光源的色温和显色性是光源两个重要的颜色指标,它们都是由光源的光谱能量分布决定的。其中色温是衡量光源颜色的指标,而显色性是衡量光源视觉质量的指标。那么,光源色温和显色性什么关系?光源色温和显色性有何应用?本文对光源色温和显色性显色性的关系及它们之间的应用做了介绍。
什么是色温?
黑体辐射也被叫做普朗克辐射,它的光谱能量分布会随着自身的温度变化而发生变化,当温度升高时,黑体辐射的峰值波长也会随着温度沿着红、橙、黄、绿、蓝的颜色变化。对于一个光源,其色温定义是一个和它具有相同的光色的黑体本身的绝对温度值。如下图所示,任何一个光源的色温都可以在色度图中的黑体轨迹(普朗克轨迹)上找到与之相对应的点,在标准黑体辐射光谱中蓝色成分越少,红色成分相当越多,就说明该黑体的温度就越低。
对于不同的色温会给人带来不同的照明和视觉效果,对于目前实际生活中的不同照明光源其色温的大小如下表所示:
什么是显色性?
在定义显色性的时候,一般是通过让光源光线照射在物体上,然后观察所呈现出的色,彩的视觉效果,亦即是观察色彩的逼真程度。对于具有较好显色性的光源,当其照射到物体上时其色彩的还原程度就越好,这就是说人眼看到的色彩更加的接近于在自然光下看到的原色。而演色性较差的光源在色彩的还原度上就会偏差很大。因此对于人造光源,要求就是其能尽可能的让人眼感知到正确的颜色,也就如同在太阳光下看到物体一样。以上就是光源的显色性,用显色指数来表示显色性的好坏,单位是Ra。如下图所示是C1E色度区域示意图。
如果把标准光源的显色指数定为100,那么其他的光源显色指数均会低于这个数值。在国际照明协会中一般把显色性指数分为下表所示的五类:
光源色温和显色性关系:
光源的色温与显色性,从本质上说,都是由它的光谱能量分布决定的。以日光为例,日光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种颜色的光按一定的比例混合而成。日光照到某一种颜色的物体上,物体将其他颜色的光吸收,而将这种颜色的光反射出来。比如,蓝布受日光照射后,就将蓝光反射出来,并将其他光吸收,因此人眼看到的这块布是蓝色的。由于日光本身包含了各种颜色,再加上各种物体对不同的光的反射性能不一样,所以大自然在日光照射下就显得五彩缤纷。钠灯则不然,钠灯发出的光主要是黄光,当黄光照在蓝布上,蓝布将黄光吸收,蓝布虽然能反射蓝光,但钠灯发出的光中基本上没有蓝光,也就谈不上反射蓝光了。因此在钠灯照射下蓝布就变成黑布了。钨丝灯的光谱能量分布是连续的,各种颜色都有,因而有较好的显色性,但其辐射能量分布偏重于长波方面,整体上看来光色偏红偏黄。
然而,光源的色温与显色性之间并没有必然的联系,相同色温的各光源之间的显色性差别可能很大,相同显色指数的各光源之间的色温差别也可能很大,各种色温的光源都可能有较好的显色性,也可能有较差的显色性。如:钨丝灯色温低,显色性好;高压钠灯色温低,而显色性差;马路上的高压汞灯,从远处看它发出的光既亮又白(色温高),但被它照射的人的脸色却象抹了一层青灰色(显色性差);而高压缸灯,发出的光亮白(色温高),灯下的颜色也不失真(显色性好)。
光源色温的应用:
1.根据光色的舒适感选择色温
在人类所经历的漫长进化过程中,由于长期处于自然光环境中,形成了人的视觉器官的特殊结构,适应自然光强度的变化.自然光的最大特点是具有连续的光谱,在清晨和黄昏时色温较低约为2000~4500 K,中午色温较高约为5000~7000K,在夜晚人们开始是用火把,随后发明了蜡烛与油灯。这些燃烧火光都是色温较低的连续光谱,所以人类在整个漫长进化历程中由于客观的原因比较习惯日光和火光,对这两种光源的光色形成了特殊的偏好。
那么实际上人们对什么光色感到最适宜、最舒服呢?是色温较高的蓝色光,还是色温较低的黄色光呢?在CIE的文件中,把光源的色温分为三组.分别表示其光的颜色属性,又称色表.第一组是色温为3300K以下,色表为暖色型;第二组是色温为3300K~5300K 色表为中间型;第三组是色温为5300K以上,色表为冷色型。研究结果表明由于人们长期生存的环境决定了人对光源的舒适感接近自然光对人产生的生理效果,即在很低的照度下采用接近火焰的低色温的光源较舒适;在中等照度下采用色温接近黎明和黄昏的色温略高的光色较适宜;而在高的照度下则是采用接近中午阳光或偏蓝的去消天空光色较舒适,即光色的舒适感与照度水平有关。
2.根据人的生理和心理需求合理运用色温
各种光源的不同色温光色对人有一定的生理和心理效应.在生理方面、红色使人兴奋,蓝色使人沉静;波长较长的红黄光使人有近感,波长较短的蓝青光使人有远感;重量大小相同的物体深暗色看起来重而小,明亮色看起来轻而大,在心理方面红系统光可以增加食欲,蓝系统光则会使食欲减退。彩色度高的比彩色度低的光更能使人产生激情,低色温光给人以温暖的感觉(称暖色光),高色温光给人以冷的感觉(称冷色光),所以当需要一种热烈激昂的气氛时可用低色温的暖色光源,当需要冷静沉稳的气氛时可用高色温的冷色光源,在温度较高的热带地区,宜使用低色温光源,给人以祥和的感觉。
3.根据不同的被照场所使用色溫
以色温对人产生的生理及心理效应为依据,对不同的被照场所选用不同色温光源,如在餐厅选用以红黄为主的光色,可以给人一种灯火辉煌的感觉,使人兴奋食欲增强,而在紧张繁忙的车间则较适宜采用高色温的冷色光源,可缓解人们的紧张情绪。在医院病人的情绪多是焦虑不安,选用色温高的冷色光源可减轻这种感觉,多些平静感。在卧室或宾馆客房采用茶色或橙色光源,会使人具有休闲、安逸和温馨的感觉.在商店为了吸引顾客要设法使商品突出,通常的做法是使商品和衬托背景具有强烈的对比效应,达到醒目的效果再加上适当的彩色投光装饰,效果会更佳。
光源显色性的应用:
1.根据不同的装饰效果运用显色特性
在实际的夜景装饰、电影、电视、布景及室内装饰等工程中,可以根据不同的装饰要求选用不同光源例如:荧光高压汞灯表面看上去它发出的光亮而白,说明其色表好,但它照在人的脸上却发青很难看,说明它显色性差。因为它的光谱成分中青绿具多,所以若将其用于草坪装饰,会使草坪看上去更加郁郁葱葱,生机昂然,具有甚佳的效果。再如低压钠灯表面光色为橙黄色,但由于它的光谱成分中是单色黄,所以照在人和物体上都会变色,很难看说明其显色性差,但若将这种显色特性用于特殊的灯光制景,会达到满意的效果。
2.根据披照场所对显色指标要求运用显色特性
显色指数Ra如前所述指光源照在物体上显色是否接近自然光的一相对指数。在一些被照场所如印刷、摄影、印染、展厅等场所要求将物体的颜色真实地显现出来,所以选显色系数较高的光源,可将物体的原色真实的反应出来,以达到良好的照明效果。