[Сетевые технологии, История IT] История систем управления световым оборудованием
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
Источник
Скоро Новый год. Все мы будем любоваться разноцветными гирляндами на елках и различными световыми инсталляциями на улицах города. Самое время узнать, какие технологии лежат в основе световых шоу.
На сегодняшний день для создания светового шоу не требуются большие помещения и дорогое промышленное оборудование, достаточно иметь микроконтроллеры и светодиодные ленты. Тем не менее, так было не всегда. В этой статье расскажем о краткой истории эволюции систем для создания световых шоу с зарождения и до наших дней.
Зарождение светомузыки
Первые мысли о совмещении света и звука зародились задолго до появления электроники. Оптический клавесин, цветовой орган, светомузыкальные композиции XX века — далеко не полный список попыток «приручить» свет для шоу.
Одним из первый электронных музыкальных инструментов, который также создавал светомузыку, можно считать оптофоническое пианино (оптофон) художника Владимира Баранова, созданное в 1916 году.
Оптофоническое пианино Баранова генерировало звуки и проецировало изображение на плоские поверхности вроде стены, потолка или киноэкрана. Внутри инструмента — набор раскрашенных Барановым дисков, фильтров, отражателей и линз. Их комбинации создавали свет, который считывался фотоэлементом, соединенным с генератором звука. В итоге получался постоянный звуковой поток, дополненный калейдоскопическим шоу вращающихся дисков.
До 1970-х годов интерес к светомузыке проявляли в основном ученые и художники.
Аналоговая эпоха
Оптофон Владимира Баранова. Источник.
В 1970-е светомузыка становится популярна среди молодежных субкультур, в частности, в рок-культуре. Успешный опыт музыкальных групп, таких как «Pink Floyd», а также развитие радиоэлектроники и снижение стоимости компонентов привело к всплеску интереса к светомузыке. За приемлемые по тем временам деньги можно было получить примитивную «домашнюю» светомузыку для дискотеки.
Чаще всего такая светомузыка была представлена в виде светодинамических устройств, которые реализуют определенные алгоритмы и демонстрируют соответствующие световые эффекты, но не имеют прямой синхронизации с музыкой.
Светомузыка, имеющая синхронизацию со звуком, делится на две группы:
- автоматические светомузыкальные устройства (АСМУ);
- программируемые синхронные автоматы (ПСА).
Чаще всего автоматические светомузыкальные приборы основаны на принципах фильтрации диапазона частот в отдельные частотные каналы, которые подаются на соответствующие световые установки. «Классическое» сопоставление частот с цветами — это линейное сопоставление частот АЧХ с порядком следования цветов в видимом спектре:
- красный — низкие частоты (диапазон до 200 Гц);
- желтый — средне-низкие частоты (диапазон от 200 до 800 Гц);
- зеленый — средние частоты (от 800 до 3500 Гц);
- синий — высокие частоты (выше 3500 Гц).
В АСМУ основным «двигателем» является звуковой сигнал, а в программируемых синхронных автоматах — фантазия и профессионализм светоинженера. Проще говоря, в ПСА за синхронизацию света и музыки ответственен человек.
Изначально в сценическом освещении в качестве пульта управления (консоли) использовалась панель с большим количеством ручных потенциометров, которые управляли фонарями. Электричество подавалось от «пульта» к источникам освещения по большим силовым кабелям. Такая система была громоздкой и не самой простой в управлении.
Первым шагом в упрощении процесса стало соединение двигателей с потенциометрами. В такой схеме инженер управляет двигателями, а двигатели — потенциометрами. Громоздкую панель можно спрятать под сцену, а в руки светотехнику дать компактный пульт управления двигателями. Однако двигатели имеют ограниченную скорость, что негативно влияет на систему.
Стойки с диммерами. Источник
Вскоре появились диммеры — устройства, которые по сигналу с пульта изменяют напряжение на осветительных приборах, тем самым регулируя яркость. В аналоговую эпоху не было единого стандарта, который регламентировал общение между пультами и диммерами. Для управления использовался постоянный ток низкого напряжения, а наиболее широко распространился аналоговый интерфейс 0-10 вольт.
Советский световой пульт СУТО. Источник
Аналоговый интерфейс имел ряд проблем. Во-первых, использование низкого напряжения и одного провода на канал приводило к возникновению наводок в цепи. Во-вторых, с ростом количества устройств система становилась сложнее в обслуживании и устранении неисправностей. Использование техники разных производителей требовало дополнительных адаптеров и усилителей для согласования оборудования с разными интерфейсами.
С появлением компьютеров производители стали добавлять цифровую составляющую в пульты управления.
DMX512
Переход на «цифру» сопряжен с созданием множества проприетарных протоколов, несовместимых между собой. Такое положение дел не устраивало конечных потребителей, так как весь комплект оборудования должен был быть от одного производителя. В таких условиях необходимость общего стандарта очевидна.
Институт театральных технологий США (United States Institute for Theatre Technology, USITT) в 1986 году разработал стандарт DMX512, предназначенный для унификации общения пультов управления и конечных устройств.
Кабель с разъемом DMX512 XLR. Источник
В основе DMX512 лежит промышленный интерфейс EIA/TIA-485, более известный как RS-485. Данные отправляются в виде дифференциального сигнала, что значительно снижает влияние наводок в цепи. Стандарт предписывает использовать кабели с пятью жилами:
- экран;
- отрицательный сигнальный провод;
- положительный сигнальный провод;
- отрицательный резервный провод;
- положительный резервный провод.
Тем не менее, ревизии стандарта 1986 и 1990 годов не определяют назначение резервной пары, поэтому допустимо ее отбросить и использовать трехжильные провода, например, микрофонный кабель. Однако фантомное питание микрофона (+48 В) способно повредить DMX-совместимое оборудование, а DMX-сигналы от консоли могут повредить микрофон. Поэтому стандарт предписывает использовать именно коннекторы XLR-5.
Одна линия DMX512 вмещает 512 каналов, то есть один провод DMX512 эквивалентен 512 проводам аналогового интерфейса 0-10 В.
Сценическое оборудование в основном многоканальное. Один канал управляет одним параметром оборудования. Так, простой RGB-прожектор будет трехканальным, где каждый канал определяет яркость соответствующей компоненты.
DMX512 поддерживает последовательное подключение устройств. Так, от пульта управления может идти одна линия, которая подключается ко входу первого устройства, а второе устройство подключается к выходному порту первого. У такого способа, однако, есть ограничения. Во-первых, суммарное «потребление» каналов не должно превышать 512 каналов. Во-вторых, на линии допустимо не более 32 устройств. Она обязательно должна заканчиваться терминатором, если в последнем устройстве нет внутренней терминации.
Оптический изолятор DMX512. Источник
Стоит отметить, что DMX512 использует низковольтное маломощное соединение для управление мощными устройствами. Высоковольтный пробой в диммере может передаться в DMX-линию и привести к порче консоли. Для предотвращения таких ситуаций был разработан оптический изолятор. Это устройство конвертирует электрические сигналы DMX в оптические, а затем сразу же конвертирует оптический сигнал обратно в электрический. Таким образом, «нежный» пульт управления электрически изолирован от конечных устройств.
Консоль предоставляет несколько DMX-портов. Каждый DMX-порт, также называемый DMX-областью (DMX Universe), предоставляет до 512 каналов. Каждый канал передает ровно один байт данных, то есть число от 0 до 255. Передача DMX-кадра с максимальной длиной занимает 23 мс, что ограничивает скорость обновления до 44 раз в секунду.
Стандарт DMX512 не изменялся с 1990 года. Однако в 1998 году Ассоциация развлекательных услуг и технологий (Entertainment Services and Technology Association, ESTA) начала пересматривать стандарт с целью попасть в стандарты ANSI. В 2004 году DMX512 был стандартизирован как DMX512-A, а затем был повторно пересмотрен в 2008. Наиболее актуальная версия на момент написания статьи — «ANSI E1.11-2008, USITT DMX512-A».
С развитием техники стали появляться устройства, имеющие более 512 каналов. Возникла потребность в разработке нового стандарта, который элегантно решит эту проблему.
DMX512 over Ethernet
Решение проблемы ограниченности DMX-линий оказалось достаточно простым. Необходимо сменить среду передачи данных на Ethernet, который уже зарекомендовал себя и используется повсеместно. Благодаря такому решению можно передавать множество DMX-областей в одном кабеле. Для подключения устройств с DMX-коннекторами используются специальные конвертеры, которые извлекают из пакетов DMX-данные и отправляют подключенным устройствам.
На данный момент существуют два конкурирующих решения по отправке DMX512 в среде Ethernet:
- Art-Net;
- sACN.
Рассмотрим каждый из них.
Art-Net
Компания Artistic License в 1998 году выпустила первую версию Art-Net — протокол для передачи DMX-данных через IP. В основе протокола были широковещательные сообщения, чтобы избавить пользователей от настройки сети. Art-Net I проектировалась на сетях 10 Мбит/с, которые выдерживали в среднем до 10 DMX-областей, а эффективный предел составлял 40 Мбит/с. Однако с широким распространением RGB-светодиодов количество каналов росло, и подход с широковещательными сообщениями создавал сильную нагрузку на сети.
Чтобы хоть как-то исправить эту проблему, в 2006 вышла следующая версия — Art-Net II. В основе также лежали широковещательные сообщения, но консоль сопоставляла DMX-области с конкретными устройствами и переходила к адресной рассылке. При этом предельное количество DMX-областей расширилось до 256. В следующих релизах число выросло до 32768.
Art-Net не стал официально признанным стандартом, но используется по сей день. Современная версия Art-Net IV позволяет работать с устройствами, которые поддерживают только стандартизированный протокол sACN.
ACN и sACN
Протоколы Architecture for Control Networks (ACN) и Streaming ACN (sACN) — это стандартизированный в 2006 году набор протоколов для управления развлекательным оборудованием в живых выступлениях и/или в крупных масштабах.
ACN определяет модульную сетевую архитектуру, включающую в себя два сетевых протокола, язык для описания устройств (Device Description Language, DDL) и профили для взаимодействия (E1.17 Profiles for Interoperability). Набор протоколов ACN изначально был разработан для работы поверх UDP/IP, поэтому он будет также работать в сетях IP, Ethernet и 802.11 (Wi-Fi).
Благодаря модульности ACN легко расширяется. Одно из расширений, ANSI E1.31, также известное как Streaming ACN (sACN), используется для отправки DMX-данных через ACN-совместимые сети. В сравнении с Art-Net sACN поддерживает до 65535 DMX-областей.
Заключение
Методы создания световых шоу значительно эволюционировали с момента их появления. В аналоговую эпоху не было единого стандарта, но относительная совместимость интерфейсов смягчала проблему. С переходом на «цифру» появилось множество несовместимых проприетарных протоколов, которые были успешно вытеснены стандартизированным DMX512. На данный момент наблюдается переход DMX в среду Ethernet в виде двух конкурирующих протоколов E1.31 и Art-Net. Кто выйдет победителем — покажет время.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [Читальный зал, История IT, Процессоры] Как малоизвестный британский производитель ПК изобрел ARM и изменил мир (перевод)
- [Информационная безопасность, История IT, Научно-популярное, Мозг, Будущее здесь] Связь вокруг нас
- [Сетевые технологии, Беспроводные технологии, История IT] Коротко об истории Bluetooth: четверть века для путешествия от 1.0 до 5.2
- [Системное администрирование, История IT, Софт, IT-компании] Корневой сертификат Microsoft истекает в этом месяце, но компания просит его не удалять
- [Open source, Сетевые технологии, Kubernetes] Tigera запускает новый учебный портал Tigera Academy — бесплатную платформу для обучения и сертификации по Calico
- [IT-инфраструктура, Сетевые технологии, Беспроводные технологии, Интернет вещей] Как мы прокачали телеметрию крупного металлургического комбината
- [Сетевые технологии, Научно-популярное, Сетевое оборудование, Будущее здесь] Японцы сумели передать по одному оптическому волокну данные со скоростью 1 Пбит/с
- [Cobol, История IT, Финансы в IT] COBOL — древний код, который управляет вашими деньгами (перевод)
- [Информационная безопасность, Сетевые технологии] VPN: ещё раз просто о сложном
- [Open source, Работа с видео, История IT, Звук] Проекту FFmpeg исполнилось 20 лет
Теги для поиска: #_setevye_tehnologii (Сетевые технологии), #_istorija_it (История IT), #_svetovye_effekty (световые эффекты), #_svetovye_tehnologii (световые технологии), #_istorija_sozdanija (история создания), #_novyj_god (новый год), #_shou (шоу), #_blog_kompanii_selectel (
Блог компании Selectel
), #_setevye_tehnologii (
Сетевые технологии
), #_istorija_it (
История IT
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 16:31
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
 ИсточникСкоро Новый год. Все мы будем любоваться разноцветными гирляндами на елках и различными световыми инсталляциями на улицах города. Самое время узнать, какие технологии лежат в основе световых шоу. На сегодняшний день для создания светового шоу не требуются большие помещения и дорогое промышленное оборудование, достаточно иметь микроконтроллеры и светодиодные ленты. Тем не менее, так было не всегда. В этой статье расскажем о краткой истории эволюции систем для создания световых шоу с зарождения и до наших дней. Зарождение светомузыки Первые мысли о совмещении света и звука зародились задолго до появления электроники. Оптический клавесин, цветовой орган, светомузыкальные композиции XX века — далеко не полный список попыток «приручить» свет для шоу. Одним из первый электронных музыкальных инструментов, который также создавал светомузыку, можно считать оптофоническое пианино (оптофон) художника Владимира Баранова, созданное в 1916 году. Оптофоническое пианино Баранова генерировало звуки и проецировало изображение на плоские поверхности вроде стены, потолка или киноэкрана. Внутри инструмента — набор раскрашенных Барановым дисков, фильтров, отражателей и линз. Их комбинации создавали свет, который считывался фотоэлементом, соединенным с генератором звука. В итоге получался постоянный звуковой поток, дополненный калейдоскопическим шоу вращающихся дисков. До 1970-х годов интерес к светомузыке проявляли в основном ученые и художники. Аналоговая эпоха  Оптофон Владимира Баранова. Источник.В 1970-е светомузыка становится популярна среди молодежных субкультур, в частности, в рок-культуре. Успешный опыт музыкальных групп, таких как «Pink Floyd», а также развитие радиоэлектроники и снижение стоимости компонентов привело к всплеску интереса к светомузыке. За приемлемые по тем временам деньги можно было получить примитивную «домашнюю» светомузыку для дискотеки. Чаще всего такая светомузыка была представлена в виде светодинамических устройств, которые реализуют определенные алгоритмы и демонстрируют соответствующие световые эффекты, но не имеют прямой синхронизации с музыкой. Светомузыка, имеющая синхронизацию со звуком, делится на две группы:
Чаще всего автоматические светомузыкальные приборы основаны на принципах фильтрации диапазона частот в отдельные частотные каналы, которые подаются на соответствующие световые установки. «Классическое» сопоставление частот с цветами — это линейное сопоставление частот АЧХ с порядком следования цветов в видимом спектре:
В АСМУ основным «двигателем» является звуковой сигнал, а в программируемых синхронных автоматах — фантазия и профессионализм светоинженера. Проще говоря, в ПСА за синхронизацию света и музыки ответственен человек. Изначально в сценическом освещении в качестве пульта управления (консоли) использовалась панель с большим количеством ручных потенциометров, которые управляли фонарями. Электричество подавалось от «пульта» к источникам освещения по большим силовым кабелям. Такая система была громоздкой и не самой простой в управлении. Первым шагом в упрощении процесса стало соединение двигателей с потенциометрами. В такой схеме инженер управляет двигателями, а двигатели — потенциометрами. Громоздкую панель можно спрятать под сцену, а в руки светотехнику дать компактный пульт управления двигателями. Однако двигатели имеют ограниченную скорость, что негативно влияет на систему.  Стойки с диммерами. ИсточникВскоре появились диммеры — устройства, которые по сигналу с пульта изменяют напряжение на осветительных приборах, тем самым регулируя яркость. В аналоговую эпоху не было единого стандарта, который регламентировал общение между пультами и диммерами. Для управления использовался постоянный ток низкого напряжения, а наиболее широко распространился аналоговый интерфейс 0-10 вольт.  Советский световой пульт СУТО. ИсточникАналоговый интерфейс имел ряд проблем. Во-первых, использование низкого напряжения и одного провода на канал приводило к возникновению наводок в цепи. Во-вторых, с ростом количества устройств система становилась сложнее в обслуживании и устранении неисправностей. Использование техники разных производителей требовало дополнительных адаптеров и усилителей для согласования оборудования с разными интерфейсами. С появлением компьютеров производители стали добавлять цифровую составляющую в пульты управления. DMX512 Переход на «цифру» сопряжен с созданием множества проприетарных протоколов, несовместимых между собой. Такое положение дел не устраивало конечных потребителей, так как весь комплект оборудования должен был быть от одного производителя. В таких условиях необходимость общего стандарта очевидна. Институт театральных технологий США (United States Institute for Theatre Technology, USITT) в 1986 году разработал стандарт DMX512, предназначенный для унификации общения пультов управления и конечных устройств.  Кабель с разъемом DMX512 XLR. ИсточникВ основе DMX512 лежит промышленный интерфейс EIA/TIA-485, более известный как RS-485. Данные отправляются в виде дифференциального сигнала, что значительно снижает влияние наводок в цепи. Стандарт предписывает использовать кабели с пятью жилами:
Тем не менее, ревизии стандарта 1986 и 1990 годов не определяют назначение резервной пары, поэтому допустимо ее отбросить и использовать трехжильные провода, например, микрофонный кабель. Однако фантомное питание микрофона (+48 В) способно повредить DMX-совместимое оборудование, а DMX-сигналы от консоли могут повредить микрофон. Поэтому стандарт предписывает использовать именно коннекторы XLR-5. Одна линия DMX512 вмещает 512 каналов, то есть один провод DMX512 эквивалентен 512 проводам аналогового интерфейса 0-10 В. Сценическое оборудование в основном многоканальное. Один канал управляет одним параметром оборудования. Так, простой RGB-прожектор будет трехканальным, где каждый канал определяет яркость соответствующей компоненты.
DMX512 поддерживает последовательное подключение устройств. Так, от пульта управления может идти одна линия, которая подключается ко входу первого устройства, а второе устройство подключается к выходному порту первого. У такого способа, однако, есть ограничения. Во-первых, суммарное «потребление» каналов не должно превышать 512 каналов. Во-вторых, на линии допустимо не более 32 устройств. Она обязательно должна заканчиваться терминатором, если в последнем устройстве нет внутренней терминации.  Оптический изолятор DMX512. ИсточникСтоит отметить, что DMX512 использует низковольтное маломощное соединение для управление мощными устройствами. Высоковольтный пробой в диммере может передаться в DMX-линию и привести к порче консоли. Для предотвращения таких ситуаций был разработан оптический изолятор. Это устройство конвертирует электрические сигналы DMX в оптические, а затем сразу же конвертирует оптический сигнал обратно в электрический. Таким образом, «нежный» пульт управления электрически изолирован от конечных устройств. Консоль предоставляет несколько DMX-портов. Каждый DMX-порт, также называемый DMX-областью (DMX Universe), предоставляет до 512 каналов. Каждый канал передает ровно один байт данных, то есть число от 0 до 255. Передача DMX-кадра с максимальной длиной занимает 23 мс, что ограничивает скорость обновления до 44 раз в секунду. Стандарт DMX512 не изменялся с 1990 года. Однако в 1998 году Ассоциация развлекательных услуг и технологий (Entertainment Services and Technology Association, ESTA) начала пересматривать стандарт с целью попасть в стандарты ANSI. В 2004 году DMX512 был стандартизирован как DMX512-A, а затем был повторно пересмотрен в 2008. Наиболее актуальная версия на момент написания статьи — «ANSI E1.11-2008, USITT DMX512-A». С развитием техники стали появляться устройства, имеющие более 512 каналов. Возникла потребность в разработке нового стандарта, который элегантно решит эту проблему. DMX512 over Ethernet Решение проблемы ограниченности DMX-линий оказалось достаточно простым. Необходимо сменить среду передачи данных на Ethernet, который уже зарекомендовал себя и используется повсеместно. Благодаря такому решению можно передавать множество DMX-областей в одном кабеле. Для подключения устройств с DMX-коннекторами используются специальные конвертеры, которые извлекают из пакетов DMX-данные и отправляют подключенным устройствам. На данный момент существуют два конкурирующих решения по отправке DMX512 в среде Ethernet:
Рассмотрим каждый из них. Art-Net Компания Artistic License в 1998 году выпустила первую версию Art-Net — протокол для передачи DMX-данных через IP. В основе протокола были широковещательные сообщения, чтобы избавить пользователей от настройки сети. Art-Net I проектировалась на сетях 10 Мбит/с, которые выдерживали в среднем до 10 DMX-областей, а эффективный предел составлял 40 Мбит/с. Однако с широким распространением RGB-светодиодов количество каналов росло, и подход с широковещательными сообщениями создавал сильную нагрузку на сети. Чтобы хоть как-то исправить эту проблему, в 2006 вышла следующая версия — Art-Net II. В основе также лежали широковещательные сообщения, но консоль сопоставляла DMX-области с конкретными устройствами и переходила к адресной рассылке. При этом предельное количество DMX-областей расширилось до 256. В следующих релизах число выросло до 32768. Art-Net не стал официально признанным стандартом, но используется по сей день. Современная версия Art-Net IV позволяет работать с устройствами, которые поддерживают только стандартизированный протокол sACN. ACN и sACN Протоколы Architecture for Control Networks (ACN) и Streaming ACN (sACN) — это стандартизированный в 2006 году набор протоколов для управления развлекательным оборудованием в живых выступлениях и/или в крупных масштабах. ACN определяет модульную сетевую архитектуру, включающую в себя два сетевых протокола, язык для описания устройств (Device Description Language, DDL) и профили для взаимодействия (E1.17 Profiles for Interoperability). Набор протоколов ACN изначально был разработан для работы поверх UDP/IP, поэтому он будет также работать в сетях IP, Ethernet и 802.11 (Wi-Fi). Благодаря модульности ACN легко расширяется. Одно из расширений, ANSI E1.31, также известное как Streaming ACN (sACN), используется для отправки DMX-данных через ACN-совместимые сети. В сравнении с Art-Net sACN поддерживает до 65535 DMX-областей. Заключение Методы создания световых шоу значительно эволюционировали с момента их появления. В аналоговую эпоху не было единого стандарта, но относительная совместимость интерфейсов смягчала проблему. С переходом на «цифру» появилось множество несовместимых проприетарных протоколов, которые были успешно вытеснены стандартизированным DMX512. На данный момент наблюдается переход DMX в среду Ethernet в виде двух конкурирующих протоколов E1.31 и Art-Net. Кто выйдет победителем — покажет время.  =========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
Блог компании Selectel ), #_setevye_tehnologii ( Сетевые технологии ), #_istorija_it ( История IT ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 16:31
Часовой пояс: UTC + 5