Wie funktioniert's?
Grundsätzlich mit Planung, Vorbereitung und viel, viel Arbeit
Unsere Show besteht im Moment (Stand Dezember 2023) aus ca. 78.130 (16.690 Pixel und 61.440 P5 Panel Matrix) individuell steuerbaren Pixel und 103 choreografierten Liedern.
Jedes Pixel besteht aus 3 LEDs (Rot, Grün und Blau). Durch ein Mischen dieser 3 Primärfarben können ca 16 Millionen Farbtöne erzeugt werden. Es gibt hauptsächlich 2 Spannungstypen: 5 Volt und 12 Volt.
12 Volt ist einfacher zu verkabeln, 5v jedoch energieeffizienter, daher besteht unsere Lichterinstallation aus 5 Volt – Pixel.
Die Schablonen, in die die Pixel fixiert werden, heißen Props Jedes Prob ist mit einem Controller (oder einem anderen Prob) verbunden und mindestens einmal an ein Netzteil angeschlossen. Je nach Anzahl der Pixel des Probs müssen auch mehrere Stromversorgungen und/oder Datenleitungen gelegt werden.
Es werden spezielle, für diesen Zweck gebaute Controller verwendet. Sie sind entweder per LAN oder WLAN in einem eigenen Netzwerk miteinander verbunden.
Gesteuert wird die Show von 3 Raspberry PIs, auf denen sich die zuvor mit der Sequenzierungs-Software erstellten Sequenzen befinden. Der Haupt-Raspberry schickt ständig Synchronisierungs-Informationen an die weiteren PIs, damit alles jederzeit synchron geschieht.
Man sieht, es müssen einige Komponenten eng miteinander zusammenarbeiten, um diese Art der Beleuchtung zu ermöglichen, für Interessierte hier eine Auflistung der wichtigsten Bestandteile:
Software
Xlights
Zum Erstellen der Sequenzen verwenden wir ein Programm namens Xlights (https://xlights.org). Es ist komplett kostenlos und funktioniert so ähnlich wie ein Videoschnittprogramm. Wir versuchen, jedem Lied ein eigenes Farbthema, besondere Effekte etc. zu geben, damit es abwechslungsreich bleibt. Natürlich war die Lernkurve zu Beginn ziemlich steil 😉
Als Richtwert: Ein Lied von Grund auf zu sequenzieren dauert normalerweise ungefähr 30-50 Stunden
Glücklicherweise gibt es im Internet auch Quellen mit fertigen Sequenzen, die „nur noch angepasst werden müssen“. Diese Anpassung benötigt zwischen 2 und 5 Stunden pro Lied.
Im Detail
Xlights besteht aus einem Vorschaubereich, in dem die Sequenz simuliert wird. Dafür wurde als Erstes ein maßstabgetreues 3D Model von den Häusern erstellt. Anschließend werden Modelle der Beleuchtung angelegt (Position, Größe, Anzahl der Pixel usw.) und auf dem 3D-Modell plaziert. Anschließend muss noch festgelegt werden, welcher Controller die Modelle ansteuert. Damit sind die Basics erledigt und man kann sich endlich der Sequenzierung des Liedes auf der Timeline widmen.
Bildbearbeitung
Für die Bildbearbeitung wird von uns die Software – Suite von Affinity verwendet.
Für Vektor-basierte Grafiken: Affinity Designer
Photos und Pixelbasierte Grafken: Affinity Photo
Für Layouts usw.: Affinity Publisher
Videoschnitt und bearbeitung
Für Videoschnitt und Videobearbeitung werden folgende 2 Programme eingesetzt:
DaVinci Resolve und Magix Video Deluxe Premium
Animationen
Für 2D Animationen verwenden wir ein Programm namens CreateStudio
3D Design
3D Modelle werden in der fantastischen Open Souce Anwendung Blender erstellt.
Die Eingewöhnung dauert etwas, da Maustastenbelegung oder Shortcuts nicht unbedingt den gängigen Standards entspricht, ist es jedoch auf jeden Fall wert.
Technisches 3D Design
Um Halterungen, Clips usw. zu erstellen (die anschließend mit dem 3D Drucker hergestellt werden) verwenden wir das Programm Fusion 360 in der Private Edition
Berechnungen und Übersicht
Controller
Falcon F16 V4
Übersetzt den ankommenden Datenstrom (via LAN) in Steuersignale für die einzelnen Pixel. Der Controller kann insgesamt 16.384 RGB – Pixel ansteuern. Dazu besitzt er 16 Ausgänge, pro Ausgang können bis zu 1024 RGB – Pixel mit einer Geschwindigkeit von 40 Änderungen pro Sekunde gesteuert werden. Zusätzlich kann das DMX-Protokoll verwendet werden, um weitere Flexibilität zu erhalten (z.B. Steuern konventioneller Weihnachtsbeleuchtung mittels DMX – Relais)
Bei uns werden im Moment 2 dieser Controller eingesetzt.
ESP8266 & ESP32
Manche Pixel werden auch mittels Microcontrollern gesteuert. Die Microcontroller werden mittels eines eigenen WLANs in die Steuerung eingebunden. Die ESPs werden entweder an Orten eingesetzt, zu denen nur schwer eine Datenleitung vom Controller gelegt werden kann, oder für temporäre Installationen (Halloween). Auf den Microcontrollern läuft die phantastische WLED – Software.
Raspberry PI
Die gesamte Show wird von drei Raspberry PIs, auf denen der Falcon Player läuft, gesteuert. Zuerst werden die Sequenzen in Xlights erstellt und gerendert. Anschließend wird Alles auf die entsprechenden Raspis hochgeladen. Einer übernimmt den zeitlichen Ablauf, die Steuerung der Wunschlieder und das Ein/Ausschalten der Steckdosen. Der andere übernimmt das große Matrix-Panel. Und natürlich die Hauptaufgabe: Der Dritte verschickt die Datenpakete (Farbe, Helligkeit,…) an die entsprechenden Controller, die diese dann in Steuersignale für die einzelnen Pixel umsetzen.
Stromversorgung
Netzteile
Unsere Pixel benötigen eine Spannung von 5V für den Betrieb. Jedes Pixel benötigt unter Volllast ca 0,055 Ampere. Da der Spannungsabfall bei 5V leider relativ groß ist, sollte kein Pixel mehr als 50 Pixel von einem Einspeisepunkt entfernt sein. Daher sind taktisch in der Nähe der Props wasserdichte Boxen mit einsprechend Leistungsfähigen Netzteilen plaziert. Natürlich ist jede Leitung mit einer passenden Sicherung abgesichert.
Verbrauch
Die Beleuchtung verbraucht weniger Strom, als man denken könnte, da die LEDs sehr energieeffizient sind.
So mancher Fernseher benötigt mehr Energie, als die gesamte Beleuchtung. Zusätzlich wird untertags bei uns mithilfe einer Photovoltaik – Anlage selbst Strom produziert und gespeichert.
Pixel
WS2811
Wir verwenden hauptsächlich WS2811 – Pixel. Und ja, man muss jedes Einzelne händisch in den Props fixieren. Diese Pixel werden normalerweise in Ketten zu 50 Stück geliefert, daher fällt einiges an Lötarbeit an. Die Pixel sind untereinander mit 3 Kabeln verbunden: Power, GND und Data.
Die Datenrichtung muss zwingend Eingehalten werden, sonst kann es leicht passieren, daß ein paar hundert LEDs nicht mehr funktionieren und alles wieder getrennt und neu angelegt werden muß.
Woher wir das wohl wissen….
WS2812b
Das sind sogenannte LED-Stripes. Auch sie benötigen eine 5V Spannung, selbstverständlich sind auch hier die einzelnen LEDs steuerbar. Die Stripes werden hauptsächlich bei sogenannten Outlines benutzt (z.B. entlang vom Dach und Carport)
P5 - Panel
Props
Props - Die Schablonen für Pixel
Das sind die Schablonen, in die die Pixel montiert werden. Es gibt verschiedenste Hersteller, im deutschsprachigen Raum ist xmas-land.de unserer Meinung nach sehr empfehlenswert. In den Niederlanden gibt es eine weitere europäische Bezugsquelle: Propixeler.nl. In England ist BALS (Build a Lightshow) ein sehr guter Anbieter mit einem riesigen Sortiment und freundlicher Beratung.
3D - Druck
Prusa i3 MK3S und Prusa Mini
Wir designen und drucken die meisten Kleinteile wie Clips, Halterungen usw. selbst. Dadurch wird die Montage oft sehr erleichtert. Hauptsächlich wird PETG und ASA als Druckmaterial verwendet.
Als CAD-Software verwenden wir Fusion360 von Adobe.
Bambu Labs X1 Carbon mit AMS
Unser neuester 3 D – Drucker. Er hat mittlerweile die 2 Prusa – Drucker fast vollständig abgelöst, da er 3-4x schneller bei gleicher Qualität drucken kann. Außerdem können – dank des geschlossenen Bauraums – auch technischere Materialien (ABS, ePA, PC, PAHT) gut gedruckt werden.
Planung
Da so eine Weihnachtsbeleuchtung wirklich gut geplant sein sollte, gibt es natürlich etliche wesentliche Dinge…
- Wo wird etwas an den Controller angeschlossen?
- Welches Prob gehört an welche Stromversorgung?
- Wie sieht die Belastung der Steckdose aus?
- Wie belastet sind die Netzteile?
- Welche Absicherung soll wo verwendet werden?
- Wie oft muß der Strom neu eingespeist werden?
- Wie oft muss das Datensignal angelegt werden?
- Wieviel Kostet es?
- ...
daher gibt es selbstentwickelte Tabellen, die genau diese Fragen beantworten…
Natürlich hier auch die obligatorische Warnung:
Zum Arbeiten an elektrischen Anlagen sind Fachkenntnisse und eine spezielle Ausbildung erforderlich. Elektroarbeiten dürfen daher nur vom Fachpersonal ausgeführt werden. Jeder ist für sein Handeln und seine Fehler selbst verantwortlich! Wir übernehmen keine Haftung für Sach- oder Personenschäden, sowie für die Korrektheit unserer Beiträge.