常用術語

 

    如圖1-7所示,光源發出光的量稱為光通量,而在某方向上光的分佈密度稱為發光強度,照度為光落在物體表面的密度,而吾人所見的並非照度而是該物體所反射的亮度。這些照明常用術語的定義如下:

 

‧光通量(luminous flux)

    即一光源所放射出光能量的速率或光的流動速率(flow rate),為說明光源發光能力的基本量,由一光源所發射並被人眼感知之所有輻射能稱之為光通量。單位為流明 (lumenlm)(1-8)。例如一個100(W)的燈泡可產生1750 lm ,而一支40 W 冷白色日光燈管則可產生 3150 lm 的光通量。根據定義,1 lm 為發光強度(I) 1 cd 的均勻點光源在 1 球面度立體角(W)內發出的光通量(F) 光通量(F) I × W     lm

 

‧發光強度(luminous intensity, candlepower)

    發光強度簡稱光度,係指從光源一個立体角(單位為 sr)所放射出來的光通量(1-9),也就是光源或照明燈具所發出的光通量在空間某選定方向上的分佈密度,單位為燭光(candle or candelacd)。發光強度為 1 cd 的光源可放射出 12.57 lm 的光通量。

發光強度( I ) = 光通量 / 立體角 = F / W     cd   

1 lm / sr 1 candela (cd)

1 cd 12.57 lm

 

‧照度(illuminance)

    受照平面上接受光通量的密度,可用每一單位面積的光通量來測量。1 lm 的光通量均勻分佈在 1平方公尺() 的表面,即產生 1 勒克斯(lux, lx) 的照度;1 lm 的光通量落在 1 平方英呎(ft2 )的表面,其照度值為 1 呎燭光(footcandle, fc)

照度( E ) 光通量 / 面積 F / A      

公制單位: lm / lux (lx)

英制單位: lm / ft2 footcandle (fc)

1 fc 10.76 lx 1 lx 0.093 fc

 

照度分佈圖(Polar diagram)

 

‧輝度或亮度(luminance, brightness)

    當吾人目視某物所看到的,可以兩種方式表達:一用於較高發光值者如光源或燈具,直接以其發光強度來表示;另一則用於本身不發光只反射光線者如室內表面或一般物體,以亮度表示。亮度即被照物每單位面積在某一方向上所發出或反射的發光強度(1-11),用以顯示被照物的明暗差異,公制單位為燭光 / 平方公尺(candela/㎡,cd/)或尼特(nit),英制單位為呎朗伯(footlambertfL)

亮度( L ) 發光強度 / 面積 I / AP    1 fL 3.426 cd/

公制單位:cd / (nt)           

英制單位:footlambert(fL) 1/p cd/ft2

 

1-1. 照度與亮度單位換算表

照度

lux

footcandles

lux (lx)

          1

      0.0929

footcandles (fc)

        10.76

      1

亮度

cd/(nit)

footlambert

candela(cd)/ (nit)

        1

      0.2919

footlambert (fL)

        3.426

      1

 

根據英制伯朗定律 footlambert = footcandles × reflectance = 1/p cd/ft2 ,且假設某材料具一均勻反射表面,可導出公制亮度計算的簡便公式如下:

        L    rE / p        cd/       (r 為材料表面反射比,E 為表面照度。)

 

反射比及反射率(reflectance  and reflection factor)

    某表面的亮度取決於落於其上的光量與該表面所能反射光線的能力;其所能反射光的多寡與分佈型式則取決於該材料表面的性質,以反射光與入射光的比值來表示,稱為該材料表面的反射比或反射率(%)(1-2)。完美的黑色表面反射比為 0 ,亦即無論多少光落於其上皆無亮度產生而全被吸收;反之,一完美白色表面的反射比為 1  (反射率 100 % 吸收率 0 %) 反射比的測量,首先將照度計置於物體表面讀出其表面照度值 E i (incident light),再將照度計置於其上 58 cm (感光部份朝該表面且確定無陰影遮擋),即可測出其所反射的照度值 E r (reflected light),表面照度除反射照度所得之商即為該材料表面的反射比。

反射比(reflectance ) E r  /  E i    

反射率(reflection factor ) E r  /  E i ×100 %

 

        1-2. 常用材料的反射特性

         

反射率 %

吸收率 %

新白漆

7590

1025

舊白漆

5070

3050

粉彩漆

4060

6040

木材 / 淺橡木

2535

6575

         / 深橡木

1015

8590

         / 桃花心木

  612

8894

         / 核桃木

  510

9095

水泥,白水泥

2040

6080

大理石

3070

 

花崗石

2025

 

1040

6090

石膏板 / 礦纖板

5070

 

 

色溫度(correlated color temperature)

    因為大部份光源所發出的光皆通稱為白光,故光源的色表溫度或相關色溫度即用以指稱其光色相對白的程度,以量化光源的光色表現。根據 Max Planck 的理論,將一具完全吸收與放射能力的標準黑體加熱,溫度逐漸升高光色亦隨之改變;在CIE 色座標上的黑體曲線(black body locus)顯示黑體由紅橙紅黃白藍白的過程。黑體加溫到出現與光源相同或接近光色時的溫度,定義為該光源的相關色溫度,簡稱色溫,以絕對溫度 K (Kelvin,或稱開氏溫度)為單位(K 273.15)。因此,黑體加熱至呈紅色時溫度約 527 800 K,其它溫度影響光色變化如表2-2"Times New Roman";mso-hansi-font-family:Symbol'>

 

2-2. 黑體溫度與光色

黑體溫度(K)

發出光色

室溫

800

3,000

黃白

4,000

5,000

冷白

8,000

藍白

60,000

深藍

 

光色愈偏藍,色溫愈高;偏紅則色溫愈低。一天當中晝光的光色亦隨時間變化:日出後 40 分鐘光色較黃,色溫 3000 K;正午陽光雪白,上升至 48005800 K,陰天正午時分則約 6500 K;日落前光色偏紅,色溫又降至約 2200 K。其它光源的相關色溫度見表2-3

 

2-3. 不同光源的相關色溫度

  

  

北方晴空

80008500 K

陰天

65007500 K

夏日正午陽光

5500 K

複金屬燈

40004600 K

下午陽光

4000 K

冷色螢光燈

40005000 K

水銀燈

37503450 K

暖色螢光燈

25003000 K

鹵素燈

3000 K

鎢絲燈

2700 K

高壓鈉燈

19502250 K

蠟燭

2000 K

 

因相關色溫度事實上是以黑體輻射接近光源光色時,對該光源光色表現的評價值,並非一種精確的顏色比對,故具相同色溫值的二光源,可能在光色外觀上仍有些許差異。僅憑色溫亦無法瞭解光源對物體的顯色能力,或在該光源下物體顏色的表觀如何。

 

演色性(color rendering)

    光源對物體的顯色能力稱為演色性,係通過與同色溫的參考或基準光源(白熾燈或晝光)下物體外觀顏色的比較。光所發射的光譜內容決定光源的光色,但同樣光色可由許多、少數甚至僅僅兩個單色光波組合而成,影響所及,對各個顏色的演色性亦大不相同。二相同光色的光源會有相異的光譜組成,光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的演色品質。

當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時,會使顏色產生明顯的色差(color shift)。色差程度愈大,光源對該色的演色性愈差。演色指數系統(Kaufman, 1981)仍為目前定義光源演色性評價的普遍方法,飛利浦照明(Philips Lighting)則在1993年提出改良後的演色向量系統:

 

 (1) 演色指數(Color Rendering Index, CRI )系統

    晝光與白熾燈的演色指數定義為 100,視為理想的基準光源。此系統以 8 種彩度中等的標準色樣來檢驗,比較在測試光源下與在同色溫的基準光源下此 8 色的偏離(deviation)程度,以測量該光源的演色指數,取平均偏差值 Ra 20100 100 為最高。平均色差愈大,Ra值愈低(2-4),低於 20 的光源通常不適於一般用途。

 

2-4. 演色指數與演色性評價

指數(Ra)

 

演色性評價

                   

90100

1A

需要色彩精確比對與檢核之場所

8089

1B

需要色彩正確判斷及討好表觀之場所

60 79

2

需要中等演色性之場所

40 59

3

演色性的要求較低,唯色差不可過大之場所

2039

4

較差

演色性不重要,明顯色差亦可接受之場所

                                                       

光色的心理效果

    一般說來,暖色系(黃~橙,紅~紫紅)在視覺感受上趨近於視者,有溫暖感;寒色系(藍紫~藍,藍綠~黃綠)則看起來後退,有清冷感。光的色調(color tones)亦可喚起吾人對自然環境或生活經驗的記憶與印象,例如火紅的太陽、陰藍的月色、魅綠的螢光等。在劇場燈光的運用上,除特定時間場景的光色使用外,琥珀色可以強調自然膚色,用粉紅色突顯正派人物,如惡棍等反派角色則以綠光來照,光源中若缺乏紅色波長會使人產生蒼白或不健康的膚色。

    即便是通稱為白色的晝光,亦因其色溫的變化而呈現不同的環境觀感,例如陽光的溫暖與陰天的冷漠,此係因色溫度影響吾人心理感受之故(2-5):色溫度在3300 K以下光色開始偏黃,使人感覺較為溫暖;色溫度超過5300以上,光色轉向青白,則感覺清冷。甚至環境的色調或光色的冷暖亦會影響觀者對環境溫度的感知(Rohles, 1977)

 

2-5. 色溫與心理感受

色溫度

心理感受

3300 K

溫暖

33005300 K

中介

5300 K

清冷

 

一般實務上較傾向在同空間使用相似的色溫,以力求色溫的一致性,但在某些情況下,不同色溫的光源也可以用來強調空間內的差異性。

以上照明常用術語的定義解釋係作為瞭解照明設計原理的基礎。