68

efektywnoϾ

bia³ej barwy

œwiat³a

„mentalnej rewolucji” w pojmowaniu
u¿ytkowych funkcji fotopowych i sko-
topowych strumieni œwietlnych

ekologiczna

perspektywa roz-

woju czu³oœci

oczu na barwê

œwiat³a

Wczesne miejsca zasiedlania

przodków cz³owieka i ich zmiany
ukszta³towa³y czu³oœæ oczu ludz-
kich na barwê œwiat³a. Przez milio-

E

kologiczny kryzys gospodarki
œwiatowej staje siê bolesnym
faktem. Wspó³czesne techno-

logie, które zapewniaj¹ wzrost gospo-
darczy najczêœciej powoduj¹ degra-
dacjê œrodowiska naturalnego. Etycz-
nym obowi¹zkiem œrodowisk twór-
czych staje siê maksymalne ograni-
czanie skali tego kryzysu. Œrodowisko
zwi¹zane z technik¹ œwietln¹ staje
wobec wyj¹tkowej sytuacji etycznej.
Oto pojawia siê mo¿liwoœæ znaczne-
go zmniejszenia zu¿ycia energii elek-
trycznej przeznaczonej na oœwietlenie
w wyniku przeprowadzenia jedynie

ny lat u przodków cz³owieka czu-
³oœæ oczu na barwy rozwija³a siê
w œwietle, które powstawa³o po
przejœciu œwiat³a s³onecznego
przez wiecznie zielony sufit w pusz-
czach tropikalnych. Jakie s¹ zna-
mienne cechy takiego œwiat³a i co je
warunkuje?

Œwiat³o s³oneczne przechodz¹c

przez sufit roœlinny jest czêœciowo
poch³aniane, odbijane i rozprasza-
ne. Powstaje zielono – niebieski od-
cieñ œwiat³a bia³ego, który zale¿y
od proporcji zmodyfikowanych czê-
œci œwiat³a s³onecznego. Najwiêk-
szy wp³yw na barwê œwiat³a wy-
wiera chlorofil zawarty w liœciach,

nastêpnie barwa zale¿y od gêstoœci
sufitu roœlinnego – im gêstszy sufit,
tym wiêksze jest nasycenie œwiat³a
odcieniem zieleni. Ponadto pod sufi-
tem roœlinnym jest znacznie ciemniej
ni¿ na otwartej przestrzeni. Szczegól-
nie interesuj¹ce jest to, ¿e w takim
œrodowisku œwietlnym system wi-
zualny wspó³czesnego cz³owieka
wykazuje maksymaln¹ zdolnoœæ do
rozró¿niania barw.

Oko³o 500 tys. lat temu (20 tys.

pokoleñ) przodkowie cz³owieka
opuszczaj¹ ciemne i zielono – nie-
bieskie œrodowisko w afrykañskiej
puszczy tropikalnej i wkraczaj¹ na
rozœwietlone, zielono – ¿ó³te i ot-

dr in¿. Zbigniew Turlej

Instytut Elektrotechniki

www.elektro.info.pl

6/2003

W artykule omówiono ewolucyjn¹

perspektywê rozwoju czu³oœci

oczu na barwê œwiat³a oraz

propozycjê korekcji fotopowych

strumieni œwietlnych Ÿróde³

œwiat³a, uwzglêdniaj¹c¹ zmiany

w wydolnoœci widzenia

uwarunkowane barw¹ œwiat³a.

Ponadto przedstawiono wstêpne

wyniki badañ w zakresie percepcji

bia³ej barwy œwiat³a.

Rys. 1 Prawdopodobne kierunki migracji przodków cz³owieka z Afryki na inne

kontynenty oraz okresy ich zasiedlania (w tys. lat p.n.e.)

warte przestrzenie sawann. Tutaj
ostatecznie ukszta³towa³ siê dyna-
miczny system czu³oœci oczu ludz-
kich na barwê œwiat³a. Nastêpnie,
oko³o 100 tys. lat temu, rozpoczê-
³a siê wielka migracja przodków
cz³owieka na inne kontynenty
i podczas tej migracji ukszta³towa-
³y siê typy pigmentacji skóry (rys.
1).

Czopkonoœne komórki siatków-

ki oka wykazuj¹ najwiêksz¹ czu-
³oœæ na zielono – ¿ó³te œwiat³o
o d³ugoœci fali 555 nm i funkcjo-
nuj¹ przy wysokich poziomach oœ-
wietlenia – jest to efekt adaptacji
biologicznej do œrodowiska otwar-
tych przestrzeni. Natomiast prêci-
konoœne komórki siatkówki oka s¹
najczulsze na zielono – niebieskie
œwiat³o o d³ugoœci 508 nm przy
niskich poziomach oœwietlenia –
jest to pozosta³oœæ adaptacyjna do
œrodowiska puszczy tropikalnej.

energooszczêdny

aspekt

naturalnoœci

barwy sztucznych

Ÿróde³ œwiat³a

Znaczenie argumentacji wyjaœ-

niaj¹cej ewolucyjny rozwój czu³o-
œci oczu na barwê œwiat³a wzra-
sta, gdy pojawia siê energooszczê-
dny aspekt naturalnoœci barwy
sztucznych Ÿróde³ œwiat³a. Od
wielu lat praktycy obserwuj¹ inte-
resuj¹ce zjawisko – przy takich sa-
mych zmierzonych poziomach oœ-
wietlenia, w zakresie do kilkuset
luksów wystêpuj¹ wyraŸne ró¿ni-
ce miêdzy wra¿eniami jaskrawo-
œci i wyrazistoœci widzenia wywo-
³ane ró¿nymi sk³adami widmo-
wymi Ÿróde³ œwiat³a. Sztuczne
Ÿród³a œwiat³a o spektrach bli¿-
szych naturze uderzaj¹co jaœniej
i wyraŸniej rozœwietlaj¹ otocze-
nie, w porównaniu ze Ÿród³ami
o nienaturalnych spektrach.

Aktualnie mierniki œwiat³a kalib-

rowane s¹ na czu³oœæ czopkow¹ (fo-
topow¹) i w efekcie strumienie Ÿró-
de³ œwiat³a oceniane s¹ jedynie lu-
menami fotopowymi. Generalnie czu-

³oœæ prêcikowa (skotopowa) uwa¿a-
na jest za nieodpowiedni¹ do ocen
oœwietlenia. Naukowcy z Lawrence
Berkeley National Laboratory (LBNL)
i z Abratech Corporation of Sausalito
pod auspicjami Departamentu Energii
USA dowodz¹, ¿e przy pomiarach
oœwietlenia konieczne jest uwzglê-
dnianie skotopowej czu³oœci widze-
nia. KoniecznoϾ ta wynika z wyso-
kiej aktywnoœci prêcików (dotychczas
nie uwzglêdnianej) przy wy¿szych po-
ziomach oœwietlenia oraz z faktu, ¿e
Ÿród³a œwiat³a o bogatej emisji
w zakresie zielono – niebieskim (sko-
topowym) skuteczniej zmniejszaj¹
Ÿrenice oczu od Ÿróde³ œwiat³a ubo-
gich w tym zakresie. Zjawisko to
mo¿na wyjaœniæ dziedzictwem adap-
tacji czu³oœci oczu, która powsta³a
w otoczeniu wiecznie zielonej pusz-
czy tropikalnej – Ÿrenice najskutecz-
niej reaguj¹ wówczas, gdy œwiat³o
ma odcieñ barwy i intensywnoœæ
zbli¿on¹ do œwiat³a pod sufitem roœ-
linnym. U wiêkszoœci ludzi wystêpu-
j¹ niedoskona³oœci aberacyjne w so-
czewkach oczu obni¿aj¹ce wydol-
noœæ widzenia. Gdy pod wp³ywem
barwy œwiat³a Ÿrenice malej¹, to nie-
doskona³oœci te ulegaj¹ zmniejszeniu
i wzrasta wydolnoϾ widzenia. Kon-
cepcja energooszczêdnego oœwietle-
nia polega na stosowaniu sztucznych
Ÿróde³ bia³ego œwiat³a z emisj¹
bogat¹ w zakresie zielono – niebies-
kim, zmniejszaj¹c¹ Ÿrenice, co
umo¿liwia obni¿enie poziomów oœ-
wietlenia przy utrzymaniu wydolnoœci
widzenia.

W praktyce ocena energooszczê-

dnoœci Ÿróde³ œwiat³a polega m.in.
na u¿yciu mno¿ników korekcyjnych

(S/P) jako modyfikatorów konwencjo-
nalnych strumieni œwietlnych fotopo-
wych podawanych w katalogach pro-
ducentów Ÿróde³ œwiat³a. Mno¿nik
korekcyjny (S/P) jest stosunkiem stru-
mienia skotopowego (S) do fotopowe-
go (P) dla danego rozk³adu widmo-
wego Ÿróde³ œwiat³a. Zmodyfikowa-
ne strumienie rewolucyjnie zmieniaj¹
dotychczasowe oceny energooszczê-
dnoœci oœwietlenia. W tabeli 1
przedstawiono porównanie zmodyfi-
kowanych strumieni œwietlnych
dwóch œwietlówek liniowych: ciep³ej
(3000 K, 75 CRI T8) i bia³ej (4100
K, 85 CRI T8). Widoczny staje wyraŸ-
ny wzrost efektywnoœci bia³ej œwiet-
lówki. W praktyce oznacza to, ¿e na
przyk³ad poziomowi 300 lux przy
œwietlówce ciep³ej mo¿e odpowia-
daæ ekwiwalentny wydolnoœciowo
poziom 200 lux przy œwietlówce bia-
³ej. Oszczêdzamy wiêc 33% energii
elektrycznej przeznaczonej na oœwiet-
lenie.

percepcja barwy

œwiat³a

Percepcja barwy œwiat³a jest

oceniana w wielu aspektach. Pre-
zentowane tutaj badanie dotyczy
wstêpnej odpowiedzi na pytanie,
w jaki sposób zmiany temperatu-
ry barwy œwiat³a w zakresie
3000° i 4000° K wp³ywaj¹ na
ocenê wra¿eñ przestrzennoœci
otoczenia i czytelnoœci druku we
wnêtrzu. Badania przeprowadzono
w Laboratorium Ekspresji Œwiat³a
(fot. 1) na terenie Zak³adu Te-
chnik i Systemów Oœwietlenia In-

stytutu Elektrotechniki. Generalnie
w Laboratorium mog¹ byæ reali-
zowane nastêpuj¹ce cele:

n

demonstrowanie i badanie
efektów przestrzennych i/lub
emocjonalnych œwiat³a i bar-
wy we wnêtrzu;

n

prace studialne nad konstruk-
cjami urz¹dzeñ oœwietlenio-
wych z wykorzystaniem LED,

n

aplikacje systemów sterowania.

W Laboratorium ekspresj¹ œwia-

t³a we wnêtrzu nazywamy zdolnoœæ
rozk³adu jaskrawoœci i/lub barwy
œwiat³a na powierzchniach wnêtrza
do wyra¿ania efektów przestrzen-
nych i/lub emocjonalnych. Punktem
wyjœcia do analizy tak rozumianej
abstrakcji jest tworzenie zbioru tzw.
elementarnych ekspresji œwiat³a.

69

6/2003

www.elektro.info.pl

* Wartoœci podano na podstawie publikacji firmy Philips: Lamp Specification and Application Guide, 2/96, page 79.

Tabela 1 Modyfikacja strumieni fotopowych w sytuacji prac wzrokowych zwi¹zanych z ekranami monitorowymi

Œwietlówka

moc

strumienie

skutecznoϾ

wspó³czyn.

zmodyfiko-

zmodyfiko-

systemu

œwietlówek

œwietlna

korekcyjny

wana wart.

wana skut.

(fotopowe)

systemu

S/P *

strumienia

œwietlna

(fotopowa)

systemu

P(S/P)

(W)

(P)

P/W

(S/P)

P(S/P)

W

3000 K,

75 CRI T8

32

2800

88

1.13

3164

99

4100 K,

85 CRI T8

32

3000

94

1.62

4860

152

Fot. 1 Laboratorium Ekspresji Œwiat³a.

Na drugim planie widoczna jest
oprawa zwieszakowa, pod-
œwietlaj¹ca sufit. Podczas ba-
dañ oprawê t¹ wykorzystywa-
no jako Ÿród³o œwiat³a poœre-
dniego o temperaturze barwy
3000° K lub 4000° K

W tabeli 2 przedstawiono zbiór ele-
mentarnych ekspresji œwiat³a w La-
boratorium, ujêty denotacyjnie i kon-
otacyjnie. Zwróæmy uwagê, ¿e ele-
mentarne formy ekspresji tworzone
s¹ przez akcenty œwietlne przyjmuj¹-
ce postaæ punktów (lp. 1,2,3,4,5,6),
poziomych pasów (lp. 7,8), piono-
wych smug (lp. 9), ukoœnych smug
(lp. 10) oraz plam (lp.
11,12,13,14,15). Przedmiotem ba-
dania by³y elementarne ekspresje oz-
naczone numerami 14 i 15.

Oceniano zmiany w subiekty-

wnych ocenach przestrzennoœci
wnêtrza i czytelnoœci druku wywo-
³ane skokowymi zmianami tempe-
ratury barwy œwiat³a 3000° K
i 4000° K. Badania przeprowa-
dzono z grup¹ dwudziestu trzech
nie reprezentatywnych obserwato-
rów, pracowników Zak³adu Te-
chnik i Systemów Oœwietlenia.

Oceny przeprowadzono w wyod-
rêbnionej czêœci Laboratorium
Ekspresji Œwiat³a (fot. 2). Charak-
terystyki widmowe Ÿróde³ œwiat³a
3000° K i 4000° K podano na
rys. 2.

Na rys. 3 i 4 przedstawiono

wstêpne wyniki badañ. Ocena
postaci rozk³adów liczebnoœci
wskazuje na preferencje wy¿szej
temperatury barwy w zakresie
wra¿eñ przestrzennoœci i czy-
telnoœci druku. W celu potwier-
dzenia zaobserwowanej tenden-
cji konieczna staje siê weryfika-
cja statystyczna na reprezentaty-
wnej grupie obserwatorów.

literatura

1. S. Berman, B. Liebel, Essay by invita-

tion, LD+A/ November 1996.

2. M. Bhati, Getting it White in Surrey.

Light and Lighting, September/Octo-
ber 2001.

3. A. Kalinowska, Ekologia – wybór przy-

sz³oœci, Editions Spotkania. 1993.

4. A. Kurnatowska, Ekologia. Jej zwi¹z-

ki z ró¿nymi dziedzinami wiedzy,
Wydawnictwo Naukowe PWN 1997.

5. P. Raynham, T. Saksvikronning, White

Light and Facial Recognition, The

Lighting Journal, January/February

2003.

6. Z. Turlej, EfektywnoϾ ekologicznej

barwy œwiat³a, Œwiat³o i Œrodowis-

ko, 4/95.

7. Z. Turlej, Zanieczyszczenia œwiat³em

w oœwietleniu zewnêtrznym, Œwia-

t³o i Œrodowisko, 4/95.

8. Z. Turlej, Ekologiczne kierunki w roz-

woju oœwietlenia, Ekopartner, 9/95.

9. Z. Turlej, Oœwietlenie miasta bli¿ej na-

tury, Konferencja naukowo – techni-

czna pt. Nowoczesna Technika Oœ-

wietleniowa. Gliwice, Politechnika

Œl¹ska, Wydzia³ Elektryczny 5 –

6 czerwca 1997 r.

10. P. Vardy, P. Grosch, Etyka. Pogl¹dy

i problemy, Zysk i S-ka. Wydawni-

ctwo, 1995.

70

www.elektro.info.pl

6/2003

Tabela 2 Zbiór elementarnych ekspresji œwiat³a w Laboratorium

lp.

ekspresja - denotacja

ekspresja - konotacja

1.

4 k¹ty - góra

pó³przestrzeñ górna

2.

4 k¹ty - dó³

pó³przestrzeñ dolna

3.

punkt (kwiaty)

ekspozycja

4.

4 punkty (pod³oga)

droga

5.

9 punktów (pod³oga)

œwiat³o pod drzewem

6.

7 punktów (œciana prawa)

rytm poziomy

7.

poziom - góra (œciana prawa)

uniesiony horyzont

8.

poziom - dó³ (œciana prawa)

uniesiona œciana

9.

6 pionów (œciana lewa)

rytm pionowy

10.

2 ukosy (œciana lewa)

wnikanie

11.

10 plam ( ca³e wnêtrze)

s³oñce w lesie

12.

2 plamy (sufit)

Niepogoda

13.

2 plamy góra/dó³

(centrum wnêtrza)

pogoda / niepogoda

14.

plama 4000 K (sufit)

niebo przed po³udniem

15.

plama 3000 K (sufit)

niebo po po³udniu

Fot. 2 Wyodrêbniona czêœæ Laboratorium

Ekspresji Œwiat³a. Na zdjêciu widoczna
jest specjalna oprawa ze œwiat³em
poœrednim o zmiennej temperaturze
barwy 3000° K lub 4000°K, mierniki
natê¿enia oœwietlenia i luminancji
(Minolta T 10 i Minolta LS – 110) oraz
stó³, przy którym dokonywano ocen
czytelnoœci druku. Jako wzór druku
s³u¿y³ zaznaczony fragment w ga-
zecie codziennej. Oceny przestrzenno-
œci wnêtrza dokonywano na podsta-
wie obserwacji bliskiego otoczenia sto-
³u. Pomiary natê¿enia oœwietlenia na
powierzchni sto³u (Eœr = 165 luk-
sów) i luminancji sufitu nad opraw¹
(Lœr = 830 cd/m2) pozwala³y
stwierdziæ, ¿e podczas skokowych
zmian barwy œwiat³a, natê¿enie i lu-
minancja pozostawa³y na poziomie
zbli¿onym do sta³ego

Rys. 2 Rozk³ady widmowe Ÿróde³ œwiat³a 3000° K (PL-L/830) i 4000° K (PL-L/840)

Rys. 3 Rozk³ady liczebnoœci wskazañ

dla ocen przestrzennoœci wnê-
trza przy oœwietleniu poœre-
dnim 3000° K i 4000° K

Rys. 4 Rozk³ady liczebnoœci wskazañ

dla oceny czytelnoœci druku
przy oœwietleniu poœrednim
3000° K i 4000° K