演播廳燈具在控制單元中重新通電時，在俯仰、聚焦、水平等位置保持斷電期間的狀態(tài)。

4.5 應(yīng)用效果

本次燈光懸吊SEEV智能布光系統(tǒng)在該演播廳中的應(yīng)用，使得工作人員面臨的問題得以良好解決，基本能夠滿足當前該演播廳的節(jié)目錄制工作任務(wù)。應(yīng)用SEEV控制系統(tǒng)與數(shù)字化調(diào)光系統(tǒng)后，節(jié)目錄制時只需要將第一次布光的參數(shù)作為場景記錄存檔，主要包括燈具的亮度數(shù)值、高度數(shù)值以及角度數(shù)值，在節(jié)目后續(xù)的錄制過程中，將計算機控制臺中存儲的場景參數(shù)調(diào)出，在短時間內(nèi)各燈具就能夠恢復(fù)到上一次的錄制狀態(tài)，從而能夠全面提高演播廳節(jié)目錄制效率，達到應(yīng)用效果。

5 結(jié)語

本文以云南廣播電視臺2200 m2演播廳數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)為例，對其當前的燈具基本情況以及燈光控制系統(tǒng)情況進行分析，并提出了多項數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)設(shè)計方法，希望能夠?qū)ΜF(xiàn)代化演播廳的燈光控制系統(tǒng)優(yōu)化起到一定借鑒作用，進而促進燈光控制系統(tǒng)質(zhì)量的提升。