中性色調(diào)起居室光照環(huán)境人因工學(xué)研究

陳堯東，郝洛西，崔 哲

(同濟大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092)

引言

隨著我國社會經(jīng)濟和生活水平的發(fā)展，簡單的功能性照明已無法滿足當(dāng)代中國人對居住照明高品質(zhì)、人性化的需求。起居室是家庭單位的主要生活空間，集會客、用餐、工作、休閑等眾多功能于一體，其照明品質(zhì)與居住者的生活質(zhì)量具有相關(guān)性。因此，探索符合中國人視覺偏好的起居室照明設(shè)計策略具有一定的學(xué)術(shù)價值和現(xiàn)實意義。迄今為止，發(fā)達國家在此領(lǐng)域已積累了大量研究基礎(chǔ)。其中，Peter Boyce[1]對基于人因工學(xué)的照明理論做了較為全面的總結(jié)。近年來，隨著LED照明技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于半導(dǎo)體照明的研究也不斷深入。Nadarajah等人[2]的研究結(jié)果表明：在LED光照環(huán)境下，被試對低顯色性光照環(huán)境偏好度反而更高；被試對顏色的偏好度與顯色性的相關(guān)性在數(shù)理統(tǒng)計上不顯著；相較于白熾燈和熒光燈，被試對LED的光照環(huán)境表現(xiàn)出更高的偏好度。Maria Thompson等人[3]認為：在周邊視野中，色溫的變化比顯色性的變化更易被察覺。Ays-eDurak等人[4]通過改變照明方式與照度水平，評估空間的舒適、私密、愉悅等因素，得出以下結(jié)論：(1)不同的照明方式會影響人們對空間光照環(huán)境的主觀感覺；(2)相同照明方式，不同的照度也會影響人們對空間光照環(huán)境的主觀感覺。

國內(nèi)方面，劉煒等人[5]的研究認為不同年齡和性別的人群對同一照度和色溫的光照環(huán)境所產(chǎn)生的舒適感是有差異的。同時他們對北京居民起居室的調(diào)研[6]結(jié)果顯示：CFL是北京居民最常用的光源。李國輝等人[7]對北京、上海和重慶的起居室照明環(huán)境進行入戶調(diào)查,搭建了有40種照明場景的起居室實驗平臺。在此平臺下，對被試進行問卷調(diào)查,篩選出了7個控制起居室光照環(huán)境的主觀評價指標。并得出了各指標的權(quán)重。林燕丹等人[8]通過主觀評價實驗得出：在一定范圍內(nèi)，照度或色溫與被試的閱讀速度、工作時的滿意度具有正相關(guān)性。

以上研究主要圍繞功能照明的視覺滿意度進行的實驗評價。沒有涉及多光源、多色溫、多顯色性的綜合性光照環(huán)境評價。因此，本研究對中國居民進行主觀評價實驗，從人因工學(xué)角度探討中國人對起居室光照環(huán)境中色溫、顯色性、光源的視覺偏好，總結(jié)出適合中國人視覺偏好的起居室照明設(shè)計策略，為照明設(shè)計師提供設(shè)計指導(dǎo)。同時，研究分析LED與傳統(tǒng)光源對起居室光照環(huán)境塑造的優(yōu)劣，為半導(dǎo)體照明技術(shù)在起居室的應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)和理論支持，并通過本實驗，對主觀評價實驗的方法進行總結(jié)，對下一階段實驗提供理論和經(jīng)驗支持。

1 起居室照明現(xiàn)狀調(diào)研

1.1 調(diào)研對象

調(diào)研對象年齡范圍為20～50歲，教育背景專科以上的人群。被調(diào)研的起居室面積在20～40m2之間；室內(nèi)裝修完整，照明設(shè)施完善。

1.2 調(diào)研問卷

調(diào)研問卷內(nèi)容分為兩部分，第一部分為“主觀評價問卷”，含三方面信息：被試基本資料、被試對自家起居室的主觀評價、被試對理想起居室的主觀評價。問卷的第二部分為“調(diào)研記錄表”，記錄起居室的光源類型、功率、數(shù)量、品牌、照明方式、照度、色溫、起居室家具平面圖、燈位布置圖等信息。

1.3 調(diào)研流程

調(diào)研流程如表1所示：(1)主試發(fā)放問卷，指導(dǎo)被試填寫問卷。(2)繪制被調(diào)研起居室家具布置平面圖，收集功能布局信息。(3)記錄起居室照明基本情況：光源的類型、品牌、數(shù)量及功率等參數(shù)；繪制燈位布置圖，簡述照明方式及燈具維護情況。(4)測量起居室的平均照度及色溫。(5)拍攝實景照片。

表1 調(diào)研流程Table 1 The procedure of the survey

1.4 數(shù)據(jù)分析及空間抽象

1.4.1 中國起居室照明現(xiàn)狀

圖1 中國起居室空間典型照明方式及布局Fig.1 Typical layout of Chinese living rooms

中國起居室有三種典型照明方式：中央下照光、環(huán)境照明和重點照明。在大部分情況下，戶主只開啟中央下照光(吊燈)，所以中國起居室最常用的照明方式如圖1(b)所示，為中央下照光。圖2為中國起居室照度分布圖，從圖中可以看出，中國人最常用照度范圍是40～60lx，達到25%；圖3是中國起居室光源分布圖，熒光燈是中國人最常用的光源，占76%的份額；圖4是中國起居室色溫分布圖，中國人最常用的色溫范圍是3000～4000K，達36%。

圖2 中國起居室照度分布圖Fig.2 Commonly used illumination bands

圖3 中國起居室光源分布圖Fig.3 Commonly used light sources

圖4 中國起居室色溫分布圖Fig.4 Commonly used CCT bands

1.4.2 中國起居室平面布局

中國起居室的典型平面布局如圖1(a)所示，客廳中央位置擺放茶幾，茶幾一邊布置沙發(fā)，另一邊靠墻位置放置電視。

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗室設(shè)計

圖5為實驗室平面圖。實驗室分為“起居室”和“適應(yīng)室”兩個部分。根據(jù)調(diào)研結(jié)論，起居室平面布局與圖1(a)具有相同的空間特征。室內(nèi)裝修色彩以中性色調(diào)(黑白灰)為主，如墻紙、窗簾、茶幾、沙發(fā)等家具均為中性白色。此外，室內(nèi)在中性主色調(diào)的基礎(chǔ)上，布置了標準色卡、植物、書籍等彩色物品，幫助被試評價光源的顯色性。適應(yīng)室是為了消除日光對被試的影響、前一個場景對后一個場景的影響，以及當(dāng)主試者在切換場景時，作為被試休息的場所。因此，適應(yīng)室中布置了一張桌子和兩把椅子。

圖5 實驗室平面圖Fig.5 Plan of the laboratory

2.2 照明場景設(shè)計

如表2所示，起居室有6種照明場景。在所有場景中，室內(nèi)茶幾表面照度均為150lx，室內(nèi)溫度設(shè)定為22℃，相對濕度控制在50%。場景自變量是光源、色溫、顯色性。其中光源包含傳統(tǒng)CFL、白熾燈以及LED三種；色溫有4000K、2700K兩種；顯色性有80、95、100 三種。照明方式為“中央下照光”[與圖1(a)具有相同的特征]。燈具布置考慮到光分布的均勻性,每個場景設(shè)置4盞燈同時點亮，均勻度優(yōu)于一盞。圖6是天花燈具布置實景照片(a)及各場景亮燈位置示意圖(b)。

根據(jù)調(diào)研結(jié)論，適應(yīng)室光源選用CFL，工作面平均照度設(shè)定為50lx，色溫為3000K。

2.3 問卷設(shè)計

實驗問卷包括4部分。第一部分是被試的基本資料，包括性別、年齡和專業(yè)背景等信息；第二部分是“傾向性評價表”，如表3所示，包含3類詞匯：1)描述空間和光照環(huán)境的形容詞(以下簡稱“空間光照詞匯”)、描述被試主觀情緒的形容詞(以下簡稱“心理情緒詞匯”)和描述生活中常見的照明場所的名詞(以下簡稱“環(huán)境詞匯”)；第三部分是 “語義差別量表”，量表分為-3到+3，7檔；第四部分是被試自調(diào)光記錄表(此部分要求被試自主調(diào)光，主試者記錄。調(diào)光的預(yù)設(shè)條件是：將光調(diào)到和家人聊天時最舒適的亮度。)

表2 實驗場景Table 2 The lighting scenes

圖6 天花燈具布置Fig.6 The luminaire arrangement

表3 傾向性評價表Table 3 Words selection table

2.4 被試選擇

本實驗共有33位被試。其中男性18人，女性15人；青年(20～30歲)13人、中年(31～50歲)10人、老年(50歲以上)10人；建筑及照明相關(guān)專業(yè)人員17人、非建筑及照明相關(guān)專業(yè)人員16人。所有被試均需通過上海市級以上醫(yī)院眼底檢查才能參與此實驗。

2.5 實驗步驟

實驗要求被試對每個照明場景填寫一份相同的評價問卷，通過問卷呈現(xiàn)出的不同答案，反應(yīng)出被試對各場景的不同主觀感受。實驗步驟為：(1)被試進入適應(yīng)室適應(yīng)15分鐘，其間主試者發(fā)放問卷、進行實驗介紹，然后進入起居室切換場景。被試填寫個人信息及完成預(yù)備場景的問卷；(2)被試進入起居室，適應(yīng)2分鐘、熟悉光照環(huán)境，完成該場景問卷并自主調(diào)光，主試者記錄自調(diào)光數(shù)值；(3)被試離開起居室到適應(yīng)空間休息，主試者在起居室切換照明場景；(4)重復(fù)步驟(2)；(5)重復(fù)步驟(2)、(3)，直至完成所有場景。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 篩選高頻詞匯

通過Excel統(tǒng)計“傾向性評價表”中各場景詞匯的被選擇頻數(shù)(詞頻)，得出如圖7所示的詞云圖表。圖中詞匯的字體越大，代表該詞的詞頻越大。從圖7中可以看出：被試最重視的起居室照明主觀感受詞匯有：明亮、清晰、清醒、自在、溫暖、溫馨、舒適、柔和、寧靜等指標。

圖7 詞云表Fig.7 Wordle diagram

3.2 空間光照詞匯與心理情緒詞匯相關(guān)性

對高頻詞匯在“語義差別量表” 中的得分進行相關(guān)性分析。(以“清醒”與“明亮”、“溫馨”與“溫暖”、“顏色鮮艷”與“膚色真實”的相關(guān)性分析為例)，圖8是“清醒-慵懶”與“明亮-昏暗”的相關(guān)性圖表，從中可以看出：(1)在相同照度和光分布下，對比2700K，色溫4000K的場景1和場景4的主觀亮度更高。(2)被試的主觀明亮感覺與清醒感呈正相關(guān)(P=0.006)，說明當(dāng)場景給人的主觀亮度越大時，被試覺得越清醒。圖9是“溫馨—凄涼”與“溫暖—寒冷”的相關(guān)性圖表，從中可以看出：(1)在相同照度和光分布下，比起4000K，色溫2700K的照明場景給人感覺更溫暖，同時給人感覺也更溫馨。(2)被試的溫暖感覺與溫馨感呈正相關(guān)(P=0.002)。圖10“顏色鮮艷-不鮮艷”與“膚色真實-不真實”的相關(guān)性圖表。從中可以看出：(1)在相同照度和光分布下，比起2700K，色溫4000K的照明場景給人感覺顏色更鮮艷。(2)顯色性對膚色真實性和顏色鮮艷度的主觀感受的影響不顯著，原因可能是因為場景間顯色性的差異太小。

圖8 明亮與清醒相關(guān)性圖表Fig.8 Interaction between “bright” and “alert”

圖9 溫暖與溫馨相關(guān)性圖表Fig.9 Interaction between “warm” and “cozy”

圖10 顏色鮮艷與膚色真實相關(guān)性圖表Fig.10 Interaction between “colorful” and “natural”

3.3 色溫、顯色性和光源與詞頻的相關(guān)性

通過比較兩兩場景中高頻詞匯的詞頻差異情況，分析色溫、顯色性和光源對各場景選詞的影響。其中，以色溫為自變量，比較場景1和場景2、場景3和場景4的差異，得出色溫對詞頻的影響在數(shù)理統(tǒng)計上非常顯著(P<0.01)；以顯色性為自變量，比較場景2和場景3、場景1和場景4的差異，得出顯色性對詞頻的影響在數(shù)理統(tǒng)計上不顯著。以光源為自變量，比較場景2和場景5、場景3和場景6的差異，得出光源對詞頻的影響在數(shù)理統(tǒng)計上不顯著。

4 實驗結(jié)論

第一階段實驗的結(jié)論如下：(1)在一定范圍內(nèi)，在相同照度和光分布下，被試的主觀感受是：明亮與清醒正相關(guān)，與溫馨呈負相關(guān)；清晰與清醒正相關(guān)，與溫馨呈負相關(guān)；柔和與溫馨正相關(guān)；與清醒呈負相關(guān)；溫暖與溫馨正相關(guān)，與清醒呈負相關(guān)。(2)在相同照度和光分布下，對比2700K，色溫4000K的光照環(huán)境的主觀亮度更高。(3)色溫與被試對空間的主管感受的相關(guān)性在數(shù)理統(tǒng)計上顯著(P=0.001)；但光源、顯色性與被試對空間的主管感受的相關(guān)性在數(shù)理統(tǒng)計上不顯著。

5 總結(jié)與展望

本輪實驗通過主觀評價和數(shù)據(jù)分析，得出較為可靠的實驗結(jié)論，尤其是關(guān)于色溫的相關(guān)實驗結(jié)論，證明了實驗設(shè)計的合理性。但關(guān)于顯色性的結(jié)論存在較大爭議，原因可能有：(1)場景間顯色性差異太??；(2)實驗空間中色彩太少；(3)被試對顯色性關(guān)注不夠。因此，下一輪實驗將對起居室進行重新裝修，使用彩色主色調(diào)，以驗證第一輪實驗的結(jié)論及重點探討顯色性。

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