1.8. Колір у техніці освітлення

 

            У теорії світлотехніки поняття «кольору» розглядається у двох аспектах: з погляду кількості – яскравість і якості – кольоровість.

            Повною характеристикою випромінювання джерел світла стосовно кольоровості є крива розподілу енергії в їхньому спектрі, що дає для різних значень довжини хвилі  значення випромінюваної потужності . Приклади таких кривих показані на рис. 1.24. Аналогічною характеристикою поверхонь, що відбивають або пропускають світло, є криві, що зображують залежність від довжини хвилі коефіцієнта відбиття  або коефіцієнта пропускання .

            Характеристикою випромінювання, відбитого або пропущеного даною поверхнею при освітленні її певним джерелом, є крива, ординати якої для кожного значення  отримані шляхом множення  на  або . Звідси видно, що кольоровість поверхонь визначається властивостями не лише їх самих, але і джерел, що їх освітлюють.

 

            «Повний випромінювач», тобто абсолютно чорне тіло, при підвищенні температури нагрівання змінює характер випромінювання, що із червоного стає жовтим, білим і, нарешті, синюватим, але ніколи не буває, наприклад, зеленим або коричневим. Тому багато які, але не всі, кольоровості можуть бути охарактеризовані колірною температурою , тобто тією температурою, при якій випромінювання чорного тіла має кольоровість, що збігається з даною. Колірна температура  може не мати нічого спільного з фізичною температурою випромінювача. Разом з тим при достатньому досвіді значення  наочно характеризують випромінювачі.

            Як показують дослідження, колір будь-якого випромінювання може бути отриманий змішуванням трьох взаємно незалежних різнобарвних випромінювань (тобто таких, які не можуть бути отримані як результат поєднання двох інших). Міжнародна комісія з освітлення (1931 р.) затвердила як основні кольори – червоний, зелений і синій. Відповідно до цього кількісна і якісна відповідність кольорів визначається колірним рівнянням

 

,

 

де X, Y, Z – основні кольори системи (світловий потік основних кольорів); x, y, z – координати кольорів, що визначають кількість одиниць основних кольорів у суміші.

            Розмірності величин вибираються так, щоб сума , отже, для характеристики кольоровості досить двох координат, що дозволяє зображувати кольоровість у прямокутній системі координат. У міжнародній калориметричній системі графічним зображенням поля кольорів і законів їхнього змішання є колірний трикутник (рис. 1.25).

            Замкнута лінія, проведена на графіку, обмежує всю безліч існуючих кольорів, причому точки, що лежать на її криволінійній частині між R і В, відповідають чистим спектральним кольорам, що характеризуються певною довжиною хвилі, а точки нижньої прямої – пурпурним кольорам, що утворюються при змішанні синього та червоного кольорів. Пурпурні кольори відсутні в спектрі, але нерідко трапляються в житті. Тоді точка Е в центрі відповідає рівноенергетичному білому кольору.

            Графік і відображувані ним явища характеризуються такими властивостями:

            1) кольори, що утворяться в результаті змішання двох кольорів, наприклад 1 і 2, зображуються точкою на лінії, що з'єднує змішувані кольори, положення якої визначається співвідношеннями кольорів у суміші;

            2) той самий колір може бути отриманий необмеженим числом способів, тому що через дану точку можна провести безліч хорд;

            3) хоча той самий колір, будучи отриманим різними способами, однаково сприймається зором, але, маючи різний спектральний склад, він може, залежно від останнього, створити різну кольоровість освітлюваних поверхонь;

 

            4) кольори, що лежать на протилежних кінцях хорди, проведеної через точку E, створюють при змішанні в певній пропорції білий колір та називаються додатковими;

            5) кольори суміші двох кольорів, що не лежать на прямолінійній частині графіка, зображується точкою, що наближена до точки E, тобто зменшує свою чистоту, неначе розбавляючись білим.

            З останньою обставиною пов'язаний третій, зручний і поширений спосіб оцінки кольоровості. Проведемо пряму 3 – 4 через точки Е та даного кольору. Точка 5 на цій прямій може розглядатися як колір, отриманий у результаті змішання кольору 4 з білим кольором. Довжина хвилі, що відповідає кольору 4, буде визначати колірний тон точки 5, а ступінь віддаленості точки 5 від Е – чистоту кольору р.

            Пурпурні кольори, а також кольори точок, що лежать між лінією пурпурних кольрів і точкою Е, умовно характеризуються довжиною хвилі , що відповідає  для точки на кінці лінії, проведеної через дану точку і точку Е.

            На графіку лінією  показана також сукупність точок, через які проходить колір повного випромінювача при підвищенні його температури, тобто ті кольоровості, які точно можуть бути охарактеризовані значенням .

            Кольоровості, що зображуються досить близькими точками на графіку, візуально не відрізняються одна від одної. Мінімально помітна різниця в кольоровості називається колірним порогом.

            Незалежно від рівня працездатності при збільшенні освітленості настає момент, коли людина визнає освітлення комфортним, при дуже високих значеннях освітленості спостерігається верхня границя зорового комфорту. Положення цих границь виявляється сильно залежним від колірної температури випромінювання (рис. 1.26), що можна пояснити звичкою людини до високої освітленості при денному освітленні та низької – при штучному. У якійсь мірі спектрально відтворюючи денне освітлення при люмінесцентних лампах, ми, виявляється, повинні наблизитися до останнього і стосовно рівнів освітленості, слабке ж люмінесцентне освітлення психологічно сприймається як денне освітлення в сутінки або перед грозою. Цей «сутінковий ефект» є однією з причин підвищення норм освітленості при газорозрядних джерелах світла. Зокрема, при лампах типу ЛД останні сліди сутінковості зникають при освітленості лише приблизно 400 – 500 лк, а при освітленості менше 100 – 150 лк люмінесцентне освітлення іноді визнається менш сприятливим для роботи, ніж освітлення лампами розжарювання при такій самій освітленості.

            Для оцінки джерел світла щодо їхньої передачі кольору набув певного застосування індекс передачі кольору (), що спрощено можна визначити як середній для багатьох ділянок спектра ступінь відповідності результативної кольоровості зразка еталонним умовам. Для того щоб визначити , у навколишньому середовищі вибирають кілька еталонних кольорів і порівнюють, який вигляд має кожний з них у світлі лампи, що перевіряється, з тим, який вигляд має цей колір у світлі еталонної лампи тієї самої колірної температури (відповідної випромінюванню денного світла абсолютно чорним тілом). Чим менша ця різниця, тим передача кольору краща. Показник найкращої передачі кольору  (визначається в середньому за 8 еталонними кольорами) і знижується зі зниженням якості передачі кольору.