细说舞台灯光技术的基础知识及行业发展

    自从舞台产生，舞台照明随之成为舞台组成的部分。舞台照明，贵在突出视觉、写实、审美和表现四大要素。经历了多年演变。逐渐发展成今天比较完善和先进的照 明系统。戏剧的第一个繁荣期，出现在两千多年前的古希腊。当时的剧场都是露天或半露天的。舞台的照明都靠天上那巨大无比的“灯”——太阳，所以只能在白天 演出。而夜晚休息娱乐的需要、露天演出易受天气影响等客观弊端及戏剧的发展使舞台灯光成了人们必须解决的问题。

    演出照明设计是否成功，是以舞台灯光的处理是否得当为标志。舞台灯光不仅要照亮演员，让观众看清面部表情、神态和动作，更重要的是充分运用照明技术，调动灯光操作等手段来强化艺术效果，使观众有身临其境之感。

    舞台灯光主要是由电脑灯及其他灯具组合产生的效果，是通过不同的造型景片、不同的色彩变化，不同的视角、水平、垂直出光角度的变化及速度快慢、频闪快慢、光圈大小变化、焦距变化等综合表现。那么，在了解舞台灯光技术之前就必须要掌握这些基础知识：

    一、可见光 

    光是以电以电磁波形式传播的辐射能。电磁波辐射的波长范围很广，只有波长在380～760nm的这部分辐射才能引起光视觉，称为可见光。波长短于 380nm的光是紫外线、x射线、γ射线；长于760nm的光线是红外线、无线电波等，它们对人眼产生不了光视觉，即看不见。因此，光是一种客观存在的能 量，并且与人的主观感觉有着密切的联系。 

    二、颜色的分类 

    颜色可以分为非彩色和彩色两大类。非彩色指由白色、浅灰、灰色到深灰、直到黑色，叫做白黑系列。纯白是理想的完全光反射的物体，其反射率为1；纯黑是理想 的无反射的物体，其反射率为0。所以，非彩色的白黑系列代表了物体对光反射率的变化。我们知道，光反射率与亮度成正比，室内白色的墙壁和顶棚就可以得到较 高的亮度。彩色是指白黑系列以外的各种颜色。彩色有三个特性：色调、明度和饱和度，称为色彩三要素。 

    色调是表示呈现出的颜色。也就是各种不同颜色的名称，如红、绿、蓝等。它与光的波长有关。明度（亮度）是表示颜色的明亮程度。不同色调的明度有所不同，即 使同一色调因受物体表面的性质和光线强弱不同也会产生明暗、深浅的差别。如同样是黄色，可以有浅黄、中黄、深黄等。 

    饱和度（彩度）表示颜色的深浅（浓淡），也可以说是彩色的纯度、鲜艳的程度。饱和度越高，彩色显得越深（浓），可见光中各种单色光是最饱和的彩色。当光谱 色中掺入的白光越多，就越不饱和。例如红色光要比粉红色光的饱和度高，因为粉红色光中掺入了白光。一般说来，同一色调中，明度改变时，饱和度也随之改变， 但明度的增大或减少其饱和度都降低，只有明度适中时饱和度（纯度）才最大。不过给人的感觉中，总是觉得总是明度大的颜色看起来鲜艳些。 

三、三原色和配色方法 

    红色、绿色、蓝色被称为三原色。这三种颜色按不同比例混合，能产生各种颜色。彩色混合有两种基本方法：加色法混合和减色法混合。 

    所谓加色法混合就是当不同色彩的光线混合时，它们把各自在光谱中所占部分加在一起，从而产生一种新的混合颜色的方法。表明光加色混合的成色关系。红、绿、蓝三种原色光等量混合时可得：

    红光+绿光=黄光绿光+蓝光=青光 

    绿光+红光=品红光红光+绿光+蓝光=白光

    如果不等量三原色光混合时，就可以得到各种中间色，例如： 

    红光多+绿光少=橙光 

    红光多+蓝光少=粉红光

    减色法混合就是不同颜色混合时，它们各自从入射光中有选择的吸收它们在光谱中所占的相应部分，而产生一种合成的彩色效果的方法。任何两种色光相加后如能产 生白光，这两种色光就互称补色光（互补色）。如黄与蓝互为补色，青与红互为补色，品红与绿互为补色。所以，黄、青、品红分别称为减蓝、减红、减绿，也就是 说三种补色均是由白光减去一种相应的原色而成的。因此黄、青、品红可称为减色法三原色。

    当黄、品红、青三个减色法原色重叠在一起就会产生黑色。在减色法过程中，三个减法原色的密度变化分别控制着红、绿、蓝的吸收比例，从而得出各种混合色，可达到与加色法混合的同样效果。

    四、色彩与视觉 

    色彩会给人冷暖感、距离感、大小感和轻重感，并往往使人加以联想，从而形成不同的心理效果，这些都是人们长期形成的视觉习惯。 

    色彩通常可以分为冷色、暖色和中性色（中间色）三类。色彩的冷与暖是根据各种色彩对人所引起的视觉反应和心理上的联想划分的。红色使人想到火的热度，从而 产生温暖感，称为暖色。蓝色使人想到冷水，给人以寒冷感，故叫做冷色。紫色、绿色是不冷不暖色中性色。不同色彩能影响物体外表的大小。如果把一些不同颜色 同样大小的物体放在一起，在视觉感觉上就会产生浅白色的物体大。深黑色的物体小。一般来说，白色的物体看起来最大，黑色的物体看起来最小，黄色色物体较 大，其次是绿色、红色、蓝色。 

    人们对色彩的视觉习惯还会产生远近感。不同颜色的物体在同样距离上给人视觉感受不同。暖色给人以向前移动的感觉，冷色就显得往后远离的感觉。而且色彩给人 的距离感还受背景色调的影响。比如，白色为背景时，蓝色看上去显得较近；以黑色为背景时，红色看上去最近，其次是橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色。利用这种 特点可以帮助我们创造一种彩色立体感、距离感的幻觉效果。 

    色彩的轻重感也是人们长期形成的视觉习惯。一般认为，白色最轻，黑色最重。在三原色光中，绿色最轻，蓝色最重，红色居中。有两种原色光等量混合形成的彩 色，含轻色的显得轻，含重色的显得重。色彩的重量感不仅通过亮度和纯度表现出来，还受到色彩在画面中占据面积大小的影响。面积大的显得重些并比面积小的色 彩更能吸引人们的注意。

    舞台灯光的安装部位、功能及灯具配置舞台灯光按其使用功能主要分为两种：可调光的调光回路；不可调光的直放回路。舞台照明方式一般分为三种：

    a、一般照明。指顶光和伸出式舞台作为部分顶光的吊点灯环，以及葡萄架上、天桥上的照明。

    b、重点照明。指面光、耳光、柱光、侧光、脚光、流动光和伸出式舞台的低角度面光、内(外)侧光、转台流动光以及乐池内设置的供接乐谱灯的低压插座。

    c、装饰照明。指天排光、地排光和舞台上使用的激光效果器、追光、流动音乐喷泉以及各式电脑灯。

    舞台灯光如此重要，对于上面的叙述显得还是比较简单了些，下面从技术的角度进行剖析：

    舞台灯光控制系统结构可以大致分为三个模块；人机界面模块，主控机模块和底层控制模块。三大模块相互间利用RS485总线通讯，以固定的波特率传输数据。

    人机界面模块的功能主要是接收控制人员的控制指令，一般可以用简单的工控面板实现。该模块接收到指令以后不作指令的翻译，直接通过RS485总线传输按键信息到主控机模块。

    主控机是整个布光控制系统的核心部分，负责上层控制界面和底层硬件控制模块的联系。主控机在收到控制模块发来的按键信息后经过翻译，形成二进制的控制的指 令；然后主控机依据收的指令和相关的控制模块地址组成一帧完整的数据，并通过RS485总线传输到下行总线上，各底层控制模块再按地址匹配获取属于自己的 数据。

    底层控制模块是直接控制舞台灯光动作的硬件设备。由于舞台灯光的数目一般比较多，因此控制模块的数量一般也在10～20之间，所有的控制模块都挂靠在同一 总线上，相互之间独立编程。当主控机向总线上发送数据时，所有控制模块都接收到数据信息，并根据帧结构所包含的地址信息解析出属于自己的指令并执行之。

     舞台灯光控制系统控制模块其主要的功能有2方面：一是和主控机的通讯，接收来自上层的指令。二是根据指令控制硬件电路实现对灯光动作的控制。下面分别就这两个模块进行介绍。

    下面介绍一下接收通讯模块：

    ①通讯方式选择

    由于控制信号相对简单，这里采用的是串行通讯方式。这种方式运用起来比较方便，对外围器件要求不高，半／全双功方式可自由选择。在异步方法中最重要的是波特率的设置。太高，会增加单片机的负担，甚至不可实现；太低，会影响整个操作的响应速度。

    ②传输标准选择

    目前各种传输标准很多，但各有优缺点。由于布光系统作于演播厅，各种音响，电器的干扰会很多，因此，所选的传输方式应是抗干扰比较强的。由此考虑，在通讯 距离为几十米到上千米时，选用RS485总线传输是比较理想的。485总线利用两条传输线，采取平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接 收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，因此可以大大增强传输时的抗干扰能力，传输信号在千米以外可得到恢复。

    RS485总线使用方便，用一对双绞线即可实现多站联网构成分布式系统。它设备简单，价格低廉，能进行长距离通信，故在工程项目中获得了广泛的应用。

    ③收发器选择及使用

    在485总线上传输的是485电平，而单片机和主控微机只能识别TTL电平。这样，在两者间就必须有专用芯片设计转换电路，这就是收发器。收发器的种类很 多，可根据需要转换不同的电平，这里只需要485一一TTL电平间的转换。比较-g。用的是Max48x系列，和带隔离的Max148x系列。在应用中， 为减少通讯电路与其他电路间的干扰，必须要有隔离级。虽然可以直接使用较高档的带隔离级的485收发器，但从价格考虑，还是自行设计隔离电路更好。这里运 用光电耦合器件，单独电源供给等手段实现隔离。在使用Max483是要注意使能端的控制。收发器处于接收状态只有在／RE=0，并且可移植性，避免了不必 要的重复工作。图2中的模块功能管理层和硬件驱动和基本功能函数接口层同属于Opentv中间件。模块功能管理层是为方便编写用户应用程序，按照一定的中 间件函数接口标准编写的有关于音频、视频和频道操作管理和控制的函数。驱动与基本函数接口层是OpenTV中间件的底层部分。这一层次的软件编写要根据具 体的硬件驱动来进行相应的改动，目的是提供给模块功能管理层统一的驱动接口函数。

    ③操作系统和硬件驱动层

    本系统所采用的操作系统是pSOS；硬件驱动层主要针对各硬件模块，提供相应的驱动程序。主要的驱动包括：Kernel模块，主要负责提供对进程的操作， 诸如进程的创建和删除等；接口模块，包括IC接口操作控制，RS一232串口通信，智能卡的控制等；音频模块；视频模块；OSD模块；解复用模块；解码模 块；Flash驱动模块；TUNER驱动模块。

    最后一步是机顶盒系统的调试：本系统的软件是在pSOS编译器的基础上编译完成的。整个测试框图如图3所示。系统利用了一个TS码流发生器作为机顶盒的调 试TS源。TS流通过QAM调制器调制到信道中，QAM信号送到机顶盒的前端进行QAM解调，再送入系统板中进行信源解码。TS流也可以直接通过系统板中 的接口送入以对信源解码进行单独调试。系统个人电脑的测试是在PC+WINDOWS2000平台上进行的。而系统运行软件则在pSOS实时操作系统环境下 执行。编译好的可执行文件通过仿真RoM从串口下装到硬件平台上的RAM中，然后系统将从RAM中的某一固定地址读出并执行程序。由于本硬件平台没有提供 网口，所以pSOS自带的在线调试功能并不能实现，调试信息只能通过执行程序过程中的输出信息得到。

    因此，将硬件上的串口与个人计算机串口相连，程序运行过程中的调试信息可以显示在个人电脑的屏幕上，从而，编程人员可以得到所需要的调试信息。

    结束语：

    如今灯光系统控制已经由原来的人工操作进化为计算机管控。对舞美工作者计算机水平的提高也提出了现实的要求。相信随着灯光照明系统的不断更新完善和舞美工作者素质的日益提高将使我们的舞台更具时代气息。更具诱惑力，更加精彩。