Vnímanie svetla

Určite ste už počuli o LED technológii pre verejné osvetlenie. My Vám teraz prinášame revolučnú technológiu Nicole Lumis-LED. V čom je tento princíp iný? Väčšina výrobcov používa vo svojich LED svietidlách fosfor. Nicole Lumis-LED od holandského výrobcu Lemnis Public Lighting prináša jedinečnú prelomovú RGB LED technológiu bez fosforu alebo iných prvkov, ktoré by zaťažovali životné prostredie. Naviac farebné spektrum je vyladené pre ľudské oko a dokonca aj pre bezpečnostné kamery.

Ľudské oko je sofistikovaný orgán, ktorý sa prispôsobuje dostupnému svetlu. Táto schopnosť prispôsobiť sa nám umožňuje vidieť prekvapivo dobre v noci so svetlom len z mesiaca a hviezd. Použitie správnej farby svetla verejného osvetlenia môže tiež priniesť úžitok zlepšenej viditeľnosti. To je dôvod, prečo príchod LED osvetlenia je skvelá správa: po prvýkrát je možné vyrobiť svetlo, ktoré zužitkuje spôsob, akým ľudské oko vidí v noci. Ale ako môžeme brať do úvahy biologický účinok, ktorý nemožno merať tradičnými zariadeniami na meranie svetla? Tým, že zhrnieme ďalšiu premennú v našich výpočtoch: S/P pomer (pomer medzi skotopickou a fotopickou krivkou), ktorý ukáže, do akej miery svetelné zdroje vyžarujú vlnové dĺžky svetla, na ktoré sú naše oči zvlášť citlivé v tme.

Ako fungujú naše oči

Človek má vynikajúce denné videnie, ale naše oči sú tiež prekvapivo efektívne v tme. To je preto, že máme dva druhy svetlocitlivých buniek v očiach: tyčinky a čapíky. Čapíky sa nachádzajú prevažne v centre našej sietnice, zatiaľ čo zvyšok je prevažne tvorený z tyčiniek. Čapíky sú využívané v jasnom svetle (fotopické úrovne svetla), počas dňa a takmer vo všetkých osvetlených miestnostiach. Naše rozpoznávanie farieb závisí na čapíkoch.

Tyčinky fungujú len vo veľmi tmavých situáciách (skotopické úrovne svetla), ako napríklad v noci. V týchto situáciách nie je dostatočná úroveň svetla pre čapíky. Tyčinky sú oveľa citlivejšie na svetlo ako čapíky, a preto vďaka nim môžeme ešte rozlišovať tvary a kontrast dokonca v takmer úplnej tme.

Pri prechode medzi svetlom a tmou prenášajú informácie ako čapíky tak aj tyčinky. Tieto úrovne svetla sú nazývané mezopický rozsah (súmrak).

Počas dňa, kedy využívame naše čapíky, náš zrak je najlepší v žltom svetle (fotopická krivka), ale v noci sa citlivosť nášho videnia presúva k zelenému a modrému svetlu (skotopická krivka), vtedy sú naše tyčinky najaktívnejšie.

Viditeľnosť za súmraku

Intenzita svetla, ktorá je k dispozícii z väčšiny verejného osvetlenia je v mezopickom rozsahu (šero). Ľudia kráčajúci po uliciach osvetlených verejným osvetlením teda používajú aj čapíky aj tyčinky. Väčšina konvenčného pouličného osvetlenia je oranžovej farby, ktorá stimuluje čapíky ale nie tyčinky. Tyčinky sú síce aktívne, ale nie efektívne stimulované. Pouličné osvetlenie, ktoré obsahuje aj zelené a modré svetlo nám umožní lepšie rozoznať kontrast, keďže naše tyčinky sú najcitlivejšie na tieto farby. Ako dobre vidíme za súmraku teda nezávisí len na intenzite svetla, ale aj na svetelnom spektre.

Toto chápanie mezopického videnia vôbec nie je nové. V roku 1819 Jan Evangelista Purkyně zistil, že citlivosť našich tyčiniek vrcholí na inej frekvencii ako u čapíkov. Uplatnenie LED v pouličnom osvetlení ťaží z týchto poznatkov v praktickom zmysle slova. Je možné vyrobiť svetlo špecifickej vlnovej dĺžky bez straty energie.

S/P pomer

Je zaujímavé vedieť, do akej miery zdroj svetla účinne stimuluje tyčinky. Existuje špeciálny pomer, ktorý vyjadruje tieto informácie: S/P pomer. Je to pomer modro-zeleného svetla (skotopická krivka) a zeleno-žltého svetla (fotopická krivka), ktoré vyžaruje zdroj svetla. Čím väčší je podiel modro-zeleného svetla, tým väčšie je toto číslo. Svetelné zdroje s vysokým S/P pomerom nám umožňujú dobre vidieť, aj keď je intenzita svetla nízka. Niekoľko čísiel pre objasnenie tohto konceptu: denné svetlo má vysoký S/P pomer = 2,47, zatiaľ čo sodíková výbojka má veľmi nízky S/P pomer = 0,23.

Vplyv S/P pomeru závisí na intenzite svetla. Ak sa zníži intenzita svetla, viac využívame naše tyčinky a menej naše čapíky. Platí to aj naopak: čím vyššia intenzita svetla, tým menší vplyv má S/P pomer, keďže čapíky sú aktívnejšie keď majú viac svetla. Po prekročení istej intenzity svetla, tyčinky sotva prispievajú ku kvalite nášho videnia. Zatiaľ neexistuje žiadny vedecký konsenzus o presnej hranici, nad ktorou S/P pomer už nemá vplyv. Nálezy z praxe ale ukazujú, že mezopické videnie človeka je aktívne takmer pri všetkých druhoch verejného osvetlenia.

Meranie osvetlenia

Komerčne dostupné fotometrické zariadenia určujú hodnoty luxov meraním všetkých svetelných frekvencií a ich vážením pozdĺž fotopickej krivky. Skotopická krivka teda nie je v meraní zahrnutá. Pri rovnakej hodnote luxov, subjektívne lepšie vidíme pri svetelných zdrojoch s vysokým S/P pomerom. Stretávame sa tu s problémom z hľadiska výpočtov pre verejné osvetlenie, keďže výpočty sú vykonané len na základe lux hodnôt. Toto môže mať za následok viac vyžarovaného svetla než je v praxi potrebné, keď použijeme svetelné zdroje s vysokým S/P pomerom.

Lepším riešením je zarátane spektrálneho rozloženia svetelných zdrojov vo výpočtoch osvetlenia. S/P pomer je vynikajúci nástroj, ktorý nám môže byť nápomocný. Existujú vedecké publikácie, ktoré predkladajú návrhy ako môžeme S/P pomer využiť pre zakalkulovanie svetelného spektra do svetelných výpočtov.

Napríklad Unified system of photometry (Rea et al, 2004) a ASSIST report (LRC, 2009). Tieto publikácie poskytujú korekčné faktory založené na S/P pomere. Tento spôsob výpočtu sa nazýva unifikovaná svietivosť (orig. Unified Luminance).

Unifikovaná svietivosť v praxi

Unifikovaná svietivosť je systém, ktorý umožňuje, aby bol S/P pomer svetelného zdroja zahrnutý do nameraných fotopických hodnôt svetla. Tento proces spočíva z troch krokov:

  1. Stanovte úroveň viditeľnosti potrebnú pre určitú situáciu a úlohu: Napríklad, trieda S5 pouličného osvetlenia s Em 3 lux, Uh 0,2.
  2. Zahrňte viditeľnosť do intenzity osvetlenia pomocou metódy unifikovanej svietivosti. Nájdite S/P pomery rôznych svetelných zdrojov, o ktorých uvažujete v dokumentácii výrobcu. Pre výpočet unifikovanej svietivosti dostaneme nasledovné výsledky Em:

    SOX SON T Lumis-LED
    S/P pomer 0.23 S/P pomer 0.62 S/P pomer 3.2

    Výsledky výpočtov ukazujú, že potrebujeme nižšiu kapacitu, keď má zdroj svetla vysoký S/P pomer. To samozrejme šetrí energiu. Slabé spektrálne rozloženie sodíkových svetelných zdrojov, ktoré nie je schopné stimulovať naše tyčinky, znamená nižšie korigované hodnoty luxov. Korigovaná hodnota luxov Nicole Lumis-LED je veľmi vysoká, keďže spektrum bolo optimalizované pre súmrak (mezopickú úroveň svetla).

  3. Vyberte si vhodný zdroj svetla pre oblasť, ktorá má byť osvetlená.

Tento výsledok poskytuje lepšiu informáciu o skutočnej viditeľnosti, ktorú môžete dosiahnuť v praxi v danej lokalite. To znamená, že požadovanú viditeľnosť možno dosiahnuť s menšou spotrebou elektrickej energie.

Blízka budúcnosť

Príchod LED osvetlenia verejných priestorov umožňuje presný výber farieb potrebných pre vytvorenie optimálnej viditeľnosti tak, aby sa šetrila energia. Farebné kombinácie umožňujú, aby bolo spektrálne rozloženie svetelných zdrojov relevantným faktorom z hľadiska výpočtov svietivosti.

Chceli by ste, aby Vaše výpočty zahŕňali spektrálnu distribúciu svetla? Prosím neváhajte nás kontaktovať.