к ее центральной части. Палочки отвечают в основном за ночное зрение, когда света настолько мало, что цветоразличительный аппарат колбочек не работает. Сетчатка является как бы матрицей из чувствительных точек, каждая из которых формирует для нас изображение окружающего мира.

Для того, чтобы на сетчатке формировалось четкое изображение, используется природная линза - хрусталик (рис. В4). За счет своей гибкости он может менять фокусное расстояние, и мы одинаково четко видим как удаленные, так и близкие объекты. Весьма любопытен факт, что любая линза дает перевернутое изображение действительности. Хрусталик в человеческом глазу - не исключение. Возникает вопрос - почему же мы видим все в правильном положении, а не вниз головой? Природа и здесь нашла оригинальное решение. «Переворачивание» выполняется в зрительной затылочной доли мозга.

Чувствительность палочек и колбочек к свету с разными длинами волн неодинакова. В ночное время наиболее ярким (но бесцветным, как и остальные) воспринимается излучение с длиной волны около 500 нм, также относящееся к зеленой группе.

Органы зрения, по устройству аналогичные человеческому глазу, имеют и некоторые высшие животные. Основные отличия заключаются в плотности светочувствительных элементов (обычно у животных она ниже, и изображение получается менее четкое) и в диапазоне воспринимаемых длин волн. Например, кошки способны видеть в темноте, так как их глаз воспринимает часть инфракрасного излучения, однако они не могут различать цвета из-за того, что их сетчатка состоит только из палочек.

Свет, как и любое излучение, испускается неким источником и взаимодействует с одним из приемников (например, химическими веществами в палочках и колбочках сетчатки глаза). Все существующие в мире источники света делятся на тепловые (планковские) и люминесцентные. В первом случае за счет сильного нагрева тело начинает излучать полный спектр излучения, включающий и видимую часть (вспомноте раскаленный гвоздь, дающий белый свет), а во втором излучением света сопровождается высвобождение внутренней энергии электронов вещества.

При попадании светового излучения на любое тело часть его отражается, то есть освещаемое тело становится как бы вторичным излучателем света. Другая часть претерпевает преобразование в тепловую, химическую или электрическую энергию (это противоположность процесса излучения как перехода какого-либо вида энергии в световую). Это явление носит название поглощения света. И, наконец, в случае невысокого поглощения света веществом наблюдается сквозное прохождение через него света. Свойства вещества отражать, поглощать и пропускать свет соответственно носят названия коэффициентов отражения, поглощения и пропускания, каждый из которых равен относи-

Пропущенное излучение

Рис. В5. Падающее, отраженное и пропущенное излучения

тельной доле отраженного, задержанного и прошедшего сквозь вещество излучения (рис. В5).

Каждый из коэффициентов может меняться в пределах от О практически до 1, причем их сумма для любого вещества всегда равна единице в силу закона сохранения энергии.

Рассмотрим световые величины и единицы. Все световые единицы измерения (световой поток, сила света, освещенность) представляют собой соответствующие энергетические величины, применимые для любого электромагнитного излучения (поток излучения, сила излучения, облученность), взвешенные по видимому спектру с учетом кривой чувствительности глаза. Это пугающе звучащее определение становится понятнее после небольшого пояснения.

Традиционно мощность излучения оценивают в ваттах. Однако если 1 Вт излучения с длиной волны 555 нм дает нам такой же зрительный эффект, как, скажем, 10 Вт излучения с длиной волны 700 нм, то что нам скажет общая мощность излучателя в 20 Вт? Ярким оно будет или нет? Ответить на этот вопрос, пользуясь лишь мощностью излучения, невозможно. Например, если этот излучатель красный (длина волны 700 им) или синий (длина волны 450 нм), то он будет намного менее ярким, чем зеленый (длина волны 500 нм). А если вся мощность излучения сосредоточена в инфракрасной области спектра, то свечения такого излучателя мы вообще не увидим.

Поэтому целесообразно оценивать не мощности, а производимый эффект разноспектральных излучений. Проще всего это сделать, умножив мощность излучения данной длины волны на относительную чувствитель-

ность глаза к такому излучению. Подобный процесс приведения мощности излучения к эффекту его действия носит название взвешивания мощности по чувствительности человеческого глаза, а оцененный таким образом эффект светового действия излучения - световым потоком.

Световой поток - величина, характеризующая количество излучаемого (поглощаемого или отраженного) света. Световой поток представляет собой мощность излучения, оцененную с позиции его воздействия на зрительный аппарат человека.

Единица светового потока - 1 люмен (сокращенно 1 лм), что соответствует потоку зеленого излучения с длиной волны 555 нм мощностью 1/683 Вт. Эффективность источника излучения, показывающая, сколько света вырабатывается на 1 Вт потребляемой энергии, измеряется в люменах на ватт (лм/Вт) и носит название световой отдачи.

Светоотдача - количество излучаемых люменов на единицу потребляемой мощности (лм/Вт). Этот параметр показывает, сколько энергии, поступающей на лампу, превращается в свет, а сколько - в тепло. Чем выше этот параметр, тем лучше.

Максимальная теоретически возможная световая отдача равна 683 лм/Вт и наблюдаться она может только у источника с длиной волны 555 нм, преобразующего энергию в свет без потерь. Излучатель, содержащий в своем спектре свет с другими длинами волн, всегда будет иметь худшую эффективность. Лучшие из современных ламп имеют световую отдачу, приближающуюся к 200 лм/Вт.

Говоря о реальньгх излучателях, часто важно бывает знать плотность излучаемой энергии по их площади. Отвечающая за это световая величина носит название светимости и равна световому потоку, излучаемому с 1 м поверхности. Измеряется светимость в лм/м.

Кроме общего количества света, излучаемого источником в пространство, необходимо представлять распределение излучения по направлениям. Например, даже самая обыкновенная лампа накаливания покажется темной, если смотреть на нее со стороны цоколя, и ослепительно яркой во всех остальньгх направлениях. Интенсивность излучения традиционно оценивается потоком излучения в исчезающе малом телесном угле, отнесенным к этому углу. Для светового излучения она описывается силой света, единицей измерения которой является 1 кандела (Г кд). Упрощенно можно считать, что сила света показывает, какую долю светового потока отдает источник в рассматриваемом направлении.

Если поместить интересующий нас излучатель в центр окружности, разбитой на 360 секторов, а потом обойти вокруг него и измерить в каждом секторе силу света, то получится очень распространенный в светотехнике график, называемый кривой силы света (КСС). Некоторая сложность в чтении этого графика заключается в том, что он составляется не

в привычной прямоугольной, а в так называемой полярной системе координат. Первой координатой является собственно значение силы света, откладываемое по прямой оси. Вторая координата представляет собой угол поворота этой оси относительно нулевого направления. Таким образом, по графику КСС можно без труда определить силу света источника в любом направлении.

Не менее важным параметром является яркость источника или освещенной им поверхности. Подобно силе света, яркость характеризует количество света, излучаемого или отражаемого в данном направлении, однако не в абсолютном выражении, а в отношении к площади излучающей (переизлучающей) поверхности. Таким образом, источник площадью 1 м и силой света 10 кд будет иметь такую же яркость, как источник площадью 0,5 м и силой света 5 кд, несмотря на то, что световые потоки и силы света этих источников будут различны. Тем не менее, их поверхности будут восприниматься человеческим глазом как разные по размеру, но одинаково яркие; в этом и заключается физиологический смысл понятия яркости. Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м).

И, наконец, последней, но едва ли не самой важной в светотехнике ключевой величиной является освещенность, показывающая, сколько света падает на ту или иную поверхность. Освещенность равна отношению светового потока, упавшего на поверхность, к площади этой поверхности. Единицей измерения освещенности является 1 люкс (лк): 1 лк = 1 лм/м.

Распространенной ошибкой не знакомых со светотехникой людей является попытка считать освещенность характеристикой излучателя. Нередко можно услышать вопрос: а какую освещенность дает эта лампа? Теперь ответ нам очевиден. Освещенность дает не лампа, а та часть ее светового потока, которая попала на интересующую нас поверхность. А то, сколько света дойдет до поверхности, зависит от расстояния до этой поверхности, ориентации лампы в пространстве, наличия отражающих или поглощающих свет объектов... А значит, вопрос некорректен, и для ответа на него не хватает исходньгх данных.

Теперь рассмотрим понятия «свет» и «цвет». Выше говорилось, что даже все существующие в природе «белые» излучения имеют множество цветных оттенков. Например, только под описание «теплого» оттенка попадает целый спектр цветов от красноватого до зеленовато-желтого. В случае окрашенного света, широко применяющегося в декоративных световьгх эффектах, не меньшие трудности возникают с определением понятий «синего», «фиолетового», «зеленого» и других цветов.

«Идеальный» или монохроматический цвет, содержащий лишь одну длину волны, практически невозможно воспроизвести при помощи стандартных электрических ламп, поэтому любое реальное цветное излуче-

Введение

Введение

ние также представляет собой набор излучений из определенного диапазона длин волн.

Таким образом, оттенок белого света либо насыщенность цветного света определяется соотнощением монохромных излучений. Здесь уместно дать ответ на часто встречающийся вопрос: «А сколько существует цветов в природе?». Количество цветов, как и количество возможных соотношений монохромных излучений, бесконечно. Однако с практической точки зрения имеет смысл говорить о максимальном количестве различимых глазом цветов. Действительно, изменив всего на 0,1 Вт мощность цветной лампы, формально мы получим уже другой цвет излучения, однако на глаз это будет незаметно. Максимальное количество различимых глазом цветов составляет около 12 миллионов.

Другой распространенный вопрос, ответ на который не так очевиден, звучит так: «А что представляют собой черный и серый цвета?». Строго говоря, таких цветов не существует. Черным цветом мы привыкли называть полное отсутствие цвета как такового. Практически не излучающие и не отражающие свет объекты выглядят черными (яркий пример - черная бархатная бумага). А в качестве серого мы обычно воспринимаем белый свет недостаточной яркости. Не случайно одним из наименований серого цвета служит «грязно-белый».

Задача цветовоспроизведения, в том числе при искусственном освещении, заключается в многократном повторении одного и того же цвета. Рассматривать отдельно каждую длину волны практически невозможно, да и огромная таблица мощностей излучений вряд ли позволит с легкостью составить представление о цвете света. Важно уметь оценивать не сами мощности монохромных излучений, а их пропорции при помощи относительно простой и удобной системы измерения.

Такая система измерений была создана в 1931 году. Все оттенки цветов было предложено оценивать двумя условными координатами - х я у, каждая из которых может меняться от О до 1. Таким образом, все существующие в природе цвета (с учетом цветовой чувствительности человеческого глаза) вписались в причудливую геометрическую фигуру, получившую название локуса.

Для искусственного освещения пользуются, в основном, источниками белого света. Координаты белых цветов расположены в центральной части локуса. Классическим белым излучателем является не существующий в природе идеальный тепловой излучатель - абсолютно черное тело. Цветность его излучения напрямую связана с температурой его нагрева. Линия, вдоль которой смещаются координаты цветности абсолютно черного тела, носит название линии белых цветов. В первом приближении абсолютно черное тело можно сравнить с лампой накаливания, цвет излучения которой при нагреве спирали меняется аналогичным образом.

Используя абсолютно черное тело в качестве эталона, удобно создать систему оценки оттенков белого света, содержащую всего лишь один параметр - температуру абсолютно черного тела, при которой его излучение имеет такой же оттенок, как и свет рассматриваемой лампы. Этот параметр получил наименование цветовой температуры.

Цветовая температура ССТ (Correlated Color Temperature) - величина, характеризующая спектральный состав излучения источника света; определяется температурой абсолютно черного тела (т. е. тела, полностью поглощающего падающие на него лучи), при которой его излучение имеет такой же спектральный состав и распределение энергии по спектру, как и излучение данного источника. В системе единиц СИ цветовая температура, как и абсолютная температура, выражается в Кельвинах (К).

Таким образом, цветовая температура исследуемой лампы - это температура абсолютно черного тела, дающего такой же оттенок излучения, что и эта лампа.

Измеряется цветовая температура по шкале Кельвина, один градус в которой равен градусу Цельсия, а начало отсчета находится в точке «абсолютного нуля», соответствующей -273,16 "С.

Чаще всего цветовая температура никак не связана с реальной температурой лампы. Исключение составляют тепловые излучатели - лампы накаливания, цветовая температура которых приблизительно равна реальной температуре нагрева спирали.

Чем выше температура абсолютно черного тела, тем меньше доля красных и больше доля синих излучений в его спектре. Эту зависимость можно пронаблюдать, накаливая металлический гвоздь на газовой горелке. По мере усиления нагрева гвоздь приобретает сначала красный, затем желтый и, в результате, голубоватый оттенок. Психологически синий оттенок воспринимается как более холодный, а красный - как более теплый. Этим и объясняется странная, на первый взгляд, зависимость: чем выше цветовая температура лампы, тем ее свет кажется холоднее.

При оценки цветовой температуры ЛЛ чаще всего используют следующие диапазоны:

• лампы с ССТ 2880...3200 К имеют желтоватый оттенок («теплый» цвет, «warm»);

• лампы с ССТ 3500 К - «нейтральнобелый» цвет;

• лампы с ССТ 4100 К - «холодаый» («соо1») белый цвет;

• лампы с ССТ 5500...7000 К имеют голубоватый оттенок («дневной свет», «daylight»).

Научившись определять цветовые оттенки, самое время критически взглянуть на качество освещения. Сам по себе оттенок еще не позволяет