第2章 舞台灯光工程设计
无论话剧、音乐剧、歌舞剧营造或静谧或热烈的舞台气氛，还是歌舞综艺表演绚丽多彩，变幻莫测的灯光效果，都源于各式各样的舞台专业灯具的配套运用和编程控制，而这些都基于现在探讨的舞台灯光工程设计。
舞台灯光是舞台美术造型手段之一，它运用舞台灯光设备和控制技术手段，以光的明暗、色彩、投射方向和光束运动等控制手段及其动态组合来引导观众视线，增强舞台表演的艺术效果，渲染表演气氛，突出中心人物，创造舞台空间感、时间感，塑造舞台表演的艺术形象，并提供必要的灯光效果，创造舞台气氛，调节和传递演员与观众间的情绪感染和交流。图2-1所示为某一剧目的舞台灯光设计。
图2-1 舞台灯光系统用来增强舞台表演的艺术效果
2.1 舞台灯光系统设计原则和工艺设计要求
舞台灯光系统设计应遵循舞台表演艺术的规律并满足特殊使用要求，其目的在于将各种表演艺术再现过程所需的灯光工艺设备，按系统工程要求进行设计配置，使舞台灯光系统能准确、圆满地为舞台艺术表演服务。
舞台照明设计应具备多种造型手段，适应不同风格的演出。根据剧本、导演的要求及舞台美术的总体设想进行艺术构思，绘制布光设计图。
1.舞台照明设计原则
（1）必须满足创造舞台布光的自由空间，适应各种演出的布光要求。
（2）为能保证长期运行，需要留有足够数量的灯具储备、网络容量和适当的扩展空间。
（3）系统必须具有很高的抗干扰能力、安全性和可靠性，并把它们作为舞台灯光工程的重要技术指标。
（4）在满足演出需要的前提下，尽量使用高效节能的冷光源新型灯具。
（5）以太网和DMX512数字信号网络技术被引入系统设计的各个环节。
2.舞台照明工程工艺设计要求
（1）系统工艺设计和设备配置具有综合剧场的使用功能，在2h内可轮换不同剧种的灯光操作方案。
（2）系统允许使用全部配置的各种类型灯具和其他补充设备。
（3）整个系统在不中断主电力供应的前提下，灯光主控台可进行持续诊断检查。
（4）全部灯光设备应符合舞台背景噪声的技术要求，即空场状态下，所有灯光设备开启时的噪声应不高于NR25，测试点离灯光设备的距离为1m，效果器材的噪声不大于30dB。
（5）系统应预留足够的扩展能力，如电力容量、调光柜容量、网络容量等。
3.舞台表演区的照度要求
（1）多功能厅演出舞台的照度指标。
1）主要表演区的垂直照度不低于1200lx（离台面1m高测试）。
2）显色指数Ra>90。
3）色温。常规灯具3200K±150K，特效灯具4700～5600K。
4）综艺演出应能体现绚丽多彩、动静相宜的舞台照明，朴实的舞台场景。
（2）会议照明舞台的照度指标。
1）舞台的垂直照度不低于550lx（离台面1m高测试）。
2）显色指数Ra>90。
3）色温。常规灯具3200K±150K。
4）会议照明应能充分体现庄重、大方的会议场景，满足电视摄像的光照要求。
4.剧场各区域的照度要求
按JGJ 57—2000《剧场建筑设计规范》，剧场各区域的照度标准如表2-1所示。
表2-1 剧场各区域的照度标准
2.2 舞台灯光系统的基本配置
舞台灯光系统由灯光控制系统（包括数字调光台、电脑灯调光台、换色器控制台和文件服务器、数字调光器（硅箱/调光柜）等）、网络传输系统（包括传输线路、网络编/解码器、线路放大器和网络交换机（或Hub）等）和各种舞台灯具三部分组成，如图2-2所示。
图2-2 舞台灯光系统的基本配置
为简化灯光师操作，对舞台灯光系统提出了“统一管理，集中控制”的管理理念，就是需要把系统中功能各异的数字灯光设备（如控制台、调光硅箱、数字换色器、电脑灯、各种常规灯具等）通过网络传输系统全部连接在一起，实施集中控制，由灯光师来集中操作控制。
为了更好的配合演出排练，便于贯彻灯光“统一管理，集中控制”的管理理念，通常把剧院的工作灯系统和观众厅灯光系统交由灯光师统筹控制。
2.3 舞台灯光控制系统
舞台灯光控制系统由调光控制台、传输网络和调光器组成，其作用是按灯光设计师的场景设计方案对各灯具实施明、暗、强、弱、色彩、图案变化及指挥相关灯具作上、下、左、右旋转的动作。指令通过传输网络正确无误地发送出去，再由调光器来执行各种控制命令，控制对象是舞台灯具设备（如电脑灯、激光灯、频闪灯、常规灯、数字烟机、泡泡机、雪花机等）。
2.3.1 数字调光台
现代演出的舞台灯光系统既要实时发送大量调光控制命令，又要传送电脑灯、换色器和效果灯光器材的许多动态指挥命令，这些灯具的控制问题几乎已成为舞台灯光行业的新问题。为解决各种单灯调节需要的数以千计的灯光控制通道问题，需要采用数字传输网络和集中控制平台——数字调光控制台。
1.模拟调光台和数字调光台
调光控制台有模拟调光台和数字调光台两类。下面介绍它们的主要特点。
（1）模拟调光台。使用模拟调光技术，每个通道输出的控制信号为0～10V。模拟调光台设计简单，价格便宜，易学易用，但是控制通道（光路）较少，控制功能简单，调光曲线不够精细，为20世纪70年代末到90年代中期的主流产品。
现代演出的舞台照明系统的快速发展，通常需有成百上千甚至更多的调光或控制通道（光路），模拟调光系统已经无法满足控制数量、编程和通信传输，在20世纪90年代中期逐步被数字调光台替代。
（2）数字调光台。数字调光台采用数字多路通信原理，把调光控制信号按DMX512协议实行数字编码后，便可在一对通信线路上同时传送512路调光数据信号，解决了现代专业演出灯光系统的调光控制问题。
数字调光台具有模拟调光台无法比拟的许多优秀性能，例如调光功能、编组功能、集控功能、自动备份功能、数据存储功能、精细的调光曲线、多路传输功能等。数字调光台已成为舞台灯光系统实现集中控制、统一管理的关键设备。
数字调光台常见的有12路、36路、48路、96路、108路、216路、512路、1024路、2048路和4096路等各种规格，适用于各类规模剧场的不同用途。
2.数字调光台分类
根据调光台的容量可分为小型、中型和大型三类。
（1）小型数字调光台。一般把控制通道108及以下光路的调光台称为小型调光台。通过调光台与调光器（俗称调光硅箱或调光柜）配接，按照用途要求，配接到不同光路的灯具。
小型调光台受光路数量少的限制，在灯具数量较多时，不能实现对所有灯具进行独立的精细调光，不同光路的灯具只能接受调光台同一光路的控制。
小型调光台的手控推杆（分区调光推杆）较多，一般有48个，甚至达96个；场景集控推杆较少，一般为24个。集控推杆的扩充通过集控分页来实现。由于手动推杆对灯具的直接控制很直观，所以常把小型数字调光台当做数字化的模拟调光台，更适合于一些非专业灯光人员操作使用。
小型调光台体积较小，重量较轻，可多台（一般不大于2台）连接组成一个较大的灯光控制系统，最适合于以基础照明为主、场景变化不多的灯光控制场所，如新闻演播室、专题节目演播室、大型会议厅和礼堂、宴会厅、大型会展中心、娱乐会所等。除了固定安装使用外，还适合流动演出使用。
图2-3所示是一款36路小型数字调光台控制面板。采用DMX 512数字编码标准，可控制DMX 512数字格式的调光设备。主要技术功能：
1）具有36个调光控制光路，通过软配接最多可控制54个可控硅调光回路。
2）记忆99个场景，9组灯光效果，最多可同时运行3组灯光效果。
3）0.1～9.9s可调的走灯效果。
4）36个灯光分推杆。
5）可用20个集控杆控制预置灯光场景。
6）A/B场预置，关机数据保持。
7）使用DMX 512地址对连接的灯具实行单独控制，预设地址是1～36。
小型调光台产品系列较多，如英国Strand（斯全德）公司的Strand 48/96；美国ETC公司的Express 24/48；比利时ADB公司的ACNtor等。表2-2是它们的主要性能对比。
图2-3 36路小型数字调光台控制面板
表2-2 小型调光台主要特性比较
（2）中型数字调光台
控制通道在216～512光路的调光台称为中型调光台（图2-4）。调光台的调光回路总数通常应超过调光器（硅箱或调光柜）的控制回路数，以便实现调光台与调光器（硅箱或调光柜）一对一的配接方式，使在灯光控制的编程、控制及每一回路的精细调节上具有最大的灵活性。这是每个调光师最理想的配置方案。
图2-4 Strand 300中型调光台
中型调光台己取消了手动推杆，所有灯光控制信息都要预先通过现场调节、编程，存储到调光台。现场演出时是以组控、集控、效果控制、场景控制为基本元素，重演编程设计。通过集控、场控，重演推杆编程程序，按灯光设计师的构思对现场灯光实现连续控制。
中型调光台应用非常广泛，主要用于中、小型演播厅、歌舞剧院、多功能厅、流动演出、大型夜总会、大型迪厅及大型建筑物的户外照明等。
产品系列较多，如英国Strand（斯全德）公司的Strand 400/600；美国ETC公司的In-sight；以色列的Compulite Spark等。表2-3是它们的主要性能对比。
表2-3 中型调光台主要特性比较
（3）大型数字调光台
大型调光台为1024控制通道以上，调光台的可控容量已不再是调光师担心的问题。大型调光台采用最先进的电子技术和计算机科技，融入了许多舞台灯光设计的丰富经验和先进的设计理念，代表了当今调光技术的最高水平。
一台大型调光台控制着成百上千只灯具，要配合演出做出场景的连续变化，复杂编程的任务，都需通过大型调光台来实现。这要求大型调光台有非常灵活、简单的编程方法和简单的程序修改方法，因为每一次变动都可能涉及相应灯光参数的变化，需要尽量减少灯光师的编程工作量。大型调光台的现场调光，通过集控推杆、场景重演推杆进行。
大型调光台有光路属性设定、16bit量化分辨率的DMX512输出，有专用的编码器进行调节控制，并对不同智能灯具的控制建立资料库，可以方便地对智能灯具进行配接。
图2-5 ADB Pheonix 10大型调光台
大型调光台主要用于大型演播厅、大型歌剧院和大型综合文艺晚会。主要常用品牌有英国Strand 500i系列；美国ETC Obsession；比利时ADB Pheonix 10（图2-5）等。表2-4是它们的主要性能对比。
表2-4 大型调光台主要特性比较
2.3.2 电脑灯控制台
电脑灯控制系统由电脑灯和电脑灯控制台组成，它们之间通过一根多芯控制电缆（采用XLR三芯插座）串联连接，如图2-6所示。由电脑灯控制台统一操作，工作人员只需在控制台上预置编程，即可控制所有电脑灯按程序自动运行。
由于一条DMX信号线路最多只能控制512个通道，因此，在设计电脑灯控制系统时，必须要考虑到一条DMX控制线连接的所有电脑灯的通道数之和最多不能大于512个通道，否则就必须通过增加DMX信号线路数量来解决。
按理说，常规灯具调光和电脑灯控制都可以在同一台调光控制台上通过DMX512编码技术来完成。从数字调光台的功能来说，应能控制整个舞台或演播厅的演出灯光，创造出整体的气氛和效果。
图2-6 电脑灯控制台与灯具连接图
但是，在大型演出中，调光控制台的软件编制更多考虑的是单路灯光布光的方便性，演出中按现场进程调出一个个灯光场景，并以手动操纵为主，间隔时间较长，重复较少。而电脑灯控制中大量使用自动、快速、循环的效果，布光方式和演出要求都与常规灯具的调光控制方式大为不同。为了方便编排和控制，两者在调光控制台台面上的按键功能、布置和显示要求都不一样。因此，除了中小型、流动型的调光控制台外，大型演出的电脑灯控制台与调光控制台以分开操作控制为主。
图2-7 SGM Pilot 1600专用型电脑灯控制台
图2-7所示的意大利SGM Pilot 1600电脑灯控制台是一种专用型电脑灯控制台。这种控制台最大可控制16台/16通道的电脑灯（每个按键对应一台电脑灯），可以存储64个不同型号的灯库，内置了数种SGM灯具的灯库，操控简单方便。
图2-8所示为使用较为广泛、典型的Pearl 2008珍珠调光控制台，可用于舞台常规灯、电脑灯和换色器等设备的综合控制。它具有2048个常规灯控制通道，4路（4×512=2048）光隔离的独立驱动的DMX512输出接口，可连接4条独立的DMX512信号线。每条DMX信号线最多可控制32台16通道的电脑灯。图2-9所示为Pearl2008珍珠电脑灯调光台背面图，主要技术特性如下：
1）4路DMX512信号独立输出。
2）可配置2048个调光通道。
3）可控制具有40个通道的电脑灯。
4）最多可存储450个不同程序和场景，200个编组、50张快照，场景和程序都存储在滚轴下面的15个记忆推杆上，不受控制台存储容量限制。
5）内置200个预置素材、200个预置图形，可任意修改、编辑。
6）具备单、双预置模式、超级模式、剧场模式、剧本模式、追踪模式。
7）编程、编辑、修改易如反掌。
图2-8 Pearl 2008珍珠电脑灯调光台
8）可选内部时钟控制、外部MIDI时间码控制或音频信号控制。
9）独特的滚筒选择程序功能和转轮调节功能。
10）得心应手、随心所欲的简易操作、友好的界面和强大的功能。
11）可用U盘备份操作系统、灯具配置、演出程序以及重要场景、剧本文件等数据，确保数据万无一失。
12）USB接口。用于控制台数据备份、灯库文件更新和程序升级。
13）MIDI接口。输入接口接收来自外部的MIDI音符信号触发，控制“多步程序”运行。输出接口用于与其他MIDI设备连接。
图2-9 Pearl 2008珍珠电脑灯调光台背面图
14）音频信号输入接口。接收来自调音台或其他音频设备的线路电平信号，作为走灯程序的音乐触发同步信号。
15）1个VGA接口。可以外接液晶显示器。
16）4个DMX 512输出信号插座。均为XLR五芯插座，如图2-10所示。使用2条DMX线时，可用普通三芯信号线。如果使用4条DMX线时，则需用五芯信号线。即DMX1和DMX2使用1接地、2信号负、3信号正，DMX3和DMX4使用1接地、4信号负、5信号正。
图2-10 DMX512信号接口
2.3.3 换色器控制台
换色器是装在舞台常规灯具上、用来变换灯光颜色的附加装置。灯具换色器的设计和应用，大大减少了舞台灯具的数量，减轻了灯光师的劳动强度，节约了投资，是舞台配置必不可少的器材。数字换色器不仅换色速度可调、色纸定位精度高，而且同步效果好，现今，已全部替代了老一代机械换色器，己作为主流器材进入演艺市场。
数字换色器采用光电传感器与换色器传动齿轮计数装置输出的脉冲信号进行编码取样。将色纸运动的取样信号与预置设定的定位数据信号进行比较，当两者信号完全吻合时，即发出停止信号，停止伺服电动机转动，完成色纸定位。这种闭环锁定定位控制系统的定位精度极高。数字换色器采用DMX512控制协议传送换色器地址码和换色控制命令。可用一根信号电缆在较长的距离内同时控制成百上千个换色器，非常适合大型晚会及用量较大的舞台演出。
每台换色器具有起始地址码设置开关，比较高级的换色器还设有功能开关，可进行自检和复位，根据使用需要还可选择速度快慢，一般常用速度在1.5～3s内可调，最慢速度可延长至20s。在脱离换色器控制台后还具备自动变换颜色的功能。图2-11所示为数字换色器控制台、分配器与换色器连接图。
NDS512-16数字换色器控制台的主要技术特性：
（1）具有五种输出模式，可任意编组、编场、编色，按键次数少，编程效率高。
（2）分组延时输出，可在任何输出状态下单独调号，精确控制到每一个灯，给灯光设计人员提供了很大的创作空间。
图2-11 换色器控制台、分配器与换色器连接图
（3）大容量内存，具有USB的外存接口，可直接操作外存，同类型控制台只需插入U盘即可操作，不破坏原有的存储内容。
（4）可控制换色器复位、开关风扇和工作指示灯以适应环境要求。
（5）信号通过高速光电隔离输出，稳定准确，抗干扰能力极强。
（6）额定编组16组，最大编组256组（16组/页×16页）。
（7）编址范围。256个独立通道。
（8）可控换色数量8～11色。
（9）调速范围。高、中、低三档调速或连续无级调速。
（10）记忆场数。128场景（内存）。
（11）外存场数。U盘，每盘存128场。
（12）输出模式。直接+预备+记忆+循环+延时。
