国家大剧院音乐厅舞台灯光工程

（二）国家大剧院音乐厅舞台灯光工程

音乐厅以演出大型交响乐、民族乐为主，观众席围绕在舞台四周，是一种中心舞台形式，没有幕布，因此舞台灯光采用透明敞开式的布局。设有池座一层和楼座二层，共有观众席2019席(含站席)。演奏台设在观众厅一侧，宽24m，深15m，能容120人的乐队演奏。

国家大剧院音乐厅是目前国内最高、国际一流水准的专业演奏厅，因此对整个系统的可靠性、扩展性、美观性、抗干扰性等都有极其严格要求。

音乐厅设有演奏台照明和舞台灯光照明两种类型的灯光照明系统。适应传统古典音乐和满足适于此类舞台形式的文艺演出需要，并为电视现场直播和现场录制提供照明条件。

1、灯光控制网络系统

音乐厅灯光控制网络整合了3com网络系统和 ETC Ne2灯光控制网络系统的优点，采用以太网结构组成的双环网络，末端采用星形分布传输体系。支持国际娱乐界新一代基于网络数据传输标准ACN( Advanced Control Network)格式。具备以太网控制、DMx控制、无线遥控、有线遥控，并能接入场灯控制系统和环境照明控制系统。网络有管理、监控、记录软件( ETC Net2 configuration editor)等专用配置，可对网络中各个信息节点统一配置、修改、记录、监控。

灯光控制室网络柜到调光器室的网络调光柜采用光纤传输；网络调光柜至终端节点采用超5类双绞线。通过DMX终端设备实现以太网控制信号与DMX信号的相互转换。网络节点主要分布在音乐厅的栅顶32个以太网控制点、舞台侧面2个控制点(作为流动调光回路和直通回路接口)、观众席2个控制点(演出现场调光用)、调光控制室18个控制点等。所有控制台都可同时接入网络，可按需求设定各控制台的优先级别，也可同时控制被控设备。光纤主杆网络的传输速率>1000Mbit/s。信息点布局合理，系统安全可靠。

2、调光控制台

调光控制台包括数字调光控制台、电脑灯控制台、换色器控制台等。

(1)常规灯调光控制台。主、备常规灯调光控制台采用ETC公司新开发的 Emphasis控制系统，内置 WYSIWYG控制软件，集灯光设计、演出控制和系统管理于一体。配合DELL服务器，扩充控制和内存容量。支持ACN格式的网络数据传输标准。

(2)电脑灯控制台。电脑灯控制台选用ETC的Cong和 Congo jr控制系统，具备电脑灯和常规灯控制能力(兼容DMX512、RDM、Art-net、ACN协议)。

具有各种电脑灯表演程序的综合导入能力(ETC、 Strand、ASCⅡ码的表演文档)，这种综合导入能力可以大大缩短演出团体的编程时间，给音乐厅不同演出团体之间的频繁演出带来极大方便，

3、调光柜

音乐厅共设有203路调光回路，其中3kW调光回路88路,5kW调光回路22路,10kW调光回路4路，直通(直放)回路89路。在栅顶和舞台下场门右侧布置了2路125A供电电源柜，供电容量为600kW。

采用 ETC Sensor+系列调光柜，如图414所示。该调光柜采用双处理器模组互为跟踪备份，当主处理器出现问题时，会自动切换到备份处理器工作，保证调光柜系统正常工作。

调光柜可接入DMX(A)、DMX(B)和以太网三组控制信号输入，任何一组或二组信号丟失时，可确保收到来自控制台的控制数据。当三组输入信号全部丢失时，仍可保持出的场景或存储在调光柜内部的备用场景，并可设定淡出时间或永久保持。

为有效抑制晶闸管调光器对电网的干扰，调光器的输出端采用500μs上升的电感。每路调光器都还有一个过电流和剩余电流(漏电)保护装置。LED指示灯用来指示负载是否空载和输出控制状态。

调光柜的管理软件可以在任何一个网点用来设定调光柜的各种信息，也可监控调光器的各种反馈信息，如电流、电压、温度、信号状态、负载状态、负载功率等。

4、灯具配置

音乐厅的演出性质决定了其照明系统有别于歌剧和戏剧场的演出照明系统，更重要的是演奏台上方的照明，必须有足够的照度来保证演奏人员能清晰地阅读乐谱，而面光和侧光只是起到辅助的作用。因此，演奏台正上方的玻璃反射声板，也用来作为照明灯具的承载体。

对观众来说，音乐厅的听觉感受更为重要。大量舞台灯具设备最为集中接近表演区，灯具的噪声问题又是一项需要重点考虑的问题。为解决照明强度和灯具噪声问题，大量选用ETC Four PARMCM是一款专门为音乐厅设计的照明灯具，改良的抛物面铝制反光杯，ETC Four PARmCm低噪声灯具。

保证了灯具的高光效和足够的照度，特殊的反光杯镀膜，将光束内90%的红外线热量从灯具后面排出，使光束保持冷光要求，避免了对演奏人员的灼烤，更重要的是避免了弦乐器可能随温度升高而产生的音准变化，保证了演出质量。

ETC Four PARMCM灯具采用铝合金整体铸造结构，避免了通常用不同材质制成的灯具因热胀系数不同而产生的“嘣嘣”机械噪声。铝合金铸件具有良好的散热性能，无需风扇冷却装置，避免了风扇噪声。

演奏台上方玻璃反射声板上安装了52台ETC S4 PARMCM灯具,16台 Clay paky spot575灯，在14m高反射声板下面的照度可达到4000x。

在演奏台后区，为保证合唱团的照明，安装了3道照明灯架，共安装了52台ETC PARMCM灯具。音乐厅的面光位置安装了3道可拆卸的Tms灯架，共安装了40台ETCPARMCM灯具和8台运动灯具。

灯架和反射声板上有176个大小不等的接线盒，所有接线盒都置于观众视线不易看到位置。灯架和反射声板上装有164个灯具，有大量电缆从栅顶进入观众厅，如果按常规收线框方式放线，将会严重影响观众的视觉美感，于是在栅顶上使用了20多套自动收线器灯杆和灯架升降过程中，观众可以看不到多余的电缆。

（三）国家大剧院戏剧场舞台灯光工程

戏剧场舞台釆用可以伸缩变化的镜框式舞台，设有主舞台，左、右辅台和后舞台。主舞台上设置有“鼓筒式”转台，由13个升降块、2个升降台组成，既可整体升降又可分别单独升降，可以达到边升降边旋转的舞台效果。独特的伸出式台唇设计非常符合中国传统戏演的特点。

1、系统使用功能及管理要求

(1)系统工艺设计和设备配置应满足戏曲(包括京剧和各种地方戏曲)、话剧及民族等大型综艺演出使用功能，短时间内可变换多种不同剧种的灯光操作设计。

(2)允许使用全部配置的各种类型灯具和其他补充设备。

(3)具有足够的安全性和存储容量，整个系统在不中断主电力供应的前提下，可对主控台与灯光设备进行不间断的持续诊断检查。

(4)系统设备应完含符合剧场舞台背景噪声的技术要求。

(5)预留足够的系统扩展能力，如电力调光柜的容量、网络容量等。

2、舞台灯光控制系统设计指标

设计一个现代化剧场的舞台灯光系统，除应考虑剧院的建筑结构形式和功能要求外，分析研究该剧场的用途和如何编排未来上演的剧目，还要考虑各种最复杂的舞台照明形式和便于国内外表演团体方便使用。戏剧场舞台灯光控制系统设计指标需满足以下要求：

(1)主、备调光台应完全跟踪备份。

(2)网络速度1 gt bit/s

(3)输出功率。每路最大10kW，最小3kW，最大输出电压可调节。

(4)调光柜抗干扰指标。400μs(230V时)，当电流负荷加大至100A时，密度不会改变。

(5)触发精度。16bi4000级。

(6)双网络四备份数字灯光控制系统，工作电源于网络线材中游走。

3、系统总体技术方案

戏剧场舞台灯光系统采用数字化、智能化的网络数字调光系统，是新一代高速网络与智能数字调光设备的集成，具备以太网控制、DMX控制、无线遥控，并能接入场灯控制系统以及环境照明控制系统。

(1)灯光控制网络结构。控制网络传输系统采用目前国际上比较流行、成熟的环形网络结构形式，即主干网络采用千兆双环形网，可以同时从回路的双方互传信号，增加了网络对调光设备的双向管理，使调光设备与整个网络系统设备之间实现互相监督和资源共享。环网是一种既安全又快捷的传输网络，即使其中一路断路也不影响数据传输。

网络数字调光系统在数字触发方式上与全数字调光传输形式基本相同，因此，在保持全数字调光系优良特性的基础上，还增加了多站点及场备份的功能，提高了系统的可靠性，增强了监测功能、系统运行状况及重要参数报告功能，扩展了连接设备的数量。

环形网络连接形式可随时将多台灯光控制台连成一个局域网，各控制台均可独立操作也可以根据需要任意设定主从操作台、备份台及无线控制形式。系统内可以实施多人同时在不同控制点控制同一场演出，或控制不同场次的演出，极大地提高了灯光系统的使用效率

戏剧场灯光网络控制系统采用以光纤为主干道网络进行远距离网络传输，主干道网络负责各灯光网络工作站之间的数据传输及系统连接。整个控制系统采用以太网/DMX网络双网控制，严格遵循TCP/P及DMX512通信协议。

此网络连接的特点是传输速度快，可以双向高速传输信息；系统容量无限制，传输距离远；抗干扰性能好，线路双端隔离好；通用性好，标准化的软硬技术性能及设备接口，更易做到互联互通。

网络传输控制系统由网络服务器、网络交换机、集线器及各种终端设备构成。其中网络应用/管理服务器、网络交换机或集线器等都属于标准的以太网网络设备，与以太网控制系统相关的终端设备有计算机终端、网络编/解码器、网络调光台(含数字调光台、电脑灯控制台、环境照明控制器等)、网络调光柜、监控设备及负载(常规照明灯具、电脑灯、场灯/工作灯等)。

灯光控制系统为星形分布，信号集中于硅室，通过集线器分配以太网节点，数据传输介质采用五类以太网双绞线。DMX信号由网络中的众多SN10网络节点提供，SN110-N21DMX网络节点是斯全德( Strand)公司的网络节点配接器，有2个或4个DMX接口，可以设置为输出或输入使用，由32 bit ArM中央处理器和 Linux o/s操作系统组成，支持10/100BT以太网。网络节点的状态、地址、DMX口设定等都可在内置的LCD上显示。所有SN10的工作电源直接由网线从网络中提供(国际标准IEEE802.3a)。所有手提型的网络单元均可直接利用插件与墙面的网络接口连接并通电工作。通过 Strand sN10网络节点实现以太网控制信号与DMX信号的相互转换，并合理分布于剧场各DMX信号节点。

Strand show net configuration网络配置编辑软件，通过人性化的接口使系统实现任意放置资料，避免了从一个网点运行到另一个网点的繁琐更新。该软件能通过设定来分配指派所有的以太网

选址信息、P、网关、多点传送组和分支网络信息到每个网点。它将灯光控制系统完全融入了网络系统，并进行无缝整合，使得灯光网络控制更加简便易行。

为了保障系统运行的可靠性和稳定性，在每个灯光中心控制图4-15N110网络节点室均使用不间断电源(UPS)为负载提供稳频、稳压、不间断高质量纯正弦波交流电。该系统能有效地克服由外电网直接供电所引起的常见电源质量问题，如电压过高、过低、电网瞬间尖波、杂波干扰、电力供应中断或瞬间断电等，保证仪器设的正常运行，防止计算机及数据处理系统内的资料丢失。

(2)调光回路设计。戏剧场调光回设置具有大功率、多回路、多种规格、多形式的特点。配置3kW调光421路(含正弦波控制30路),5kW调光451路,10kW调光21路，共计893路调光回路(含正弦波30路),163路直通回路。这些回路节点均分布在各个连接处。

考虑到要满足各种世界级大型演出，在舞台的任意需要位置都有安装灯具的可能性，因此，在舞台的主要位置都预留了大量以太网络接入点、DMX接入点和各种规格形式的照明电源。

(3)设备选型及功能说明。

1)主要设备功能说明

①调光控制台。选择 Strand550i电脑调光台作为戏剧场主、副控调光台。主控台和副控台之间通过网络连接，可作冗余追踪，一旦主控台出现故障，副控台可在瞬间自动由该点切入，自动执行之前的场景Show，确保演出过程不间断。另配置两台 Strand520i电脑调光台作为舞台监督、编程和观众席调光用。

Strand550i和520i调光台，均采用目前国际最先进的奔腾处理器，最大6000光路,2000换色器或电脑灯控制回路，最大18000个控制回路、2000个场、1000个组、2000个宏、600×99步灯光效果、99个灯具数据库、300个 SMPTE事件、9个远距离视频，并可把控制回路的资料进行 Partitioned(分割)并加以记录，为灯光师提供了一个完善、方便创作的工作平台，可极大的满足灯光师的创作欲望。

5条可编程调光曲线，可设置整个系统中的任何晶闸管回路或回路群。曲线以超过100个置点作调光，可满足舞台高精确度灯光创作的需求和用户未来扩容及技术升级的需求。

②调光柜。该调光柜的最大特点是能自动对电网的谐波作出分析，自动调节最佳的触发角位置，保证输入电压在90~240V范围内，输出电压误差小于1V，解决了演出中电压不稳而产生的调光不均及灯光闪烁现象。另外，它的控制反应时间快(达16ms)；允许三相交叉配接和三相输入修正；具有DMX优先配置功能，可实现DMX完全配接；触发精度16bit4000标准耐冲值高达100000AIC；磁环抗干扰能力可达635μ/230V。它还具有双电子器跟踪备份功能，即备有两个可以独立工作的触发系统，两者之间相互学习、相互备份，保持调光柜不间断工作，确保演出正常进行

调光柜具备全负载报告功能，所有模块(包括直通模块与正弦波模型块)都有负载状态报告，并有状态显示器提供瞬时信息，任何调光柜错误信息都可直接显示在每个调光柜和任何一款控制台上。灯光操作人员可以在灯光控制室直接通过调光台显示器，随时了解灯光系统的工作状态，从而及时对灯光系统实施监控、干预及纠错。

EC21系列调光柜分单50A、单100A、双15A和双20A输出，使用电压90~277V、50/60Hz，有国际标准剩余电流(漏电)保护装置RCD)，零中心线可提供断开功能以作绝缘测试，光电隔离，双DMX12信号输入，风机从关闭到最高速(无级变速)完全受控于调光柜使图4-17调光柜用情况，获CE、UL、cUL和TUV安全认证。

③飞猪系列电脑灯控制台

无极定时控制可分别为每台灯具设置延迟、淡变时间以及淡变路径；内置电源保护可避免突然断电造成的数据丢失；可同时使用8192种灯型，无需考虑灯具的生产商与型号是否相同，甚至可以在已经编好程序后更换灯具型号。

两台12.1”TFT彩色触屏显示器，可调节视觉角度；支持6539种Cue、 Guests场景页命令；数量不限的同步交叉变淡和教果，同步执行数量不限的Cue、 Cuelists At令、支持盲编辑制式，也可现场编辑；编程可直接存储在控台内部的硬盘上。

整个系统可使用10038-X高速以太网，通过网络升级系统软件；同时配有其他网络扩展装置供选择，如DMX处理器、 MIDI/Time code(时间码)处理器、放映控制处理器。

④灯光设计软件。 WYSIWYG图像式反馈系统是一种灯光虚拟设计工具，它不是一种发出控制DMX信号的调光器，而是一种在显示屏上可以获得舞台预期虚拟效果的模拟台，可以帮助灯光设计师在完全没有设备和环境的条件下，或者根据现有的环境结构图与设备清单，利用计算机虚拟技术，在彩显上组合每场演出所需的舞台大小、尺寸、形状，再配合上吊挂各类型灯具，经过配接，加上回路、色彩，以达到真正演出时的一切效果。在这个组建的设计库里，可以经软件内部转换而做出灯光回路配接表、器材清单、DMX属性表、灯位图、效果图等灯光设计与配置上所必须具备的图表，从而简化整个灯光的组合布光过程和程序，使其更具有系统性和细节性。当设计库设置完毕后，可以利用WYSIWYG软件所配置的硬件，直接在调光台上输出真正的灯光控制程序。

⑤网络分配柜。戏剧场灯光网络设备全部选用 Strand灯光公司的原厂设备，网络分配柜严格遵循标准TCP/P通信议，具有双千兆位以太网上行链路，任何一个以太网点均能反馈调光柜信息，系统再生时间小于9，具有信号中断的最后场景保护功能，支持动态P地址分配，通过灯光网络上任何终端能连接专业灯光设计软件，具有调光信息的图像式直观显示功能，实时监测灯光网络中所有与安全用电相关的设备状态报告( Reporting)信息，实时对所有网络灯光设备进行在线远程监控，实时监测网络中所有的灯光网络设备，实现集中控制功能。

具有DMX路由和优先级设置，完备的网络控制冲突的解决方案，用于设置灯光控制网络的专业管理软件，所有节点及网络信息的配置、修改均可由其完成，无需对每个节点进行设置。

任意设定DMX512和遥控为输入或输出，能有效编辑以太网灯光控制地址，自动分配派所有的以太网选址信息、IP、网关、多点传送组和分支网络信息到每个信息点，可随新网络中的DMX收发节点和视频节点，支持在线和离线编辑。

4、新设计、新技术、新设备的特点

（1）新设计。灯光控制网络系统采用双网(以太网和DMX网络)四备份传输，整个控制系统严格遵循TCP/TP通信协议及DMX512(1990)，满足未来ACN协议。

传输介质采用光纤及超五类以太网信号线，DMX信号由网络中的众多SN110网络节点提供。所有SN110的工作电源直接由网线从网络中提供。所有手提型的网络单元均可直接利用插件与墙面的网络接口连接并通电工作。通过 Strand sN10网络节点实现以太网控制信号与DMX信号的相互转换，并合理分布于剧场各DMX信号节点。灯光网络配置具备专用的网络配置软件，能对网络中各个信息节点统一配置、修改。网络中具备以太网控制、DMX控制、无线遥控，并能接入场灯控制系统以及环境照明控制系统。

控制信号具备严格有效的实时完全跟踪备份，确保万无一失。舞台灯光系统设计了四个网络分配机柜，与光纤组成一个全封闭的闭环网络。

(2)新技术。SST正弦波调光器新技术具有更完善、更智能化的特点，不再产生高次谐波干扰，不再需要各种屏蔽隔离和滤波等措施，但它需有良好的散热处理设计。本系统采用的3kWST正弦波调光器，在设计之初时的标准状态为一个模组变量的散热容积空间，在增大容量一倍后再把里面功率元件IGBT的散热片表面积加大至标准模组的2.5倍，令功率元件的热量充分释出，再配合智能风机的牵引把这些热能带到机柜以外与空气对流。SST模组的热量检测：在48模组全部置于3kW满载的情况下，以调光20%(此为产生热量最大的调光点)室温25℃，检测发现零件表面温度为58℃(零件可接受最高工作温度为125℃)，这种试验一直维持了24h，其间并没有温升，足以证明调光器是工作于热量非饱和区域；在同样的配置条件下，把调光点设在100%(亮度最大)，功率元件表面温度降为49℃。证明在“满负载”这种最苛刻的应用条件下，加上在实际应用情况下，热量的产生会按负载功率的减少而下降。

(3)新设备。选用技术先进、节能、环保的系统设备，其中调光柜采用世界知名品牌Strand的EC21。该调光柜是在全球性广泛应用的CD80sV调光柜基础上发的更为先进的智能型调光柜。其最大应用特点是能自动分析电网的谐波并作出最佳的触发角位置，解决了演出中因为电压不稳或干扰而产生的调光不匀及灯光闪烁现象，磁环抗干扰能力最高达635us(230V时)，触发精度16bit4000级。

5、项目的应用情况

领导重视、策划精心、设计专业、选型合理和施工规范，给国家大剧院戏剧场调光工程建设注入了勃勃生机。2007年9月30日，戏剧场迎来她代表国家大剧院的首场演出：经话剧《茶馆》。虽然这是一部已经上演了半个多世纪足有500多场的老戏，但几乎每一位众情绪都很兴奋，仿佛进入艺术的天堂，半年多来，戏剧场接待了国内外演出数十场，系性能稳定、数据传输准确、操作方便直观，并对剧场的现代化灯光控制系统、大规模高档的设备配备、规范化的施工管理和工程质量给予了高度评价。

    未完待续！