【噴泉系統(tǒng)中的燈光表演】
作者：太行噴泉更新時(shí)間：2025-01-17
噴泉中的燈光
自上世紀(jì)八十年代起，噴泉漸漸被引入中國(guó)以來(lái)，做為一種特殊的人造景觀得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。有大型的湖上噴泉、海上噴泉、廣場(chǎng)噴泉，還有各種場(chǎng)所的小型噴泉，更有不少微型室內(nèi)噴泉，五花八門，各式各樣。按表演形式的水型分類，約有100多種水型，如疊水、跑泉、孔雀開屏、內(nèi)拱等等，但這些都不是本文討論的重點(diǎn)。噴泉系統(tǒng)通常由水系中水的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成，就控制方式上有音樂(lè)噴泉和程控噴泉。在噴泉設(shè)備上，由管道、噴頭、水泵、彩燈、控制柜、電纜，有時(shí)還包括電腦、音響、音頻功率放大器等組成，有些大型噴泉還有激光、電腦燈等組成。所以，彩燈是噴泉的水型表演中重要的輔助成份，特別是在室外晚上的水型表演中，彩燈更增添了噴泉水型的表現(xiàn)力，沒(méi)有彩燈的表演，就象沒(méi)有燈光的舞臺(tái)的一樣，漆黑一片。
彩燈在噴泉系統(tǒng)的發(fā)展中，經(jīng)歷了幾個(gè)不同的歷史階段。1) 在國(guó)內(nèi)噴泉?jiǎng)倓偲鸩街畷r(shí)，由于沒(méi)有統(tǒng)一的水下燈，因此多采用防水燈殼中裝載白熾燈的方法來(lái)處理。2) 以后慢慢又引進(jìn)了荷蘭Philip公司的Phar38燈，Phar38燈符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)后采用220V交流電壓驅(qū)動(dòng)，燈泡均為白色白熾燈。燈殼用玻璃制作，依靠透光玻璃表面涂有色漆的辦法改變顏色。一般有紅色、白色、綠色、藍(lán)色、黃色等，配合一種水型一般是一串或幾串并聯(lián)的同顏色燈。當(dāng)然，燈泡也有使用高壓鈉燈、低壓鈉燈、高壓汞燈等其他光源的，這些都屬于高壓交流燈，光效低、發(fā)熱量大，玻璃制品，易碎，特別是在水下使用，玻璃制品發(fā)熱遇水后驟然冷卻，經(jīng)常會(huì)裂口、爆碎。3)隨著LED點(diǎn)光源的興起，業(yè)界同仁著手解決使用LED點(diǎn)光源進(jìn)行噴泉照明。LED點(diǎn)光源發(fā)光效率高，發(fā)熱量小，顏色純正，顯色指數(shù)高，壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保。但早期的LED燈珠價(jià)格貴昂，為了降低生產(chǎn)成本，同時(shí)又與原有高壓燈系統(tǒng)兼容，多數(shù)采用RC分壓方式進(jìn)行降低電壓直接驅(qū)動(dòng)LED燈珠串。LED燈珠由半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光，對(duì)PN結(jié)上的正向電壓很敏感，因此，沒(méi)有穩(wěn)壓系統(tǒng)的RC分壓方式經(jīng)常會(huì)整串的燒毀，這種燈光控制方式也沒(méi)有被廣大用戶普遍接受。而且由于高壓直接進(jìn)入水池中，連接了很容易損壞的LED燈設(shè)備，對(duì)操作、維護(hù)人員也很不安全。4)LED發(fā)光燈是一種應(yīng)用前景很好的產(chǎn)品，全世界各大廠商競(jìng)相投入大量資金、技術(shù)力量進(jìn)行科研，產(chǎn)品質(zhì)量不斷改進(jìn)，燈珠單價(jià)直線下降，目前為止，已成為非常優(yōu)秀的固態(tài)點(diǎn)光源，發(fā)光效率遠(yuǎn)高于普通白熾燈和冷陰極射線管節(jié)能燈，甚至高于目前國(guó)外正在推廣的高頻無(wú)極燈。理論壽命高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，實(shí)際應(yīng)用中，在合理的環(huán)境條件下，基本達(dá)到3萬(wàn)~5萬(wàn)小時(shí)。因此，目前多數(shù)噴泉公司采用了低壓LED燈作為水下燈使用。沿用了傳統(tǒng)的方式，將LED水下燈聯(lián)成一串，通過(guò)電控柜直接控制開與關(guān)。低壓LED燈既可做成交流燈使用，也可做成直流燈，但無(wú)論如何，低電壓使用起來(lái)還是很安全的。如果使用大功率開關(guān)電源或其他具備穩(wěn)壓功能的直流電源，還能很好地保護(hù)LED水下燈。由于LED燈珠價(jià)格的降低，這種方式取代傳統(tǒng)的高壓燈方式已無(wú)懸念。但這種方式僅僅是燈具設(shè)備的進(jìn)步而已，并未改變噴泉的燈光表演方式，燈光依舊是傳統(tǒng)的死氣沉沉的變換，不能象真正的舞臺(tái)一樣，有無(wú)盡的燈光變幻。5)數(shù)碼燈的興起，現(xiàn)階段數(shù)字控制技術(shù)在噴泉應(yīng)用中的深入發(fā)展，采用數(shù)字控制技術(shù)改造的噴泉水下燈，進(jìn)入了推廣應(yīng)用階段。
數(shù) 碼 燈
所謂數(shù)碼燈區(qū)別于傳統(tǒng)燈的地方就是采用數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈光控制，也有人俗稱電腦燈，如舞臺(tái)上常用的8通道或18通道電腦燈，都屬于數(shù)碼燈的范疇。究其原因，都是可以通過(guò)數(shù)字通訊手段對(duì)數(shù)碼燈的各種行為進(jìn)行控制，豐富了燈光表演的內(nèi)容，使原來(lái)僅僅通過(guò)切換不同燈的亮與滅來(lái)改變顏色的簡(jiǎn)單方式，變?yōu)榭梢赃M(jìn)行單燈控制、能夠讓燈光動(dòng)起來(lái)、近似舞臺(tái)表演的燈光控制方式，這種燈光表演形式在噴泉中的引入，革命性地顛覆了傳統(tǒng)的噴泉燈光表演方式。總結(jié)起來(lái)，在控制上有不少特點(diǎn)：1)可以進(jìn)行單燈控制，每一盞燈做為一個(gè)控制點(diǎn)，可單獨(dú)調(diào)節(jié)。2)具備可控改變燈光顏色的能力。一般由三基色組成，可以改變燈光的顏色，特別是，能夠?qū)崿F(xiàn)各種顏色的漸變控制。3)可以進(jìn)行燈光的亮度調(diào)節(jié)。4)能夠改變燈的光照角度與方向，并且改變速度是可以隨意控制的。這些也是大部分電腦燈的基本要求。
需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是，將電腦燈控制技術(shù)與LED燈制造技術(shù)以及噴泉控制技術(shù)緊密結(jié)合而產(chǎn)生的噴泉專用數(shù)碼燈，無(wú)論從噴泉應(yīng)用的造價(jià)成本，還是控制方式上，都代表了未來(lái)的發(fā)展方向。首先，他是水下應(yīng)用的LED燈，防水性能良好，其次采用通訊控制方式，控制三基色LED燈亮度與顏色合成方案，能滿足各種顏色變化需求，再者通過(guò)噴泉控制技術(shù)，在音樂(lè)噴泉中，能夠按音樂(lè)節(jié)奏進(jìn)行燈光表演，與水型的表演同步控制，達(dá)到舞臺(tái)燈光的表演效果。
激光在噴泉照明中應(yīng)用
順便提一下噴泉中的激光照明問(wèn)題。激光在噴泉中應(yīng)用很早，大約在十幾年前，國(guó)產(chǎn)民用激光發(fā)生器質(zhì)量還不是很過(guò)關(guān)時(shí)，就采用進(jìn)口激光器在噴泉當(dāng)中使用了，鑒于成本原因，只不過(guò)僅在大型音樂(lè)噴泉中使用。激光首先是在水幕上做激光表演，這是音樂(lè)噴泉的組成部分，激光秀變?yōu)橹鹘?，其他各種水型成為激光表演的配角。本文討論的重點(diǎn)不在激光水幕表演上，而是利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行噴泉照明，專門用于照明的光導(dǎo)纖維在表外而會(huì)有部分光透出來(lái)，達(dá)到照明使用的目的。光導(dǎo)纖維有兩種：一種是玻璃制品，另一種是塑料制品。玻璃光纖比較細(xì)，在水簾中應(yīng)用較多，既作為水的導(dǎo)流器件，又作為纖細(xì)照明條使用。塑料光纖用于水景的照明，但在音樂(lè)噴泉照明中，很少主演燈光使用塑料光纖，因其實(shí)時(shí)性能太差，光照度不夠，沒(méi)有照度的主次分布，變化方式太少等缺點(diǎn)，一般在靜止的境觀中使用較多。
數(shù)碼燈的控制
數(shù)碼LED水下燈應(yīng)用最多的是可調(diào)光三通道LED燈，通常是24V直流電源驅(qū)動(dòng)。三通道每一通道代表一種顏色，可同時(shí)對(duì)三種顏色的混色比例進(jìn)行調(diào)整。象舞臺(tái)燈光一樣，多數(shù)采用DMX512通訊協(xié)議進(jìn)行控制，或采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。
基于 TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化燈光控制系統(tǒng),它能夠?qū)崿F(xiàn)雙向傳輸,狀態(tài)報(bào)告,遠(yuǎn)程控制,資源共享等,功能較多,許多廠家正在做這方面的事情[2]。噴泉的控制柜和噴泉池子多數(shù)情況下相距幾百米，網(wǎng)絡(luò)傳輸方式有兩種，1)同軸電纜或非屏蔽雙絞線電信號(hào)傳輸方式，距離太近，一般不能滿足噴泉現(xiàn)場(chǎng)通訊要求，況且在有大量電機(jī)使用的場(chǎng)所干擾嚴(yán)重，水下通訊更不容易；2)采用光纖通訊方式，需要將光端機(jī)置于水下，也不現(xiàn)實(shí)。所以網(wǎng)絡(luò)通訊僅能使用在主控計(jì)算機(jī)和電控柜之間的通訊，不大可能用于現(xiàn)場(chǎng)水下設(shè)備。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多采用差分電信號(hào)通訊模式。如RS422/485、CAN總線或Profibus或Lonworks總線結(jié)構(gòu)。在舞臺(tái)燈光表演中，DMX512通訊協(xié)議不僅技術(shù)成熟，而且應(yīng)用廣泛?；贒MX512控制協(xié)議進(jìn)行調(diào)光控制的燈光系統(tǒng)叫做數(shù)字燈光系統(tǒng)。包括電腦燈在內(nèi)的各種舞臺(tái)效果燈、調(diào)光控制器、控制臺(tái)、換色器、電動(dòng)吊桿等各種舞臺(tái)燈光設(shè)備，以其對(duì) DMX512協(xié)議的全面支持，已全面實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制的數(shù)字化 [1] 。噴泉控制中采用DMX512通訊協(xié)議進(jìn)行控制。
DMX512信號(hào)的傳輸采用平衡傳輸差模信號(hào)方式，這種方式能有效地抑制干擾。因?yàn)楦蓴_信號(hào)一般是共模加在信號(hào)的正負(fù)端上，經(jīng)差分放大器后。共模信號(hào)被相互抵消,濾除了干擾信號(hào),有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。DMX512信號(hào)的電器接口標(biāo)準(zhǔn)為EIA-485[3]，
DMX512信號(hào)的傳輸速率為250kb/S，設(shè)備之間的連接采用菊花鏈的形式，每臺(tái)設(shè)備有一個(gè)物理地址，一個(gè)DMX512輸出口可以控制 512個(gè)控制通道，DMX512信號(hào)的傳送距離在使用標(biāo)準(zhǔn)電纜的情況下約300米左右。DMX512通訊的最大缺點(diǎn)是沒(méi)有校驗(yàn)位，不能實(shí)現(xiàn)雙向握手通訊，為了保證通訊的可靠性，系統(tǒng)采用不斷重發(fā)數(shù)據(jù)幀的方式，抑止通訊出錯(cuò)發(fā)生。
DMX512燈的聯(lián)結(jié)方式有并接和串接兩種形式。并接方式是指所有DMX設(shè)備全部掛接到DMX512總線上，優(yōu)點(diǎn)是一臺(tái)設(shè)備損壞是不影響其作設(shè)備工作，但每個(gè)設(shè)備地址不同，由于受到電信號(hào)驅(qū)動(dòng)扇出系統(tǒng)的影響，按EIA-485標(biāo)準(zhǔn)，每條總線可帶32個(gè)設(shè)備，即使使用如Maxim公司的1/8單元控制技術(shù)，每條總線理論帶載上界為256臺(tái)設(shè)備。
并接方式拓普結(jié)構(gòu)
串接方式是指DMX512設(shè)備上都有一通訊入線和通訊出線，上一設(shè)備的通訊出線接下一設(shè)備的通訊入線，設(shè)備手拉手方式聯(lián)結(jié)。上一設(shè)備負(fù)責(zé)向下一設(shè)備傳數(shù)據(jù)，并對(duì)通訊信號(hào)進(jìn)行整形放大，每臺(tái)設(shè)備僅驅(qū)動(dòng)自己的下位設(shè)備，沒(méi)有帶載能力限制，通訊理論上可無(wú)限擴(kuò)展，并且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備地址的自動(dòng)分配，不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配編號(hào)，缺點(diǎn)是同一線路上，一臺(tái)設(shè)備損壞后，其后所有下位設(shè)備無(wú)法工作。
串接設(shè)備拓普結(jié)構(gòu)
軟 件 設(shè) 計(jì)
數(shù)碼LED水下燈可以實(shí)現(xiàn)單燈控制，對(duì)噴泉系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所用燈的數(shù)量比噴頭還多，這無(wú)形中成倍地增加一控制點(diǎn)的數(shù)量，這么多的控制點(diǎn)，如若進(jìn)行一一編程控制，是件十分麻煩的事情，也沒(méi)有必要。就象其他管理機(jī)構(gòu)一樣，需要分級(jí)管理，并分別類進(jìn)行設(shè)置，既能滿足單獨(dú)控制需要，又能完成整體配合要求。需要進(jìn)行以下步驟處理。
1)對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類管理。一般數(shù)碼LED水下燈為3通道LED變色燈，每個(gè)通道值從0~255，1通道表示紅色,2通道表示綠色,3通道表示草藍(lán)色，每盞燈占用DMX512三個(gè)字節(jié)，表示顏色值。對(duì)需要的功能進(jìn)行枚舉分類：顏色合成如黃、綠、紅、白、藍(lán)、紫、青等，動(dòng)作枚舉如固定顏色固定亮度、快速漸變色澤、慢速漸變色澤、光強(qiáng)音樂(lè)隨動(dòng)等函數(shù)進(jìn)行處理。對(duì)于其他DMX512設(shè)備，例如18通道電腦燈,也可通過(guò)通道枚舉方式和函數(shù)方式結(jié)合的辦法進(jìn)行處理。
2)指定單一DMX512設(shè)備的設(shè)備類型。將每一個(gè)DMX512設(shè)備與設(shè)備分類一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。
3)對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類管理，如哪種水型，包括多少盞燈，在DMX512通訊線上什么位置。
4)對(duì)分類后的設(shè)備指定表演方式。表演方式是前面設(shè)備分類的組合，通過(guò)不同的組合方式進(jìn)行管理分配，完成一定動(dòng)作的表演方案。
5)對(duì)各種表演方式按時(shí)間區(qū)間進(jìn)行表演，串接成完整的表演方式。
經(jīng)過(guò)以下五個(gè)步驟的工作，使得組態(tài)軟件對(duì)單燈控制，配曲時(shí)使用非常容易，只有有限個(gè)選擇即可。就象一個(gè)軍隊(duì)一樣，司令官通過(guò)軍長(zhǎng)、師長(zhǎng)、團(tuán)長(zhǎng)、連長(zhǎng)、排長(zhǎng)、班長(zhǎng)的分級(jí)管理，對(duì)單個(gè)數(shù)碼LED水下燈進(jìn)行功能性分類處理，不能由上層軟件直接命令單燈，這樣應(yīng)象司令官直接管理士兵一樣，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方案。
未 來(lái) 展 望
數(shù)碼LED水下燈在噴泉的應(yīng)用中才剛剛開始，他能夠達(dá)到舞臺(tái)燈光的表達(dá)效果。豐富的燈光效果，增進(jìn)了水型表演的感染力，使用噴泉水型表演更具震撼力，噴泉人造景觀的動(dòng)感效果更為明顯，特別是在音樂(lè)噴泉的應(yīng)用中，將音樂(lè)、水型與燈光融為一體，更好體現(xiàn)了音律節(jié)奏的美感，使人充分享受聲、光、電帶來(lái)的感管刺激、快感，更好滿足人們對(duì)文化生活不斷提高的要求，使噴泉藝術(shù)進(jìn)入嶄新的時(shí)代。
結(jié) 論
數(shù)碼LED水下燈進(jìn)行單燈控制方案可行，實(shí)現(xiàn)可靠，技術(shù)先進(jìn)，在噴泉應(yīng)用中前途一片光明。