閱讀臺(tái)燈色溫對(duì)于視覺功效的影響研究

劉娜 王巍

(3M中國(guó)有限公司家庭及文教實(shí)驗(yàn)室，上海 200233)

1 引言

在人類所經(jīng)歷的漫長(zhǎng)進(jìn)化過程中，由于長(zhǎng)期處于自然光環(huán)境中，形成了人的視覺器官的特殊結(jié)構(gòu)。人眼是一個(gè)很敏感，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，很容易受到傷害。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，日常生活中“光污染”現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，夜晚霓虹燈閃爍，室內(nèi)不良光色環(huán)境等都是構(gòu)成光污染的因素。我國(guó)的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，光污染對(duì)人眼的角膜和虹膜造成傷害，引起疲勞和視力下降［1］。因此，作為為家居閱讀環(huán)境提供完成工作學(xué)習(xí)等閱讀工作所需的光線的閱讀臺(tái)燈，研究其不同光學(xué)參數(shù)對(duì)于視覺特性的影響便有其重要性和迫切性。

由于國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者和臺(tái)燈生產(chǎn)廠商目前對(duì)于臺(tái)燈色溫對(duì)于使用者視覺特性的影響研究還很少涉及，而且目前我國(guó)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基本是按照國(guó)際照明委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)來制定和修改的，并未規(guī)定臺(tái)燈的色溫。針對(duì)這個(gè)問題，通過下述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究臺(tái)燈色溫對(duì)于閱讀者視覺特性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 概述

實(shí)驗(yàn)采用三種不同色溫的臺(tái)燈 (2700K，4500K，6400K)模擬家庭中實(shí)際使用臺(tái)燈的情況。

首先在不同的色溫下測(cè)試試驗(yàn)者的視力，使用的是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表，如圖1所示，可用來測(cè)試不同色溫下對(duì)于目標(biāo)的探測(cè)率，然后通過在臺(tái)燈下完成一些基本的閱讀測(cè)試任務(wù)后再測(cè)試試驗(yàn)者的視力，從而測(cè)試不同色溫對(duì)于視覺特性的影響。

圖1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表

2.2 實(shí)驗(yàn)光環(huán)境

實(shí)驗(yàn)在長(zhǎng)6m，寬3m，高3m的暗房中進(jìn)行。暗房中內(nèi)壁全部涂成黑色。改變不同色溫的背景光但是保證相同的背景光照度，在測(cè)試幕墻上形成均勻的背景照度。

被試人員首先在距離5m處使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表測(cè)試視力;然后在測(cè)試位置2處坐于桌前閱讀指定的銅版紙閱讀任務(wù)共三分鐘，在此閱讀環(huán)境時(shí)，使用同一盞臺(tái)燈但是不同色溫的光源，保證閱讀面的平均照度為500lx;完成閱讀任務(wù)后馬上在距離5m處使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表測(cè)試視力，測(cè)試視力時(shí)背景光同一開始時(shí)測(cè)試采用的照度和色溫。

實(shí)驗(yàn)中使用3種不同色溫的照明測(cè)試條件，幕墻上保證均勻的100lx的背景光，保證桌上閱讀紙面上的平均照度為500lx．3種色溫分別為2700K，4500K，6500K;

2.3 被測(cè)者

共有14名測(cè)試者參加了本次測(cè)試，年齡均在25～30歲之間，其中有9名女性5名男性。

所有測(cè)試者均有視力近視，均通過佩戴近視眼鏡或者隱形眼鏡進(jìn)行視力矯正，矯正視力均在0.8～1.0之間，所有參加測(cè)試的人員都不存在色盲或者色弱的現(xiàn)象。

2.4 實(shí)驗(yàn)過程

為了保證被試對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)有充分的了解以及其評(píng)價(jià)的客觀性，在實(shí)驗(yàn)前先對(duì)實(shí)驗(yàn)需要評(píng)價(jià)的目標(biāo)進(jìn)行了講解，對(duì)實(shí)驗(yàn)中需要填寫的主觀評(píng)價(jià)表進(jìn)行了說明，同時(shí)預(yù)先亂序點(diǎn)亮各燈讓被試對(duì)臺(tái)燈的有較為具體的認(rèn)知并建立相對(duì)合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于被試在預(yù)實(shí)驗(yàn)中提出的疑問的解答能夠有效地幫助被試更好地完成該實(shí)驗(yàn)。

在每個(gè)色溫點(diǎn)亮后讓14名被試者打亂順序后測(cè)試，有利于被試者眼睛疲勞的恢復(fù)適應(yīng)新的測(cè)試和記憶的消除，使得試驗(yàn)結(jié)果更加客觀。

每個(gè)測(cè)試者在每盞色溫的光源下的測(cè)試流程如下:

(a)在圖2的測(cè)試位置1即距離視力表5米處站立測(cè)試其在特定色溫背景光下的視力;

(b)在圖2的測(cè)試位置2即桌前坐下，保持閱讀面平均照度為500lx。被試者的眼睛固定在離燈具出光面幾何中心正前方600mm處，距離觀測(cè)的水平桌面400mm高度的位置，閱讀銅版紙雜志的5號(hào)字體的內(nèi)容，共三分鐘，然后給出主觀評(píng)價(jià);

(c)在圖2的測(cè)試位置1即距離視力表5米處站立并測(cè)試其閱讀銅版紙雜志內(nèi)容后的特定色溫背景光下的視力;

圖2 實(shí)驗(yàn)空間示意圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 初始平均視力

我們使用平均視力來表示被試者初始接觸到不同色溫背景光下對(duì)于目標(biāo)的探測(cè)程度。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計(jì)，得出了三種不同色溫照明背景下的平均視力如圖3所示;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，測(cè)試者初始接觸到6400K冷色溫的背景光時(shí)對(duì)于目標(biāo)的探測(cè)程度最強(qiáng)，4000K冷白色溫的背景光的探測(cè)程度其次，2700K的暖色溫的背景光的目標(biāo)探測(cè)程度最弱。

圖3 不同色溫背景光下被試者初始視力

3.2 完成閱讀任務(wù)后的平均視力

我們?cè)贆z測(cè)被試者在完成三分鐘銅版紙閱讀任務(wù)后的視力。我們使用平均視力來表示目標(biāo)完成閱讀任務(wù)后的視覺反應(yīng)。從圖4我們可以看到，在經(jīng)過閱讀任務(wù)后，每種特定色溫下的平均視力都有所下降，這說明在我們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中，在短期內(nèi)會(huì)令被測(cè)者產(chǎn)生視疲勞。根據(jù)下降程度可以看出，4500K色溫下閱讀，被試者視疲勞程度最小，其次是2700K色溫，6400K色溫下被試者最容易產(chǎn)生視疲勞。

圖4 不同色溫閱讀光下的被試者完成閱讀任務(wù)后的視力

3.3 被試者對(duì)于色溫的主觀評(píng)價(jià)

閱讀任務(wù)完成后，我們會(huì)令被試者對(duì)于色溫的喜好程度打分。1-非常不喜歡;2-不喜歡;3-一般;4-比較喜歡;5-很喜歡。圖5表示的是被試者的喜好程度。

圖5 被試者對(duì)于不同色溫喜好評(píng)分

圖6 受試者喜好的照度與色溫的分布與公認(rèn)的舒適區(qū)域的關(guān)系

從圖6［2］可以看出，國(guó)際公認(rèn)的在500lx照度下的色溫舒適區(qū)域應(yīng)當(dāng)是2800K到5000K。被試者的主觀評(píng)價(jià)打分和公認(rèn)結(jié)果基本吻合，最受喜愛的是4500K色溫;但打分排名第二的為6400K，這和公認(rèn)的結(jié)果有些不符。這主要可能與我國(guó)家庭照明較長(zhǎng)時(shí)間都使用高色溫的熒光燈管有關(guān)，比較符合普通家庭節(jié)約電費(fèi)的需要［3，4］。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及討論

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

對(duì)于初始沒有任何閱讀任務(wù)時(shí)候的目標(biāo)探測(cè)，高色溫6400K冷白色光環(huán)境下平均視力最高。

對(duì)于完成一定的閱讀任務(wù)后，4500K色溫下閱讀，被試者視疲勞程度最小，其次是2700K色溫，6400K色溫下被試者最容易產(chǎn)生視疲勞。

被試者的主觀評(píng)價(jià)打分和公認(rèn)結(jié)果基本吻合，在桌面平均照度500lx下，最受喜愛的是4500K色溫，與公認(rèn)的2800K到5000K的結(jié)果相符合。

4.2 實(shí)驗(yàn)討論

關(guān)于初始狀態(tài)的目標(biāo)探測(cè)以及完成一定閱讀任務(wù)后的數(shù)據(jù)，可以用明視覺狀態(tài)下的光譜光效對(duì)人眼的視覺影響來解釋。在明視覺狀態(tài)下，視覺靈敏度會(huì)向短波方向移動(dòng)，起作用的主要是人眼中的桿狀細(xì)胞［5］。因此，6400K色溫下，初始狀態(tài)時(shí)人眼對(duì)藍(lán)色目標(biāo)更為靈敏，目標(biāo)探測(cè)更為準(zhǔn)確。在經(jīng)過高強(qiáng)度的視覺作業(yè)之后，4500K色溫下視疲勞程度最低，這是因?yàn)?500K色溫光源的光譜均勻度最好，導(dǎo)致視覺功能下降的最小。

國(guó)際公認(rèn)的在500lx照度下的色溫舒適區(qū)域應(yīng)當(dāng)是2800K到5000K。被試者的主觀評(píng)價(jià)打分和公認(rèn)結(jié)果基本吻合，最受喜愛的是4500K色溫;但打分排名第二的為6400K，這和公認(rèn)的結(jié)果有些不符。這主要可能與我國(guó)家庭照明較長(zhǎng)時(shí)間都使用高色溫的熒光燈管有關(guān)，比較符合普通家庭節(jié)約電費(fèi)的需要。

所以本文認(rèn)為，在考慮家庭使用臺(tái)燈作為主要工作和學(xué)習(xí)的光源的提供來源，建議采用中等色溫的光源有利于減輕閱讀寫作者的視疲勞。

［1］趙振民主編．照明工程設(shè)計(jì)手冊(cè)．天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1984．

［2］［日］照明學(xué)會(huì)．照明手冊(cè)．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985．

［3］趙麗等．西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)。1998，393～395．

［4］袁樵等．照明工程學(xué)報(bào)．2006，40～45．

［5］林燕丹，陳大華等．復(fù)旦學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)．2002，453～458．