Здравствуйте!

В прошлом уроке 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.

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.

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.

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.

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 — 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 — 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 — 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.

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:

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:

Когда хотят выяснить разницу в контрасте между предметом и его фоном (например, между буквами и бумагой, на которой они напечатаны), пользуются такой формулой:

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:

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.

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 — 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 — 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.

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

Как и в случае со световыми величинами из прошлого урока, эту формулу запоминать необязательно. Она заложена в программы по проектированию освещения. Однако при этом обязательно знать количество, технические характеристики и расположение светильников.

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.

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.

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.

Итак, подведем итог.

Чтобы создать благоприятную обстановку с помощью освещения, нужно учесть особенности зрительной системы. В сегодняшнем уроке вы познакомились с ними, осталось только закрепить.

1. Через зрение мы получаем 80% информации об окружающем мире. Но без света это было бы невозможно.

2. У глаз два вида фоторецепторов:

• палочки, которые отвечают за создание общей картины;
  
• колбочки, благодаря которым мы различаем цвета и видим каждый объект детально.

3. Зрительная система работает в одном из трех режимов: ночной, дневной или сумеречный.

4. Зрение способно приспосабливаться к новым условиям обзора и уровням освещения. Эти процессы называются:

• аккомодация — способность зрения приспосабливаться к ясному видению предметов, расположенных на разных расстояниях от нас;
  
• конвергенция — способность глаз сводить линии взгляда на одном предмете;
  
• адаптация — способность зрения приспосабливаться к новому уровню освещения: например, при переходе из темного пространства в светлое, и наоборот.
  

5. Мы замечаем важное благодаря способности зрения воспринимать контрасты в яркости. Если бы не эта способность, человечество бы не выжило, потому что не смогло бы отличить саблезубого тигра от пещеры. С помощью контрастов в яркости можно привлечь внимание человека к нужному объекту.

6. Жизнь в черно-белом цвете была бы скучной. Способность зрения подмечать контрасты в цветах делает жизнь красочнее и веселее. С помощью контраста в цветах можно сделать объект еще привлекательнее.

7. Не до конца продуманное освещение может привести к неприятным последствиям. Например, к дискомфортной и слепящей блескости. Дискомфортная блескость вызывает в глаза неприятные ощущения, иногда — боль. Слепящая — частично ослепляет. Чтобы это предотвратить, нужно при разработке проекта рассчитывать, в каких случаях может возникнуть блескость и насколько она будет сильной.

8. С помощью света можно создавать нужное впечатление об объекте и настроение. В первом случае следует продумать подсветку: например, если подсветить потолок и верхнюю часть стен, помещение будет казаться выше. Во втором — соотнести освещенность с цветовой температурой: например, низкая освещенность и теплый свет успокаивают человека.

9. У пожилых людей зрение ухудшается, поэтому им нужно больше света. Однако он должен быть не слишком ярким, так как риск возникновения блескости у них выше.

На сегодня все. В следующем уроке разберемся, как получить свет нужного цвета и что влияет на его способность точно передавать цвета предметов.

Всегда ваша,
команда Азбуки Света

Отписаться от бесплатного курса по основам света можно здесь