現(xiàn)場演出中的同步與觸發(fā)

張哲 冀翔

【摘? ?要】 以“E音之夜”多媒體原創(chuàng)電子音樂會為樣本，分析現(xiàn)場演出同步與觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計思路與注意事項。

【關(guān)鍵詞】 現(xiàn)場演出;同步;觸發(fā);時間碼;音視頻同步;自動化;演出控制系統(tǒng);備份

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.12.004

2018年6月，中國傳媒大學(xué)“E音之夜”多媒體原創(chuàng)電子音樂會（以下簡稱“E音之夜”音樂會）成功舉辦。“E音之夜”音樂會以別具一格的原創(chuàng)電子音樂作品為基礎(chǔ)，輔以創(chuàng)新高科技多媒體手段，呈現(xiàn)出視覺與聽覺雙管齊下的饕餮盛宴。

筆者在演出中負責(zé)音頻播放系統(tǒng)的設(shè)計和現(xiàn)場操作，針對音頻、視頻與燈光部門對于同步操作的需求，引入基于時間碼的同步和觸發(fā)控制系統(tǒng)，力求做到：（1）以音頻播放觸發(fā)視頻播放;（2）音視頻素材同步播放;（3）調(diào)光臺在特定時間點上自動做出Cue點切換。在設(shè)計和執(zhí)行過程中，筆者針對時間碼信號類型的選擇、時間碼發(fā)生源、備份、各工種工作方式的協(xié)調(diào)和方案靈活性等問題進行了較為深入的思考和嘗試，并獲得了不錯的效果。因此，筆者以“E音之夜”音樂會為樣本，分析現(xiàn)場演出同步與觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計思路與注意事項，力求對從業(yè)者提供有益的幫助。

1? 概述

“同步”是一個廣義的概念，字面意思為“相同的步調(diào)”。它所對應(yīng)的英文術(shù)語“Synchronization”指一個系統(tǒng)內(nèi)部各個組成部分協(xié)同工作。在涉及多媒體呈現(xiàn)的現(xiàn)場演出中引入演出控制（Show Control）的“同步”概念，即以自動化的方式統(tǒng)籌多個工種的控制系統(tǒng)（子系統(tǒng)）進行協(xié)同工作。這些子系統(tǒng)包括音頻控制系統(tǒng)（調(diào)音臺、播放器）、視頻控制系統(tǒng)（切換器、播放器）、燈光控制系統(tǒng)（調(diào)光臺、霧機）、舞臺機械控制系統(tǒng)和焰火控制系統(tǒng)等。

演出控制通常以時間為參考，對于子系統(tǒng)的控制體現(xiàn)為兩種形式：（1）在初始指令發(fā)出后，各個子系統(tǒng)能夠在特定時間點上同時完成某種自動操作。例如調(diào)光臺能夠在音樂的特定時間點上自動做出Cue點切換;（2）在初始指令發(fā)出后，各子系統(tǒng)能夠完全根據(jù)時間參考進行自動操作，例如舞臺機械根據(jù)音樂的進行發(fā)生連續(xù)的變化、視頻素材的播放始終與音頻素材的播放保持“幀對幀”的同步等。

這兩種控制形式包含了“同步”和“觸發(fā)”的概念，在實際應(yīng)用中往往通過時間碼（Time Code）和觸發(fā)信號（Trigger）予以實施。“初始指令”指時間碼開始播放或發(fā)出觸發(fā)信號。時間碼同步適用于固定時長的節(jié)目，它能夠在特定時間點上“告知”各子系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)設(shè)置做出動作;而觸發(fā)信號則由人來進行手動觸發(fā)，適用于非固定時長的節(jié)目。

如圖1所示，演出控制系統(tǒng)對于子系統(tǒng)的同步和觸發(fā)通常可以分為三種工作模式。

第一種是“固定時長節(jié)目，各子系統(tǒng)全程同步”。它需要將各個子系統(tǒng)的從屬設(shè)備與時間碼完全綁定，當時間碼開始，從屬設(shè)備開始，時間碼停止，從屬設(shè)備也會停止。這種工作模式通常用于音視頻后期制作。音視頻素材會跟隨時間碼播放，工作站、調(diào)音臺等設(shè)備也會根據(jù)時間碼進行混音操作的自動化記錄或者回放，它們的每一幀都和時間碼的每一幀相對應(yīng)。當時間碼停止時，素材播放和設(shè)備的自動化記錄/回放也會停止。這種工作模式通常不適用于現(xiàn)場演出，因為時間碼的停止會導(dǎo)致音視頻素材播放的停止，這無疑增加了演出所面臨的風(fēng)險。

第二種方式 “固定時長節(jié)目，特定時間點自動觸發(fā)”的工作模式。它可以讓音視頻播放系統(tǒng)根據(jù)“時間碼開始播放”或“時間碼到達特定時間點”指令同時開始播放，隨后便不再受到時間碼的控制。這樣即使時間碼發(fā)生器由于某種原因停止工作，音視頻素材也會繼續(xù)同步播放下去，避免了出現(xiàn)時間碼的停止會導(dǎo)致音視頻素材播放的停止這種風(fēng)險。除此之外，這種工作模式還能夠用于燈光Cue點切換、霧機系統(tǒng)、煙火系統(tǒng)和舞臺機械系統(tǒng)的協(xié)同工作，當“時間碼到達特定時間點”時，上述子系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先編輯好的程序自行工作。例如，音樂素材在某一時刻有焰火音效，在音樂播放到這一時刻時，燈光、焰火系統(tǒng)都會根據(jù)這一音效做出相應(yīng)的響應(yīng)。

第三種方式為“非固定時長節(jié)目，人為手動觸發(fā)”。它針對演出中非精確時間點上出現(xiàn)的事件，通過人為的一次觸發(fā)，同時讓多個子系統(tǒng)做出同步響應(yīng)。例如，圖2所示的音樂劇《一步登天①》中，男主角會多次給出一個標志性的Cue點，此時聲音和燈光效果需要隨著男主角的動作做出同步響應(yīng)，但聲音的播放或者燈光效果的操作②則是現(xiàn)場工作人員通過觀察演員的表演做出的。

2? 同步和觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計考量

在一場演出中使用同步或觸發(fā)需要考慮以下幾方面問題：（1）各工種使用的設(shè)備能夠接收何種類型的同步/觸發(fā)信號;（2）如何選擇同步/觸發(fā)信號源及信號類型;（3）時間碼/觸發(fā)信號傳輸系統(tǒng)如何備份;（4）同步和觸發(fā)系統(tǒng)的靈活性。

這些問題雖然各有側(cè)重，但是緊密相關(guān)。各工種對設(shè)備的選型決定了它們能夠接收同步/觸發(fā)信號的類型。在此基礎(chǔ)上選擇信號發(fā)生源和信號類型，構(gòu)建備份系統(tǒng)，同時將系統(tǒng)靈活性作為重要考量。

2.1? 各工種使用的設(shè)備能夠接收何種類型的同步/觸發(fā)信號

對于時間碼來說，使用頻率最高的是MTC（MIDI接口）和LTC（XLR接口）;對于觸發(fā)信號來說，基于MIDI協(xié)議的各類信號則根據(jù)不同的子系統(tǒng)有著較大的不同。目前，絕大多數(shù)調(diào)音臺都能夠同時支持MTC和LTC;基于個人計算機的音頻和視頻播放系統(tǒng)由于使用專業(yè)音頻接口，也同時支持MTC和LTC;部分燈光控制臺僅配備MIDI接口，支持MTC或通用MIDI觸發(fā)，無法接收LTC。

2.2? 如何選擇同步/觸發(fā)信號源及信號類型

時間碼（TimeCode）的格式為：xxHxxMxxSxxF，即xx小時xx分鐘xx秒xx幀。MTC和LTC（Linear/LongitudinalTimecode）這兩種時間碼均采用SMPTE標準，只是表現(xiàn)形式不同，應(yīng)用于不同的載體。LTC是一種經(jīng)過編碼后，表現(xiàn)形式為音頻信號的時間碼格式，它能夠通過模擬音頻信號線進行傳輸。MTC（MIDI Timecode）是經(jīng)過編碼之后，轉(zhuǎn)換成MIDI信號的時間碼格式，通過MIDI線傳輸。相較于MTC，LTC不僅可以實時生成時間碼，還能夠生成WAV格式的LTC時間碼音頻文件。

時間碼信號源種類繁多，有硬件時間碼發(fā)生器（如調(diào)音臺或?qū)Ｓ脮r間碼設(shè)備等），也有基于軟件的、具有時間碼生成功能的數(shù)字音頻工作站、播放器及演出控制軟件。對于時間碼發(fā)生器的選擇應(yīng)綜合考慮演出需求、備份機制和系統(tǒng)靈活性等問題。

在“E音之夜”音樂會演出中使用的是WAV格式的LTC時間碼音頻文件，見圖3。在音頻播放器中，時間碼音頻文件與節(jié)目所使用的音頻文件同步播放。

對于觸發(fā)信號來說，MIDI信號是最為常用的。例如，調(diào)音臺或燈光控制臺在切換快照（Cue）時可以發(fā)出MIDI信號，音視頻播放器接收信號后可以根據(jù)預(yù)先編輯的內(nèi)容進行播放。需要說明的是，發(fā)出MIDI指令的既可以是調(diào)音臺/燈光控制臺，也可以是任何形式的MIDI鍵盤（合成器、打擊板等），還可以是音視頻播放器，且觸發(fā)控制的實現(xiàn)是雙向的，即一個設(shè)備既可以作為觸發(fā)信號的發(fā)出者，也可以作為接收者來執(zhí)行某種操作。在一套實際系統(tǒng)中，為了保證備份系統(tǒng)簡潔有效，往往指定某一設(shè)備作為觸發(fā)信號的發(fā)出者，其他設(shè)備作為接收者。

2.3? 時間碼/觸發(fā)信號傳輸系統(tǒng)的備份及注意事項

對于采用時間碼/觸發(fā)信號進行控制的演出系統(tǒng)來說，備份是不可或缺的重要環(huán)節(jié)，這其中包括時間碼/觸發(fā)信號發(fā)生源的備份、音視頻播放器的備份以及合并/分配/切換設(shè)備三個部分。

“E音之夜”音樂會上使用了典型的時間碼控制音視頻播放設(shè)備進行同步工作的系統(tǒng)。設(shè)計此類系統(tǒng)時應(yīng)做到以下幾個方面：（1）時間碼的主備系統(tǒng)能夠同時開始和停止;（2）音視頻播放設(shè)備的主備系統(tǒng)能夠交叉接收時間碼主備系統(tǒng)發(fā)出的信號;（3）盡可能保證作為單點的合并/分配/切換設(shè)備簡單穩(wěn)定。

一個系統(tǒng)中只能存在一個時間碼，所有的時間碼接收設(shè)備都無法同時使用多個輸入的時間碼，但可以采取合并的方式將主備系統(tǒng)送出的時間碼信號合二為一。如使用LTC，將兩個完全相同的LTC信號源同時輸出至調(diào)音臺或聲卡的虛擬調(diào)音臺，混合之后輸出給接收設(shè)備。當其中一個時鐘源崩潰，另一個時鐘源仍能持續(xù)輸出完全相同的LTC，調(diào)音臺的輸出電平會相應(yīng)小6 dB，但是LTC完全不會中斷。如果使用的是MTC，可使用MIDI Merger或同類型設(shè)備來實現(xiàn)MIDI信號的合并③。

需要注意的是，在48 kHz采樣率下，如果兩條完全相同的LTC的播放時間差大于7個采樣（約等于0.14 ms），合并后的LTC就會紊亂，導(dǎo)致時間碼同步系統(tǒng)崩潰。因此，保證時間碼主備發(fā)生器的同時開始就顯得尤為重要，為此可使用Q-Widget等同步器來進行播放控制。除此之外，還需要注意兩臺電腦使用的不同聲卡的不同時鐘基準所帶來的時間差，即主備聲卡在同一時間段內(nèi)計算出來的時間長度是否一致，這與聲卡的時基晶振有關(guān)。通常在播放了一定的時間之后，兩臺時間碼的相對延時會越來越大，直至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

嚴格來說，在演出前應(yīng)對主備聲卡進行測試，找到時間碼錯開7個采樣所需要的時間臨界值。一般來說，當時長超過30 min之后才會出現(xiàn)時間碼錯亂的問題。因此，應(yīng)盡可能使用完全相同的兩塊聲卡，為每個節(jié)目（而不是整場演出）單獨設(shè)定時間碼，將每段時間碼的長度控制在30 min之內(nèi)④。

對于音視頻素材的備份可以通過兩組播放器來完成，調(diào)音臺將混合后的LTC再一次進行路由分配，同時送往主備播放器;通過MIDIMerger進行混合的MTC則需要MIDISplitter再次分配給主備播放設(shè)備。

在此基礎(chǔ)上，音頻素材的主備切換需要通過調(diào)音臺來完成，視頻素材的主備切換需要通過視頻切換器來完成。在該系統(tǒng)中，所有的混合、切換和分配設(shè)備均為單點，無法進行備份⑤，因此，應(yīng)保證這些環(huán)節(jié)盡可能簡單且穩(wěn)定。

在有條件的情況下，建議在主備系統(tǒng)之外設(shè)計一套獨立于時間碼/觸發(fā)系統(tǒng)之外的，完全由人進行手動控制的音視頻播放系統(tǒng)，作為突發(fā)情況的應(yīng)急解決方案。

2.4? 同步和觸發(fā)系統(tǒng)的靈活度

LTC、MTC和內(nèi)容為LTC的WAV音頻文件作為時間碼信號來說幾乎是完全一樣的，但是在實際系統(tǒng)的搭建和使用過程中，這三種時間碼格式之間則存在較大的差異。

從系統(tǒng)搭建的角度來說，LTC（或內(nèi)容為LTC的WAV音頻文件）相對更加便捷，利用專業(yè)調(diào)音臺、音頻接口都能夠完成LTC的輸入、輸出、分配和接收工作;但是，所有音頻接口都只有一組MIDI輸入和輸出接口，在使用MTC時需要借助獨立的合并及分配設(shè)備。值得一提的是，WAV音頻文件承載的LTC實際上已經(jīng)替換了“時間碼發(fā)生器”的概念，將時間碼通過音頻播放器來進行播放，這在某種程度上簡化了系統(tǒng)，提升了穩(wěn)定性。但它的問題在于不夠靈活，尤其是節(jié)目時間長度或者節(jié)目之間的順序發(fā)生改變時，對時間碼做出修改就變得比較困難。

3? 具體實施

對于演出控制系統(tǒng)來說，音響部門需要負責(zé)提供時間碼、搭建時間碼/觸發(fā)信號的傳輸和備份系統(tǒng)。“E音之夜”音樂會中用到的這類由時間碼控制音視頻播放器的系統(tǒng)，提出基本的工作步驟如下：

（1）了解節(jié)目形式，確定節(jié)目需求，與各工種的前期協(xié)調(diào)，包括音視頻是分開播放還是統(tǒng)一播放、燈光控臺能夠接收的時間碼/觸發(fā)信號類型等;

（2）設(shè)計時間碼/觸發(fā)信號系統(tǒng)，確定設(shè)備型號及數(shù)量;

（3）根據(jù)節(jié)目列表，為每個節(jié)目制作時間碼;

（4）收集音視頻素材，對時間碼信號源及音視頻播放器進行編程。

“E音之夜”音樂會上使用的燈光控臺為GRAND MA2，能接收MTC和LTC，視頻播放系統(tǒng)為ProVideoPlayer2（PVP2），僅能接收LTC，為便于管理，所有設(shè)備統(tǒng)一使用LTC。音頻播放系統(tǒng)使用QLab，它既能夠直接播放內(nèi)容為LTC的WAV文件，也能夠通過Time Code Cue生成MTC和LTC。權(quán)衡后，筆者選擇內(nèi)容為LTC的WAV音頻文件，將其和編組音頻素材（伴奏、低音聲部、效果人聲等StemMix）同步播放，觸發(fā)視頻播放系統(tǒng)和燈光控臺進行工作。

經(jīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)計，此次演出中共使用4套筆記本電腦，其中音頻播放系統(tǒng)2套、視頻播放系統(tǒng)2套，每套播放系統(tǒng)配備1個音頻接口，LTC全部采用模擬平衡信號線進行連接，見圖4。

本次演出的25個節(jié)目均由時間碼來進行控制，筆者以15 min為間隔制作了25條時間碼。出于對各個從屬設(shè)備響應(yīng)速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，預(yù)先讓時間碼播放3 s，再讓各系統(tǒng)同步播放;出于同樣的原因，在音視頻系統(tǒng)播放結(jié)束2 s后，再讓時間碼停止。為了完成上述功能，在QLab中涉及的具體設(shè)置包含以下幾個方面：（1）Group Cue;（2）Pre-Wait/Auto-Continue/Auto-Follow;（3）Stop Cue;見圖5。

Group Cue（圖5中①）能夠?qū)⑷我忸愋偷腃ue編組，實現(xiàn)統(tǒng)一的播放和管理，本場音樂會上，將每一個節(jié)目的Stem音頻文件⑥編為一組，包含LTC的WAV文件⑦則位于Group Cue之前，Stop Cue位于Group Cue之后。圖6給出了Group Cue的四種觸發(fā)模式，本場音樂會使用第二種：Start first child and go to next cue，即Group Cue被觸發(fā)后，Group之后的Cue（Stop Cue）會進入準備狀態(tài)。

Group Cue內(nèi)部Stem Cue的同步播放需要通過Auto-Continue（圖5中④）功能來實現(xiàn)。它指一個Cue被觸發(fā)后，與它相鄰的下一個Cue會同時被觸發(fā)，即兩者同時播放。通過這一功能，GroupCue內(nèi)部的Stem Cue得以同步播放。Auto-Follow（圖5中⑤）則是在某一個Cue播放結(jié)束后自動播放下一個Cue。

Pre-Wait功能則是在Auto-Continue和Auto-Follow的基礎(chǔ)上，為下一個Cue的觸發(fā)加入了一個等待時間。筆者通過這一功能將TC Cue、Group Cue和Stop Cue關(guān)聯(lián)起來：Group Cue中的第一個Stem Cue與TC Cue是Auto-Continue關(guān)系，但是加入了3 s的Pre-Wait時間，因此，在TC Cue觸發(fā)3 s后，第一個Stem Cue開始觸發(fā)，通過編組內(nèi)的Auto-Continue，所有Stem Cue同步觸發(fā)播放。最后一個Stem Cue與Stop Cue之間為Auto-Follow關(guān)系，即最后一個Stem Cue結(jié)束后，Stop Cue會被執(zhí)行，但此時為Stop Cue加入了2 s的Pre-Wait時間，因此，在Stem Cue播放結(jié)束2 s后，TC Cue才會被停止。

4? 總結(jié)與思考

在一套演出控制系統(tǒng)中，時間碼適用于固定時長節(jié)目中各個子系統(tǒng)的同步運行，而觸發(fā)信號則需要人根據(jù)現(xiàn)場情況手動發(fā)出，進而讓各個子系統(tǒng)之間協(xié)同工作。往往在一場演出當中，時間碼和觸發(fā)信號均會得到使用。例如，“E音之夜”音樂會的案例，節(jié)目和節(jié)目之間停頓的時長是隨機的，因此，每個節(jié)目TC Cue的觸發(fā)必須是手動的，這一操作可以通過Q-widget的播放按鈕，也可以通過電腦鍵盤的空格鍵，也可以通過MIDI鍵盤等MIDI設(shè)備來完成。“觸發(fā)”本身就是一個非常寬泛的概念，不必過于糾結(jié)在文字表述層面。

在時間碼/觸發(fā)信號的設(shè)計過程中，務(wù)必將“簡化”和“務(wù)實”放在首位，確保系統(tǒng)架構(gòu)清晰、備份環(huán)節(jié)盡可能完備、系統(tǒng)單點盡可能少、系統(tǒng)搭建盡可能簡單高效。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)提前預(yù)估導(dǎo)演在排練過程中可能對節(jié)目做出的調(diào)整，為時間碼/觸發(fā)系統(tǒng)的靈活性和可調(diào)整性留出余地。

致謝：本文是第五屆“E音之夜”音樂會上音響團隊的經(jīng)驗整合。在此感謝楊杰、路程、劉博、饒奕和楊明聰老師在演出前期準備和排練過程中給予的指導(dǎo)和幫助。初涉現(xiàn)場演出的同步和觸發(fā)問題，文章內(nèi)容難免稚嫩，請各位讀者包涵并提出寶貴意見。