舞臺(tái)燈光DMX512控制信號(hào)傳輸線(xiàn)

自從舞臺(tái)燈光控制進(jìn)入數(shù)字時(shí)代以來(lái)，DMX512協(xié)議長(zhǎng)期占據(jù)著舞臺(tái)燈光控制協(xié)議的主導(dǎo)地位，成為每個(gè)舞臺(tái)燈光工作者無(wú)不知曉的一項(xiàng)技術(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，人們對(duì)于DMX512傳輸線(xiàn)的選擇和使用顯得十分混亂，使用不符合要求的信號(hào)傳輸線(xiàn)的現(xiàn)象普遍存在。不但在臨時(shí)性的流動(dòng)演出中有，在劇場(chǎng)建設(shè)中也同樣存在。傳輸線(xiàn)是DMX512控制中的神經(jīng)系統(tǒng)，它的質(zhì)量直接影響控制信號(hào)的傳輸質(zhì)量。劣質(zhì)傳輸線(xiàn)將威脅燈光控制的可靠性和穩(wěn)定性，會(huì)給演出帶來(lái)致命的傷害。對(duì)劇場(chǎng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)布線(xiàn)更是“百年大計(jì)”的基礎(chǔ)建設(shè)，人們應(yīng)該給予更大的關(guān)注。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)掀起了劇場(chǎng)建設(shè)的高潮，筆者參加了不少劇場(chǎng)的燈光設(shè)計(jì)方案評(píng)審和燈光工程、設(shè)備的評(píng)標(biāo)，在評(píng)審中發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題普遍沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。即使在一些國(guó)家級(jí)的重點(diǎn)工程中，問(wèn)題也同樣存在。

　　DMX512控制系統(tǒng)應(yīng)該使用何種通訊電纜才能使系統(tǒng)可靠地工作？為什么必須采用專(zhuān)用的電纜？采用不規(guī)范的傳輸線(xiàn)為什么會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題？要解答這些問(wèn)題首先要對(duì)DMX512協(xié)議有所了解。DMX512是美國(guó)戲劇技術(shù)學(xué)會(huì)（USITT）制定的專(zhuān)門(mén)用于舞臺(tái)燈光控制臺(tái)與調(diào)光器之間數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，后來(lái)擴(kuò)展到電腦燈、換色器等多種舞臺(tái)設(shè)備的控制領(lǐng)域。DMX512主要內(nèi)容是對(duì)通訊的數(shù)據(jù)協(xié)議作出規(guī)定，其中與信號(hào)傳輸電纜直接有關(guān)的主要內(nèi)容有：

　　1. 通訊接口采用計(jì)算機(jī)通訊中通用的EIA-485標(biāo)準(zhǔn)，其電氣特性完全參照EIA-485的規(guī)定。

　　2. DMX512協(xié)議信號(hào)傳輸速率為250kbps。

　　下面對(duì)DMX512信號(hào)的可靠傳輸和應(yīng)使用的線(xiàn)材進(jìn)行分析。

　　長(zhǎng)線(xiàn)問(wèn)題

　　在無(wú)線(xiàn)電理論基礎(chǔ)中有一個(gè)長(zhǎng)線(xiàn)理論，所謂“長(zhǎng)線(xiàn)”是指?jìng)鬏斁�(xiàn)的長(zhǎng)度可以與沿該傳輸線(xiàn)傳播的電流波長(zhǎng)相比擬時(shí)的線(xiàn)路。通常認(rèn)為傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度大于十分之一波長(zhǎng)（l > ——l）時(shí)，即可認(rèn)為是長(zhǎng)線(xiàn)（也有人認(rèn)為l > ——l就是長(zhǎng)線(xiàn)）。因此長(zhǎng)線(xiàn)并不一定是一條很長(zhǎng)的線(xiàn)。如目前普通個(gè)人計(jì)算機(jī)的CPU的主頻已經(jīng)達(dá)到了千兆赫茲（G，109）數(shù)量級(jí)，主板的外頻也相應(yīng)達(dá)到了一、二百兆，因此小小的印刷線(xiàn)路板在設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮長(zhǎng)線(xiàn)問(wèn)題。在長(zhǎng)線(xiàn)情況下，一些普通的電路原理就不再適用，需要使用專(zhuān)門(mén)的傳輸線(xiàn)理論來(lái)分析。

　　DMX512控制信號(hào)的傳輸速率為250kbps ，即每秒發(fā)送25萬(wàn)個(gè)二進(jìn)制碼，換句話(huà)說(shuō)就是每秒發(fā)送25萬(wàn)個(gè)矩形脈沖。根據(jù)信號(hào)的頻譜分析理論可知，矩形脈沖含有大量的高次諧波，即使只以其中頻率最低的基波以及l(fā) > ——l　　 的條件來(lái)計(jì)算，當(dāng)頻率為250kHz時(shí)，波長(zhǎng)為1200m，那么傳輸線(xiàn)大于120m就應(yīng)視為長(zhǎng)線(xiàn)。實(shí)際上其諧波是不容忽略的，這樣這一距離就更短。因此DMX信號(hào)的傳送必須作為長(zhǎng)線(xiàn)來(lái)處理。

　　在普通線(xiàn)路中，電路的電容集中在電容器中，電感集中在線(xiàn)圈中，電阻集中在電阻器中，雖然導(dǎo)線(xiàn)的電阻是分布參數(shù)，但也常常將其等效視為一個(gè)普通的電阻器，這就是所謂的集中參數(shù)電路。在集中參數(shù)電路中，每一指定的瞬間，沿傳輸線(xiàn)的各點(diǎn)的電壓、電流都是相同的，可以從傳輸線(xiàn)上的任何一點(diǎn)所發(fā)生的過(guò)程來(lái)判斷傳輸線(xiàn)上發(fā)生的現(xiàn)象，即電壓和電流只是時(shí)間的函數(shù)，與電路中的位置無(wú)關(guān)。但在長(zhǎng)線(xiàn)情況下，必須考慮其分布參數(shù)，線(xiàn)路的每一小段都具有電阻、電容、電感和電導(dǎo)。所以長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)看作是由許許多多四端網(wǎng)絡(luò)的線(xiàn)單元連接起來(lái)的，每一四端網(wǎng)絡(luò)里均有該線(xiàn)單元的電阻R、電感L、電容C和電導(dǎo)G（如圖1）。長(zhǎng)線(xiàn)的特性由它的分布參數(shù)R、L、C和G決定。