@proelectro

Качество света

2021-05-11T04:07:57.084Z

4 критерия качественного освещения

Здравствуйте!

Спросите любого светодизайнера, как создать качественное освещение, и он вам не ответит. Потому что не существует четких правил и идеальных решений. Зато есть одно требование — освещение должно быть качественным: обеспечивать видимость, не доставлять неудобств и не вредить здоровью. Выполнить эти требования помогают 4 критерия:

уровень освещенности;
распределение света в пространстве;
направленность света;
цвет света и цветопередача.

Эти критерии получены с помощью многолетних исследований того, как устроено наше зрение и какую роль играет свет в зрительном процессе. Если опираться на них при проектировании освещения, вероятность сделать плохо — минимальна.

Уровень освещенности

Уровень освещенности показывает, сколько света присутствует в помещении. Уровень естественной освещенности колеблется в пределах:

от 1 люкса ночью при полной луне — при таком уровне освещенности человек различает предметы, но не видит их ясно;
до 100 000 люкс летним днем, когда небо чистое, а солнце в зените.

Искусственные источники света сильно уступают солнцу:

уличное освещение создает освещенность 3-25 люкс;
ночная подсветка объектов — 10-50 люкс;
интерьерное освещение — 300-1000 люкс.

От уровня освещенности зависит адаптационная способность и острота зрения. Чем выше уровень, тем быстрее зрение приспосабливается к меняющимся условиям обзора, тем лучше различает контрасты. Однако измерить действительный уровень освещенности не так-то просто.

На рисунке выше указанные значения не показывают, сколько света дают источники на самом деле. Для получения этих значений измеряли горизонтальную освещенность — то, сколько света падает на горизонтальную поверхность.

Но свет падает на любые поверхности, в каком бы они ни были положении, под разным углом, куда-то больше, куда-то меньше. Он отражается от них, меняет спектральный состав и направление.

Все изменения в поведении света учесть невозможно, поэтому уровень освещенности рассчитывают упрощенно: выбирают самую подходящую поверхность (обычно горизонтальную) и измеряют, сколько света на нее падает.

Кроме этого, при расчете необходимого уровня освещенности полагаются на государственные и международные стандарты, назначение системы освещения и типы объектов.

На каких поверхностях рассчитывают уровень освещенности

Столешница письменного стола — самая подходящая горизонтальная поверхность для измерения уровня освещенности в офисе

Горизонтальные поверхности. Обычно горизонтальную освещенность измеряют на поверхностях рабочих участков. Например, на столешнице стола в офисе.

Там, где рабочие участки неизвестны, берут воображаемую горизонтальную поверхность в 75 см от пола.

Вертикальные поверхности. Вертикальная освещенность нужна при проектировании освещения для спортивных объектов, из которых ведутся телетрансляции. Подходящий уровень вертикальной освещенности — один из показателей того, что на телевизоре спортсменов будет хорошо видно.

Полуцилиндрические поверхности. Хорошая освещенность на таких поверхностях нужна, чтобы камеры видеонаблюдения четко фиксировали лица людей. Дело в том, что голова человека больше похожа на полуцилиндр, а не на вертикальную поверхность.

Чем выше освещенность, тем лучше мы видим

Распределение света в пространстве

Пространство с неравномерным освещением выглядит всегда плохо. Исключение только одно: если это нужно для создания определенного эффекта.

Кроме этого, неравномерное распределение света сильно утомляет зрение, потому что ему приходится часто перестраиваться с высокого уровня освещенности на низкий и наоборот.

Чтобы избежать неравномерного распределения света, нужно соблюдать требуемое соотношение минимальных и средних значений яркости или освещенности:

LМИН / LСР

EМИН

/ EСР

Допустимые значения таких соотношений указываются в государственных и международных стандартах.

Эффект «зебры» — частный случай неравномерного распределения света Когда затененный участок резко переходит в яркий, образуется эффект «зебры». Часто его можно наблюдать на проезжей части, когда фонарные столбы расположены далеко друг от друга или какие-то фонари не работают:

Эффект «зебры» возникает из-за того, что фонари излучают узконаправленный свет и расположены слишком далеко друг

Чтобы не получился такой эффект, нужно обеспечить оптимальное соотношение минимальной и максимальной освещенности при проектировании системы освещения. Значения этих соотношений тоже указываются в международных и государственных стандартах.

Подобный эффект может возникнуть и внутри помещений. Например, когда пол освещен намного ярче стен и потолка.

Идеально равномерное распределение света так же плохо, как и неравномерное

Когда все поверхности освещены одинаково или различия в освещенности (яркости) незначительны, создается монотонная обстановка. В такой обстановке взгляду не за что зацепиться, потому что нет контраста. Чтобы избежать монотонности, необходимо учитывать отражательную способность поверхностей. Вот оптимальные значения:

Потолок — 0.6-0.9
Стены — 0.3-0.8
Рабочие поверхности (плоскости) — 0.2-0.6
Пол — 0.1-0.5

Когда обозреваемый предмет находится рядом, оптимальное соотношение минимальной и максимальной яркостей составляет 3:1 (яркость обозреваемого предмета в три раза выше яркости фона)

Неравномерное освещение утомляет зрение

Направленность света

От направленности света зависит, какое впечатление произведет предмет или какое-либо пространство. По направленности свет делится на три вида: направленный, рассеянный и отраженный.

Направленный свет светит прямо на предмет и создает заметные контрасты и глубокие тени. Обычно такой свет используют в витринах, чтобы выделить и подчеркнуть форму освещаемых предметов.

Источник света слева от шара, на одной с ним высоте

Источник света расположен сверху и слева от шара

Если перед вами встанет задача, в которой понадобится использовать направленный свет, учтите следующее:

Освещайте предметы с двух сторон

Если направленный свет идет только с одной стороны, создаются глубокие тени, которые перекрывают часть предмета:

Чтобы избежать глубоких теней, с одной стороны направляют основной луч (заполняющий), с другой — дополнительный (акцентный). Обычно придерживаются такого баланса интенсивности света: сила света основного источника в два раза выше силы света дополнительного.

Экспериментируя с местом расположения подсветки, добиваются разных эффектов: подчеркивают формы предмета или делают так, чтобы на какой-либо поверхности вырисовывалась силуэт этого предмета в виде тени.

Рассеянный свет — это свет, который падает на предмет со всех сторон. При таком свете почти не создается теней, а значит, и цепляющего взгляд контраста.

Если в освещении используются только рассеивающие источники света, получается однообразная обстановка, как на улице в пасмурную погоду. В такой обстановке предметы выглядят нечетко и трудно оценить взглядом расстояние до них.

Отраженный свет — это свет, который освещает пространство не прямо, а косвенно, отражаясь от какой-либо поверхности (потолка или стен). При этом если поверхности гладкие, то отраженный свет получается рассеянным.

Как создать свет нужной направленности

Чтобы создать свет нужной направленности, подбирают тип светильников с подходящим распределением света и рассчитывают место для их установки.

А чтобы подобрать светильник с подходящим распределением света, смотрят на такую характеристику светового прибора, как кривая распределения света (КСС).

КСС — это графическое изображение распределения света в пространстве, представляется в виде графика с углами распространения светового потока в продольной и поперечной плоскостях.

Чем больше кривая напоминает овал, вытянутый вдоль вертикальной оси светового прибора, тем выше освещенность в центре светового пятна.

Советы по выбору светильников с учетом КСС

Для производственных помещений подходят светильники прямого света с КСС типа К, Г, Д.

Для общего освещения офисов — светильники с прямым и рассеянным светом с КСС типа Г и Д.

Для подсветки особых, выделенных зон — световые приборы с КСС типа К.

Для формирования отраженного или приглушенного света — светильники преимущественно отраженного света с КСС типа С.

Для автострад, улиц, автотранспортных туннелей, надземных и подземных пешеходных переходов и вытянутых коридоров общественных зданий применяют светильники с КСС типа Л и Ш.

Для освещения подсобных помещений, подъездов, бытовок — светильники с КСС типа М.

Чтобы создать нужное впечатление, экспериментируйте с направленностью света

Цвет света и цветопередача

Цветопередача и цвет света — последние важные критерии освещения. От них зависит, произведет ли объект должное впечатление на человека и будет ли в нем комфортно находится.

Цветопередача и цвет света — последние важные критерии освещения. От них зависит, произведет ли объект должное впечатление на человека и будет ли в нем комфортно находится. Чтобы создать приятную глазу обстановку, близкую к естественной среде, нужно сочетать свет с насыщенными цветами и свет с хорошей цветопередачей.

Значения цветопередачи. Тут снова на помощь приходят государственные и международные стандарты. В них указаны оптимальные значения цветопередачи для внутреннего и наружного освещения.

Значения цветовой температуры стандартизированы не для всех случаев. Если вы проектируете освещение, которое должно не только обеспечивать видимость, но и поддерживать здоровье (либо не вредить ему), смотрите в сторону динамического света — когда цветовая температура меняется с течением дня, подобно цветовой температуре солнечного света.

На сегодня все.

Как свет может навредить здоровью и укрепить его

2021-05-04T13:58:58.404Z

Здравствуйте!

Как делать красивое и качественное освещение, вы уже знаете. Однако свет не только дает нам возможность видеть окружающее, но еще и влияет на наше здоровье. Сегодня говорим об этом, потому что здоровье — не пустяк.

Научное объяснение влияния света на здоровье

В 2000 году ученые обнаружили, что около 1% ганглиозных клеток в наших глазах так же чувствительны к свету, как палочки и колбочки. Таким образом выяснилось, что у нас не два вида фоторецепторов, а три.

Третий вид фоторецепторов назвали внутренними светочувствительными ганглиозными клетками сетчатки. Сокращенно ipRGC (от английских слов intrinsic photosensitive Retinal Ganglion Cell).

ipRGC соединены с биологическими часами нашего мозга. Их еще называют супрахиазматическим ядром (СХЯ). СХЯ, в свою очередь, соединено с шишковидной железой, которая управляет некоторыми гормонами нашего организма.

Из всего этого следует, что свет очень важен для нашего здоровья, потому что прямым образом влияет на биологические часы и гормоны.

Синяя линяя — путь света к мозгу через палочки и колбочки. Зеленая — путь света к биологическим часам через ipRGC

Что такое циркадные ритмы и как на них влияет свет

Земля делает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа. За это время происходит смена дня и ночи. Такой ритм регулирует много процессов в нашем организме:

ритм сна и бодрствования;
температуру тела;
частоту сердцебиения;
выработку гормонов кортизола и мелатонина.

Все эти процессы объединены в понятие «циркадные ритмы».

График суточных колебаний температуры тела. С течением суток температура тела здорового человека колеблется в пределах 0.4 градусов

Гормоны кортизол и мелатонин выполняют важную роль в регулировке уровня сна и бодрствования.

Кортизол повышает уровень сахара в крови, что придает человеку сил. Поэтому его называют гормоном энергии. Больше всего кортизола организм вырабатывает по утрам. С течением дня уровень кортизола постепенно опускается. В полночь, когда освещенность очень низкая, уровень сахара в крови (а в месте с ним и наша энергия) доходят до нуля.

Мелатонин, напротив, делает так, чтобы человек быстро и легко засыпал. Больше всего мелатонина организм вырабатывает с наступлением темноты.

График суточных колебаний уровня кортизола (синяя линия) и мелатонина (серая линия)

24-часовой цикл смены дня и ночи поддерживает порядок в работе биологических часов. Восход солнца сигнализирует организму о том, что надо бодрствовать, а закат — пора отходить ко сну. Если бы на земле была всегда ночь, мы бы постоянно ходили сонными. А если бы всегда был день, нам было бы трудно уснуть.

Чем опасно нарушение циркадных ритмов

Нарушение циркадных ритмов приводит к бессоннице, нарушению режима сна и бодрствования (днем хочется спать, а ночью бодрствовать), к ухудшению пищеварения, перепадам настроения, выгоранию и депрессии.

Нарушение циркадных ритмов могут вызвать преклонный возраст, болезнь Альцгеймера, частая смена часовых поясов, сменная работа (например, когда сутки работаешь, а следующие сутки отсыпаешься).

Кроме этого, нарушение циркадного ритма может быть вызвано непродуманным освещением в офисе. Например, если в помещение проникает мало солнечного света, а искусственное освещение постоянно, организм сбивается с толку и не понимает, что сейчас: утро, день, вечер или ночь. И соответственно, не может верно настроить свою работу.

Как поддерживать циркадные ритмы в условиях искусственного освещения

Чувствительность ipRGC, как и чувствительность палочек и колбочек, зависит от длины волны света.

Синяя линия — спектральная чувствительность ipRGC (биологической системы организма). Она построена на основе подавления выработки мелатонина. Зеленая — спектральная чувствительность зрительной системы

Из графика видно, что наибольшая «биологическая» чувствительность приходится на синюю область: на свет с малой длиной волны и высокой цветовой температурой (холодный свет).

Это значит, что холодный свет подавляет выработку мелатонина и, следственно, поддерживает человека в бодром состоянии. И наоборот — теплый свет настраивает на сон.

В жизни это знание пригодится для проектирования офисного освещения. Сделайте в офисе освещение таким, чтобы с утра и днем был холодный (бодрящий) свет, а вечером — теплый (расслабляющий). Тогда циркадный ритм сотрудников будет в норме. Благодаря этому они будут меньше стрессовать и болеть.

На сегодня все.

Как получить свет нужного цвета

2021-04-30T13:33:07.535Z

Здравствуйте!

Мы уже знаем, как образуется свет в разных лампах и как подчинить его себе. Сегодня говорим о том, как получить свет нужного цвета и как на самом деле следует проверять способность светильников верно передавать цвета предметов.

Зачем это нужно

Что касается цветопередачи, то ее нужно обязательно учитывать при разработке освещения объектов, в которых важно верно передавать цвета предметов. Например, в салонах красоты, магазинах одежды и украшений.

Как получить свет нужного цвета

Вспомним прошлый урок. В нем говорилось, что за восприятия цвета у нас отвечают особые фоторецепторы — колбочки. Они реагируют только на три цвета (синий, зеленый, красный) и их оттенки. Это и есть основные цвета, участвующие в создании красочного света.

У колбочек низкая чувствительность к свету. Они улавливают мелкие детали и распознают цвета. Включаются во время действия дневного зрения

Чтобы получить свет нужного цвета, применяют один из двух способов: аддитивный или субтрактивный.

Аддитивный способ получения света

Аддитивный способ — это когда смешивают два и более световых луча разного цвета. Пример: если смешать синий и красный лучи с одинаковой интенсивностью, получится пурпурный (маджента) луч:

При аддитивном смешении итоговый луч получается ярче исходных

В аддитивном способе применяется модель RGB (red, green, blue) — цвета, которые мы воспринимаем в чистом виде. Их называют первичными. Если их сложить, то получится условно белый свет (условно, потому что в жизни светофильтры и источники света несовершенны):

Кроме первичных цветов, еще есть вторичные: желтый, циан и пурпурный. Они получаются сложением любых двух основных цветов:

В компьютерных мониторах, телевизорах и уличных экранах цветная картинка создается с помощью аддитивного смешения красного, синего и зеленого света

Зрение привыкает к цвету света

Зрение постепенно приспосабливается к тому свету, который на него воздействует, и начинает воспринимать его как белый, какого бы цвета он ни был. Для наглядности пример.

Если взять хорошую лампу накаливания и включить ее при дневном свете, будет казаться, что она излучает желтый свет. Если эту же лампочку включить в полной темноте, цвет излучения покажется белым.

Излучение лампы накаливания при дневном свете кажется желтым, а в отсутствии солнечного света — белым

Подобный эксперимент можно провести и с разноцветными флуоресцентными лампами. Если поставить их рядом и включить, мы различим цвета, которые они излучают. Но если перед нами ставить по одной лампе, то будет казаться, что все они светят белым светом.

При аддитивном смешении итоговый луч получается ярче исходных

Субтрактивный способ получения цвета

Субтрактивный способ — это когда нужный цвет получают вычитанием лучей определенных цветов. Для этого применяют фильтры. Каждый фильтр пропускает лучи одних цветов, а остальные поглощает.

Пример: если на пути белого света поставить фильтр цвета циан, то он поглотит красные лучи и пропустит зеленые и синие. В итоге свет станет цвета циан. Если на пути цианового света поставить желтый фильтр, то он поглотит синие лучи и пропустит зеленые. В итоге свет станет зеленым.

При субтрактивном способе итоговый луч получается тусклее исходных

Как придавать объектам нужный цвет, пользуясь субтрактивным подходом

Для примера возьмем циановый шар и сделаем так, чтобы он казался зеленым.

При обычном освещении циановый шар имеет такой цвет, потому что поглощает красные лучи, а отражает синие и зеленые. Чтобы при подсветке он казался зеленым, надо направить на него любой свет, в котором нет синих лучей, но обязательно есть зеленые. Таким светом может быть зеленый или желтый.

Если свет желтый, то в нем содержатся красные и зеленые лучи. Шар поглотит красные и отразит зеленые. В итоге будет казаться зеленым:

На некоторых людей такой прием может не произвести должного эффекта. Это зависит от способности зрения адаптироваться к цвету света

Если подсветить циановый шар красным светом, то он будет казаться черным. Потому что красные лучи он поглотит, а синие и зеленые, которые он мог бы отразить, отсутствуют.

При субтрактивном способе итоговый луч получается тусклее исходных

Что такое цветопередача

От света напрямую зависит, в каких цветах перед нами предстанут предметы. Способность светильника верно передавать цвета называется цветопередача.

Условия качественной цветопередачи очень просты: красный, синий и зеленый предметы будут казаться такими, если в падающем на них свете присутствуют лучи красного, синего и зеленого цветов.

Получается, чтобы под светом светильника все предметы представали в верном цвете, в нем должны быть лучи всех цветов:

Разноцветный зонтик освещается светом, в котором присутствуют лучи всех цветов. В результате, мы видим все цвета зонтика

Современные светильники близки к совершенству, но все еще несовершенны. В их излучении могут присутствовать лучи не всех цветов. Но даже если присутствуют все, некоторых так мало, что они никак не влияют на восприятие:

Разноцветный зонтик освещается светом, в котором присутствуют не все лучи. В результате, мы не различаем всех цветов зонтика

Чем больше лучей разного цвета в излучении, тем выше цветопередача

Как узнать, насколько верно светильник передает цвета

Чтобы разделять источники света по их способности передавать цвета, международная комиссия по освещению (МКО) в 1965 году ввела индекс цветопередачи CRI (Ra).

Чтобы его вычислить, свет источника направляют на 8 эталонных цветов, измеряют сдвиг в каждом цвете и рассчитывают средний.

Эталонные цвета

Сдвиг — это разница между эталонным цветом и цветом, полученным при освещении изучаемым источником. Если сдвига нет, эталонные цвета остаются неизменными. В этом случае индекс цветопередачи равен 100.

Интересный факт, о котором мало кто знает

Принято считать, что у лампы накаливания и дневного света CRI (Ra) = 100. На самом деле эти источники не безупречны в плане цветопередачи. Лампа накаливания плохо передает синие тона, а дневной свет при температуре 7500 К — красные.

Если под светом лампы эталонные цвета стали бесцветными, значит, произошел самый большой сдвиг. В этом случае индекс цветопередачи равен 1. Это самая плохая цветопередача. Обычно она встречается у натриевых газоразрядных ламп низкого давления.

Разноцветный зонтик под светом светильника с очень низкой цветопередачей кажется бесцветным

Индекс цветопередачи разных типов ламп

CRI (Ra)

90-100 — отличная цветопередача

Типы ламп

лампы накаливания, галогенные лампы, люминесцентные лампы с пятикомпонентным люминофором, металлогалогенные лампы, белые светодиоды

80-90 — очень хорошая цветопередача

белые светодиоды, металлогалогенные и люминесцентные лампы с трехкомпонентным люминофором

60-80 — хорошая цветопередача

белые светодиоды и металлогалогенные лампы

40-60 — посредственная цветопередача

дуговые ртутные люминесцентные лампы

меньше 39 — плохая цветопередача

натриевые газоразрядные лампы высокого и низкого давления

Проблемы с индексом цветопередачи CRI (Ra)

Как мы писали выше, CRI (Ra) — это средний сдвиг по всем цветам. Все равно что средняя температура по больнице: непоказательная характеристика. Именно поэтому светильники с одинаковым CRI (Ra) могут по-разному передавать отдельные цвета.

Только в 2015 году удалось разработать более совершенный метод определения цветопередачи — IES ТМ-30. Суть метода в вычислении двух индексов: Rf и Rg.

Индекс Rf рассчитывается так же, как и CRI (Ra). Разница в том, что в ТМ-30 используется гораздо больше цветов: 99 против 8.

Цвета, используемые при расчете индекса Rf

Индекс Rg показывает, насколько точно светильник передает насыщенность цветов. Идеальный показатель — 100. Если Rg меньше 100, то цвета предметов под таким светом будут более блеклыми, чем есть на самом деле. И наоборот.

Еще один плюс метода ТМ-30 в том, что при расчетах цветопередачи используются не только пластинки, окрашенные в эталонные цвета, но и предметы, используемые в повседневной жизни.

На заметку

ТМ-30 еще не является обязательным методом определения цветопередачи. Поэтому не все производители его используют. Но если в продукции вы увидите три показателя: CRI (Ra), Rf и Rg — больше доверяйте последним двум.

Не верь CRI (Ra)

Неверный подход к оценке цветопередачи светильника

Чтобы проверить, насколько верно светильник передает цвета предметов, начинающие светодизайнеры смотрят, как этот предмет выглядит под дневным светом, и сравнивают с тем, как он выглядит под светом светильника. В этом случае они исходят из того, что дневной свет — эталон.

Такой подход выглядит логичным: что может быть эталоном, как не природа? Однако у него есть недостаток: спектральный состав дневного света непостоянен. Он меняется в зависимости от времени года, наличия или отсутствия облаков на небе и часа дня.

Даже если небо чистое, в 10 утра предмет будет выглядеть под дневным светом иначе, чем в 2 часа дня. Это хорошо видно на примере города:

Спектральный состав дневного света непостоянен

Правильный подход к оценке цветопередачи светильника

Оценивать цветопередачу светильника нужно в тех же условиях, в которых будут использоваться освещаемые им предметы.

Допустим, у нас есть вечернее платье. Вряд ли его будут надевать в офис, где холодное и яркое освещение. Скорее всего, его будут надевать на вечеринки, где теплое и приглушенное освещение. Это значит, что светодизайнеру нужно найти эталонный теплый свет, посмотреть, как выглядит платье под ним, и сравнить с тем, как оно выглядит под светом выбранного светильника.

Даже если индекс цветопередачи у светильника с холодным светом высокий (CRI (Ra) 90-100), то в случае с вечерним платьем он будет передавать неверные цвета. Потому что в обычной жизни вечернее платье используют при теплом приглушенном свете.

Оценивайте цветопередачу в подходящих условиях

Цветопередача не связана с цветовой температурой

Разные светильники с одинаковой цветовой температурой излучают свет одного и того же цвета. Логично предположить: раз у них одинаковый цвет, то и цветопередача одна и та же.

Но вы уже достаточно хорошо изучили этот вопрос, чтобы не попасть в ловушку. Вы знаете, что у светильников может быть разный состав излучения.

Например, возьмем красный автомобиль и подсветим его по очереди двумя светильниками. Первый излучает белый свет за счет синего светодиода и желтого люминофорного покрытия. Второй — за счет аддитивного смешения красного, зеленого и синего.

Авто, подсвеченное первым светильником — с синим светодиодом и желтым люминофорным покрытием

Авто, подсвеченное вторым светильником — с аддитивным смешением цветов

В обоих случаях у светильников одинаковая цветовая температура, однако под первым светильником автомобиль выглядит естественнее.

Дело в том, что первый излучает белый свет, который сильно похож на дневной (в природе желтый свет проходит через синее небо, в светильнике наоборот, но результат тот же). Значит, в его составе содержится лучи всех цветов.

Во втором светильнике присутствуют лучи трех цветов. Поэтому он может верно передавать только эти три цвета.

На сегодня все.

Часть 5. Влияние света на зрение

2021-04-20T03:48:08.633Z

Как с помощью света создать благоприятную обстановку

Здравствуйте!

В прошлый раз мы рассмотрели световые величины. Они помогают создавать качественное освещение. Однако эти величины взялись не с неба. Они построены на том, как устроено наше зрение. Сегодня разберемся с этим вопросом, чтобы понимать, как создавать освещение, которое не только обеспечивает видимость, но еще создает нужное настроение.

Глаза — главный орган зрительной системы

Человек воспринимает окружающий мир благодаря свету. Чтобы убедиться в этом, представьте, что вы оказались ночью в густом лесу. Вы смотрите по сторонам и можете разглядеть только те участки, куда падает лунный свет. Остальное — черные пятна.

За восприятие света отвечает зрительная система. Она предоставляет 80% сведений из окружающего мира. Главные органы зрительной системы — глаза.

Несколько интересных фактов о наших глазах, о которых мало кто знает

Глаза фокусируются примерно на 50 объектах в секунду;
Глаза обрабатывают около 36 000 частиц информации каждый час;
Глаза используют около 65 % ресурсов головного мозга— это больше чем любая другая часть человеческого тела
Человек «видит мозгом», а не глазами. Во многих случаях размытое или плохое зрение вызвано не отклонениями глазных яблок, а проблемами со зрительной корой мозга.

Глаз работает по тому же принципу, что и объектив фотокамеры: проецирует перевернутую картинку на светочувствительную пленку.

Роль светочувствительной пленки в глазах выполняет сетчатка. В ней более 100 млн. нервных окончаний. Их называют фоторецепторами. Они работают так: преобразуют свет в ток, отправляют его по нервам в мозг, а там ток формируется в картинку. Это называется фотохимический процесс.

Фоторецепторы делятся на два вида: палочки и колбочки.

Палочки

Высокая чувствительность к свету

Улавливают общие виды и не распознают цвета

Расположены равномерно по всей сетчатке, отсутствуют в центральной ямке глаза

Действуют, когда включается ночное зрение

Колбочки

Низкая чувствительность к свету

Улавливают мелкие детали и распознают цвета

Расположены в центральной ямке глаза, изредка встречаются в остальной части сетчатки

Действуют, когда включается дневное зрение

Виды колбочек

Колбочки делятся на три вида: одни чувствительны к красному свету, вторые — к зеленому, третьи — к синему. Каждый вид различает около 100 оттенков своего цвета.

Кривые спектральной чувствительности колбочек. Как видно на картинке, красный и зеленый цвета сильнее раздражают глаза, поэтому светофоры во всех странах имеют именно эти цвета

Давайте рассмотрим эту особенность зрения на примере. Допустим, в глаза попадает световой поток с лучами только красного цвета. В этом случае включаются и шлют сигнал мозгу только те колбочки, которые чувствительны к красному излучению. Остальные отключены, поэтому освещенное пространство кажется красным:

Фонарик в левой руке излучает поток только красных лучей, поэтому освещенное им место нам кажется красным. То же самое и с фонариком в правой руке, который излучает поток только зеленых лучей.

Возникает вопрос: если наши глаза реагируют только на три цвета, почему мы различаем больше миллионов цветов и оттенков?

Ответ: мозг смешивает красный, синий и зеленый цвета, которые к нему поступают через глаза, и формирует новый цвет. Давайте на примере.

Если в одном световом потоке содержатся лучи красного и зеленого цветов, то мозгу шлют сигнал два типа колбочек: те, что реагируют на зеленые и красные цвета. Мозг смешивает эти сигналы, и перед нашим взором формируется желтый цвет:

Когда в световом потоке содержатся лучи красного и зеленого цветов, мозг их смешивает. В результате перед нами формируется желтый цвет.

Бывает такое, что у человека отсутствует один вид колбочек. В этом случае он способен различать примерно 10 000 цветов. А если отсутствуют два вида колбочек, это называется дальтонизм.

На этой особенности зрения и строится процесс создания света нужного цвета. Эту тему мы подробнее рассмотрим в следующем уроке.

Глаза — зеркало души и главный получатель информации. Однако без света они бесполезны.

Почему мы ничего не видим без света

Все дело в режимах работы зрительной системы. Их три: ночное, дневное и сумеречное зрение.

Когда света нет совсем или его так мало, что яркость не доходит до 0.01 кд/м2 (чуть меньше, чем яркость полной луны), работает ночное зрение. В этом режиме задействованы только палочки, а колбочки отключены.

Так как мы различаем цвета и мелкие детали благодаря колбочкам, эта способность пропадает при их выключении. Вот поэтому при очень тусклом освещении мы видим размытую картину, а при полном отсутствии света — ничего, кроме черноты.

Когда яркость, создаваемая освещением, превышает 3 кд/м2 (яркость хорошо освещенной автострады), работает дневное зрение. Тут все наоборот: задействованы колбочки, а палочки отключены, поэтому мы ясно видим цвета и предметы.

Когда яркость лежит в границе 0,01-3 кд/м2, работает сумеречное зрение. В таком режиме задействованы и колбочки, и палочки.

За цвета и предметы отвечают колбочки, за ночное зрение — палочки
На что влияет плохое освещение
Во время бодрствования наше зрение не отдыхает ни секунды. Оно постоянно приспосабливается к меняющимся условиям обзора:

с ясного видения предмета вблизи нас на ясное видение другого предмета чуть подальше — тут задействованы два процесса, которые протекают незаметно для нас: аккомодация и конвергенция;
с одного уровня освещения на другой — этот процесс называется адаптация.

Ниже рассмотрим, как освещение влияет на эти процессы.
Аккомодация

Аккомодация — это когда зрение приспосабливается к ясному видению предметов, расположенных на разных расстояниях. Давайте на примере.

Представьте, вы на улице, в двух метрах от вас стоит скамейка, на которой сидит женщина и читает журнал. Сейчас вы смотрите на нее. За скамейкой, в метрах десяти, спиной к вам стоит мужчина. Вы бросаете на него взгляд и видите его так же хорошо, как до этого видели женщину в двух метрах от вас.

Потом снова переводите взгляд на женщину и видите ее так же хорошо, как до этого видели мужчину. Это и есть аккомодация.

Конвергенция

Конвергенция — это способность глаз сводить линии взглядов на одном предмете. Чем ближе расположен предмет к человеку, тем сильнее глаза поворачиваются вовнутрь. Для быстрой конвергенции, как и для быстрой аккомодации, нужно хорошее освещение.

Адаптация

Адаптация — это когда зрение приспосабливается к изменившимся условиям освещения. Давайте снова на примере.

Ночь. Вы сидите в комнате, вдруг отключают свет. Вы ничего не видите, но проходит некоторое время, и вы уже различаете предметы. Это и есть адаптация. Она бывает двух видов: световая и темновая.

Световая — когда зрение приспосабливается к свету (при выходе из темного подвала на улицу). Занимает меньше одной минуты.

Темновая — когда зрение приспосабливается к темноте (при входе с улицы в темный подвал). Занимает 5-30 минут. Чем больше разница в яркости между освещенным и темным пространством, тем дольше длится адаптация.

Темновую адаптацию следует учитывать при разработке освещения для туннелей. Чтобы зрение водителя быстрее приспосабливалось к сниженному уровню освещения, нужно в начале туннеля ставить больше светильников, чем в середине.

Освещение должно помогать зрению приспосабливаться к обстановке

Как свет помогает человеку оставаться целым и невредимым

Через зрение в мозг поступает очень много информации. Отобрать среди этой информации важную мозгу помогают контрасты. А замечает он эти контрасты благодаря свету. Давайте на примере.

Перед вами неосвещенный туннель. Внутри есть проезжая часть, стены и потолок. Но вы не знаете, где кончается дорога и начинается стена, а где стена переходит в потолок, потому что между ними нет контраста. Если заехать в такой туннель, то высок риск врезаться в стену или во встречный автомобиль:

А если добавить свет, то появятся контрасты, и все встанет на свои места:

Виды контраста

Есть два вида контраста: в яркости и цвете.

Контраст в яркости. Благодаря контрасту в яркости мы способны отличить предмет от его фона или одну поверхность от другой. Способность зрения различать едва заметные контрасты в яркости называется контрастной чувствительностью.

Контрастная чувствительность зависит от остроты зрения и освещения. В ясный день мы хорошо различаем ветки деревьев и листья на них. Однако чем сильнее смеркается, тем эта разница меньше. В полной темноте мы уже не можем отличить ветки от листьев.

Чтобы определить контраст в яркости между двумя поверхностями (например, между проезжей частью туннеля и стеной), измеряют яркости света, который отражают эти поверхности, а потом более высокую яркость делят на меньшую:

C = LВЫС / LНИЗ

С — величина контраста;

LВЫС

— высокая яркость;

LНИЗ

— низкая яркость. Когда хотят выяснить разницу в контрасте между предметом и его фоном (например, между буквами и бумагой, на которой они напечатаны), пользуются такой формулой:
С = (LO

— LФ

) / LФ

С — величина контраста;

— яркость предмета;

LФ

— яркость фона. Оптимальная величина контраста C
Когда обозреваемый предмет находится рядом, оптимальное соотношение минимальной и максимальной яркостей составляет 3:1 (яркость обозреваемого предмета в три раза выше яркости фона).

Главное не переборщить
Чрезмерный контраст между поверхностями или предметом и фоном так же нежелателен, как и отсутствие контраста.

Из-за этого может возникнуть дискомфорт в глазах. Поэтому при разработке светотехнического проекта нужно следить за тем, чтобы освещение было однородным.
Контраст в цветах. Принято считать, что цветовой контраст не так важен с точки зрения получения важной информации, как контраст в яркости. Однако он помогает создать приятную обстановку. Для наглядности давайте сравним черно-белую и цветную фотографии:

Хоть фотография и черно-белая, нам понятно, что на ней изображен тигр и к речке сейчас лучше не подходить.

Цветная фотография не сообщила нам ничего нового. Однако глазам смотреть на нее приятнее.

Еще одна особенность цветового контраста — в зависимости от цвета фона яркость предметов воспринимается по-разному:

На голубом фоне круги кажутся ярче, чем на желтом. Этой особенностью пользуются продавцы мяса: они ставят его на листья салата, благодаря этому оно выглядит свежее.

Контраст в яркости помогает выжить, контраст в цвете — выжить в приятной обстановке

Блескость — особенность света, которая плохо влияет на наше зрение

При разработке системы освещения важно учесть еще одну особенность света — он может создавать блескость.

Блескость — это неприятные ощущения в глазах, возникающие из-за слишком яркого света. Она бывает дискомфортной и слепящей. Задача светодизайнера продумать такое освещение, которое не вызывает дискомфорт и не слепит.

Дискомфортная блескость

Дискомфортная блескость — это когда из-за яркого света в глазах возникает дискомфорт, возможно, даже боль. Известны почти все свойства света, которые вызывают дискомфорт в глазах. Это:

общая яркость;
фоновая яркость;
размер источника света — чем он меньше, тем больший дискомфорт может доставить;
расположение источника света относительно линии взгляда.

С помощью этих свойств светодизайнеры рассчитывают, в каких случаях может возникнуть блескость и будет ли приемлемым создаваемый ею дискомфорт.
Слепящая блескость

Слепящая блескость — это когда яркий свет ослепляет и ухудшает видимость. Точно неизвестно, почему яркий свет вызывает ослепление. Скорее всего, из-за особого рассеивания света в глазах, при котором на сетчатке глаза создается светящаяся вуаль. Она и ухудшает видимость подобно тому, как ухудшает видимость невесте ее фата.

Как быть уверенным, что система освещения не создаст блескости

Чтобы понимать, будет ли система освещения создавать блескость, светотехники пользуются такой формулой:

UGR = 8 * log10[(1 / 4Lф)Σ((L2 * ω) / p2)]

UGR — показатель дискомфорта;

L — средняя яркость светящейся поверхности светильника i по направлению к точке наблюдения;

Lф — средняя яркость фона (адаптации);

ω — телесный угол, под которым видна светящаяся поверхность светильника;

p — индекс позиции светильника по Лекишу-Гату (индекс учитывает положение светильника в поле зрения).

Допустимые значения UGR для объектов в зависимости от их назначения

UGR ≤ 16 — для мест, где ведутся проектные работы с чертежными инструментами;
UGR ≤ 19 — учебные помещения, библиотеки, комнаты для для встреч и кабинеты, где работы ведутся за компьютером;
UGR ≤ 22 — ремесленная и легкая промышленность;
UGR ≤ 25 — тяжелая промышленность;
UGR ≤ 28 — железнодорожные платформы и фойе.

Блескость от источников света над головой

Источники света, расположенные над головой и не попадающие в поле зрения, тоже могут вызывать блескость, если они очень яркие. Например, когда излучаемый ими свет отражается от носа или очков. Примерами такого источника служат солнце и мощные светильники, излучающие узконаправленный свет в пол.

Как с помощью света создавать нужное настроение

Свет влияет на эмоциональное состояние, но почему и как именно — неизвестно. Иногда влияние связано с прошлым жизненным опытом. Например, освещенное снизу лицо кажется жутким, потому что большую часть времени мы видим лица, освещенные сверху.

Также известно, что и цвет сказывается на настроении. Например, красный и желтый вселяют чувство тепла и удобства, синий бодрит, зеленый успокаивает и расслабляет. Влияние цвета, как и света, связано с жизненным опытом. Один и тот же цвет вызывает разные чувства у людей из противоположных частей света.

Еще цвет и свет формируют впечатление, которое производит на нас то или иное место. Комната с красными стенами кажется меньше, чем такая же комната с белыми или синими стенами. А если осветить потолок и верхнюю часть стен ярче других частей, то комната будет казаться выше.

Также можно создавать нужное настроение, сочетая освещенность с цветовой температурой. Например, низкий уровень освещенности и теплый свет создают расслабляющую обстановку. Высокий уровень освещенности с холодным светом создают рабочую атмосферу.

Слева — теплое освещение (низкая цветовая температура); справа — холодное (высокая цветовая температура)

При какой цветовой температуре свет считается теплым, а при какой — холодным

Меньше 3300 К — теплый (желтоватый) свет.
3300-5000 К — нейтральный (промежуточный) свет.
Выше 5000 К — холодный (синеватый) свет.

Влияние освещенности и цветовой температуры на настроение человека обнаружил и изучил Ари Андриес Круитхоф в 1941 году. В его честь назвали кривую Круитхофа, которая показывает комфортные и некомфортные для зрительного восприятия соотношения освещенности и цветовой температуры.

График, показывающий комфортные и дискомфортные для человека соотношения освещенности с цветовой температурой

На этом графике комфортные соотношения лежат в белой зоне. Остальные воспринимаются как неприятные и неестественные. Однако и тут не следует пренебрегать жизненным опытом.

Например, если постоянно находишься в помещении со светом определенной цветовой температуры и уровнем освещенности, отношение к нему меняется. Если сначала он неприятен, то со временем может нравиться. И наоборот.

Цветовая температура с освещенностью — залог создания подходящего настроения

Особенности зрения пожилых людей

С возрастом зрение ухудшается. Сначала понемногу, потом все быстрее. Так происходит из-за того, что уменьшается зрачок, мутнеет стекловидное тело (гелеобразное вещество, заполняющее пространство между хрусталиком и сетчаткой), твердеет и желтеет хрусталик.

Из-за затвердения хрусталика падает способность к аккомодации: уже невозможно разглядеть то, что находится близко к лицу. Для наглядности: дети четко видят предметы на расстоянии 10 см, а люди в возрасте уже нет — им приходится напрягать зрение, чтобы разглядеть предмет, расположенный на расстояние 30 см от них и ближе.

Из-за пожелтения хрусталика (катаркта) теряется общая и контрастная чувствительности, ухудшается острота зрения, пропадает восприимчивость к цветам (человек постепенно перестает различать синий цвет). Кроме этого, ухудшается проводимость зрительного нерва — хуже передаются сигналы от сетчатки к мозгу.

В результате, чтобы хорошо видеть, человеку в возрасте 60-ти лет нужно в 10 раз больше света, чем в возрасте 10-ти лет.

Количество света, необходимое человеку, с изменением возраста

Однако при создании освещения для пожилых людей следует соблюдать осторожность, чтобы не перегнуть палку с яркостью. Дело в том, что помутневшее стекловидное тело у пожилых людей рассеивает больше света. Из-за этого глаза более чувствительны к яркому свету, чем глаза молодых.

На сегодня все.

Часть 4. Световые величины

2021-04-13T06:53:15.757Z

Как создать качественное освещение

Здравствуйте!

В прошлый раз мы разобрались с тем, как можно управлять светом: направлять его в нужные стороны и ограничить там, где он будет лишним. Однако для создания качественного освещения одного умения управлять светом недостаточно. Нужно также разбираться в показателях качества.

Показатели качества — это световые величины. Без их учета невозможно:

выбрать подходящее световое оборудование;
придумать, где его установить;
проверить, соответствует ли система освещения предъявляемым требованиям.

Сегодня мы познакомимся с основными световыми величинами. Узнаем, как они связаны друг с другом и чем их измеряют.

Что такое световые величины и какими они бывают

Световые величины — это величины, которые описывают свойства света с учетом его способности вызывать у человека зрительные ощущения. К ним относятся:

световой поток и световая отдача;
сила света;
освещенность;
яркость.

Световой поток и световая отдача

Световой поток показывает, сколько света излучает светильник за единицу времени. Измеряется в люменах (лм), обозначается буквой Φ. С помощью светового потока вычисляют световую отдачу источника света.

Световая отдача — это отношение светового потока источника к электроэнергии, которую он потребляет.

Формула вычисления светоотдачи
H = Ф / P

Допустим, лампа накаливания потребляет 20 Вт электроэнергии, чтобы создать световой поток 250 лм. Тогда ее светоотдача вычисляется так: 250 лм / 20 Вт = 12.5 лм/Вт.

Чем выше светоотдача, тем меньше энергии потребляет источник света и тем меньше вы платите за электричество. Например, если заменить лампу накаливания со светоотдачей 7-22 лм/Вт на люминесцентную со светоотдачей 50-90 лм/Вт, то расход электроэнергии уменьшится в 5-6 раз, а уровень освещенности не изменится.

Среднее значение световой отдачи разных ламп:

лампа накаливания — 10 лм/Вт;
флуоресцентная лампа — 100 лм/Вт;
натриевая лампа низкого давления — 175 лм/Вт;
светодиод — 104 лм/Вт.

Сила света

Сила света показывает, сколько света излучает светильник в определенном направлении за единицу времени. Измеряется в канделах (кд), обозначается буквой I.

Для лучшего понимания представьте кран, из которого течет вода. Если она еле течет, говорят, напор слабый, и наоборот. То же самое и со светом.

Сила света вычисляется так: берут световой поток, идущий в каком-либо направлении, и делят его на телесный угол (ω):

Что такое телесный угол

Телесный угол — часть пространства, которая объединяет все световые лучи, выходящие из заданной точки и пересекающих некоторую поверхность.

Формула вычисления силы света
I = Ф / ω

Освещенность

Освещенность показывает, сколько света падает на определенную площадь за единицу времени. Измеряется в люксах (лк) или люменах на квадратный метр (лм/м2). Обозначается буквой E.

Для лучшего понимания представьте кран, из которого течет свет, и стакан, куда этот свет попадает. Освещенность — это сколько света попадает в стакан за определенное время. Чтобы совсем не оставалось вопросов по поводу значения освещенности, сравните картинки ниже.

Освещенность, создаваемая ясным небом в полдень летнего дня

Освещенность в пасмурный день

Освещенность офисного кабинета, создаваемая искусственным светом и естественным, проникающим из окон

Освещенность, создаваемая луной на ясном небе

Освещенность вычисляется так: берут световой поток и делят его на площадь участка, который он освещает.

Интересный факт, о котором мало кто знает

При разработке освещения для объектов также берется во внимание естественное освещение. Это освещение прямыми солнечными лучами или рассеянным светом небосвода.

Значение освещенности, создаваемой естественным светом, зависит от природных условий, степени облачности и времени года и суток.

Естественная освещенность:

в ясный день — 100 000 лк;
в пасмурный день — 5 000 лк;
в ясную ночь при полной луне — 0.25 лк.

Яркость

Яркость — отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м2), обозначается буквой L.

Чтобы было понятнее, продолжим аналогию с напором воды. Если подать одинаковый напор воды на кухонный кран и пожарный шланг, то будет казаться, что из крана вода течет сильно, а из шланга — еле-еле.

То же самое и с яркостью. Если у двух светильников одинаковая сила света, ярче будет казаться тот, что меньше.

Оба шара светят с одинаковой силой и создают одинаковую освещенность. Однако шар, который больше, кажется тусклее, потому что светящаяся поверхность у него больше.

Яркости разных участков одного светильника отличаются. Например, люминесцентная лампа тусклее по краям, а пламя свечи ярче в ореоле вокруг фитиля.

Кроме этого, то, насколько ярким будет казаться источник света, зависит от того, с какой стороны на него смотреть. Например, если посмотреть на сварочную дугу перпендикулярно направлению разряда, ее яркость доставит дискомфорт и частично ослепит. А если посмотреть сбоку — яркость будет терпимой.

Из этого следует, что яркость нам нужна для того, чтобы проектировать комфортное освещение, которое не слепит глаза.

Яркость применяется не только к светильникам

Яркость имеют не только светильники и лампы, но и поверхности, которые отражают свет: дорога, стены, потолки, пол, стол и другие освещенные предметы. Их называют вторичными источниками света.

Мы видим предметы благодаря свету, который они отразили в наши глаза. Если бы они не отражали свет, то мы бы их не видели. Вспомните смешные случаи с идеально чистой стеклянной дверью: человек ее не замечал и врезался в нее. А не замечал он ее потому, что она не отражала свет, а пропускала его через себя.

Яркость некоторых первичных и вторичных источников света

солнце — 1 650 000 000 кд/м2;
нить лампы накаливания — 7 000 000 кд/м2;
ясное небо — 20 000 кд/м2;
люминесцентная лампа — 5000-15000 кд/м2;
письменный стол — 100 кд/м2;
дорожное покрытие — 0.5-2 кд/м2.

Яркость видимой области

Человеческий глаз воспринимает яркость только видимой области источника света. Видимая область — это проекция источника света на плоскость. Форма этой проекции зависит от того, с какой стороны мы смотрим на предмет:

Представьте, что на картинке выше изображена светящаяся призма. В этом случае вы воспринимаете яркость только тех частей призмы, которые видите. А что это за части и как они выглядят, зависит от того, с какой стороны вы смотрите на призму. То же самое и со светящимся цилиндром:

Субъективная яркость

При выборе светильника важно учитывать не только яркость, указанную в характеристиках, но и субъективную яркость — яркость, которую воспринимает человек. Она зависит от многих обстоятельств, в том числе и от обстановки.

Для примера возьмем серый квадрат, поместим его в темный и светлый фон, а потом посмотрим на него. В результате окажется, что на темном фоне он кажется ярче, чем на светлом:

Яркость одного и того же источника света может казаться разной. И зависит это от фона

Как световые величины связаны друг с другом

Световые величины не живут отдельно друг от друга. Они взаимосвязаны. И это хорошо: если знаешь одну величину, то запросто найдешь остальные. Эта связь описывается формулами. Ниже рассмотрим основные.

Связь между освещенностью и световым потоком

E = Φ / S

Пример:

Φ = 10 000 лм

S = 12 м2

E = 10000 / 12 =833 лк

Связь между освещенностью и силой света
Эта связь зависит от того, под каким углом к поверхности падает свет.

Когда свет падает на некоторую точку под прямым углом к поверхности, на которой лежит эта точка, освещенность точки рассчитывается по закону обратных квадратов.

Е = I / r2

Пример:

I = 100 кд

r = 0.5 м

E = 100 / (0.5)2 = 400 лк

Интересный факт, о котором мало кто знает

Закон обратных квадратов действует только в случаях, когда рассматриваются точечные источники света. Он подразумевает, что чем дальше источник света от освещаемой поверхности, тем меньше освещенность этой поверхности.

При этом освещенность уменьшается нелинейно расстоянию. Например, если увеличить расстояние между источником и освещаемой поверхностью в два раза, освещенность поверхности уменьшится не в 2 раза, а квадратично расстоянию — то есть в 4 раза.

Освещенность падает квадратично расстоянию от источника света. Об этом необходимо помнить при проектировании освещения

Когда свет падает на некоторую точку не под прямым углом к поверхности, освещенность точки рассчитывается по закону косинусов.

Е = (I / r2) х cos γ

Пример:

I = 1200 кд

r = 3 м

Угол падения γ — 60о

E = (1200 / 32) х cos γ = 67 лк

Связь между горизонтальной освещенностью и силой света Горизонтальную освещенность некоторой точки обычно рассчитывают для рабочих поверхностей: столешницы рабочего стола, спортивной площадки и т.д.

Егор = (I / h2) х cos3γ

Связь между вертикальной освещенностью и силой света

Световые приборы должны обеспечивать подходящую освещенность не только на горизонтальных поверхностях, но и на вертикальных.

Евер = (I / r2) х cos γ

Связь между освещенностью и яркостью

Чтобы рассчитать яркость поверхности, которая отражает свет, освещенность этой поверхности умножают на ее коэффициент отражения (ρ) и делят полученный результат на число «пи».

L = (ρE) / π

Пример:

Освещенность листа бумаги — 500 лк

Коэффициент отражения бумаги — 0.7

L = 500 x 0.7 / π = 111 кд/м2

Эта формула применима только к поверхностям, которые создают диффузное отражение.

Как вы помните, диффузное отражение — это когда лучи света после отражения расходятся в разные стороны, а не в одну. Такое отражение создается на шероховатых поверхностях: бумаге, дорожном покрытии и т.д. Связь между световым потоком и силой света Если светильник распределяет свет равномерно по всем направлениям, то сила света находится так: световой поток умножают на коэффициент пропускания материала, через который проходит свет, и полученный результат делят на 4π.

I = Φτ / 4π

Пример:

Световой поток лампы накаливания — 1000 лм

Коэффициент пропускания опалового стекла (τ) — 0.9

I = 1000 x 0,9 / 4 π = 72 кд

Представленные формулы необязательно запоминать

Все эти формулы нужны вам для того, чтобы вы понимали физическую взаимосвязь между световыми величинами.

Зубрить их не надо, потому что все расчеты при проектировании освещения ведутся в специализированных программах, куда уже заложены все эти формулы.

Одна из самых распространенных программ — DIALux.

Измерительные приборы

Когда требуется определить качество освещения, пользуются измерительными приборами. Для каждой световой величины свой прибор. Давайте разберемся, что это за приборы.

Все измерительные приборы устроены одинаково. Их главная деталь — фотоэлемент. Когда на фотоэлемент попадает свет, он создает небольшой электрический ток или меняет его величину. Нынешние фотоэлементы изготавливают из полупроводниковых материалов.

Обычно приборы измеряют освещенность — количество света, попадающего на фотоэлемент. Чтобы узнать другие световые величины, например, световой поток, силу и яркость света, пользуются формулами, о которых мы говорили выше.

Чувствительность фотоэлементов не такая, как у наших глаз. Чтобы к ней приблизиться, фотоэлементы дополняют светофильтрами. Чем больше светофильтров, тем точнее измерения и выше цена прибора.

Люксметр — для измерения освещенности и яркости

Обычно этот прибор используют для измерения уровня освещенности определенных мест, например, офисных кабинетов.

Гониофотометры — для измерения силы света

Эти приборы используют производители светового оборудования. Их устанавливают в специальных лабораториях. С их помощью измеряют силу света или светораспределение определенной группы светильников с нескольких сторон. В них светильники или система зеркал (или и то и другое вместе) вращаются вокруг фотоэлемента. Если интересно, посмотрите видео, как работает этот прибор.

Фотометрический шар Ульбрихта — для измерения светового потока

Прибор работает так: лампу подвешивают в центре пустой сферы и включают, а установленный в специальном отверстии сферы фотоэлемент измеряет освещенность. Затем программа рассчитывает значение светового потока. Стены сферы матово-белые, чтобы идеально рассеивать свет.

Приборы для измерения яркости

Такие приборы состоят из фотоэлемента и оптической системы. Оптическая система проецирует изображение измеряемой поверхности источника света на фотоэлемент. В результате последний получает некоторую освещенность, на ее основе прибор рассчитывает и выдает значение яркости. Часто эти функции совмещают в люксметре.

Спектрометр

Спектрометр — самый продвинутый измерительный прибор. Чтобы определить необходимые световые величины существующего или проектируемого освещения, вам не придется везти каждый светильник в лабораторию. Всю необходимую информацию вам предоставит портативный спектрометр.

Характеристики, которые способен определить спектрометр:

спектральный состав излучения;
уровень мерцания (видимого и невидимого);
силу света, яркость и освещенность;
длину волны и частоту.

Плюс к этому, он может определять качество цвета.

На сегодня все.

С Новым 2021 Годом

2021-01-16T21:10:14.935Z

Дорогие подписчики!
Поздравляем вас с Новым годом!!! 🎉
Желаем крепкого здоровья, моря идей для творчества и мешок денег на их воплощение!!! 🎊

Черновая отделка и конденсат.

2021-01-16T21:02:37.166Z

Часто происходит ситуация, когда дом начинают строить в начале весны, потом выполняют фасадные работы, вставляют окна, делают забор, проводят сети и тут начинается зима. На этом этапе заказчики хотят непременно вставить окна и двери, чтобы закрыть контур. Желание это легко понять, так как если Ваш дом расположен не в коттеджном поселке с охраной и забором, то вероятность того, что в дом залезут воры, приближается к 100%.

Если на этапе закрытого контура у заказчика деньги не закончились, то он всеми усилиями стремится к тому, чтобы закончить внутреннюю отделку и, наконец-то, поселиться за городом. Тоже понятное желание. Строители, по-хорошему, должны предупредить о тех последствиях, которые возможны при несоблюдении определенных правил в комплексе всего строительства.

В процессе возведения каменного дома используется большое количество воды. Стены дома должны просохнуть. Допустим, лето было жаркое и сушка прошла успешно.Но затем ставят окна, закрывают контур и начинают заливать внутри стяжку и делать штукатурку. Это мокрые процессы. Воды будет выделяться очень много. Буквально ведра. Сколько залили при выполнении работ, практически столько же должно и выйти.

Отопление нужно делать обязательно. Если Вы уйдете в холода с черновой отделкой, которая не просохла без отопления, то считайте, что придется все переделывать.

А если отопление включено, то окна обязательно должны быть приоткрыты! Иначе случится другая интересная вещь.
В кровле в этот момент уже есть утеплитель. Если окна закрыты, проветривания не хватает, то конденсат будет собираться на пароизоляционной пленке со стороны утеплителя. Сам утеплитель будет весь мокрый как губка. Если пленку разрезать ножом, то на Вас выльется целое ведро воды. Соответственно, нужно вовремя принимать меры по проветриванию, чтобы не испортить утеплитель.

А если отопления будет недостаточно (например, поставили на весь дом всего пару небольших электрических пушек), то это еще хуже. Начнутся процессы замораживания/оттаивания. Что скажется негативно на всех стенах и черновой отделке.

В общем, делать ремонт зимой можно. И даже нужно, если позволяют средства. Вот только тщательно следите за ситуацией с конденсатом и температурой. Хорошо прогревайте и проветривайте дом. Это повышенные расходы на отопление, но их не избежать. Иначе случится какая-нибудь печалька...

Создано с помощью Telegraph X Pro

КАБЕЛЬНЫЙ ТЕПЛЫЙ ПОЛ

2021-01-16T21:02:16.617Z

В комплект стандартного устройства кабельного пола входят:
• нагревательный кабель или нагревательные секции
• монтажная лента
• электрические провода
• датчик температуры пола с гофрированной трубкой
• гофрированная трубка
• термостат
• контактные зажимы
• набор для изоляции
• инструкция по установке и эксплуатации

Дополнительно потребуются следующие материалы:
• материалы для выполнения бетонной стяжки - цемент, песок или специальная смесь
• теплоизолятор
• демпферная лента
• строительный скотч

Нагревательные кабели следует укладывать под песчано-цементную стяжку 3-7 см толщиной.
Расчет нужного количества кабеля надо начать с составления плана обогреваемого помещения, отметить на нем местоположение мебели, под которой пол обогревать не требуется. Вычислив искомую площадь, умножить результат на мощность нагревательной секции в ваттах. Бетонный или керамзитобетонный пол освободить от старого покрытия, очистить, выровнять, уложить слой теплоизоляции.
Сверху положить сетку из стальной проволоки с ячейками 10 x 10 см. По периметру комнаты сделать температурный шов для компенсации остаточного температурного расширения стяжки, а также
для гидроизоляции между стяжкой и стенами. Для этой цели использовать демпферную ленту или специальные герметики, в помещениях большой площади сделать температурный шов через каждые 10 м.

На сетке змейкой закрепить нагревательную секцию, используя пластиковые хомуты. Одножильную секцию уложить так, чтобы хватило выводов до места установки термостата. При монтаже одножильного кабеля нужно вернуть оба его конца в одну точку и через терморегулятор подключить электричество. Если используется двужильный кабель, то возвращать его второй конец в исходную точку не надо.

Датчик температуры установить, используя пластиковую или гофрированную трубу с заглушкой на конце, она защитит его от порчи жидким раствором. Термостат установить в стену, используя монтажную коробку, и подсоединить к нему питающий кабель.
Обязательно выполнить эскиз укладки нагревательной секции, указав места расположения.

Создано с помощью Telegraph X Pro

Что такое 5G IoT и как он изменит возможности подключения в сетевых инфраструктурах?

2021-01-16T21:01:56.788Z

5G радикально изменит способ построения сетей в мире. Пройдет совсем немного времени и всему миру придется адаптироваться к новому образу технологической жизни в разных отраслях, на рынках и в регионах. Этот новый технологический стандарт обещает гораздо больше, чем просто дальнейшее развитие существующих технологий мобильной связи. Помимо постоянного внимания к сетевым технологиям в рамках 5G IoT, первостепенное значение будет иметь оптимальное удовлетворение растущих потребностей сетевого общества .

Всесторонняя цифровизация общества и экономики затронет практически все сферы жизни и деятельности человека. До сих пор основной целью было расширение инфраструктурных условий обычных сетей по всем направлениям, чтобы обеспечить их большую доступность для мобильных устройств. В ближайшие годы, помимо продолжения работы в рамках 5G IoT, основное внимание будет уделяться удовлетворению растущих потребностей сетевого общества.

Неограниченное подключение к сетевому будущему

Глобальный объем данных постоянно увеличивается, что делает развите 5G необходимым и неизбежным фактом. В результате такого огромного роста объемов данных в среднесрочной перспективе существующие технологии больше не будут соответствовать требованиям мира IoT. Германия - хороший пример роста потребления трафика данных. В 2017 году страна достигла объема данных в один миллиард гигабайт - уже вдвое больше, чем в 2015 году.

Основываясь на таких выводах, эксперты оценивают, что в 2020 году количество подключенных устройств во всем мире составит от 50 до 500 миллиардов. Это представляет собой огромный потенциал для нашей глобальной экономики, поскольку демонстрирует необходимость сетей 5G: такой большой объем данных в сочетании с количеством устройств IoT и индивидуальными потребностями в отношении сетей IoT возможен только с помощью более скоростных технологий 5G.

Почему 5G полезен для Интернета вещей?

Благодаря так называемому стандарту сотовой связи «3G» стало возможным комфортное использование трафика с мобильных устройств, с другой стороны эта возможность делала 3G был основным "двигателем" для производства смартфонов нового поколения. Чуть позже было создано четвертое поколение стандартов мобильных сетей. Благодаря «LTE» скорость передачи данных резко возросла.

На сегодняшний день LTE является самой популярной и наиболее часто используемой сетью. Скорость до 100 мегабит в секунду стала реальностью во многих сферах экономики и общества. Можно даже изменить полосу пропускания LTE, чтобы в конечном итоге достичь скорости загрузки до 4000 мегабит в секунду.

Однако в будущем LTE будет недостаточно, чтобы соответствовать стандартам и ожиданиям новых технологий. LTE в первую очередь был разработан и оптимизирован для использования на смартфонах, тогда как 5G будет мобильным стандартом для всех подключенных вещей.

5G IoT выходит на новый уровень во всех аспектах. Пропускная способность в новой сети должна достигать 20 гигабит в секунду, что позволит сократить время отклика. С 5G также можно будет передавать данные в режиме реального времени. Это означает, что 100 миллиардов мобильных устройств по всему миру будут доступны одновременно. Другими словами, плотность подключения примерно один миллион устройств на квадратный километр. В то же время новая технология даст улучшения связи при движении, это означает, что качество связи будет гораздо более стабильным до скорости 500 километров в час, что принесет огромные преимущества, особенно для путешествующих пользователей сети.

Независимо от смартфонов, увеличение объемов данных неизбежно в других областях применения. По этим и многим другим причинам 5G IoT станет новой ключевой технологией подключения.

Разнообразие и инновации в областях применения

В дополнение к Интернету вещей, например, Индустрия 4.0 также получит огромные преимущества от технологии 5G. Непрерывный обмен данными между машинами, системами, роботами и людьми станет неотъемлемой частью промышленного производства. Количество подключенных устройств и механизмов значительно увеличится. Например, к блокам управления промышленных роботов обращаются в режиме реального времени, а вероятность ошибки в конечном итоге сводится к минимуму. Или курьерская служба без водителя всегда сможет вовремя забрать материалы в точках погрузки и разгрузки машин.

В отрасли есть множество примеров, показывающих, как 5G можно использовать для оптимизации операционных процессов. Новые технологии рождают возможности и идеи, о которых никто не думал, потому что раньше они были технически недосягаемы.

Эти идеи и возможности также применяются в других секторах экономики, например, так называемое "умное сельское хозяйство". Благодаря более глубокой цифровизации, становится возможным получать данные о здоровье животных, местонахождении сорняков и вредителей, а также о влажности почвы. Такие интеллектуальные сети будут множиться и развиваться в будущем. Благодаря подключению к 5G IoT, интеллектуальное сельское хозяйство создает то, что традиционное сельское хозяйство еще не может сделать: оно создает большую степень экологии при одновременном повышении эффективности производства продуктов питания.

Обеспечение взаимодействия в среде цифровизации

Цифровая трансформация в области сетевых подключений уже становится очевидной и более явно определяется ее потенциал. Основываясь на цифрах, касающихся пропускной способности сети и плотности устройств 5G, создается картина инфраструктуры с впечатляющим возможностями применения. Хорошо функционирующая среда со стабильным подключением - самая важная основа для создания сетей IoT не зависимо от их масштаба. Благодаря подключению к сети 5G на рынок выводятся многочисленные новые бизнес-идеи, которые продолжают изменять наш цифровой мир. Еще неизвестно, когда технология 5G достигнет рыночной зрелости, но одно можно сказать наверняка: технология работает и мир готов к еще одному гигантскому скачку в цифровое будущее.

Создано с помощью Telegraph X Pro

Эффективная защита для людей и оборудования

2021-01-16T21:01:35.523Z

В электроустановках с электронными компонентами, которые не имеют гальванической развязки с сетью, могут возникать, в случае коротких замыканий на землю, постоянные токи утечки (f=0) либо токи утечки с частотой сильно отличающейся от частоты сети.

В качестве примера рассмотрим пробой изоляции промежуточного конденсатора блока питания с мостовой схемой выпрямления В6.

Рис.1

Ток утечки iF состоит из суммы отдельных токов iL1,iL2 и iL3 в проводниках L1, L2 и L3. Их магнитные потоки, суммируясь в сердечнике традиционных УЗО типов А или АС, работающих по принципу электромагнитной индукции, образуют поток с постоянной составляющей, которая не только не вызовет срабатывание УЗО, но и затруднит обнаружение (или даже исключит) изменяющихся магнитных потоков.

Другой пример.

Оборудование с силовой электроникой, такое как, например, источники бесперебойного питания, инверторы или частотные преобразователи, генерирует напряжение в виде прямоугольных импульсов, которые с помощью широтно-импульсной модуляции преобразуются на выходе в синусоидальное напряжение необходимой частоты. Поэтому, частотный преобразователь, в случае пробоя изоляции, сможет генерировать токи утечки широкого спектра частот. Например:

постоянный, f=0 Гц;
сетевой частоты, f=50 Гц;
тактовой частоты, f=8 кГц с высшими гармониками 16, 24, 32 кГц и т.д.;
выходной частоты, f=10 Гц;

Для того чтобы обеспечить надежную защиту для людей и оборудования во всем диапазоне частот, немецкая фирма DoepkeSchaltgeräteGmbH&CoKG, специализирующаяся в производстве устройств защитного отключения, разработала и выпустила на рынок серию DFS 4B – первые УЗО типа «В» сертифицированные на рынке знаком VDE.

Серия включает две модификации:

NK - со стандартной частотной характеристикой тока срабатывания
SK – со специальной частотной характеристикой тока срабатывания

Различие между ними заключается в пороге срабатывания при высоких частотах токов утечки. Для пояснения рассмотрим графики (рис.2):

Рис.2

Кривая 1 –кривая опасности для жизни человека; показывает как, реагирует сердце на токи утечки разных частот.

Известно, что при частоте 50 Гц, безопасным считается ток утечки максимум 30 мА. При постоянном токе этот уровень значительно повышается, т.к. человек к постоянному току менее чувствителен. С увеличением частоты, кривая резко уходит вверх. Все токи, находящиеся выше, вызовут фибрилляцию сердечных мышц, в результате чего может наступить смерть.

Если бы УЗО осуществляло только защиту от кардиологического воздействия электрического тока, характеристика срабатывания соответствовала бы кривой 1. Но УЗО должно защитить человека и от других патологических воздействий электрического тока, например, термического и электрохимического. Для исключения этих воздействий, токовая граница должна проходить ниже значения 0,3 А чтобы не вызвать необратимых последствий в организме (кривая 2).

Значение 0,3 А известно так же как максимальное значение тока утечки, гарантирующее защиту от возникновения пожара. Сравнив кривые 1 и 2, видим, что токи утечки частотой менее 600 Гц оказывают кардиологическое воздействие в большей степени, а токи частотой более 600 Гц – патологическое.

Кривая 3 учитывает все возможные механизмы воздействия. Находясь ниже кривых 1 и 2, она соответствует защите при прямом прикосновении.

УЗО с характеристикой BNK должно полностью исключить все опасные воздействия токов утечки во всем диапазоне частот. Поэтому, ток срабатывания УЗО (кривая 4) ни в какой точке не должен превышать граничную кривую 3.

При наличии нескольких частотных преобразователей и/или длинных кабелей к двигателям, УЗО может нежелательно срабатывать из-за высоких токов утечки в диапазоне частот более 1 кГц. Это приводит к производственному браку из-за частых остановок оборудования. Чтобы этого не происходило, ток срабатывания УЗО искусственно завышают до 10 или 20 кратного значения номинального тока утечки (кривая 5).

Естественно, что в этом диапазоне частот чувствительность УЗО понижается – оно может защитить только от косвенного прикосновения.

Машин и механизмов с частотным управлением становится все больше и больше. В каждом случае для защиты людей и оборудования необходимо применять универсальные УЗО типа В. Необходимо также, указать на причины, могущие вызвать нежелательное их срабатывание.

Производитель частотных преобразователей должен указывать максимальную длину кабеля к двигателю. При превышении этого значения, токи утечки значительно возрастут.
Решающим является и вопрос выбора фильтра электромагнитных помех. Предпочтителен выбор 4-проводного фильтра, в котором возникающие токи утечки через нулевой проводник, будут возвращаться назад через УЗО.

Не допускается последовательное соединение УЗО разных типов, например, В и А, как представлено на схеме (рис.3) (не применять на практике!).

DFS_4_B_NK

Такую схему соединения можно встретить на большой стройке, где от главного распределительного щита запитываются промежуточные, даже с частотным преобразователем для управления подъемным краном. В этом случае УЗО типа В может пропускать, не отключая до 600 мА постоянного тока утечки, который, возвращаясь назад, к УЗО типа А, будет вызывать подмагничивание сердечника трансформатора, повышая его нечувствительность к возможно появившимся переменным токам утечки до несрабатывания. По этой причине, электронное оборудование не должно подключаться к распределительному щиту с УЗО типа А, а напрямую к счетчику Wh.

Вы всегда найдете нужное решение своей задачи выбрав УЗО типа В из широкого спектра выпускаемой продукции, включающего:

2 и 4 полюсное исполнение;
на номинальные токи от 16 до 125 А;
на номинальные токи утечки от 30 до 500 мА;
с 2-мя характеристиками срабатывания: NKи SK;
все типы в 4-хмодульном исполнении
селективные.