城市照明光色實驗模擬與評價研究

劉　鳴, 張寶剛, 李維珊，潘曉寒, 葛小榕

(1.大連理工大學 建筑與藝術學院,遼寧 大連　1160241;

2.大連理工大學 建設工程學部 建筑環(huán)境與新能源研究所，遼寧 大連　116024)

?

城市照明光色實驗模擬與評價研究

劉鳴1, 張寶剛2, 李維珊1，潘曉寒1, 葛小榕1

(1.大連理工大學 建筑與藝術學院,遼寧 大連1160241;

2.大連理工大學 建設工程學部 建筑環(huán)境與新能源研究所，遼寧 大連116024)

摘要：本文通過實驗模擬城市光環(huán)境中的彩色動態(tài)光，研究不同顏色、不同閃光頻率的動態(tài)光給人帶來的視覺、心理和情緒等方面的影響，進而推測不同形式動態(tài)光在實際室外場景中給人們帶來的感受差異。

關鍵詞：動態(tài)光；彩色光；光色；照明心理

引言

隨著城市建設和社會經濟的迅速發(fā)展，人們對彩色光的需求增加，隨之帶來了光污染問題。動態(tài)光作為城市室外夜間照明中光污染主要表現(xiàn)形式之一，在帶來絢爛色彩的同時，對人們生活產生極大干擾。頻率過高的動態(tài)光會讓人心情煩躁，頭暈目眩，不同顏色、不同亮度的動態(tài)光也會在不同程度上影響人們的視覺、心理和情緒等，對工作效率及身心健康也起了相當大的作用。改善動態(tài)光的顏色與閃爍頻率，降低動態(tài)光對人們的影響，同時滿足人們對彩色光的需求，已成為現(xiàn)代社會的一個重要課題。國內外的研究結果表明人工光照會對人體晝夜節(jié)律產生影響。因此，本文從心理物理學的角度，對動態(tài)光和彩色光進行模擬實驗研究。

1實驗研究內容

1.1實驗方案

1)靜態(tài)彩色光光環(huán)境實驗：本實驗是在受控的人工照明環(huán)境中進行城市廣場模擬實驗，在靜態(tài)彩色光環(huán)境中，在不同的燈光顏色下，受試者進行正常的勞作、聊天等，并給出相應的主觀評價，共有6種光環(huán)境方案(表1)。

2)動態(tài)彩色光環(huán)境實驗：本實驗是基于動態(tài)彩色光環(huán)境進行城市廣場模擬，在不同的燈光顏色下及燈光閃爍頻率下，受試者進行正常的勞作、聊天等，并給出相應的主觀評價，共有16種光環(huán)境方案(表1)。

表1　光色模擬實驗方案

1.2實驗條件

1)實驗光源的設置：本實驗通過LED光源顏色、光源色溫、光源動態(tài)閃爍頻率進行設置；光色主要采用紅色、綠色、藍色、黃色、紫色、白色日常生活中城市夜間人工光照明的大部分光色。各參數設置如表2所示。

2)實驗環(huán)境與情景模式的設置：實驗室內環(huán)境溫度、光線等盡量保持在人體舒適范圍內，情景模擬使被試者的心境更好地融入到設定的情景環(huán)境當中；通過燈光的調節(jié)、投放相應圖像幻燈片和相應的環(huán)境背景聲音等方式來模擬例如城市廣場和街道夜景或者室內辦公環(huán)境。其燈光及幻燈片相應的設置位置如圖1所示。

表2　實驗參數設定

圖1　實驗室及實驗設施圖示Fig.1　Laboratory and experimental facility

3)實驗用設備儀器：

a、電腦、EPSON投影儀：用來設置相應城市的情景環(huán)境。

b、調光臺、紅綠藍三色LED光源：用來調節(jié)室內的光照環(huán)境。

c、亮度計：測量室內光照亮度。

d、色溫計：測量所實驗光的光照色溫。

1.3實驗方法

1)被試者：考慮性別上的代表性，選取了視力正常的人員共32人，年齡21～23歲，13名男性，19名女性。

2)實驗方法：受試者在自由放松狀態(tài)下和完成任務的狀態(tài)下參與光色刺激實驗。作業(yè)狀態(tài)分為如辨識物體、辨識人臉龐等簡單任務。

a、靜態(tài)彩色光環(huán)境實驗：被試者在普通辦公光環(huán)境中適應5分鐘，保持靜坐狀態(tài)。通過投影儀在墻上投射城市中的夜景廣場照片，模擬城市夜晚的場景感。關閉所有光源，只開啟紅色的LED燈光，持續(xù)時間為2分鐘。測試燈光關閉，普通辦公燈光開啟。在普通辦公光環(huán)境下填寫心理調查問卷。隨后綠色光、藍色光、白色光、黃色光和紫色光按照相同流程進行測試，最終得到6種顏色靜態(tài)彩色光的主觀心理影響評價數據。

b、動態(tài)彩色光環(huán)境實驗：選取紅、綠、藍、白四種顏色的LED彩色光，每種顏色設定4種不同的閃爍頻率，閃爍頻率以燈光每閃爍一次所使用的時間表示，頻率由低到高依次為2000ms，1000ms，400ms，250ms。紅色光、綠色光、藍色光和白色光混合后共16組測試。

3)實驗數據收集調查問卷：本實驗所設定的調查問卷的評價等級為5個等級，分為視覺干擾、心理感受、情緒反應、綜合評價四個大項共17對正反形容詞對，視覺干擾包括清晰的和模糊的、柔和的和刺眼的、明亮的和昏暗的、舒適的和不適的；心理感受包括靜謐的和喧鬧的、親切的和冷漠的、活潑的和呆板的、熱鬧的和凄涼的、安全的和危險的；情緒反應包括輕松的和無聊的、平靜的和緊張的、警覺的和困倦的、興致的和惱火的、自在的和約束的、安心的和恐懼的；綜合評價包括喜愛的和厭惡的。

2結果與分析

實驗采用將主觀方法與客觀方法相結合的研究方法，即通過人眼的感知評價來得到相關實驗數據，進行進一步分析。

2.1靜態(tài)彩色光實驗結果

基于靜態(tài)彩色光的條件下，通過分析被試者關

于靜態(tài)彩色光的主觀評價值，得出關于靜態(tài)彩色光喜好偏好的相關結論，作為評價城市動態(tài)彩色光的一個基礎理論數值。

2.1.1性別因素及顏色因素的差異性研究

從表3中可以看到，1)在靜態(tài)光的條件下，性別對于評價結果的顯著性為0.221，大于顯著性水平0.05，因此性別因素對于評價結果無顯著性影響；2)顏色的顯著性為0.036，小于顯著性水平0.05，具有顯著性，即0<0.036<0.05。性別與顏色兩因素的交互性為0.036，說明兩因素的交互作用顯著。

表3　性別因素與燈光顏色因素研究

2.1.2綜合評價值研究

圖2　性別差異研究Fig.2　Gender difference study

圖3　靜態(tài)彩色光色環(huán)境體驗評價Fig.3　Evaluation on the experience of static color light environment

通過以上分析，性別差異對于靜態(tài)光色微妙的影響不可忽視。從圖2中可以看到，1)從整體來看，紅色光評價最為消極，白色光評價最為積極；2)女性傾向于白色、綠色、黃色等較為清爽的顏色，男性更傾向于紅色、藍色、紫色等濃重的顏色；3)女性對于光色的敏感度明顯高于男性。將問卷調查中16個分項歸納在“視覺干擾”、“心理感受”、“情緒反應”、“綜合評價”四個板塊內，進行評價值的分布研究。從圖3中可以看到，1)視覺干擾對于紅色光對視覺功能具有最強烈的消極干擾，白色光和黃色光對視覺功能的影響為積極的。2)心理感受對于紅色及紫色光的消極影響最大，黃色和白色的影響最為積極，各顏色光的評價差值不大。3)情緒反應對于紅色光消極影響最為突出，與其他彩色光差值較大。黃色光和白色光對情緒反應的影響最為積極。4)綜合評價值中，紅色光對受試者各方面的消極影響，黃色光和白色光對受試者各方面積極的影響。

2.2動態(tài)彩色光分析

2.2.1性別因素、燈光動靜狀態(tài)和燈光顏色因素對評價結果影響的差異性研究

從表4中可以看到，1)對于被試者主觀評價的影響因素中，性別、動靜與顏色對于動態(tài)彩色光的評價結果均有顯著性影響。2)性別*動靜兩因素交互作用不顯著，性別*顏色同理不具有顯著的交互作用，動靜*顏色則具有顯著的交互作用。

表4　性別、燈光動靜狀態(tài)和顏色因素研究

2.2.2燈光閃爍頻率對評價結果影響研究

動態(tài)光色實驗中為每種顏色設定了4種閃爍速率。

從圖4中可以看到，1)靜態(tài)光評價結果傾向于正感覺評價；動態(tài)光評價結果傾向于負感覺評價。2)燈光的閃爍改變了靜態(tài)狀態(tài)下的評價等級順序，靜態(tài)狀態(tài)下的評價由負感覺至正感覺的排序是紅色—綠色—藍色—白色；動態(tài)狀態(tài)下的評價由消極至積極則變?yōu)榘咨{色—紅色—綠色。

圖4　燈光動態(tài)與靜態(tài)的差異性研究Fig.4　The difference between dynamic and static of light

從圖5中可以看到，1)從整體來看燈光閃爍頻率從低到高所受到的評價趨向于消極評價，同種燈光顏色閃爍的頻率越高越使人感到不舒適。2)隨著燈光閃爍頻率的增高，不同顏色的評價序列發(fā)生了變化，積極到消極的顏色序列，在閃爍頻率1中為白色—綠色—藍色—紅色，閃爍頻率2中的顏色序列與頻率1相同，閃爍頻率3為白色—紅色—綠色—藍色，閃爍頻率4為白色—紅色—藍色—綠色。

圖5　不同閃爍頻率對4種顏色光的影響Fig.5　Effects of different rates on 4 color light

3實驗結論

本次實驗的結果只針對青年階段的人群。其實驗結論如下：

1)性別差異因素對于靜態(tài)彩色光的主觀評價結果沒有顯著差異性，但對動態(tài)彩色光具有不同的傾向性。男生對于紅色、藍色、紫色等相對濃重的顏色傾向積極評價；而女生對于綠色、黃色、白色等清淡的顏色傾向于積極的評價。女性對于動態(tài)光的敏感度要高于男性，是易受到動態(tài)光污染干擾的人群。

2)顏色差異因素對于靜態(tài)彩色光的主觀評價結果具有顯著性影響。紅色光對于視覺干擾和情緒反應有很消極的影響；白色光和黃色光在視覺干擾中評價最積極；其余顏色包括藍色光、綠色光、紫

色光在所有顏色評價中處于中間位置。

3)動態(tài)光對評價結果影響最顯著，更易帶來明顯不適感。隨著燈光閃爍頻率增加，人們不適感隨之增加，包括視覺功能與心理感受兩個方面。

4)在低頻閃爍的動態(tài)光中，紅色光占據最消極評價且與其他顏色動態(tài)光的評價值差值較大。

5)在高頻閃爍的彩色燈光中，不同顏色的評價差值減小，藍色光與白色光開始占據消極評價。

參考文獻

[1] 楊公俠.視覺與視覺環(huán)境[M].上海：同濟大學出版社，2002.

[2] 莊惟敏.SD法與建筑空間環(huán)境評價[J].清華大學學報，1996.

[3] 姚其，居家奇，程雯婷，林燕丹.不同光源的人體視覺及非視覺生物效應的探討[J]. 照明工程學報，2008，19(2)：14-19.

[4] 楊春宇，陳仲林，黃彥.建筑立面泛光照明亮度主觀量因素評價研究[J]. 照明工程學報，2005，16(2)：15-17.

[5] 李德勝，鄒琳，曹帆，等. 不同光源的顯色性比較試驗研究[J]. 照明工程學報，2012，23(5)：43-46.

Research of Simulation and Evaluation onthe Experiment

about the City’s Light Color

Liu Ming1，Zhang Baogang2，Li Weishan1，Pan Xiaohan1，Ge Xiaorong1

(1.Schoolofartandarchitecture,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China;

2.LaboratoryofBuildingEnvironmentandNewEnergyResources,FacultyofInfrastructure

Engineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract：Through the experiment to simulate the urban light environment in dynamic and color, this paper research the effects on visual, psychological and emotional that different colors, different flash frequency dynamic light bring. Thus it can be inferred that the different forms of dynamic light in the actual outdoor scenes bring people with different feelings.

Key words:dynamic light；colorama；light color；psychological effect of illumination

基金項目：國家“十二五”科技支撐項目(2012BAC05B01)

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.06.011