Articles internet de sonomag.com – août 2006 – Texte de Nicolas Ahssaine
Sommaire
Présentation...2
D comme digital : technologie numérique...2
Écriture en binaire...3
MX comme multiplex : le multiplexage...4
La norme DMX 512...5
Structure du signal...5
Mise en oeuvre d'un réseau DMX...5
512 canaux...6
32 récepteurs...6
Connectique...6
Câblage...6
Dérivations...6
Terminaison des lignes...7
Longueur des lignes...7
Appareillage DMX...7
Le booster (amplificateur)...7
Le splitter (distributeur)...7
Le merger (mélangeur)...8
Le demux (démultiplexeur)...8
Le testeur...8
Présentation
Pour gérer la lumière en spectacle il faut une commande à distance des fonctions des appareils d'éclairage. Qui dit commande à distance, dit plusieurs choses: des informations, couramment appelées données (data en anglais) ou mots de commande. Pour nous, ce sera l'intensité d'un gradateur, la couleur d'un faisceau, la position d'une lyre. Une manière d'écrire (et de lire) les données. Un mode de transport des données. Définir clairement tout cela, c'est justement le rôle du protocole de transmission de données, qui dans nos métiers (de la lumière) s'appelle le DMX
D comme digital : technologie numérique
Cela concerne donc la façon dont les données sont écrites (ou lues). Numérique signifie que les informations de commande sont écrites sous forme de quantités. Le numérique permet d'éviter les erreurs dues au transport des données, contrairement à l'analogique
Dans le domaine de l'analogique, la commande est une valeur de tension (ou de courant) proportionnelle à la valeur réelle souhaitée: la commande est une analogie du phénomène que l'on veut obtenir. Cela signifie que si le signal de commande parvenant au récepteur est
parasité ou affaibli, ces mêmes défauts seront interprétés comme faisant partie intégrante de la commande
Le protocole analogique courant de l'éclairage de spectacle s'appelle le 0/10 V. Dans ce cas, pour allumer un gradateur à 40%, on génère une tension de commande équivalent à 40%, c'est-à-dire 4V (40% de 10V = 4V). Si le signal parvenant au récepteur n'est plus que de 3,5V après avoir traversé le réseau de câblage, notre gradateur ne s'allumera qu'à 35%. Et
En numérique, chaque mot de commande est codé en binaire, c'est-à-dire écrit au moyen de caractères nommés bits qui ne peuvent prendre que 2 valeurs: 0 ou 1. Binaire veut dire 2 possibilités
On fait donc transiter les informations sous formes d'impulsions électriques «0 ou 1». Au bout de la ligne, si le signal a été perturbé, il sera facile de l'analyser et de le reconstituer de manière parfaite sans aucune erreur. En effet, en appliquant un seuil de détection à la lecture du signal, il nous suffit de dire qu'une tension inférieure au seuil équivaut à un 0, et que toute tension supérieure au seuil équivaut à un 1
Écriture en binaire
Puisqu'en numérique, les données sont écrites sous formes de nombres, nous devons apprendre à traduire des nombres suivant le langage du numérique qui s'appelle le binaire Pour écrire un nombre en binaire, on réapprend à compter en base 2 au lieu de compter en base 10. La base 10 est celle qu'on utilise naturellement depuis l'enfance
Par exemple, en base 10, 1977 s'écrit: 1977 = 1x1000 + 9x100 + 7x10 + 7x1. On décompose facilement chaque nombre en unités, dizaines, centaines, c'est-à-dire en puissances de 10
Puissance de 10 104 103 102 101 100
Résultat 10000 1000 100 10 1
En base 2 le principe est exactement le même, sauf qu'au lieu de compter jusqu'à 10 (donc de 0 à 9) pour passer d'une puissance à l'autre, on compte jusqu'à 2 (donc de 0 à 1). Écrire en binaire, nous l'avons dit, c'est écrire au moyen de caractères nommés bits qui ne peuvent prendre que 2 valeurs: 0 ou 1
Le DMX est un protocole 8 bits, ce qui signifie que chaque mot de commande contient 8 bits appelé octet (byte en anglais, attention aux confusions). Nous utiliserons donc les huit premières puissances de 2, soit 20 jusque 27
Puissance de 2 27 26 25 24 23 22 21 20
Résultat 128 64 32 16 8 4 2 1
Pour écrire un nombre en binaire, il nous reste à le décomposer en puissances de 2, en commençant par la puissance la plus élevée (en base 10, on compte les milliers avant les centaines)
Pour écrire 97 en base 2, on décompose ainsi:
97 = 0x128 + 1x64 + 1x32 + 0x16 + 0x8 + 0x4 + 0x2 +1x1 ce qui nous donne bien:
97 = 0 + 64 + 32 + 0 + 0 + 0 + 0 + 1 = 97 En utilisant le tableau ci-dessous, cela donne:
27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1
0 1 1 0 0 0 0 1
Et voilà, on obtient l'écriture binaire de 97: 01100001. C'est bien un mot de commande contenant 8 caractères 0 ou 1: c'est un octet
On comprend maintenant certaines choses relatives au DMX. Par exemple, quelle est la valeur maximale que l'on peut obtenir en binaire avec 8 bits?
27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1
1 1 1 1 1 1 1 1
.
Cela correspond à 1x128 + 1x64 + 1x32 + 1x16 + 1x8 + 1x4 + 1x2 + 1x1 = 255 On retrouve bien ici nos 256 valeurs possibles (de 0 à 255) pour un canal DMX
MX comme multiplex : le multiplexage
Cela concerne le mode de transport des données. Multiplexage signifie que les informations transitent sur un seul câble les unes à la suite des autres. Pour bien comprendre le
multiplexage, on peut choisir une illustration ferroviaire. Imaginez que pour envoyer des informations de commande à un destinataire, vous deviez utiliser un train, la règle étant «une information par wagon». Pour un seul destinataire, aucun problème ne se pose: on place l'information dans le wagon et on envoie ce train. Une fois le train arrivé, il reste au destinataire à monter dans l'unique wagon pour récupérer son colis.
Si vous devez envoyer plusieurs informations à plusieurs destinataires, vous avez alors deux possibilités:
• soit utiliser des trains munis d'un seul wagon. Il vous faudra alors autant de voies ferrées et de trains que de destinataires
• soit utiliser un seul train avec plusieurs wagons. Avouez que cela paraît déjà plus simple et plus logique, d'autant qu'il ne vous faudra qu'une seule voie ferrée
Dans le premier cas, vous travaillez en parallèle. Dans le second, c'est une transmission multiplexée série
Nous allons donc utiliser un train muni de plusieurs wagons. Un nouveau problème se pose maintenant. En effet, une fois le train arrivé, comment les destinataires vont-ils récupérer l'information qui leur est destinée ?
Rien de plus simple! Avant même de démarrer le train, on donne à chaque destinataire le numéro de wagon qui lui est dédié. Une fois sur le quai des arrivées, chacun se rend dans son wagon et récupère son colis
Traduisons donc maintenant cette image en langage DMX:
• le colis ou l'information: c'est la commande (couleur, intensité...)
• le destinataire: c'est le récepteur (gradateur, lyre...)
• la voie ferrée: c'est la paire de fils
• le numéro de wagon: c'est l'adresse ou affectation
• le train: c'est le signal DMX
• les wagons: ce sont les 512 canaux
D'autres points restent quand même à éclaircir. Et pour les fanatiques de lumière que nous sommes, c'est bien la moindre des choses !
Première question : le train reste-t-il à quai en attendant qu'on modifie une des informations qu'il contient ?
La réponse est non. Pour assurer le maximum de fiabilité, on a choisi d'envoyer des trains à heures fixes, de manière très rapide, que les informations contenues aient été modifiées ou non. Pour qualifier la vitesse à laquelle les trains circulent, on parle de taux de
rafraîchissement. Celui du DMX est de 44,03 hertz. Un nouveau train est donc envoyé tous les 44ièmes de seconde
La réponse est simple: il attend. Cela signifie qu'il garde en mémoire l'information qui lui est délivrée jusqu'à l'arrivée de la suivante, qu'elle soit différente ou non.
Le DMX impose que les récepteurs conservent l'information en mémoire durant une seconde, ceci pour palier à une rupture de signal. Au-delà d'une seconde, tout est possible.
Le taux de rafraîchissement mesure la fréquence de récurrence du signal (de la trame), soit le nombre de fois où celui-ci est ré-émis durant une seconde
La norme DMX 512
Le DMX tel que nous le connaissons est une norme américaine publiée pour la première fois par l'USITT (United States Institute for Theatre Technology) en 1986, revue en 1990 et plus récemment en 2004
Structure du signal
Le DMX est un protocole 8 bits. Dans la trame du signal (dans le train), le paquet de données réactualisé toutes les 22,7 millisecondes, 3 bits supplémentaires sont ajoutés à chacun des mots de commande. Des «pauses» sont ménagées en début de signal pour signaler le début d'une nouvelle trame. Un wagon supplémentaire censé apporter une évolutivité est également ajouté en tête de train
Nous pouvons d'ores et déjà calculer la vitesse de transmission du DMX. Nous disposons en effet de tous les éléments nécessaires:
• taux de rafraîchissement de 44,03 Hz
• (512 +1) canaux
• (8 + 3) bits par canal
La vitesse de transmission est donc: v = 44,03 x 513 x 11 » 250 000 bits/s. C'est une vitesse élevée (on parle de débit de données), et ce calcul va nous permettre de répondre aux
questions notamment posées par le câblage
Mise en oeuvre d'un réseau DMX
La norme nous dit tout de ce point de vue, à nous de ne pas faire n'importe quoi une fois sur le terrain. Un grand nombre de pannes seraient évitées si nous respections tous ces points, très simples de surcroît
• 512 canaux maximum par ligne DMX, pas de minimum théorique
• 32 récepteurs au maximum sur une ligne
• la connectique est normalisée sur une fiche XLR 5 broches
• le câble doit être choisi judicieusement, au regard de la vitesse de transmission élevée
• le signal est «électronique»: on ne peut pas faire de dérivations ou de Y comme on le ferait avec un signal purement électrique
• chaque ligne DMX doit être bouclée par une terminaison pour éviter les phénomènes de réflexion
• chaque ligne peut mesurer jusqu'à 300 mètres, dès lors que le câble est de la qualité requise
D'autres points sont abordés, mais nous pouvons nous contenter d'expliciter ceux-ci, qui nous concernent plus directement
512 canaux
Rien de bien surprenant ici. On trouve généralement un minimum de 24 circuits générés par certaines consoles d'entrée de gamme. Des problèmes de compatibilité peuvent se poser avec des récepteurs ne sachant lire que du DMX 512 pur et dur. La solution pourra être d'utiliser un re-formateur de signal
32 récepteurs
Là je n'y comprends rien! J'ai déjà vu bien pire pourtant! C'est normal. On parle bien ici de 32 récepteurs par ligne, c'est-à-dire sur un seul câble et en cascade les uns à la suite des autres.
Pour en mettre plus, il faut distribuer et/ou régénérer le signal. Bien souvent, on aura distribué le signal sur plusieurs lignes au moyen d'un splitter ou répartiteur
Connectique
Oui vous avez bien lu! On parle bien de fiche XLR 5 broches, pas moins. Et quid des fabricants qui font du 3 broches, me direz-vous? Demandez-leur pourquoi, je préfère ne pas en parler pour eux. Quoi qu'il en soit, le brochage est normalisé comme suit:
N° 1 2 3 4 5
Lien 0V Data - Data + NC NC
La paire 4 et 5 était prévue à l'origine pour une évolution du DMX vers un retour d'information (bi-directionnalité). Celle-ci a été mise en place sans standardisation par divers fabricants Le signal est toujours délivré par un connecteur femelle (comme dans le cas du courant électrique)
Si vous n'avez aucune idée de ce que data- et data+ signifient, sachez qu'il s'agit d'une transmission symétrique (différentielle) destinée à évacuer les parasites induits sur le signal
Câblage
Le débit du DMX, nous l'avons calculé, est d'environ 250 000 bits par seconde. A l'heure actuelle, on trouve couramment chez les fournisseurs d'accès à Internet des forfaits haut débit à 1Mbit/s, donc environ 1 000 000 bits par seconde. C'est juste 4 fois plus que le DMX
Le câble normalisé présente une impédance de 120 ohms, et il est constitué de 2 paires torsadées enveloppées d'un blindage
Dérivations
Le DMX est un signal qui doit être véhiculé sur une ligne adaptée (en impédance). Faire une dérivation sauvage pour distribuer le signal à plusieurs endroits est une hérésie pure et simple,
Terminaison des lignes
Un câble sans rien au bout, pour des signaux rapides et de grandes longueurs de câble, c'est un peu comme un miroir qui renvoie le signal avec une amplitude élevée à faire perdre la tête à toute la ligne située en amont. Terminer une ligne DMX, c'est mettre après le dernier
récepteur un bouchon de terminaison qui assurera une bonne fermeture du circuit et évitera les réflexions
Le bouchon, c'est quoi? Prenez une résistance 120 Ohms, soudez-là entre les broches 2 et 3 d'une fiche XLR mâle, et le tour est joué. Reconnaissez que ce n'est pas ce qu'il y a de plus cher! Si vous avez déjà constaté des clignotements intempestifs de vos lampes, sachez que c'est le symptôme typique de la ligne non terminée
Longueur des lignes
Autre grand sujet de discorde et de questionnement, la norme nous autorise 300 mètres avec le câble approprié. Je ne connais personne qui se soit risqué à plus de 100 mètres sans booster
Appareillage DMX
Dans un réseau DMX, on trouvera régulièrement des appareils au rôle bien précis. En voici une brève description
Le booster (amplificateur)
Son rôle est de booster, autrement dit d'amplifier le signal reçu. Le signal DMX est un train d'impulsions électriques, et à ce titre il souffre durant son voyage dans le câble. Le booster permet de régénérer le signal conformément à l'original émis par la source
Le splitter (distributeur)
Son rôle est de distribuer le signal sur plusieurs sorties. On l'a dit, le signal DMX ne souffre aucune dérivation sauvage. Seul un splitter permet de créer plusieurs lignes à partir d'une seule source en conservant l'adaptation en amont et en aval. Par exemple, on peut distribuer le signal à divers endroits (une ligne pour le pont de face, une pour les sols, etc.)
On trouve généralement ces deux fonctions - amplification et distribution - regroupées au sein du même appareil: la plupart des splitters offrent en effet des sorties régénérées
Le merger (mélangeur)
Son rôle est de mélanger plusieurs sources pour les grouper sur une ligne DMX unique
Le demux (démultiplexeur)
Souvenez-vous de notre train d'informations. Le démultiplexeur sert à lire les informations multiplexées et à les renvoyer une par une à chaque circuit concerné. En bref, il transforme notre DMX en un signal de type parallèle. On le trouve en général niché dans les flight-cases de blocs de puissance pour lesquels il redistribue à chaque gradateur l'information qui lui est destinée
Le testeur
Dernier appareil courant, le testeur DMX qui vous sauvera en cas de panne! Attention au choix que vous ferez dans la jungle de ces appareils. Sachez simplement que certains produits possèdent une fonction de re-formateur, c'est-à-dire qu'ils se chargent de re-fabriquer à partir d'un signal source capricieux un signal DMX qui colle parfaitement à la norme USITT. Très utile avec certaines consoles qui génèrent un signal de moins de 512 canaux
