調光器は照明器具に接続され、照明の明るさを調節する装置です。ランプに印加される電圧波形を変化させることで、光出力の強度を低下させることができます。可変電圧装置は様々な用途で使用されますが、調光器という用語は一般的に、抵抗型白熱灯、ハロゲンランプ、そして（最近では）コンパクト蛍光灯（CFL）、そして発光ダイオード（LED ）の光出力を制御する装置を指します。蛍光灯、水銀灯、固体ランプ、その他のアーク灯を調光するには、より特殊な装置が必要です。
調光器のサイズは、家庭用の照明スイッチほどの小型のものから、大規模な劇場や建築照明設備で使用される高出力のものまで様々です。家庭用の小型調光器は通常直接制御されますが、X10などのリモートコントロールシステムも利用可能です。最新の業務用調光器は、 DMXやDALIなどのデジタル制御システムによって制御されるのが一般的です。新しいシステムでは、これらのプロトコルはイーサネットと組み合わせて使用されることがよくあります。
プロの照明業界では、明るさの変化は「フェード」と呼ばれ、「フェードアップ」または「フェードダウン」と表現されます。直接手動で制御できる調光器では、調光速度に制限がありましたが、現代のデジタル調光器ではこの問題はほぼ解消されています（ただし、ランプ寿命などの他の理由から、非常に急速な明るさの変化は避けられる場合があります）。
現代の調光器は、可変抵抗器ではなく半導体で作られています。これは、半導体の方が効率が高いためです。可変抵抗器は電力を熱として消費し、分圧器として機能します。半導体調光器またはソリッドステート調光器は、低抵抗の「オン」状態と高抵抗の「オフ」状態を高速に切り替えるため、制御対象の負荷に比べて消費電力はごくわずかです。
最近では、ソフトウェアでプログラム可能な内蔵調光器が登場し、照明のオン/オフを切り替えるスイッチと同じスイッチからの信号を使って調光制御できるようになりました。専用の外付け調光器は必要ありません。Blink'n'Dimなどのシンプルな通信プロトコルによって、電力線経由で調光コマンドを送信できます。ネットワークスイッチを介してコンピュータ制御も可能ですが、必ずしも必要ではありません。コストは、LED電球、照明器具、またはドライバで置き換えられる従来の「調光機能」回路とほぼ同じです。
歴史
初期の調光器は、大型の調光パネルを手動で操作して直接制御されていました。そのため、すべての電力を照明制御室から供給する必要があり、舞台照明などの大型または高出力のシステムでは不便で非効率、そして潜在的に危険な状況に陥る可能性がありました。
1896年、グランヴィル・ウッズは「安全調光器」の特許を取得しました。これは、不要なエネルギーを燃やすのではなく、必要な需要に合わせて生成されるエネルギーの量を減らすことで、エネルギーの無駄を大幅に削減しました。[1]
1959年、後に1961年にルートロン・エレクトロニクス社を設立するジョエル・S・スピラは、当時としては新しかったシリコン制御整流器（SCR）と呼ばれる半導体スイッチング素子をベースにした調光器を発明しました。この小型デバイスにより、調光器は標準的な電気ボックスに設置でき、省エネにも貢献しました。[2] [3]
1966年、ユージン・アレッシオは、トライアックを用いて電球1個の光量を調整する電球ソケットアダプタの特許を取得しました。この装置を収納するために、彼は直径2インチ（51mm）の円形の装置を採用し、一方の端を電球ソケットにねじ込み、もう一方の端に電球を差し込むことができるようにしました。[4]
ソリッドステート調光器の登場により、アナログのリモートコントロールシステム（0～10V照明制御システムなど）が実現可能になりました。制御システムの配線は、以前の照明システムの太い電源ケーブルよりもはるかに細く（低電流で危険性も低い）、各調光器には専用の制御線が接続されていたため、照明制御場所から多くの配線が伸びていました。
DMX512、DALIなどの最近のデジタル制御プロトコル、またはArt-Net、ETCnet、sACN、Pathport、ShowNet、KiNET [5]などの多くのイーサネットベースのプロトコルのいずれかを使用すると、1本のケーブルで多数の調光器（およびその他のステージ機器）を制御できます。
調光器の種類
レオスタット調光器
可変抵抗器をベースとした調光器は、負荷の定格電力のかなりの部分を熱として放散するため、効率が悪かった。サイズが大きく、大量の冷却空気を必要とした。調光効果は各可変抵抗器にかかる負荷の総量に大きく依存するため、負荷を可変抵抗器の定格電力にかなり慎重に適合させる必要があった。さらに、機械的な制御に依存しているため動作が遅く、一度に多くのチャンネルを切り替えることが困難だった。
塩水調光器
レオスタット式調光器の初期の例としては、液体レオスタットの一種である塩水調光器があります。可動接点と固定接点の間の液体が可変抵抗を提供します。接点が近いほど、照明に供給される電圧が大きくなります。塩水調光器は、腐食を防ぐために定期的な給水とメンテナンスが必要でした。また、動作中は露出した部品に通電するため、感電の危険性がありました。[6] [信頼できない情報源？ ]
コイル回転変圧器
コイル回転変圧器は、固定位置の電磁石コイルと可変位置のコイルを組み合わせて、2つのコイルの配置を変えることで送電線電圧を変化させます。90度回転することで、二次コイルは一次コイルから2つの等しいが反対方向の磁場の影響を受け、実質的に互いに打ち消し合うため、二次コイルには電圧は発生しません。
これらのコイルは、電気モーターで使用される標準的なローターとステーターに似ていましたが、ローターはブレーキによって回転を阻止され、高トルクギアによって特定の位置に移動されました。ローターは完全に1回転することはないため、整流子は不要で、代わりに長いフレキシブルケーブルをローターに使用できました。
オートトランス調光器
その後、可変オートトランス（商品名「バリアック」）が導入されました。可変抵抗器調光器とよく似た形状ですが、大きさはほぼ同じですが、比較的効率的な装置です。電圧出力、つまり調光効果は負荷にほとんど依存しないため、オートトランスの各チャンネルに接続する照明の設計がはるかに容易になりました。調光器の遠隔操作はまだ現実的ではありませんでしたが、一部の調光器にはモーター駆動装置が搭載されており、接続されたランプの明るさをゆっくりと一定に調節できました。オートトランスは照明用途では使用されなくなりましたが、他の用途では使用されています。
しかし、特定の照明シナリオでは、オートトランスが依然として望ましいソリューションとなる場合があります（2021年現在）。例えば、オーディオレコーディングスタジオのコントロールルームでは、電磁干渉に関して非常に厳しい制限が求められる場合があります。ソリッドステート調光器と比較すると、オートトランスが生成する伝導放射は実質的にゼロです。[要出典]
ソリッドステート調光器
これらの問題の一部を解決するために、ソリッドステート（半導体）調光器が導入されました。半導体調光器は、交流電流の半サイクルの開始後、調整可能な時間（位相角）で点灯し、ランプに印加される電圧波形を変化させ、その実効値（RMS）を変化させます。供給電圧の一部を吸収するのではなくスイッチングするため、電力の無駄はほとんどありません。調光はほぼ瞬時に行え、遠隔操作による制御も可能です。この開発により、調光器を小型化し、通常の家庭用照明スイッチの代わりに（ケース内に）設置することも可能になりました。
スイッチはスイッチング時に熱を発生し、無線周波数干渉を引き起こす可能性があります。[7] この干渉を抑制するための回路の一部として、インダクタまたはチョークコイルが使用されています。調光器の出力が50%のとき、スイッチは最高電圧（欧州では325V超）をスイッチングしており、突然の電力サージによってインダクタのコイルが動き、一部の調光器に特有のブザー音が発生します。これと同様の現象が、白熱電球のフィラメントで「歌声」として聞こえることがあります。抑制回路では、照明負荷と主電源を共有する高感度オーディオ機器や無線機器でブザー音が聞こえるのを防ぐのに不十分な場合があります。この場合、この干渉を防止するための特別な措置を講じる必要があります。[8] 欧州の調光器は、関連するEMC規制要件に準拠する必要があり、これには上記の放射をEN55104に規定された制限値まで抑制することが含まれます。
示されている電気回路図では、シリコン制御整流器(SCR) に基づく一般的な調光器が位相角制御によって照明を調光します。このユニットは負荷と直列に配線されています。ダイオード (D2、D3、D4、D5) はブリッジを形成し、パルス DC を生成します。R1 と C1 は時定数を持つ回路を形成します。電圧がゼロから増加すると (各半波の開始時)、C1 が充電されます。C1 によってツェナー ダイオードD6 が導通して SCR に電流を注入できると、SCR が作動します。SCR が導通すると、D1 は SCR を通じて C1 を放電します。電流がゼロになり、半サイクルの終わりに電源電圧が低下すると、SCR は停止し、次の半サイクルで回路が動作を開始できる状態になります。この回路は、リーディング エッジ調光器または順位相調光と呼ばれます。
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT） をベースにした調光器は、正弦波の立ち下がり側をカットすることで、トライアック（ TRIAC）に発生するノイズの大部分を除去します。これらの回路は、トレーリングエッジ調光器または逆位相調光器と呼ばれます。
さらに新しいが、依然として高価な技術は正弦波調光であり、これは高出力スイッチング電源とそれに続くフィルタとして実装されます。[9] [10]
コントロール
家庭用以外の調光器は通常、様々なプロトコルを用いて遠隔制御されます。アナログ調光器は通常、調光チャンネルごとに0 ～10Vの電圧を流す個別の配線が必要です。そして、何らかのアナログ回路が、この配線と主電源からスイッチ用の制御信号を生成し、調光器を制御します。システムにチャンネルを追加すると、照明コントローラーと調光器間の配線も必要になります。
1970年代後半には、シリアルアナログプロトコルが開発されました。これらのプロトコルは、一連のアナログレベルを1本の線に多重化し、コンポジットビデオ信号に類似したクロック信号（Strand Lighting社の欧州規格D54の場合、384個の調光器に対応）または独立したクロック信号（米国規格AMX192の場合）を埋め込みました。
DMX512などのデジタルプロトコルは、1980年代後半から解決策として実証されてきました。初期の実装では、デジタル信号はコントローラーから調光器の隣に設置されたデマルチプレクサに送られ、そこで0～+10Vまたは0～-10Vの信号に変換され、個々のアナログ制御回路に接続されていました。
現代の調光器設計では、マイクロプロセッサを用いてデジタル信号を直接スイッチの制御信号に変換します。これにより、調光をより細かく制御できるようになり、診断結果をデジタル形式で照明コントローラにフィードバックすることが可能になります。
住宅用調光器の中には、無線受信機を搭載し、無線送信機で遠隔操作できるワイヤレス照明スイッチとして使用されるものもあります。 [11]
パッチ適用
パッチングとは、制御を目的として回路またはチャネルに物理的 (「ハード パッチ」) または仮想的 (「ソフト パッチ」) に割り当てることです。
困難な状況
調光器は通常、ラック内にまとめて設置され、容易にアクセスでき、そこから制御対象の機器に電力が供給されます。建築設備では、調光器から照明器具へは固定配線（これを回路と呼びます）を介して直接電力が供給されます。回路は固定配線であり、変更することはできません。
しかし、劇場などの会場では、より高い柔軟性が求められます。各ショーやショーの最中に変更を加えることができるように、劇場では、劇場中のソケットに恒久的に配線される回路を設置することがあります。これらの回路は、調光器に直接接続されるのではなく、パッチ ベイに接続されます。パッチ ベイは通常、調光器の隣にあり、パッチ ケーブルを介して調光器を特定の回路に接続できるようにします。パッチ ベイでは、多数の回路を 1 台の調光器に接続したり、低電圧ランプを直列接続したりすることもできます。また、劇場によっては、個別のケーブルがライトから調光器に直接配線されています。回路 (パッチ ベイまたは個別のケーブルの形式) と調光器間の割り当てられた接続は、メインまたはハード パッチと呼ばれます。これは、古い劇場や、ツアー カンパニーが調光器を持ち込むツアーで最も一般的です。
ソフトパッチ
現代の固定設備のほとんどにはパッチ ベイがありません。代わりに、回路ごとに調光器があり、コンピューター制御コンソールのソフト パッチを使用して、調光器をチャネルにパッチします。
調光曲線
ほとんどのアナログ調光器の設計では、調光器の出力は入力に正比例していませんでした。操作者がフェーダーを上げると、調光器は最初はゆっくりと暗くなり、次に中間で急速に暗くなり、最後に最大でゆっくりと暗くなります。カーブの形状は正弦波の3/4に似ています。調光器によって調光カーブは異なり、用途によっても求められる応答は異なります。
テレビでは「2乗曲線」がよく使用され、曲線の上限部分でより細かい制御が可能になり、照明の色温度を正確に調整するために不可欠です。劇場の調光器では、より緩やかな「S」字曲線、つまり直線曲線が使用される傾向があります。デジタル調光器は、メーカーが希望する任意の曲線にすることができます。直線関係を選択したり、異なる曲線を選択したりできるため、従来のアナログ調光器と組み合わせることもできます。高度なシステムでは、ユーザーがプログラム可能な曲線や非標準の曲線が提供されており、非標準曲線の一般的な用途は、調光器を「非調光」にして、ユーザーが定義した制御レベルで点灯させることです。
予熱
高輝度白熱灯（フィラメント）を冷えた状態から最大出力に切り替えると、大きな突入電流が発生し、寿命が著しく短くなる可能性があります。ランプのフィラメントへの負荷を軽減するため、調光器には予熱機能が搭載されている場合があります。この機能は、通常5%から10%の間の最低出力レベルを設定することで、消灯したように見えるものの、ランプが過度に冷えるのを防ぎます。また、ロックンロールスタイルのショーの運営者にとってありがたい、突発的な電力供給に対するランプの反応を速める効果もあります。この機能の逆は、トップセットと呼ばれることもあります。これはランプに供給される最大電力を制限することで、寿命を延ばす効果もあります。
比較的高度なシステムでは、イベントや公演の前に球体を文字通り予熱（ウォーミングアップ）することで、同様の効果が得られます。これは通常、30分から1時間かけて球体を徐々に最大出力（通常は90～95%）まで上げていくことで実現されます。これは、内蔵の予熱機能と同等の効果があります。
デジタル
最新のデジタルデスクは、プリヒートカーブと調光カーブをエミュレートし、ソフトパッチをメモリ上で実行できます。複雑な設定を転送することなく、調光ラックを別のラックに交換できるため、多くのユーザーが好んで利用しています。様々なカーブ、つまりプロファイルをプログラムし、異なるチャンネルで使用できます。
立ち上がり時間
リーディングエッジ調光器の品質を測る指標の一つに「立ち上がり時間」があります。ここでの立ち上がり時間とは、波形のカット部分がゼロから瞬時出力電圧に達するまでの時間です。上の波形では、赤い線（ほぼ垂直）の傾きの測定値です。通常、数十マイクロ秒から数百マイクロ秒単位で測定されます。立ち上がり時間が長いほど、調光器とランプのノイズが低減し、ランプ寿命も長くなります。また、立ち上がり時間が長いほど、調光器から発生する電磁干渉も低減されます。当然のことながら、立ち上がり時間を長くすると、短いものよりも実装コストが高くなります。これは、チョークコイルのサイズを大きくする必要があるためです。最新の調光技術は、こうした問題を最小限に抑えるのに役立ちます。
参照
参考文献
- ^ 「特許US569443 - Granville t」。
- ^ 「ルートロン・エレクトロニクスが国立アメリカ歴史博物館に社史を寄贈」2010年4月28日。
- ^ 「特許US3032688 - 調光装置」。
- ^ 「特許US3452215 - 電球ソケットアダプタ」。
- ^ 「オープン照明アーキテクチャ」。
- ^ 「調光器の種類」。2010年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年1月21日閲覧。
- ^ "Lutron Electronics, Inc". asia.lutron.com . 2006年10月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ http://www.lutron.com/TechnicalDocumentLibrary/360484.pdf [ベア URL PDF ]
- ^ 「Strand Dimming Systems」（PDF）。2018年1月2日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
- ^ 「調光方法」。2014年10月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「照明制御はどのように機能するのか？」HeathCo. 2014年9月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ベルマン、ウィルアード・F. (2001). 「4. コントロールコンソール」. 『舞台照明の芸術と実践』（PDF）（第3版）. ケンタッキー州ルイビル：ブロードウェイ・プレス. ISBN 0-911747-40-0。
- ヴァン・ゲーテム、クリス（2019）「フェーディング・ライト：歴史的文脈における劇場照明の変遷」『Die Vierte Wand』ベルリン劇場博物館イニシアティブ機構刊行物009/2019、p. 128–139（インターネット・アーカイブにてオンライン公開）
- sound.whsites.net 2017年3月9日アーカイブ、Wayback Machine
外部リンク
- 調光回路
- 調光器、スイッチバンク、効率
