DMX w praktyce. Okablowanie i złącza

2017-12-27
DMX w praktyce. Okablowanie i złącza

Każdy, kto pracuje „w świetle” (i nie mam tu na myśli aktorów czy artystów na scenie), albo choć trochę interesuje się tą tematyką, dobrze wie, co to jest DMX, czyli Digital MultipleXed Protocol.

System ten niepodzielnie króluje obecnie w większości systemów oświetleniowych – tych stacjonarnych, instalacyjnych, i tych budowanych „z potrzeby chwili”, czyli na czas odbywającej się tu czy tam imprezy.

Nie będziemy tutaj zajmować się teoretycznymi rozważaniami, czym jest i na jakiej zasadzie „działa” DMX, poruszyć bowiem chcę kilka bardziej praktycznych tematów, które przydadzą się tym, którzy te podstawy teoretyczne już mają i DMX-a używają na co dzień. Żeby jednak nie wyskakiwać „jak Filip z konopi”, dosłownie kilka zdań teoretycznego wprowadzenia do tematu.

DMX


Za datę narodzin DMX-a można przyjąć rok 1986. Powstały pod nazwą „USITT DMX512 Standard” protokół miał w swoich założeniach zapewniać transmisję wielu kanałów na duże odległości. W 1990 roku USITT dokonał pewnych korekcji specyfikacji standardu, co sprawiło, że protokół stał się łatwiejszy w implementacji. Można przyjąć rok 1990 za przełom, nie tylko we wdrażaniu systemu DMX, ale wręcz w historii systemów oświetleniowych. Od tego bowiem momentu na rynku rozpoczął się wykwit nowych firm, produkujących stosunkowo niedrogie urządzenia oświetleniowe z zaimplementowanym protokołem DMX512/1990, a firmy, które już wcześniej zainteresowały się nim, poszerzyły znacząco asortyment swoich produktów supportujących ten protokół. W roku 2004 nastąpiła kolejna „rewizja” założeń i specyfikacji standardu, w efekcie czego w roku 2005 pojawił się stary/nowy standard DMX512-A, będący obecnie w powszechnym zastosowaniu. Czemu stary/nowy? Nowy, gdyż poczyniono w nim pewne zmiany w stosunku do DMX512/1990, a stary, gdyż jego założenia i główny „powód” istnienia jest niezmienny od momentu narodzin w 1986 roku – przesyłanie 512 niezależnych kanałów za pomocą pary skręconych przewodów.

Właśnie, jak to z tymi przewodami i kablami jest? Jakich można, czy wręcz powinno się, używać w systemach DMX-owych, a jakich należy unikać? Tym tematem zajmiemy się w tym artykule.

KABLE SYSTEMU DMX


Jeszcze kilkanaście lat temu wśród producentów sprzętu oświetleniowego, konkretnie urządzeń przystosowanych do pracy w systemie DMX, trwał spór dotyczący rodzaju kabli, którymi przesyłane są dane DMX. Spór ten dotyczył konkretnie tego, czy stosować 3-, czy 5-pinowe złącza XLR, co przekładało się na rodzaj stosowanych kabli – dwie, czy jedna para przewodów. „Puryści” twierdzili, że skoro w specyfikacji protokołu DMX512 zalecane jest stosowanie 5-pinowego złącza XLR i przewodu dwuparowego, to znaczy, że takie kable trzeba stosować. „Niskokosztowcy” natomiast uważali, że skoro do transmisji danych DMX-owych używana jest tylko jedna para przewodów, a druga nie jest wykorzystywana, to nie ma sensu stosować droższych kabli dwuparowych, a także złączy 5-pinowych, skoro wystarczą 3-pinowe. Mało tego, takie przewody „nagminnie” wykorzystują przecież dźwiękowcy, więc dlaczego nie „wypożyczyć” ich od nich? Niestety, to nie do końca jest racja. XLR- -owe przewody dźwiękowców wykorzystywane są do transmisji sygnałów audio w paśmie 20 Hz-20 kHz. Sygnał DMX to sygnał cyfrowy, w formie fali prostokątnej (a więc o dużej zawartości wyższych harmonicznych i potrzebie szerokiego pasma), wymagający przepływności rzędu 250 kbitów/sekundę.

Na szczęście cała debata zakończyła się w 2004 roku, kiedy pojawił się nowy standard DMX512-A, a przynajmniej powinna była się zakończyć. Niestety, do dziś „niskokosztowcy” wciąż propagują swoje idee i, co gorsza, sami korzystają ze standardowych kabli symetrycznych audio, zwłaszcza że wciąż wielu producentów daje im do ręki argument w postaci instalowania w swoim sprzęcie nie tylko „obowiązujących” gniazd 5-pinowych, ale też i 3-pinowych XLRów.

My jednak przyłączamy się do głosów propagujących właściwe okablowanie i złącza, które obecnie jest nie tylko „zalecane”, ale wręcz „wymagane”.

Standard DMX512 jest bardzo wrażliwy na typ i rodzaj stosowanych kabli. Wymogiem jest korzystanie z ekranowanych kabli, złożonych z dwóch par skręconych ze sobą przewodów oraz dodatkowego ekranu z foli aluminiowej. Kable takie powinny też charakteryzować się małą pojemnością pomiędzy przewodnikami oraz impedancją charakterystyczną (falową) w granicach 85-150 Ω (preferowane 120 Ω). Dla długich połączeń kable powinny charakteryzować się żyłami 7/0,2 (7 nitek przewodów o średnicy 0,2 mm2 w pojedynczej żyle). Kable powinny być chronione płaszczem z PVC, PTFE, poliuretanu lub polietylenu. W zależności od zastosowania mogą też być dodatkowe wymagania w stosunku do przewodów DMX-owych, np. zdolność do pracy w wysokiej temperaturze dla kabli instalowanych w okolicach podwieszanych urządzeń oświetleniowych.

Maksymalna długość połączeń kablowych wynosi 300 m, bez konieczności używania urządzeń wzmacniających sygnał (wzmacniaczy dystrybucyjnych). Przy krótszych połączeniach można wykorzystywać kable z cieńszymi żyłami, aczkolwiek trzeba liczyć się z tym, że są one mniej wytrzymałe mechanicznie.

W przypadku montowania wtyków istotną sprawą jest, aby nie przylutowywać ekranu do obudowy wtyku. Ekran powinien być zamocowany tylko do pinu 1 we wtyku XLR, co pozwoli zminimalizować ryzyko pojawienia się pętli masowych (jako że urządzenia łączone za pomocą takiego przewodu z dużym prawdopodobieństwem będą miały połączoną masę z uziemieniem, w celu zmniejszenia ryzyka porażenia prądem).



Odpowiedni schemat połączeń żył kabla DMX-owego do 5-pinowego wtyku XLR przedstawiony jest w tabeli poniżej.

Kolorystyka żył jest przykładowa, ta akurat odpowiada kablom firmy Belden. Inni producenci mogą mieć własny, odmienny od przedstawionego sposób kolorowego kodowania żył.

Do bezpośredniego lutowania do wtyków XLR powinno używać się wyłącznie kabli, w których żyły są w formie linki (kilka cienkich drucików w jednej wiązce). Kable z żyłami o jednym przewodzie nie są dostatecznie wytrzymałe do takich zastosowań. Są to np. kable Ethernetowe Cat 5 czy Cat 6. Czy to oznacza, że nie nadają się one do transmitowania sygnałów DMX?

CAT5, CAT5E, CAT6


Wprost przeciwnie, można je z powodzeniem używać jako przewody DMX-owe, pod tym wszakże warunkiem (o którym pisałem przed chwilą), że nie będziemy ich przymocowywać bezpośrednio do końcówek wtyku XLR. Co w takim razie z nimi zrobić?

Kable Ethernetowe są z „natury” dostosowane do mocowania w złączach typu RJ45, i tak też należy je konfekcjonować. „Przejścia” z formatu RJ45 na XLR możemy zaś dokonać za pomocą adapterów XLR/RJ45, produkowanych przez firmę Neutrik i ogólnie dostępnych na rynku.


Stosowanie kabli Ethernetowych, szczególnie w instalacjach stałych, ma jeszcze inną zaletę – jest „przyszłościowe”. Lada dzień z dużym prawdopodobieństwem transmisja za pomocą protokołu DMX, szczególnie na większe odległości, np. w obrębie całego budynku lub kompleksu budynków, zostanie zastąpiona przez protokoły oparte na Ethernecie, jak np. Art-Net. Dzięki temu uniknie się kosztownej wymiany całego okablowania w być może ogromnym budynku, a przecież zainstalowanie w obecnych czasach okablowania strukturalnego (np. Cat 6, albo jeszcze lepiej Cat 7) nie jest wcale droższe. W zasadzie nawet tańsze, gdyż koszt skrętki jest niższy, niż dobrej jakości kabli DMX-owych.

Trzeba się jednak liczyć z tym, że pewne reguły ethernetowe różnią się znacznie od DMX-owych. Oczywiście inny rodzaj złącz nie stanowi problemu, gdyż te można wymienić „bezboleśnie” i stosunkowo szybko (czego nie można powiedzieć o wymianie okablowania). Kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest maksymalna odległość między kolejnymi urządzeniami – w przypadku protokołu Ethernet jesteśmy ograniczeni do 90 m (dla DMX maksymalna długość połączeń wynosi 300 m). Kolejną kwestią jest topologia połączeń – w DMX-ie stosuje się raczej połączenia typu daisy-chain, czyli łańcuchowego (od jednego do drugiego itd.), podczas gdy sieci Ethernetowe oparte są w znakomitej większości przypadków na topologii gwiazdy. Nie są to jednak problemy nie do przeskoczenia. Nic bowiem nie stoi na przeszkodzie, aby konfiguracje sieci DMX-owej zrealizować na podobieństwo topologii gwiazdy (centralny patch-bay w „centrum dowodzenia”).

Trzeba też pamiętać, aby nie stosować dłuższych połączeń niż 90 m. W takiej sytuacji, w razie konieczności, przesiadka z sytemu DMX na Ethernetowy (w kwestii okablowania oczywiście) wiąże się tylko z koniecznością wspomnianej wcześniej wymiany złączy z XLR na RJ45, a nawet i to nie, gdyż, jak pamiętamy, złączy XLR nie lutujemy bezpośrednio do żył jednoprzewodowych, a takie głównie możemy spotkać w kablach Cat. Jeśli więc już na wstępie położymy zamiast kabli DMX okablowanie Ethernetowe, korzystając póki co z przejściówek RJ45/DMX, w przypadku zmiany systemu musimy tylko „pozbyć” się owych przejściówek. I po sprawie!

Do niedawna stosowane kable Cat5 zostały już w zasadzie całkowicie wyparte przez Cat5e, zaś te powoli również wypierane są przez Cat6, i w zasadzie obecnie dobrze jest stosować właśnie „szóstki”. Zasadnicze różnice pomiędzy kablami Cat6 a Cat5e to lepsza jakość transmisji oraz szersze pasmo tych pierwszych – ze 100 MHz dla Cat5e do 200 MHz dla Cat6. Poprawiono też stosunek sygnał/szum, co zwiększa niezawodowość transmisji w sensie mniejszego prawdopodobieństwa wystąpienia błędów transmisji.

Na koniec kilka słów o

INSTALOWANIU I PROWADZENIU OKABLOWANIA


głównie rzecz dotyczyć będzie instalacji stałych.

W przypadku nowych budynków okablowanie DMX będzie niewątpliwie miało towarzystwo w postaci okablowania innych mediów: dźwięku, wideo, telekomunikacyjnego, sterującego. Z wideo, telekomunikacją itp. nie ma problemu, podobnie jak z przewodami głośnikowymi, jednak przewody DMX (i inne cyfrowe) dobrze jest izolować od przewodów prowadzących analogowe sygnały audio o poziomach liniowych. I to bynajmniej nie z powodu złego wpływu tychże na „światło” czy „wideo”, ale wręcz przeciwnie – sygnały cyfrowe płynące w przewodach sterujących oświetleniem czy multimediami mogą powodować słyszalne „kliki” w systemach nagłośnieniowych niższej jakości.

Oczywiście całe te opisane wcześniej „towarzystwo” trzymamy możliwe jak najdalej od kabli energetycznych i zasilających (w odległości co najmniej 60 cm jedne od drugich), a jeśli już muszą się one ze sobą przeciąć w bliskiej odległości, upewnijmy się że, skrzyżowanie to będzie przebiegło pod kątem prostym, aby ograniczyć do minimum możliwość zakłóceń interferencyjnych indukowanych w kablach sygnałowych.

Na koniec jeszcze kilka zdań o, z pozoru niewielkim, ale jakże istotnym elemencie, bez którego żaden system DMX-owy praktycznie nie może się obejść, który zwie się

TERMINATOR


Może to kojarzyć się z kultowym już filmem i równie 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 impedancją 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, leżące pośrodku zakresu najczęściej spotykanych impedancji charakterystycznych kabli DMX-owych.


Jak to wygląda w praktyce? Terminatory powinniśmy instalować na końcu każdej linii DMX-owej. 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 nadmiernie 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.

Alex Sokalski