Tři barevná spektra
Lidské oko je sofistikovaný orgán, který se přizpůsobuje dostupnému světlu. Tato schopnost přizpůsobit se nám umožňuje vidět překvapivě dobře v noci jen při světle z měsíce a hvězd. Použití správné barvy světla veřejného osvětlení může zajistit lepší viditelnost.
Poprvé je možné vyrobit světlo, které využívá způsob, jakým lidské oko vidí v noci. Nizozemský výrobce Innolumis Public Lighting přináší jedinečnou RGB (z angl. R-red, G-green, B-blue) LED technologii bez luminoforu nebo jiných prvků, které by zatěžovaly životní prostředí. Základem koncepce je skutečnost, že lidské oko vnímá různá barevná spektra při různé intenzitě světla. Světlo je dokonale přizpůsobeno potřebám a citlivosti lidského oka při večerním a nočním vidění. Nemalým přínosem pro firmy i přírodu je také snížení emisí CO2.
Světelnými zdroji v LED svítidlech jsou červené, zelené a modré LED diody. Při tomto RGB konceptu je optimální světelné spektrum vytvořeno tak, aby zaručilo vynikající podmínky pro lidské oko, a to vše při nízké spotřebě elektrické energie.
Jak ale můžeme zohlednit biologický účinek, který nelze měřit tradičními přístroji na měření světla? Tím, že se podíváme na poměr S/P (poměr mezi skotopickou a fotopickou křivkou), který ukáže, do jaké míry světelné zdroje vyzařují vlnové délky světla, na které jsou naše oči ve tmě zvlášť citlivé.
Jak fungují naše oči
Člověk má vynikající denní vidění, ale naše oči jsou také překvapivě efektivní ve tmě. Je to proto, že máme v očích dva druhy světlocitlivých buněk: tyčinky a čípky. Čípky se nacházejí převážně ve středu naší sítnice, zatímco zbytek tvoří převážně tyčinky. Čípky využíváme v jasném světle (fotopické úrovně světla), během dne a téměř ve všech osvětlených místnostech. Tyčinky fungují pouze ve velmi tmavých situacích (skotopické úrovně světla), jako například v noci. Tyčinky jsou tedy mnohem citlivější na světlo než čípky, a proto díky nim dokážeme rozlišovat tvary a kontrast dokonce i v téměř úplné tmě.
Při přechodu mezi světlem a tmou přenášejí informace čípky i tyčinky. Tyto úrovně světla se nazývají mezopický rozsah (soumrak). Během dne, kdy využíváme naše čípky, je náš zrak nejlepší ve žlutém světle (fotopická křivka), ale v noci se citlivost našeho vidění přesouvá k zelenému a modrému světlu (skotopická křivka), kdy jsou naše tyčinky nejaktivnější.
Viditelnost za soumraku
Intenzita světla, kterou poskytuje většina veřejného osvětlení, je v mezopickém rozsahu (šero). Lidé kráčející po ulicích osvětlených veřejným osvětlením tedy používají čípky i tyčinky. Většina konvenčního pouličního osvětlení má oranžovou barvu, která stimuluje čípky, ale ne tyčinky. Tyčinky jsou sice aktivní, ale nejsou efektivně stimulovány. Pouliční osvětlení obsahující i zelené a modré světlo nám umožní lépe rozeznat kontrast, protože naše tyčinky jsou na tyto barvy nejcitlivější.
Čípky v našich očích nám umožňují vidět během dne, tyčinky nám umožňují vidět v noci. Během soumraku používáme čípky i tyčinky.
Jak dobře vidíme za soumraku, tedy nezávisí jen na intenzitě světla, ale také na světelném spektru. Toto chápání mezopického vidění není vůbec nové. Roku 1819 Jan Evangelista Purkyně zjistil, že citlivost našich tyčinek vrcholí na jiné frekvenci než u čípků. Uplatnění LED v pouličním osvětlení těží z těchto poznatků v praktickém smyslu slova. Je možné vyrobit světlo specifické vlnové délky bez ztráty energie.
Co je to poměr S/P?
Je zajímavé vědět, do jaké míry zdroj světla účinně stimuluje tyčinky. Existuje speciální poměr, který tuto informaci vyjadřuje: poměr S/P. Poměr S/P je definován jako poměr mezi modrozeleným světlem (skotopickým), tedy nočním viděním, a zelenožlutým světlem (fotopickým), tedy denním viděním. Čím větší je podíl modrozeleného světla, tím vyšší je toto číslo. Světelné zdroje s vysokým poměrem S/P nám umožňují dobře vidět, i když je intenzita světla nízká. Několik čísel pro objasnění tohoto konceptu: denní světlo má vysoký poměr S/P = 2,47, zatímco sodíková výbojka má velmi nízký poměr S/P = 0,23.
Vliv poměru S/P závisí na intenzitě světla. Pokud se intenzita světla sníží, více využíváme tyčinky a méně čípky. Platí to i naopak: čím vyšší intenzita světla, tím menší vliv má poměr S/P, protože čípky jsou aktivnější, když mají více světla. Po překročení určité intenzity světla tyčinky ke kvalitě našeho vidění téměř nepřispívají. Zatím neexistuje žádný vědecký konsenzus o přesné hranici, nad kterou již poměr S/P nemá vliv. Poznatky z praxe však ukazují, že mezopické vidění člověka je aktivní téměř u všech druhů veřejného osvětlení.
Měření osvětlení
Komerčně dostupné fotometrické přístroje určují hodnoty luxů měřením všech světelných frekvencí a jejich vážením podle fotopické křivky. Skotopická křivka tedy v měření zahrnuta není. Svítidla s vysokým poměrem S/P poskytují lepší viditelnost při stejných hodnotách luxů. Narážíme tu na problém z hlediska výpočtů pro veřejné osvětlení, protože výpočty se provádějí pouze na základě hodnot v luxech. To může mít za následek více vyzařovaného světla, než je v praxi potřeba, pokud použijeme světelné zdroje s vysokým poměrem S/P.
Lepším řešením je započítat spektrální rozložení světelných zdrojů do výpočtů osvětlení. Poměr S/P je vynikající nástroj, který nám v tom může pomoci. Existují vědecké publikace, které předkládají návrhy, jak můžeme poměr S/P využít k zohlednění světelného spektra ve světelných výpočtech.
Příkladem jsou Unified system of photometry (Rea et al, 2004) a ASSIST report (LRC, 2009). Tyto publikace představují korekční faktory založené na poměru S/P. Tento způsob výpočtu se nazývá unifikovaný jas (orig. Unified Luminance).
Unifikovaný jas v praxi
Unifikovaný jas je systém, který umožňuje zahrnout poměr S/P světelného zdroje do naměřených fotopických hodnot světla. Tento proces se skládá ze tří kroků:
- Stanovte úroveň viditelnosti potřebnou pro určitou situaci a úlohu: například třída pouličního osvětlení S5 s Em 3 lux, Uh 0,2.
- Zahrňte viditelnost do intenzity osvětlení pomocí metody unifikovaného jasu. Vyhledejte v dokumentaci výrobce poměry S/P různých světelných zdrojů, o kterých uvažujete. Pro výpočet unifikovaného jasu dostaneme následující výsledky Em:
SOX (poměr S/P 0,23) SON T (poměr S/P 0,62) Lumis-LED (poměr S/P 3,2) 0,88 lux 2 lux 5 lux Výsledky výpočtů ukazují, že potřebujeme nižší kapacitu, když má zdroj světla vysoký poměr S/P. To samozřejmě šetří energii. Slabé spektrální rozložení sodíkových světelných zdrojů (SOX = nízkotlaká sodíková výbojka, SON T = vysokotlaká sodíková výbojka), které nedokáže stimulovat naše tyčinky, znamená nižší korigované hodnoty luxů. Korigovaná hodnota luxů Nicole Mesopic (Lumis-LED) je velmi vysoká, protože spektrum bylo optimalizováno pro soumrak (mezopickou úroveň světla).
- Vyberte vhodný zdroj světla pro oblast, která má být osvětlena.
Tento výsledek poskytuje lepší informaci o skutečné viditelnosti, které můžete v dané lokalitě v praxi dosáhnout. To znamená, že požadované viditelnosti lze dosáhnout s nižší spotřebou elektrické energie.
LED osvětlení lze využít jako osvětlení obytných čtvrtí, parků, parkovišť či silnic. Stejně tak i oblastí, kde je nezbytné omezit světelné znečištění na minimum, například v přírodě a na venkově. Navíc je barevné spektrum vyladěno pro lidské oko, a dokonce i pro bezpečnostní kamery. Obraz z kamery získává vhodný kontrast a zobrazuje barvy mnohem věrněji než při běžném osvětlení sodíkovými výbojkami.
Parkoviště osvětlené svítidly SON T vs. parkoviště osvětlené svítidly Lumis-LED.
Nové LED osvětlení veřejných prostor umožňuje přesný výběr barev potřebných k vytvoření optimální viditelnosti tak, aby se šetřila energie. Barevné kombinace umožňují, aby se spektrální rozložení světelných zdrojů stalo relevantním faktorem z hlediska světelných výpočtů.
Chtěli byste, aby vaše výpočty zahrnovaly spektrální distribuci světla? Neváhejte nás kontaktovat.
