閱讀臺燈色溫對于視覺功效的影響研究

劉娜 王巍

(3M中國有限公司家庭及文教實驗室，上海 200233)

1 引言

在人類所經(jīng)歷的漫長進化過程中，由于長期處于自然光環(huán)境中，形成了人的視覺器官的特殊結構。人眼是一個很敏感，復雜的結構，很容易受到傷害。隨著城市建設的發(fā)展和科學技術的進步，日常生活中“光污染”現(xiàn)象日趨嚴重，夜晚霓虹燈閃爍，室內不良光色環(huán)境等都是構成光污染的因素。我國的一項研究結果表明，光污染對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)境提供完成工作學習等閱讀工作所需的光線的閱讀臺燈，研究其不同光學參數(shù)對于視覺特性的影響便有其重要性和迫切性。

由于國內外專家學者和臺燈生產(chǎn)廠商目前對于臺燈色溫對于使用者視覺特性的影響研究還很少涉及，而且目前我國的現(xiàn)行標準基本是按照國際照明委員會的標準來制定和修改的，并未規(guī)定臺燈的色溫。針對這個問題，通過下述實驗設計研究臺燈色溫對于閱讀者視覺特性的影響。

2 實驗方法

2.1 概述

實驗采用三種不同色溫的臺燈 (2700K，4500K，6400K)模擬家庭中實際使用臺燈的情況。

首先在不同的色溫下測試試驗者的視力，使用的是國際標準對數(shù)視力表，如圖1所示，可用來測試不同色溫下對于目標的探測率，然后通過在臺燈下完成一些基本的閱讀測試任務后再測試試驗者的視力，從而測試不同色溫對于視覺特性的影響。

圖1 國際標準對數(shù)視力表

2.2 實驗光環(huán)境

實驗在長6m，寬3m，高3m的暗房中進行。暗房中內壁全部涂成黑色。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處使用國際標準對數(shù)視力表測試視力;然后在測試位置2處坐于桌前閱讀指定的銅版紙閱讀任務共三分鐘，在此閱讀環(huán)境時，使用同一盞臺燈但是不同色溫的光源，保證閱讀面的平均照度為500lx;完成閱讀任務后馬上在距離5m處使用國際標準對數(shù)視力表測試視力，測試視力時背景光同一開始時測試采用的照度和色溫。

實驗中使用3種不同色溫的照明測試條件，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 被測者

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

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

2.4 實驗過程

為了保證被試對實驗目標有充分的了解以及其評價的客觀性，在實驗前先對實驗需要評價的目標進行了講解，對實驗中需要填寫的主觀評價表進行了說明，同時預先亂序點亮各燈讓被試對臺燈的有較為具體的認知并建立相對合理的評價標準。對于被試在預實驗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驗。

在每個色溫點亮后讓14名被試者打亂順序后測試，有利于被試者眼睛疲勞的恢復適應新的測試和記憶的消除，使得試驗結果更加客觀。

每個測試者在每盞色溫的光源下的測試流程如下:

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

(b)在圖2的測試位置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，距離觀測的水平桌面400mm高度的位置，閱讀銅版紙雜志的5號字體的內容，共三分鐘，然后給出主觀評價;

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

圖2 實驗空間示意圖

3 實驗結果

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于目標的探測程度。通過實驗數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計，得出了三種不同色溫照明背景下的平均視力如圖3所示;實驗數(shù)據(jù)表明，測試者初始接觸到6400K冷色溫的背景光時對于目標的探測程度最強，4000K冷白色溫的背景光的探測程度其次，2700K的暖色溫的背景光的目標探測程度最弱。

圖3 不同色溫背景光下被試者初始視力

3.2 完成閱讀任務后的平均視力

我們再檢測被試者在完成三分鐘銅版紙閱讀任務后的視力。我們使用平均視力來表示目標完成閱讀任務后的視覺反應。從圖4我們可以看到，在經(jīng)過閱讀任務后，每種特定色溫下的平均視力都有所下降，這說明在我們設計的實驗中，在短期內會令被測者產(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后的視力

3.3 被試者對于色溫的主觀評價

閱讀任務完成后，我們會令被試者對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 被試者對于不同色溫喜好評分

圖6 受試者喜好的照度與色溫的分布與公認的舒適區(qū)域的關系

從圖6［2］可以看出，國際公認的在500lx照度下的色溫舒適區(qū)域應當是2800K到5000K。被試者的主觀評價打分和公認結果基本吻合，最受喜愛的是4500K色溫;但打分排名第二的為6400K，這和公認的結果有些不符。這主要可能與我國家庭照明較長時間都使用高色溫的熒光燈管有關，比較符合普通家庭節(jié)約電費的需要［3，4］。

4 實驗結論及討論

4.1 實驗結論

對于初始沒有任何閱讀任務時候的目標探測，高色溫6400K冷白色光環(huán)境下平均視力最高。

對于完成一定的閱讀任務后，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。

被試者的主觀評價打分和公認結果基本吻合，在桌面平均照度500lx下，最受喜愛的是4500K色溫，與公認的2800K到5000K的結果相符合。

4.2 實驗討論

關于初始狀態(tài)的目標探測以及完成一定閱讀任務后的數(shù)據(jù)，可以用明視覺狀態(tài)下的光譜光效對人眼的視覺影響來解釋。在明視覺狀態(tài)下，視覺靈敏度會向短波方向移動，起作用的主要是人眼中的桿狀細胞［5］。因此，6400K色溫下，初始狀態(tài)時人眼對藍色目標更為靈敏，目標探測更為準確。在經(jīng)過高強度的視覺作業(yè)之后，4500K色溫下視疲勞程度最低，這是因為4500K色溫光源的光譜均勻度最好，導致視覺功能下降的最小。

國際公認的在500lx照度下的色溫舒適區(qū)域應當是2800K到5000K。被試者的主觀評價打分和公認結果基本吻合，最受喜愛的是4500K色溫;但打分排名第二的為6400K，這和公認的結果有些不符。這主要可能與我國家庭照明較長時間都使用高色溫的熒光燈管有關，比較符合普通家庭節(jié)約電費的需要。

所以本文認為，在考慮家庭使用臺燈作為主要工作和學習的光源的提供來源，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．照明工程設計手冊．天津:天津科學技術出版社，1984．

［2］［日］照明學會．照明手冊．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1985．

［3］趙麗等．西安建筑科技大學學報。1998，393～395．

［4］袁樵等．照明工程學報．2006，40～45．

［5］林燕丹，陳大華等．復旦學報 (自然科學版)．2002，453～458．