建筑景觀照明設(shè)計中光源光譜與環(huán)境作用的關(guān)系

姚 其，史 悅，趙海天

（深圳大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，深圳 518061）

建筑景觀照明設(shè)計中光源光譜與環(huán)境作用的關(guān)系

姚 其，史 悅，趙海天

（深圳大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，深圳 518061）

景觀照明設(shè)計師一般從實踐中理解所設(shè)計環(huán)境要素，而相對缺乏對光源光譜以及景觀形成的深刻理解，從而導(dǎo)致不能預(yù)期景觀照明最終帶來的效果，目前景觀照明中存在照明情境不符、過度照明、光污染等問題。通過從光譜理論的角度探討光源色與物體色的關(guān)系，以及光譜與物體反射的作用理論，并以某一物體色樣作為參考，探討了傳統(tǒng)光源、LED光源以及各種單色光譜對于色樣照射產(chǎn)生的效果，分析了光源光譜與環(huán)境作用關(guān)系，得到景觀照明效果的一般性結(jié)論。由此可以從理論上對建筑照明設(shè)計中照明效果進(jìn)行預(yù)期以及選用合適光譜的光源。基于光譜理論的推導(dǎo)、計算，使得景觀照明效果能夠完全定量化。

景觀照明；光譜；光源色；光譜反射曲線

建筑景觀照明的研究早期主要是定性的研究，從實際經(jīng)驗出發(fā)的設(shè)計，以亮化為目的；近幾年來學(xué)者們和照明設(shè)計師逐漸認(rèn)識到要對景觀照明進(jìn)行一定的參數(shù)定量研究［1－3］，以使景觀照明設(shè)計中具有理論性的依據(jù)，同時使各式照明設(shè)計有據(jù)可依。

國內(nèi)景觀照明工程很多，但是效果良莠不齊，很多建筑和景觀照明或多或少出現(xiàn)了一些問題，諸如照明不能展現(xiàn)景觀特點，夜間呈現(xiàn)照明效果差，視覺不舒適［4］，能源浪費以及光污染［5］等問題。設(shè)計師或是工程師由于缺乏對光源光譜的理解，對于光源選擇存在問題，導(dǎo)致照明效果不理想；同時設(shè)計師會混淆重塑、再現(xiàn)問題，在景觀照明設(shè)計中，分不清是要重塑建筑景觀，使其展示不一樣的效果，還是以再現(xiàn)景觀為主要目的，從而使設(shè)計出的效果不能讓人滿意。白光且光譜較為豐富的光源［6］對于物體的再現(xiàn)性效果較好，基本上與自然光下照射效果偏離不是很大，使建筑景觀整體感覺更為自然；光譜相對缺失較多的光源，照射效果較差，更偏向于其本身的光源色，偏離建筑景觀的固有色。

城市的夜景照明分為整體性照明和局部性照明［7］，整體性照明規(guī)劃了整個區(qū)域夜景光色的基調(diào)，而局部性照明，主要體現(xiàn)在單獨一處景觀的特殊設(shè)計。不管是整體性照明還是局部性照明，都要考慮光源色與景觀色整體效果。景觀照明光源自身的光源色與建筑景觀本身的固有色［8］，將會互相作用［9］，形成與白天不一樣的感覺，營造整體氣氛，需要對于建筑景觀整體的把握，對于光源也需要清晰的理解。因此，從光源光譜與物體反射光譜曲線［10］角度進(jìn)行理論分析，可以清晰的分析光源與物體所對應(yīng)的色度。通過使用不同的光源色對選定物體色進(jìn)行作用分析，得到光源與物體間光譜作用的基本關(guān)系，并且應(yīng)用于實踐分析，可以對景觀照明效果得到更直觀的預(yù)期。

1 傳統(tǒng)光源光譜對景觀物體的作用關(guān)系

在進(jìn)行景觀照明設(shè)計時，要深刻理解光源色與物體色，這樣才能對于所做的照明設(shè)計效果做到前期估量。對于建筑景觀照明來說，通常采用高壓鈉燈、金鹵燈、LED等光源，而一些單色光譜的小功率光源自身則多作為景觀的裝飾。

所謂光源色就是指光源本身的顏色，通常用色表或是色溫［11］來進(jìn)行描述。所謂物體色［8］，是指光照射到物體上發(fā)出的顏色。日常應(yīng)用中，通常以自然光（日光）下的物體色作為標(biāo)準(zhǔn)，稱之為固有色。景觀照明所呈現(xiàn)的效果即是由光源色與物體色所決定的，由于同色異譜現(xiàn)象的存在，使用直觀的色彩描述仍會有偏差，更準(zhǔn)確的描述或是表示方式是采用其對應(yīng)的光譜。光譜的相互作用，直接影響了照明設(shè)計的效果，圖1所示為日光光源色以及某一種物體對應(yīng)的光譜反射曲線。

不同建筑或是景觀，由于其表面材質(zhì)差異很大，其光譜反射曲線也不盡相同，為了進(jìn)行光譜研究，選定一種物體樣品（綠色光譜反射曲線）作為研究對象，如圖1（b）所示。自然光光譜、以及典型的高壓鈉燈、金鹵燈、LED光源光譜與各類單色光譜光源［12］作為照明光源照射，其中金鹵燈、LED光源都是白光光源。

圖2 光源光譜及相應(yīng)物體反射后光譜

典型光源光譜作用于物體樣品后，光源光譜及相應(yīng)物體反射后光譜如圖2所示。自然光下照射效果十分接近于樣品色度值。圖3為光源色及相應(yīng)光源照射物體色（圖中參考物體色為等能白光下物體色），以自然光下作用效果作為參考，LED光源［13］光譜作用后效果也非常好；金鹵燈照射后，有一定距離偏離［14］，其整體效果也能夠接受；高壓鈉燈［15］光譜的作用效果一般，偏向于黃色色域，偏離樣品色度值。光譜相對較為豐富的白光光源對于物體的還原性較好，而光譜缺失較多的光源，則會造成比較嚴(yán)重的偏色。

圖3 光源色及相應(yīng)光源照射物體色

2 單色光光譜對景觀物體的作用關(guān)系

單色光一般指飽和度非常高的光源，其半峰全寬（FWHM）通常較小。在景觀照明中，單色光光譜光源也有使用，但應(yīng)用場合和方式很重要，不合理的應(yīng)用將會帶來較差的效果。通過采用高斯分布光譜模擬單色光光譜與景觀物體（圖1（b））作用研究，光譜峰值波長（430、480、530、580、630、680 nm），半峰全寬50 nm。

圖4 單色光譜光源與相應(yīng)物體反射后光譜

單色光譜光源與相應(yīng)物體反射后光譜如圖4所示。由于單色光光譜所對應(yīng)的波長范圍非常窄，因此其與景觀物體作用后，反射光譜也在相應(yīng)的窄波段范圍。其色度值計算（圖5）表明，單色光源照射后物體色與單色光光源色非常靠近，而遠(yuǎn)離參考物體色。單色光光源作為景觀照明時，主要反映的是光源色，不能再現(xiàn)景觀效果。因此，單色光源對于再現(xiàn)景觀是沒有任何作用的，只有在重塑建筑景觀時才應(yīng)考慮使用。

圖5 單色光光源色及相應(yīng)光源照射物體色

3 不同純度光源光譜對景觀物體的作用關(guān)系

光源色與物體色是相互作用的過程，使用不同純度（飽和度）光源作用于景觀物體，可以研究其具體影響規(guī)律。使用峰值波長530 nm光譜作為研究對象，半峰全寬從30 nm變化到180 nm，其歸一化光譜以及作用于景觀物體反射后光譜如圖6所示，相應(yīng)色度值變化如圖7所示。隨著半峰全寬逐漸增加，光源照射下物體色逐漸靠近參考物體色。

圖6 FWHM從30 nm變化到180 nm

圖7 峰值530 nm光譜，F(xiàn)WHM從30 nm變化到180 nm時色度變化

4 景觀物體光譜反射曲線的影響

通過設(shè)置景觀物體光譜反射曲線變化，研究光源照射后物體色變化規(guī)律。由物體光譜反射曲線逐漸過渡到等能光譜反射曲線，分別設(shè)置出5條逐漸變化的光譜反射曲線，如圖8所示。光譜反射曲線1、2、3、4、5色度以及傳統(tǒng)光源照射下相應(yīng)色度變化，如圖9所示。當(dāng)光譜反射曲線為等能光譜反射曲線，光源照射下物體色與光源色一致，當(dāng)光譜反射曲線逐漸變化越來越大時，光源光譜與物體之間的相互作用越明顯。高壓鈉燈由于光色偏黃，其與景觀作用后，相應(yīng)物體色都處于偏黃色區(qū)域；而白光金鹵燈和LED照射下，其相應(yīng)物體色與參考色度相對較為接近。

圖8 光譜反射曲線變化

5 結(jié) 論

景觀照明中，光源與被照的環(huán)境共同決定了最終夜間景觀的呈現(xiàn)效果，通過使用傳統(tǒng)光源以及LED的光譜進(jìn)行了光譜作用分析，探討了不同光源

圖9 光源照射下各物體樣本色度變化

對于建筑照明設(shè)計效果的影響；而采用單色光源光譜對景觀環(huán)境進(jìn)行照射分析時，又呈現(xiàn)了完全不同的效果。由景觀照明中光源光譜與環(huán)境作用關(guān)系理論研究，可以得到以下結(jié)論。

1）光譜作用可以視作減色過程，相對豐富的光源光譜對于物體色的減色少，還原性更好。

2）單色光源光譜作用于物體，依據(jù)減色原理，反射光譜集中于相對應(yīng)波段，光色接近光源色。

3）光源色的純度按照不同方向變化時，物體色從接近參考物體色到接近光源色變化。

4）景觀物體呈現(xiàn)顏色，傾向于光源色或是光譜反射曲線相對色度飽和度較強的一方，當(dāng)光源色飽和度和物體固有飽和度都較強時，則效果難以預(yù)測。

當(dāng)然，一定范圍色度的偏離，對于人們的感知相對影響較小，從而使光源的選擇面更廣一些，對于光譜的要求有所降低，但是偏差大時，整體效果是無法接受的。因此，如果設(shè)計師考慮需要重塑景觀時，可以采用一些特殊的光譜，以達(dá)到與自然狀況下感覺不一樣的效果；如果考慮的是再現(xiàn)景觀時，則最好采用光譜較為豐富的白光。

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（編輯 王秀玲）

Theoretic Analysis on Effect of Light Sources’Spectrum on Environment in Architecture Landscape Lighting

Yao Qi，Shi Yue，Zhao Haitian

（College of Architecture and Urban Planning，Shenzhen University，Shenzhen 518061，GuangdongP.R.China）

Generally，lighting designs originated from designer’s experience，and the lack of understanding spectrum and landscape formation results in unexpected effect，like discrepancies of lighting and landscape，excessive lighting，light pollution，etc.Based on spectrum theory，relationship between illuminant color and object color had been discussed，and through taking an object color sample as a reference，lighting effect of traditional light sources，LED light source and a variety of monochromatic spectrum light sources had been studied.Effect of light sources’spectrum on environment had been analyzedand，general rules of landscape lighting effect are achieved.The results make it possible to theoretically predict architectural lighting design effect in the design procedure and help to choose appropriate light spectrum.Based on spectrum theory，landscape lighting effects can be fully quantified.

landscape lighting；spectrum；illuminant color；spectrum reflection curve

TU113.1

A

1674-4764（2014）05-0076-05

10.11835／j.issn.1674-4764.2014.05.013

2014-03-12

廣東省博士啟動基金（S2013040016769）

姚其（1984-），男，博士，主要從事建筑光學(xué)研究，（E-mail）yaoqi＠szu.edu.cn。