Elementy systemu DMX cz. I - terminatory, splittery, wzmacniacze dystrybucyjne

Zanim jednak przejdziemy do "konkretnych" elementów systemu, powiemy kilka zdań o z pozoru niewielkim, ale jakże istotnym elemencie, bez którego żaden system DMXowy praktycznie nie może się obejść, który zwie się

TERMINATOR

Może to kojarzyć się z kultowym już filmem i kultową rolą Arnolda Schwarzeneggera, ale nie tędy droga, Panie i Panowie. Nam chodzi o coś zupełnie innego. Mówiąc bardzo ogólnie, terminator to takie małe urządzonko, którego zadaniem jest redukcja odbić od końców linii, które mogą mieć bardzo negatywny wpływ na sygnał, z jego całkowitą destrukcją włącznie. Wynika to stąd, że w pewnych niesprzyjających okolicznościach sygnał odbity może mieć poziom porównywalny z sygnałem biegnącym w przewodzie, przy czym fazę przesuniętą o 180°, co spowoduje niemalże całkowite wytłumienie sygnału użytecznego. Skąd się biorą te odbicia?

Aby wyczerpująco odpowiedzieć na to pytanie musielibyśmy zagłębić się w teorię tzn. linii długich, tj. linii (przewodów), których długość jest dużo większa od długości fal, które są nimi transmitowane. W teorii istnieje coś takiego, jak linia o nieskończonej długości, która jest wolna od tego typu niepożądanych odbić (bo niby od czego mają się sygnały odbijać, skoro nie ma ona końca?). Niestety, teoria sobie, a praktyka sobie - bo przecież nie ma czegoś takiego, jak nieskończenie długi przewód, a nawet gdybyśmy sobie coś takiego wyobrazili, to jak połączyć nim dwa urządzenia (skoro nie ma zakończeń).

A więc wiemy już, że w praktyce nie jest możliwe wyeliminowanie odbić od końców linii, jeśli nie zostanie spełniony jeden warunek. Ów teoretyczny twór, zwany linią długą, charakteryzuje się pewną impedancją, charakterystyczną dla danej linii. Jeśli więc teraz będziemy w stanie odtworzyć w naszej linii (przewodzie) o skończonej długości ową impedancję (zwaną falową), będziemy mieli duże szanse, że szkodliwe odbicia nie pojawią się. Wystarczy na końcach dwóch przewodów sygnałowych dołączyć rezystor o wartości odpowiadającej tej impedancji falowej, a uzyskamy w ten sposób "symulację" linii długiej.

Ile powinna wynosić wartość tej rezystancji? Typowe kable stosowane w systemach DMX mają impedancję równą 120 Ω, czasami spotyka się wartości między 90 a 150 Ω. Jeśli nawet nie zastosujemy rezystora idealnie odpowiadającego impedancji charakterystycznej danego przewodu, to wartości zbliżone do niej też będą skuteczne. Dlatego też najbezpieczniejszą wartością jest 120 Ω, leżąca pośrodku zakresu najczęściej spotykanych impedancji charakterystycznych kabli DMXowych.

Jak to wygląda w praktyce? Terminatory powinniśmy instalować na końcu każdej linii DMXowej. Może to być zwykły wtyk XLR5, w którym między złącza 2 i 3 przylutowano rezystor, np. o wspomnianej wcześniej rezystancji 120 Ω. Wystarczy wtedy taki wtyk wetknąć do gniazda THRU lub OUT ostatniego urządzenia w szeregu połączonych ze sobą dimmerów, głowic czy innego sprzętu, i po kłopocie.

Czasami urządzenia mają wbudowany terminator, który wystarczy tylko załączyć odpowiednim przełącznikiem i... już. Pamiętać tylko trzeba, aby zrobić to w ostatnim z urządzeń. Zbyt duża liczba terminatorów w jednej linii może być bowiem równie szkodliwa, jak brak terminatora, gdyż zbyt dużo terminatorów zbytnio podwyższy impedancję przewodu. Efekt "wizualny" może być ten sam - dziwne, nieobliczalne zachowywanie się głów, dimmerów i innych urządzeń w linii, bądź - w skrajnym przypadku - totalny brak reakcji z ich strony na sygnały sterujące.

Dlatego - jeszcze raz - pamiętajmy, aby ostatnie urządzenie w linii było "zaterminowane", jak również o tym, aby inne urządzenie, pracujące gdzieś pod drodze, takiego terminatora nie miało. Co prawda trudno go przeoczyć w gnieździe, gdy jest on w formie wtyku XLR5 - nie uda nam się wtedy podłączyć kolejnego urządzenia - natomiast jeśli terminator jest wbudowany i aktywowany w formie przełącznika, można sobie napytać biedy, nie sprawdzając jego położenia.

Jeden potencjalny problem, jaki może wyniknąć przy instalowaniu systemu DMXowego (a w zasadzie podczas pracy nieuważnie zainstalowanego systemu) mamy z głowy. Drugi główny winowajca większości problemów z urządzeniami pracującymi w systemie DMX to nieumiejętne (niewłaściwe)

SPLITOWANIE

Sygnał DMX to złożony, cyfrowy sygnał elektroniczny, który nie może być tak po prostu rozdzielony, np. za pomocą tzw. kabla Y, czyli takiego, w którym sygnał wychodzi jednym przewodem (lub jedną parą przewodów), po czym jest "na żywca" rozdzielony na dwa przewody (lub dwie pary). Owszem, z elektrycznego punktu widzenia w obu takich przewodach popłynie ten sam sygnał, ale nie tutaj tkwi problem.

DMX512 jest wysoce czuły na właściwe połączenia kablowe w sieci, co konkretnie przekłada się na właściwy rozkład impedancji. Spójrzmy na rysunek obok. Jeśli stworzymy taki przykładowy system z dwoma "gałęziami", przy czym sygnał do tych "gałęzi" rozdzieliliśmy za pomocą zwykłego Y kabla, a na końcu każdej gałęzi - zgodnie z tym co napisałem wyżej - dołączyliśmy terminator, co nam wyjdzie z takiego "czegoś"?

Jak wynika ze schematu na naszym rysunku, mamy dwa rezystory o rezystancji 120 Ω połączone równolegle. Zgodnie z prawem Ohma takie połączenie rezystorów o tej samej rezystancji skutkuje rezystancją wypadkową, równą połowie wartości tych rezystorów, czyli w naszym przypadku 60 Ω. Z racji tego, że rezystancja w obwodzie jest mniejsza, niż "zwykle", o połowę, popłynie w nim większy, niż "zwykle" prąd, który dla nadajnika sygnałów może okazać się zbyt duży, tj. może wywołać przeciążenia wyjścia.W rezultacie tego może zadziałać system zabezpieczający, który np. wyłączy urządzenie lub/i pojawić się mogą odbicia, gdyż wypadkowa impedancja charakterystyczna sieci będzie znacząco różniła się od wymaganej. Dlatego, podobnie jak w technice wideo, jak również w koncertowych systemach dźwiękowych, jeśli chcemy jeden sygnał podzielić na kilka takich samych, nie obejdzie się bez specjalnych urządzeń zwanych

SPLITTERAMI

co raczej nie ma polskiego odpowiednika. Równie często używa się też nazwy distribution amplifiers, czyli wzmacniacze dystrybucyjne, które - choć nazwa sugeruje inaczej - często są tym samym, co splittery. Co prawda splitter w "czystej formie" tylko dzieli jeden sygnał wchodzący na kilka wychodzących, a wzmacniacz dystrybucyjny oprócz tego również wzmacnia sygnały, które z niego wychodzą, ale nazwy te są stosowane zamiennie, choć w większości przypadków urządzenia te działają raczej jak distribution amplifiers, czyli oprócz dzielenia dodatkowo wzmacniają.

Dzięki temu za ich pomocą możemy nie tylko rozdzielać strukturę systemu DMX na podsieci, ale również rozbudowywać ją "wzdłuż" - wiadomo bowiem, że sygnał DMX, bez dodatkowego wzmocnienia, może być przesyłany tylko na ograniczoną odległość.

Dzięki splitterom poszczególne obwody wyjściowe są odseparowane od siebie, tak więc jeśli wystąpi jakiś błąd lub awaria w jednym z obwodów (stref), nie ma to absolutnie żadnego wpływu na działanie urządzeń w pozostałych obwodach. Nie oznacza to jednak, że każdy wzmacniacz dystrybucyjny "z automatu" ma wyjścia izolowane galwanicznie.

To niestety odwieczny problem, który trwa już kilka dobrych lat i - po wprowadzeniu standaryzacji i nowego protokołu DMX512-A, w którym wprowadzono konieczność jednoznacznego oznaczania czy produkt ma izolowane wyjścia, czy nie - teoretycznie powinien być rozwiązany raz na zawsze. Niestety, wciąż zdarzają się sytuacje, iż dopiero po zagłębieniu się w instrukcję użytkowania dowiadujemy się czy dane urządzenie faktycznie ma izolowane wyjścia. O co tyle zamieszania?

IZOLACJA WYJŚĆ

Splittery DMXowe, inaczej wzmacniacze dystrybucyjne, to przeważnie urządzenia przystosowane do montażu w raku (o szerokości 19") i wysokości 1U lub 2U, z zasilaniem z sieci napięcia przemiennego lub zewnętrznego zasilacza. Mają one jedno wejście i - przeważnie - od 5 do 10 wyjść w formie żeńskich 5-pinowych gniazd XLR. W rozbudowanych systemach DMXowych, np. w instalacjach stałych typu hotele, dworce, terminale pasażerskie, splitter jest sercem całego systemu. Oznacza to, że sygnały sterujące przychodzą i wychodzą stąd do dalszych "odnóg" sieci. Problemy, które pojawią się gdzieś w systemie, mogą wrócić do splittera, powodując często spore zamieszanie.

Przykładowo - wystarczy błędne podłączenie kabli zasilających i sterujących w jednym z urządzeń systemu i zasilanie może "wrócić" po kablu sygnałowym do splittera. Nietrudno przewidzieć, co może się stać w urządzeniu elektronicznym, "przyzwyczajonym" do pracy z sygnałami o wartości pojedynczych woltów, gdy "wedrze" się doń napięcie stałe rzędu 30-40 V. Totalny pogrom albo rzeź niewiniątek!

Aby zabezpieczyć się przed tego typu nieprzyjemnymi niespodziankami i zwiększyć bezpieczeństwo oraz niezawodność naszego systemu DMX, dobrze jest korzystać ze wzmacniaczy dystrybucyjnych z izolowanymi wyjściami. Rzecz, w dużym skrócie, polega na tym, iż wyjścia takiego urządzenie nie są galwanicznie połączone z resztą układów. Można to osiągnąć np. przez zastosowanie na wyjściach transoptorów. Są to elementy elektroniczne, w których w jednej obudowie znajduje się "nadajnik" światła, np. dioda LED czy laserowa, oraz czujnik światła (fotodioda, fototranzystor, itp.).

Sygnał elektryczny, który ma być podany na wyjście, przetwarzany jest więc najpierw na zmodulowane (w takt zmian prądu) światło, a następnie z powrotem na sygnał elektryczny i podany na gniazdo wyjściowe. Dzięki temu nie ma bezpośredniego, elektrycznego połączenia między gniazdem, a całą resztą elektroniki urządzenia. Taka izolacja optyczna jest przeważnie projektowana do "wytrzymania" napięcia rzędu 1.500-2.500 V.

Na koniec

KILKA ZŁOTYCH PORAD

dotyczących wykorzystania splitterów, czy też wzmacniaczy dystrybucyjnych.

1. Niektóre splittery mają złącza "THRU", które powinny być używane tylko do połączenia jednego splittera z drugim za pomocą krótkiego kabla. Jeśli nie jest używane, musi być "zaterminowane".
2. Do każdego wyjścia splittera można dołączyć maksymalnie 32 urządzenia (podobnie jak do pojedynczego wyjścia konsolety), aczkolwiek niektóre urządzenia, które powinny być kompatybilne z DMX512, mogą nie spełniać założeń tej normy. W takim przypadku nawet mniej niż 32 urządzenia mogą zbytnio obciążyć wyjście.
3. Tak jak w przypadku konsolet, również dla wyjść splitterów maksymalna długość standardowego kabla DMXowego o impedancji charakterystycznej również 120 Ω nie może przekraczać 300 m.
4. Nieużywane wyjścia splittera NIE MUSZĄ być "zaszpuntowane" terminatorami.
5. Dobrą praktyką jest odseparowywanie urządzeń różnych typów poprzez rozdzielenie ich na osobne podsieci, z wykorzystaniem różnych wyjść splittera.

W kolejnym odcinku naszego cyklu opowiemy sobie, co to są i do czego nam się przydadzą takie elementy systemu DMX jak merger, multipekser i demultiplekser, konwerter protokołów czy repeator.

Jacek Sitarski

Przy przygotowaniu artykułu autor korzystał z książki "Practical DMX" Nicka Mobsby’ego.