【噴泉系統中的燈光表演】
作者：太行噴泉更新時間：2025-01-17
噴泉中的燈光
自上世紀八十年代起，噴泉漸漸被引入中國以來，做為一種特殊的人造景觀得到了長足的發展。有大型的湖上噴泉、海上噴泉、廣場噴泉，還有各種場所的小型噴泉，更有不少微型室內噴泉，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、內拱等等，但這些都不是本文討論的重點。噴泉系統通常由水系中水的運動構成，就控制方式上有音樂噴泉和程控噴泉。在噴泉設備上，由管道、噴頭、水泵、彩燈、控制柜、電纜，有時還包括電腦、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力，沒有彩燈的表演，就象沒有燈光的舞臺的一樣，漆黑一片。
彩燈在噴泉系統的發展中，經歷了幾個不同的歷史階段。1) 在國內噴泉剛剛起步之時，由于沒有統一的水下燈，因此多采用防水燈殼中裝載白熾燈的方法來處理。2) 以后慢慢又引進了荷蘭Philip公司的Phar38燈，Phar38燈符合歐洲標準，國產后采用220V交流電壓驅動，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、藍色、黃色等，配合一種水型一般是一串或幾串并聯的同顏色燈。當然，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、發熱量大，玻璃制品，易碎，特別是在水下使用，玻璃制品發熱遇水后驟然冷卻，經常會裂口、爆碎。3)隨著LED點光源的興起，業界同仁著手解決使用LED點光源進行噴泉照明。LED點光源發光效率高，發熱量小，顏色純正，顯色指數高，壽命長，節能環保。但早期的LED燈珠價格貴昂，為了降低生產成本，同時又與原有高壓燈系統兼容，多數采用RC分壓方式進行降低電壓直接驅動LED燈珠串。LED燈珠由半導體PN結發光，對PN結上的正向電壓很敏感，因此，沒有穩壓系統的RC分壓方式經常會整串的燒毀，這種燈光控制方式也沒有被廣大用戶普遍接受。而且由于高壓直接進入水池中，連接了很容易損壞的LED燈設備，對操作、維護人員也很不安全。4)LED發光燈是一種應用前景很好的產品，全世界各大廠商競相投入大量資金、技術力量進行科研，產品質量不斷改進，燈珠單價直線下降，目前為止，已成為非常優秀的固態點光源，發光效率遠高于普通白熾燈和冷陰極射線管節能燈，甚至高于目前國外正在推廣的高頻無極燈。理論壽命高達10萬小時，實際應用中，在合理的環境條件下，基本達到3萬~5萬小時。因此，目前多數噴泉公司采用了低壓LED燈作為水下燈使用。沿用了傳統的方式，將LED水下燈聯成一串，通過電控柜直接控制開與關。低壓LED燈既可做成交流燈使用，也可做成直流燈，但無論如何，低電壓使用起來還是很安全的。如果使用大功率開關電源或其他具備穩壓功能的直流電源，還能很好地保護LED水下燈。由于LED燈珠價格的降低，這種方式取代傳統的高壓燈方式已無懸念。但這種方式僅僅是燈具設備的進步而已，并未改變噴泉的燈光表演方式，燈光依舊是傳統的死氣沉沉的變換，不能象真正的舞臺一樣，有無盡的燈光變幻。5)數碼燈的興起，現階段數字控制技術在噴泉應用中的深入發展，采用數字控制技術改造的噴泉水下燈，進入了推廣應用階段。
數 碼 燈
所謂數碼燈區別于傳統燈的地方就是采用數字控制技術實現燈光控制，也有人俗稱電腦燈，如舞臺上常用的8通道或18通道電腦燈，都屬于數碼燈的范疇。究其原因，都是可以通過數字通訊手段對數碼燈的各種行為進行控制，豐富了燈光表演的內容，使原來僅僅通過切換不同燈的亮與滅來改變顏色的簡單方式，變為可以進行單燈控制、能夠讓燈光動起來、近似舞臺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的噴泉燈光表演方式。總結起來，在控制上有不少特點：1)可以進行單燈控制，每一盞燈做為一個控制點，可單獨調節。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，能夠實現各種顏色的漸變控制。3)可以進行燈光的亮度調節。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。
需要重點強調的是，將電腦燈控制技術與LED燈制造技術以及噴泉控制技術緊密結合而產生的噴泉專用數碼燈，無論從噴泉應用的造價成本，還是控制方式上，都代表了未來的發展方向。首先，他是水下應用的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，再者通過噴泉控制技術，在音樂噴泉中，能夠按音樂節奏進行燈光表演，與水型的表演同步控制，達到舞臺燈光的表演效果。
激光在噴泉照明中應用
順便提一下噴泉中的激光照明問題。激光在噴泉中應用很早，大約在十幾年前，國產民用激光發生器質量還不是很過關時，就采用進口激光器在噴泉當中使用了，鑒于成本原因，只不過僅在大型音樂噴泉中使用。激光首先是在水幕上做激光表演，這是音樂噴泉的組成部分，激光秀變為主角，其他各種水型成為激光表演的配角。本文討論的重點不在激光水幕表演上，而是利用光導纖維進行噴泉照明，專門用于照明的光導纖維在表外而會有部分光透出來，達到照明使用的目的。光導纖維有兩種：一種是玻璃制品，另一種是塑料制品。玻璃光纖比較細，在水簾中應用較多，既作為水的導流器件，又作為纖細照明條使用。塑料光纖用于水景的照明，但在音樂噴泉照明中，很少主演燈光使用塑料光纖，因其實時性能太差，光照度不夠，沒有照度的主次分布，變化方式太少等缺點，一般在靜止的境觀中使用較多。
數碼燈的控制
數碼LED水下燈應用最多的是可調光三通道LED燈，通常是24V直流電源驅動。三通道每一通道代表一種顏色，可同時對三種顏色的混色比例進行調整。象舞臺燈光一樣，多數采用DMX512通訊協議進行控制，或采用現場總線網絡結構進行控制。
基于 TCP/IP協議的網絡化燈光控制系統,它能夠實現雙向傳輸,狀態報告,遠程控制,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情況下相距幾百米，網絡傳輸方式有兩種，1)同軸電纜或非屏蔽雙絞線電信號傳輸方式，距離太近，一般不能滿足噴泉現場通訊要求，況且在有大量電機使用的場所干擾嚴重，水下通訊更不容易；2)采用光纖通訊方式，需要將光端機置于水下，也不現實。所以網絡通訊僅能使用在主控計算機和電控柜之間的通訊，不大可能用于現場水下設備。
現場設備多采用差分電信號通訊模式。如RS422/485、CAN總線或Profibus或Lonworks總線結構。在舞臺燈光表演中，DMX512通訊協議不僅技術成熟，而且應用廣泛。基于DMX512控制協議進行調光控制的燈光系統叫做數字燈光系統。包括電腦燈在內的各種舞臺效果燈、調光控制器、控制臺、換色器、電動吊桿等各種舞臺燈光設備，以其對 DMX512協議的全面支持，已全面實現調光控制的數字化 [1] 。噴泉控制中采用DMX512通訊協議進行控制。
DMX512信號的傳輸采用平衡傳輸差模信號方式，這種方式能有效地抑制干擾。因為干擾信號一般是共模加在信號的正負端上，經差分放大器后。共模信號被相互抵消,濾除了干擾信號,有效地提高系統的抗干擾能力。DMX512信號的電器接口標準為EIA-485[3]，
DMX512信號的傳輸速率為250kb/S，設備之間的連接采用菊花鏈的形式，每臺設備有一個物理地址，一個DMX512輸出口可以控制 512個控制通道，DMX512信號的傳送距離在使用標準電纜的情況下約300米左右。DMX512通訊的最大缺點是沒有校驗位，不能實現雙向握手通訊，為了保證通訊的可靠性，系統采用不斷重發數據幀的方式，抑止通訊出錯發生。
DMX512燈的聯結方式有并接和串接兩種形式。并接方式是指所有DMX設備全部掛接到DMX512總線上，優點是一臺設備損壞是不影響其作設備工作，但每個設備地址不同，由于受到電信號驅動扇出系統的影響，按EIA-485標準，每條總線可帶32個設備，即使使用如Maxim公司的1/8單元控制技術，每條總線理論帶載上界為256臺設備。
并接方式拓普結構
串接方式是指DMX512設備上都有一通訊入線和通訊出線，上一設備的通訊出線接下一設備的通訊入線，設備手拉手方式聯結。上一設備負責向下一設備傳數據，并對通訊信號進行整形放大，每臺設備僅驅動自己的下位設備，沒有帶載能力限制，通訊理論上可無限擴展，并且能夠實現設備地址的自動分配，不需要對設備進行分配編號，缺點是同一線路上，一臺設備損壞后，其后所有下位設備無法工作。
串接設備拓普結構
軟 件 設 計
數碼LED水下燈可以實現單燈控制，對噴泉系統來說，所用燈的數量比噴頭還多，這無形中成倍地增加一控制點的數量，這么多的控制點，如若進行一一編程控制，是件十分麻煩的事情，也沒有必要。就象其他管理機構一樣，需要分級管理，并分別類進行設置，既能滿足單獨控制需要，又能完成整體配合要求。需要進行以下步驟處理。
1)對設備進行分類管理。一般數碼LED水下燈為3通道LED變色燈，每個通道值從0~255，1通道表示紅色,2通道表示綠色,3通道表示草藍色，每盞燈占用DMX512三個字節，表示顏色值。對需要的功能進行枚舉分類：顏色合成如黃、綠、紅、白、藍、紫、青等，動作枚舉如固定顏色固定亮度、快速漸變色澤、慢速漸變色澤、光強音樂隨動等函數進行處理。對于其他DMX512設備，例如18通道電腦燈,也可通過通道枚舉方式和函數方式結合的辦法進行處理。
2)指定單一DMX512設備的設備類型。將每一個DMX512設備與設備分類一一對應起來。
3)對設備進行分類管理，如哪種水型，包括多少盞燈，在DMX512通訊線上什么位置。
4)對分類后的設備指定表演方式。表演方式是前面設備分類的組合，通過不同的組合方式進行管理分配，完成一定動作的表演方案。
5)對各種表演方式按時間區間進行表演，串接成完整的表演方式。
經過以下五個步驟的工作，使得組態軟件對單燈控制，配曲時使用非常容易，只有有限個選擇即可。就象一個軍隊一樣，司令官通過軍長、師長、團長、連長、排長、班長的分級管理，對單個數碼LED水下燈進行功能性分類處理，不能由上層軟件直接命令單燈，這樣應象司令官直接管理士兵一樣，是無法實現的方案。
未 來 展 望
數碼LED水下燈在噴泉的應用中才剛剛開始，他能夠達到舞臺燈光的表達效果。豐富的燈光效果，增進了水型表演的感染力，使用噴泉水型表演更具震撼力，噴泉人造景觀的動感效果更為明顯，特別是在音樂噴泉的應用中，將音樂、水型與燈光融為一體，更好體現了音律節奏的美感，使人充分享受聲、光、電帶來的感管刺激、快感，更好滿足人們對文化生活不斷提高的要求，使噴泉藝術進入嶄新的時代。
結 論
數碼LED水下燈進行單燈控制方案可行，實現可靠，技術先進，在噴泉應用中前途一片光明。