Systemy oświetleniowe. Konsolety oświetleniowe cz. II – protokoły sterujące

Niestety, jak to w życiu bywa, producenci stosowali różne zakresy napięć sterujących i różne ich polaryzacje, czyniąc zgodną współpracę urządzeń różnych producentów w zasadzie niemożliwą.

Mniej więcej w połowie lat 80. niektórzy producenci stwierdzili, że liczba kanałów sterowanych z konsolety raptownie wzrosła w ciągu ostatniego dziesięciolecia. Skutkowało to koniecznością stosowania grubych i ciężkich kabli łączących urządzenia sterujące z dimmerami, zawierających tyle par przewodów, ile tych kanałów używano. Producenci ci zaczęli więc wymyślać i wcielać w życie własne sposoby na przesyłanie dużej liczby kanałów sterujących za pomocą jednego tylko cienkiego kabla. Pierwszą próbą rozwiązania tych problemów było zastosowanie analogowego multipleksowania – za pomocą czegoś, co zwało się Time Division Multiplexing przesyłano wiele kanałów z wykorzystaniem pojedynczego kabla. W istocie oznaczało to dzielenie sygnału, a następnie przekazywanie go do multipleksera. Tak powstały multipleksowane analogowe, a po nich również i cyfrowe, protokoły sterujące, takie jak:

D54 – analogowy protokół wprowadzony i rozwijany przez firmę Strand Lighting, który pozwalał na przesyłanie jednym kablem typu mikrofonowego (z 3-pinowym złączem XLR) do 384 kanałów. Wadą tego systemu była duża wrażliwość na pętle masowe, co objawia to się czasem zupełnie nieprzewidywalnymi zachowaniami urządzenia w danym kanale, np. zupełny brak reakcji na jego ściemnianie.

PMX – to protokół firmy Pulsar, wykorzystujący 5-pinowe wtyki XLR. Urządzenia pracujące w systemie PMX mogą wystawiać napięcie na pin 4 i 5 gniazda.

CMX – pierwowzór DMX-a, z którego się on „zrodził”, wprowadzony przez Colortran. Podobieństwo pomiędzy CMX a DMX jest tak znaczące, iż ten pierwszy można dość łatwo zmodyfikować, aby móc pracować w systemach DMX-owych.

SMX – kolejne „dziecko” Strand Lighting, tym razem wykorzystujące technologię cyfrową. Został wyposażony w nowatorskie jak na te czasy funkcje, jak np. zgłaszanie awarii w systemie i inne. Niestety był na tyle skomplikowany, iż nie przyjął się w powszechnym zastosowaniu.

Compulite – izraelski producent sterowników wprowadził własny cyfrowy protokół wielokanałowego przesyłania sygnałów sterujących. Jego wadą było stosowanie kiepskiej jakości złączy BICC Burndy, co często doprowadzało do awarii, zaników sygnału i innych nieprzyjemności podczas trwania show.

S20 – to z kolei pomysł belgijskiej firmy ADB Lighting, który – tym razem w domenie analogowej – za pomocą złączy 5-pinowych XLR mógł przesłać maksymalnie 480 kanałów.

Avab – szwedzki, także analogow,y protokół, pozwalający na przesyłanie do 256 kanałów, również z wykorzystaniem 5-pinowych złączy XLR.

K96 – to z kolei protokół cyfrowy, zaprojektowany pierwotnie przez amerykańską firmę Kliegl do sterowania pracą jej dimmerów z serii K, dzięki któremu można było kontrolować pracę – uwaga! – nawet 10.000 dimmerów za pośrednictwem 480 kanałów sterujących.

Wadą tych rozwiązań była – znowu – totalna dowolność i różnorodność sygnałów, sposobów i zasad sterowania, przez co współpraca urządzeń różnych producentów wymagała stosowania demultiplekserów (tzw. demux-ów) i/lub konwerterów na sygnał analogowy, „rozpoznawalny” przez starsze wersje dimmerów.

STANDARYZACJA

Aby zaradzić tym problemom United States Institute of Theatre Technology (USITT) wzięło byka za rogi i postanowiło wprowadzić standard, który każdy z producentów mógł rozwijać we własnym zakresie i w swoich urządzeniach, ale mający cechy pozwalające na bezkonfliktową współpracę tych różnych urządzeń. Bazując na Colortranowskim standardzie CMX USITT stworzył podwaliny standardu DMX512. Warto też dodać, że niejako równolegle do DMXa powstał standard analogowy – AMX192 – bazujący z kolei na analogowym protokole Stranda, który mógł przenosić do 192 kanałów za pomocą 4-pinowych złączy XLR. Niestety AMX192, jak każdy protokół analogowy, cierpi na bolączki związane z analogowym przesyłaniem sygnałów, z podatnością na zakłócenia i pętlami masowymi na czele.

Pierwsza wersja DMX-a powstała w 1986 roku pod nazwą „USITT DMX512 Standard”. Protokół ten miał w swoich założeniach zapewniać transmisję wielu kanałów na duże odległości. W 1990 roku USITT dokonał pewnych korekt specyfikacji standardu, co sprawiło, że protokół stał się łatwiejszy w implementacji. W roku 2004 nastąpiła kolejna „rewizja” założeń i specyfikacji standardu, w efekcie czego w roku 2005 pojawił się odświeżony standard DMX512-A, będący obecnie w powszechnym zastosowaniu.

DMX

O protokole DMX pisaliśmy na łamach LSI jakiś czas temu dość obszernie. W tym miejscu więc, gwoli przypomnienia, kilka podstawowych informacji o nim.

Jedna linia DMX-owa (universe) pozwala na przesyłanie maksymalnie 512 kanałów za pomocą jednego kabla DMX-owego. Oczywiście takich linii może być kilka – każda będzie przesyłać 512 kanałów – przy czym każda będzie wymagała osobnego kabla. Jedną linią możemy sterować maksymalnie 32 odbiornikami, czyli urządzeniami oświetleniowymi (im ich mniej, tym lepiej), a ostatni z nich musi być wyposażony w terminator – niewielki rezystor łączący dwa przewody, którymi płyną sygnały cyfrowe, którego zadaniem jest przeciwdziałać szkodliwym odbiciom na końcach linii. Każdy z odbiorników w takiej sieci jest identyfikowany swoim własnym, unikalnym adresem. Dane DMX są odświeżane ok. 44 razy na sekundę, dlatego też do przesyłania sygnałów DMX wymagane są kable wysokiej jakości, pozwalające na bezproblemową transmisję sygnałów wysokoczęstotliwościowych.

Maksymalna długość standardowego kabla DMX-owego o impedancji charakterystycznej równej 120 Ω nie może przekraczać 300 m. Jeśli potrzebujemy przesłać sygnał sterujący na większą odległość, musimy zastosować urządzenia wzmacniające ten sygnał, zwane repeaterami.

NA SCENĘ WKRACZA TECHNIKA SIECIOWA

DMX prze długie lata był w zasadzie jedynym akceptowanym przez wszystkich producentów protokołem sterującym. Po dziś dzień jest standardem używanym na co dzień, nie tylko w małych instalacjach czy podczas niewielkich koncertów, ale również przy bardziej skomplikowanych i rozbudowanych projektach. Jednakże w ostatnich latach łaskawym okiem zaczęto też spoglądać na dobrze znaną z zastosowań codziennego użytku technologię sieciową Ethernet, odkrywając, że jest to całkiem niezłe medium do przesyłania sygnałów sterujących systemami oświetleniowymi.

Zastosowanie Ethernetu w systemach oświetleniowych ma wiele plusów. Po pierwsze – można wykorzystać istniejące już protokoły i osprzęt. Z instalacyjnego punktu widzenia współczesne budynki mają już infrastrukturę Ethernetową, a ogólnie dostępny osprzęt i okablowanie są coraz tańsze. Kable Cat-x stały się obecnie powszechne, są tanie i, mówiąc szczerze, bardziej „przyjazne” dla klientów, którzy nie bardzo znają się (albo wręcz nie przepadają) na kablach XLR5.

Stosowana obecnie topologia sieci Ethernet to w prawie 100 procentach topologia gwiazdy, pozwalająca na łatwą konfigurację i rekonfigurację sieci, a przy okazji oferująca dobrą niezawodność. Przykładowo, jeśli wyciągniesz z gniazda jedną wtyczkę (złącze, które jest podłączone do jednego urządzenia), możesz być pewien, że odłączyłeś od sieci tylko jedno urządzenie, podczas gdy przy połączeniach DMX-owych może się okazać, że wypiąłeś od 1 do nawet 32 urządzeń!

Kolejna zaleta Ethernetu to spora szerokość pasma – już „zwykła” sieć 10BaseT oferuje przepustowość 40 razy większą niż kabel DMX. Ponadto transmisja danych może odbywać się na różne sposoby i za pomocą różnych mediów: bezprzewodowo (WiFi) lub optycznie (światłowody i lasery).

Oczywiście są również wady. Pierwsza do możliwość przesyłania za pomocą kabla na odległość do 100 m. Kolejna niedogodność to wspomniana wcześniej topologia gwiazdy, która z jednej strony zwiększa niezawodność pracy sieci, ale z drugiej nie pozwala na łączenie urządzeń łańcuchowo (takie połączenie pozwala w sumie na przesyłanie sygnałów na spore odległości – łącząc w sieci DMX jedno urządzenie z drugim, a każde na maksymalną odległość 300 m względem następnego). I na koniec – Ethernet wymaga większej wiedzy i umiejętności konfiguracyjnych oraz „obycia” w tym temacie, jest również, mówiąc kolokwialnie, mniej „idiotoodporny”.

ZASTOSOWANIA PRAKTYCZNE

Protokoły oparte na sieci Ethernet już pracują i cieszą się całkiem niezłym „wzięciem”. Spośród nich wystarczy wymienić Art-Net, RDM czy ACN.

Art-Net koncepcyjnie jest „multicorem” przenoszącym wiele linii DMX, z tym że dokonywane jest to za pomocą jednej skrętki. Linia (universe) DMX jest dodawana do sieci i identyfikowana za pomocą jednego z 256 dostępnych adresów. Jednak „piękno” Art-Netu polega na tym, że w dowolnej chwili możemy zdalnie dokonać rekonfiguracji adresów i w ten sposób kompletnie „przemeblować” strukturę przesyłania danych w sieci.

Art-Net supportuje też RDM (Remote Device Management), który jest nowym standardem rozwijanym przez ESTA. DMX wysyła dane za pomocą pinów 2 i 3 złącza DMX-owego, a RDM odwraca kierunek, tak że może otrzymywać dane z urządzenia DMX supportującego RDM. Tak więc DMX staje się dwukierunkowy, pozwalając nie tylko na zdalne zaprogramowanie adresów startowych, ale – co ważniejsze – informacje z urządzenia, takie jak temperatura i stan pracy źródła światła, mogą być dostarczane do operatora. Daje to precyzyjną kontrolę nad urządzeniami, w związku z czym sprzęt i technologia DMX może być obecnie wykorzystana w branży oświetlenia architektonicznego.

ACN to zestaw protokołów, który jest najczęściej wykorzystywany do sterowania oświetleniem teatralnym, audio, wideo (media serwery) i efektami. Standard jest rozwijany przez ESTA (Entertainment Services & Technology Association). ACN może być łączony i konfigurowany z innymi standardowymi protokołami. Może być implementowany z wykorzystaniem różnego rodzaju sieci – przeważnie jest to sieć Ethernet.

ACN cechuje dwukierunkowość z sekwencjonowaniem i niezawodność. Niezawodność jest osiągana poprzez wykrywanie i ponowne przesyłanie zagubionej sekwencji pakietów.

W kolejnym artykule z cyklu „Systemy oświetleniowe” omówimy konkretne typy konsolet, prezentując ich wady, zalety i funkcjonalność.

Jacek Sitarski