优秀的LED照明工程师如何权衡“明与暗”的较量?

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光,在我们的生活中无处不在,发挥着难以想象的重要作用。在这里,我们将可能遇到的场景按照不同照度归纳为三种不同类型:日光环境过渡光环境暗弱光环境请注意,虽然我们按照自然条件

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光,在我们的生活中无处不在,发挥着难以想象的重要作用。

胡国剑老师的课程另辟了蹊径,从他研究的视知觉角度谈照明设计,把光如何被视觉神经接受,最后形成我们的情绪入手,角度独特刁钻,像个独步武林功夫了得却神秘莫测的高手。

在这里,我们将可能遇到的场景按照不同照度归纳为三种不同类型:

严格意义上来说,我们设计的不是照度,而是每个空间不同立面的亮度。

日光环境

过渡光环境

暗弱光环境

我们在讨论照明方案的时候,对观感的舒适性程度衡量谈及甚多,但这只是知其然的表面而已,而要知其所以然,这门对视知觉研究的课程你一定不能错过。

请注意,虽然我们按照自然条件来命名,但是请注意这些定义在人造环境下依然适用。与这三种光环境对应的,人体视觉也分为三种:明视觉、过渡视觉、暗视觉。

太多知识隐藏的奥妙,或许会让你豁然开朗,恍然大悟。


上次我们谈及了照度标准值的制定是根据视知觉效用,那么这次我们来看看,那些不同的照度数值之间,会构成何种关系,对于照明设计而言,为何其中有设计伦理的存在?

三种光环境

我们先来看看暗适应和明适应的关系:

日光环境

明适应和暗适应

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当人长时间在明亮环境中突然进入暗处时,最初看不见任何东西,经过一定时间后,视觉敏感度才逐渐增高,能逐渐看见在暗处的物体,这种现象称为暗适应(dark
adaptation)。

标准日光环境就是晴朗天气下正午的光照强度。这时的光强度最高,最为明亮。

相反,当人长时间在暗处而突然进入明亮处时,最初感到一片耀眼的光亮,不能看清物体,只有稍待片刻才能恢复视觉,这称为明适应(light
adaptation)。

过渡光环境

图:我们能明显从上图看到,从明入暗适应时间长,从暗到明的适应时间短(红色框内)。这些感觉我们也能在我们日常生活经验中找到感觉。

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理论上解释的话,暗适应是人眼在暗处对光的敏感度逐渐提高的过程。一般是在进入暗处后的最初约7分钟内,人眼感知光线的阈值出现一次明显的下降,以后再次出现更为明显的下降;大约进入暗处25-30分钟时,阈值下降到最低点,并稳定于这一状态。

旭日东升和太阳西下这段时间的光照强度远低于日光照度,此时人眼仍具备部分明视觉,但是也有暗视觉存在,故称为过渡视觉。

据分析,暗适应的第一阶段主要与视锥细胞视色素的合成增加有关;第二阶段亦即暗适应的主要阶段,与视杆细胞中视紫红质的合成增强有关。

暗弱光环境

明适应的进程很快,通常在几秒钟内即可完成。其机制是视杆细胞在暗处蓄积了大量的视紫红质,进入亮处遇到强光时迅速分解,因而产生耀眼的光感。只有在较多的视杆色素迅速分解之后,对光较不敏感的视锥色素才能在亮处感光而恢复视觉。

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照明规划的专业伦理体现

太阳下山之后的野外,就是典型的暗弱光环境。正如前文所述,暗弱光并不只存在于自然界,人造环境中大量存在暗弱光环境。比如电影院的放映厅内,没有灯光的烂尾楼内,夜间的室外停车场,没有路灯的马路,深夜的小巷等。

那么问题来了,所谓照明规划的伦理,体现在哪里呢?体现在专业性上,举个典型的例子:

在这种光环境下,人眼辨识物体会有难度,不依赖照明手段很可能会寸步难行,更不必提开展工作。

下图是一个剧院(电影院)的照明设计分析:


请试想,室外的照度通常达到的范围是多少?晴天时高达100,000lx,剧院或影院呢?如果仅仅开启安全照明时不会超过10lx,我们假设室外是10,000lx,观众走到10lx的影院室内,这过程中眼睛承受了1000倍的光照度级别差别。

三种视觉

从暗适应的理论来看的话,1000:1的光照度级别的差异适应,普通人可能要经历15分钟甚至更长的时间。

引起视觉的外周感受器官是眼睛,由含有感官细胞的视网膜和作为附属结构的折光系统等部分组成。人眼的适宜刺激是波长为370~740nm的电磁波;在这个“可见光谱”的范围内,人脑通过接受来自视网膜的传入信息,可以分辨出视网膜像的亮度和色泽,因而可以看清视野内发光物体或反光物体的轮廓、形状、大小、远近和表面细节等情况。自然界各种各样的物体以及文字、图片等形象,主要通过视觉系统在人脑得到反映。据估计,在人脑获得的全部信息中,大约有95%以上来自视觉系统,因而眼无疑是人体最重要的感觉器官。

那么这种情况下,优秀的照明设计师应该做什么?

明视觉

优秀的照明设计师就应该判断,在观众从户外进入剧院室内时行走的路线,入口、门厅、过道、走廊等,应该如何在不同的位置进行不同级别照度的照明规划,用不同的照度过渡去帮助观众逐步构建视觉的舒适度。

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图:常规情况下的一些可视度范围,暗视觉、中间视觉和明视觉。

视锥系统由视锥细胞和与它们联系的双极细胞、神经节细胞等成分组成,它们对光的敏感性较差,只有在类似白昼的强光条件下才能被刺激,但视物时可辨别颜色,且对物体表面的细节和轮廓境界都能看得很清楚,有高分辨能力,这称为昼光觉或明视觉系统。

对于上述影院/剧院的例子,我们谈论的明暗只是舒适与否的问题,但在有些情况下,明暗之间涉及的就是安全的问题,譬如隧道照明:

过渡视觉

图:当驾驶员从外部忽然进入隧道时,暗视觉效应使得隧道入口段的照明应该比中断更亮,而明视觉又使得出口段应该比入口段稍暗。

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因此,在理解不同的照度值意义之外,更要理解明暗之间对人的视觉影响效用所在,这应该说是照明设计师的专业伦理。

过渡视觉发生于杆状与锥状细胞以相同的敏感度运作,特别是照度较弱光环境下时。此时眼睛正处于辨色能力将丧失的边缘,通常为明、暗视觉间的短暂过渡期。例如傍晚驾车,初期杆状细胞较不敏感,人眼依赖锥状与杆状细胞共同作用来观看,一旦杆状细胞适应足够,则进入暗视觉。