第3章调光设备与协议所谓调光控制，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、 光质软驶、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肴灯光技术的进步，舞台调光已经从过去的手 动式、机械式和模拟式，全瓯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，除便件设备外，还需要相关的灯光控制协议木章首先介绍 调光控制器、调光控制台及常用的灯光周边设备，最麻对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白耦变压器调光器，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 麻改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瓶盐水调光髀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木质上“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」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爪用H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H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，这也是白 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器都相继岀现了用 电机驱动相关装置，从而实现了“自动化”调光的产品，但控制冋路增多时带来的体积庞大、 成木过高、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Z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Z分，触发导通麻，电流可双向流动如果将双向可控硅和灯具串联麻接入市电, 在触发极上施加触发脉冲，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，而这个平均电压乂取决于可控硅导通和截上的时问Z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忖的，这就是可控硅调光器的基木 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木质是可变电阻，而可控硅调光器 的木质则是电了开关。
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乐完全一样的正弦波，只是幅度发生了变化以可控硅作为电 了开关，通过控制其“开”与“关”的时间Z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，影响艮他设备的正常工作所以，可控硅调光器的每个输出 冋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，这种现彖叫做谐波辐射扼流圈即将漆包线绕在磁环上的电感线圈，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丁作电压，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， 对高次谐波的过滤最越大，输出的电压越纯净，对外干扰越小另一方瓯，扼流圈的电感量 越大，其体积也就越大，成木越高，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问一般在100ns至600usZ间上升 时间较小的调光器，整体参数和成木也较低，适用于小型会议、演出和一般的娱兀场所；上 升时间大的调光器，通常具有-更高的电气指标和整机成木，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 可控硅木身，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 新筹建的大世新闻演播室中正弦波调光器采丿I] IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管）大功率晶体管，所以乂叫晶体管调光器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 基木上根除了谐波干扰，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, 但因英价格昂贵（约为同等规模可控硅调光器价格的2・3倍），极人地乂•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硅箱硅箱是对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 模拟电压控制灯具的发光状态，现在已较少使川。
数字硅箱具有DMX512接口，通过DMX 协议控制灯具的备种功能与发光状态，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• 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 —路灯具，负荷一般为3kw・6kw,上升时问一般不超过200 U s,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所示幺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•到上 百个硅路，但在一些大型的剧场、会堂、体冇场馆等，仅常规照明灯的调光冋路就多达上千 路，一个“立柜”远远满足不了要求，需耍十几个大型硅箱“协同作战”。
图3.7是某省人 民大会堂的硅柜室中由1（）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• 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250PS左右流 动硅箱多带有四个力向轮，移动方便，具有相对中廂的性能指标，适于外累拍摄照明和流动 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，但却不屈于同一种硅箱类型对于采川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)目前己出现带有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• 额定功率(Rated Power)额定功率是指每个硅路的最大负荷能力，一般为3kw-6kwo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Z和不能超过硅路的额定功率比如，三个各为lkw的PAR 灯并联示可以接入一个额定功率为3kw的硅路，但如果是四个以上的lkwPAR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• 电源效率(Power Supply Effidency)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Z比，一般不小于 95%o硅箱木身的功耗主要来白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•输出保护(Ov。