光對兒童心理的影響及其在照明設計中的應用

郭　寧

(中國建筑科學研究院，北京　100013)

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光對兒童心理的影響及其在照明設計中的應用

郭寧

(中國建筑科學研究院，北京100013)

摘要：光對兒童心理的影響范疇包括視覺、情緒、認知與行為等方面。本文通過國內外相關方面文獻研究，深入探討了物理環境中的光(自然光與人工光)對兒童心理的影響。同時，結合照明設計實踐經驗，提出了相應的照明設計指導意見，以期推動兒童空間照明設計水平的提高。

關鍵詞：兒童心理；視覺；情緒；認知；行為；自然光；人工光

引言

光環境對兒童心理的影響被越來越被廣泛關注，目前心理學界研究成果表明，兒童對物理環境極其敏感，尤其對光環境。光環境作用于兒童心理的影響范疇包括視覺、情緒、認知與行為，同時不得不提到的是對于兒童心理影響最為深刻的一類光——自然光。

本文綜述了光環境(包括自然光和人工光)對于兒童心理的影響范疇，并針對其如何發生影響進行較為深入的探討，同時將本領域最先進的研究成果，轉化為照明設計的理論指導，從根本上推動兒童空間照明設計水平的提高。

1光與視覺

1.1簡介

視覺是由光刺激作用于人眼而產生。人類獲得外界的信息中，有80%來自于視覺，[1]僅20%來自于聽覺、觸覺、味覺等其他感知通道。對于兒童而言，沒有光就基本上無法認識世界。

視覺的諸多基本特征和現象包括亮度、色彩以及視覺的空間、時間因素。亮度是人對光的強度的主觀感受，不僅取決于照度水平，而且取決定物體表面的反射系數。極端的亮度對比會危害視覺，并進一步干擾兒童大腦中樞神經系統，影響他們的正常發育。而調節亮度對比的方式不僅有賴于光的照度的分布，而且也關乎于周邊環境是否存在表面反射系數對比極端的情形。

我們常說的色彩其實是兩種類型，一種是由于白光作用于物體表面，通過折射反射透射，而呈現的物體固有的色彩，另一種是彩色光，即光本身的色彩。不同的光源類型會有不同的還原物體固有色彩的能力，這方面的能力被稱為顯色性。自然光具有最完美的顯色性，而人工光源由于所含光譜的分布情況不同，顯色性會有比較大的差異，顯色性是人工光品質的重要衡量指標之一。顯色性好的光源會讓兒童更容易識別色彩的細微差別，提高他們的認知世界的能力和審美能力。彩色光用于局部區域、短時間內會吸引兒童的注意力，長期暴露，則會影響兒童視力的正常發育，還會引發他們坐立不安，煩躁易怒等負面情緒。[2]色彩與智商還有相關關系。關于色彩與認知、情緒會在下文中作更詳細的闡述。

視覺的空間、時間因素包括視覺對比、明適應、暗適應、視敏度等。引發視覺對比的是明暗對比和顏色對比，明暗對比過于強烈則產生眩光，眩光與光環境舒適度成反比。暗適應需要較長的時間(完全適應需要20分鐘左右)，而明適應會造成視網膜的損傷。視敏度是人眼辨認周圍事物的敏銳程度，由照度水平決定，照度水平越高，視敏度越高，照度水平不變，被照物與背景的亮度對比度增加，視敏度也隨之提升，即常說的人眼所具有的趨光性。

1.2光與視覺在照明設計中的應用

兒童長時間停留的空間較大情況應設計成均勻的亮度分布，盡可能降低眩光(比如頂部水平面與光源之間的亮度對比)，同時照明設計師與室內設計師的密切配合也十分重要，因為空間載體是由室內設計師來制定方案的，比如家具、地板、墻面、天花的材質完成面確定后，意味著其反射系數也就相應決定了。照明設計師不能僅僅考慮照度均勻度的問題，要將材料的反射系數一并考量，兒童對主觀的亮度分布更為敏感(圖1)。

圖1　發光天花令空間感覺明亮Fig.1　Glowing Ceiling Increase the luminance of the Space

由于色彩光會影響兒童視力發展，因此兒童空間除了作為點綴的局部區域，不建議大規模使用色彩光(圖2)。對于白色光的使用，必須考慮顯色性較高的光源產品，才能將空間載體的色彩較為充分的展現在兒童面前。而空間載體的色彩選擇是由室內設計師決定的，因而，照明設計師還擔負著將色彩對于兒童視覺、情緒與認知等種種心理因素影響傳遞給室內設計師的專業任務(圖3、圖4)。

圖2　局部使用色彩光Fig.2　Use limited RGB Lighting

圖3　主光源為良好顯色性的白色光Fig.3　Major Functional Lighting Should be White Light with Good CRI

圖4　空間載體可選多色彩Fig.1　Finishing can be rich in Colors

在兒童空間中，視覺舒適度是重要的設計原則之一，除選擇眩光防護好的燈具產品以外，照明方式的選擇更是首當其沖，間接照明可以做到完全沒有直接眩光以外，半直接、半間接照明，由于對空間進行了更合理的亮度分布，也令空間更為舒適。半直接照明還被試驗驗證對兒童的認知發展有利(圖5、圖6)，[3]下文會進行詳細說明。另外對于空間過渡出現明適應暗適應的問題也應該預先考量。由于大量數據表明，兒童更適宜在自然采光的環境中活動和停留，但光強和照度比較充足的日間自然采光，不太可能會在全部空間中存在，自然采光空間與全封閉空間之間，照明設計師就要針對明適應和暗適應的問題進行照明設計。

圖5　直接照明Fig.5　Direct Lighting

圖6　改造后的半直接照明Fig.6　Indirect Lighting After Renovation

盡管兒童活動空間推薦采用一般照明，但對于引導啟發兒童智力的場所，如面向兒童的博物館、科技館、美術館，仍然要利用好人眼的趨光性，對被照物和背景照明的亮度分布進行合理對比，以提升兒童在展品上的視敏度，用光為兒童講故事。[4]

2光與情緒

2.1簡介

2013年的一項關于環境變量與兒童情緒與行為的研究，對光的撫慰情緒作用進行了細分。研究揭示了以下結論：1)自然光最有助于兒童的專注力，但過于刺眼的日光則導致注意力分散；2)人工光環境令兒童通過被動探求來撫慰情緒；3)通過調節亮度，可以幫助兒童舒緩壓力，緩解大腦疲勞；4)兒童特別喜歡人工光或自然光產生的反射光、光斑或影子的形狀，這些會激發兒童積極情緒，促進主動探求；5)眩光會嚴重影響兒童情緒。[5]

同一個空間頂部的亮度如遠低于地面的亮度，則會讓兒童體驗到壓抑等負面情緒。因此亮度的分布不僅影響視覺，而且會直接影響情緒(圖5)。

白色光中，暖白光(3000K)令兒童安靜、放松，中性白(4000K)和冷白光(6000K)讓兒童注意力集中，頭腦清醒。色彩與情緒也有著非常直接的關聯，如下：

紅色帶來緊張度，不利學習，但適宜運動場所提升生理指標。

粉色是女性化的色彩，可以在短時間內帶來平靜感，長時間的粉色暴露會讓人焦慮不安。

黃色與幸福感和喜悅感相關聯，短時間激發動機促進工作記憶，而長時間會產生憤怒和沮喪的感受。

橙色是友好和歡迎感的色彩，促進人際交流。

冷色光平靜心情、集中精力，但顯色性差的冷色光讓人沮喪。感覺冰冷，和過于嚴肅。

藍色與紅色相反，讓人平靜。而研究證實，藍色光會催生人體松果體褪黑素的分泌，而令人萌生睡意。藍色也是短時記憶準確度最高的色彩環境。

紫色與智慧與精神化相關聯，長期暴露會帶來沮喪情緒，有來富足和皇家風范的感受。

綠色是生命和自然的象征，帶來平靜的感受，與健康相關聯，可提升孩子的閱讀速度和提升理解力，是視覺空間注意力最迅速和最準確的色彩環境。

另外一項研究中表明光源的高度與緊張感成正比，即光源越高，緊張感越強烈；光源越低，越令人感覺松弛。[6]

2.2光與情緒在照明設計中的應用

兒童空間的設計在建筑設計層面就應考慮盡可能多的引入自然采光。在兒童通過性公共空間，制造一些有趣的光影，比如利用投影燈制造有趣的光影(圖7)，或者讓光透過格柵撒在地面等等(圖8)。在兒童學習活動的任務性空間，通過控制系統，按照兒童注意力規律進行明暗或者色溫的調節，來幫助兒童從松弛狀態(低色溫、低照度)進入學習狀態(高色溫、高照度)，或從精力集中(高色溫、高照度)過渡到放松(低色溫、低照度)(圖9)。

圖7　有趣的光影Fig.7　Intriguing Light and Shadow

圖8　格柵光影Fig.8　Light through Window Blades

圖9　同一空間在高色溫(6000K)中間色溫(4000K)和低色溫(3000K)下產生不同情緒Fig.9　Different Emotions Aroused by Lighting withDifferent Color Temperature

針對頂面亮度低于地面而造成的壓抑感，照明設計師需要充分考量照明方式的選擇，[3]采用間接照明、半直接或半間接照明來消除亮度分布不均給兒童帶來的壓抑感，比如在一些挑高空間，洗亮頂部結構的照明方式(圖10a)，或者采用上下出光的半直接、半間接照明燈具(圖10b)。

圖10　高空間宜采用上照光渲染(a) 或混合照明(上下出光)(b)Fig.10　Uplighting (a) or Mixed Lighting (Uplighting and Downlighting) in Void

光的色彩本身對兒童視覺發育不利，但空間的色彩需要白光進行很好的還原(即高顯色性光源或自然光引入)，載體本身的色彩才會帶給兒童相應的情緒激發。局部或氣氛渲染的空間，如用彩色光表達，也應充分考慮色彩對兒童的情緒影響和想象力激發(圖11)。

圖11　局部互動色彩光激發情緒和想象力Fig.11　Interactive RGB Lighting Promotes PositiveEmotion and Imagination

在一些小范圍的兒童活動場所，在安全用電的基礎上采用低位置的照明器具，或照明方式，可以令兒童放松心情，緩解緊張情緒(圖12)。

圖12　低位置照明讓兒童心情放松Fig.12　Lower Position of Lighting Makes Children Relaxed

3光與認知

3.1簡介

認知在心理學領域里可以簡單理解為學習能力和學習過程。國內一項關于光環境對閱讀任務(認知層面)的研究，將150lx，300lx, 400lx, 和500lx四個不同的照度水平，以及3000K，4000K, 6000K 三種不同的色溫，搭配形成12種光環境模式，參與實驗的學生對光環境的主觀評價如下，照度值越高越滿意，同時相對于3000K色溫環境，被試學生對4000K與6000K有明顯偏好。而閱讀任務的結果表明，學生對光環境滿意度越高，閱讀所用時長越短，即學習效率越高。[7]

Barnitt 2003年關于學校內照明方式選擇與學習成績之間相關性研究表明，好的人工照明必須是半直接型照明(45%的上照光+55%的下照光)，這樣的混合型照明方式長遠來看，會顯著提高學生的學業水平。[8]

另一項對幾百名兒童智商的研究表明，兒童在藍、黃、黃綠、橙色這些他們認為好看的房間接受測試時智商水平要比在黑、白、棕色房間接受測試的智商水平高26個百分點。[2]

3.2光與認知在照明設計中的應用

照明設計師應該知道300lx—500lx，4000K、6000K中白色溫或高色溫的光環境，是兒童最適合發展認知的、進行學習任務的光環境。半直接型照明(45%的上照光+55%的下照光，或通過照明設計將天花亮度與作業面亮度形成此比例關系)可以為照明設計師在新的案例中所用，以便促進兒童達成理想的學習成績(圖13)。與室內設計師一起工作，將適合兒童認知發展的色彩帶入教室或學習空間(圖14)。

圖13　混合照明空間Fig.13　Mixed Lighting

圖14　明亮色彩的裝飾面Fig.14　Bright-Colored Finishing

4光與行為

4.1簡介

在建筑光環境行為學的一項研究中，筆者將光對行為的影響細分為交往模式、安全與識別、社會性活動的特征、 擁擠感(一種壓力和不適的情緒)等[9]。比如促進交往的環境因素包括：促進交往的色彩包括橙色，而利于平靜和頭腦專注清醒的環境色彩由藍色、綠色提供，而由照明提供的良好的照度、照度均勻度以及顯色性，最終保障了這樣色彩的空間環境激發出兒童最積極的行為表現(圖15)。安全與識別由適宜的照度、柱面照度、照度均勻度來提供，畢竟兒童空間的最基本訴求是安全。另外人們有愛湊熱鬧卻因過度擁擠而焦慮的心理行為特征。采用局部照明同時降低空間整體勻質照明，可以增加私密感而降低心理擁擠的感受。國外的研究表明，光影響著兒童的行為、注意力，比如光的閃爍或反射光會吸引兒童注意力。[10]

圖15　不同色彩的完成面激發不同的兒童行為Fig.15　Different Finishing Arouses DifferentChildren’s Behaviors

4.2光與行為在照明設計中的應用

為激發兒童積極的行為特征：比如安全、放松、積極交往等行為，照明設計師應從量化設計的角度把控空間的良好照度、均勻度、半柱面照度，并運用不同的環境比來控制光環境，從而適應兒童空間不同的訴求點：此空間是需要兒童的集體活動行為還是小范圍、更為私密的溝通行為？彼空間是需要兒童精神集中地完成認知任務？還是可以令兒童短暫分心、小憩和松弛的所在？[10](圖16)

圖16　色彩光影令兒童短暫分心、小憩、放松Fig.16　Colorful Shadows Offer a TemporarilyDistracting and Relaxing Corner

5自然光

5.1簡介

大量研究表明，自然光有助于增強兒童的活動力。[11]Jago和Tanner在1999年以及之前一系列的研究表明，適宜的光環境對于成績的提高起著重要的作用。Benya在2001年就指出通過窗戶和天窗引入自然光，將對兒童產生積極的心理及身體的影響。在有無自然采光的對照實驗中表明，自然采光充分的教室中，學生的閱讀和數學能力都比無自然采光的教室中的學生高出20%以上。自然光的利用需要避免其危害的部分，比如過于刺眼的眩光，還有在空間中的視覺過渡問題等等。

如果仔細探討自然光本身，其特質有以下幾個層面：太陽在一天中的變化有位置的變化(這是光源位置高低和緊張程度的關聯性的基因密碼)早晚的低位置，都令人精神松弛，而正午的高位置，則令人精神緊張，精力集中。另外就是自然光物理特性在一天中的變化其實就是照度和色溫在一天中的規律變化。早晚的照度和色溫都很低，而正午的色溫照度值都達到最高。

5.2自然光在照明設計中的應用

國外的照明設計師的工作在建筑設計概念的初始階段就開始了，這樣的早期合作關系決定了照明設計師在國外建筑的自然采光控制方面很有話語權。但在國內，這樣的早期合作并不多見，交付到室內照明設計師手中的案子往往自然采光的部分已經為既定狀態。但我們希望通過照明設計師對光的理解，能夠更廣泛和充分地傳達給建筑師，尤其是設計兒童空間的建筑師，傳遞自然采光對于兒童生理、心理、認知、行為發展的巨大意義，從而期待新建的更多的兒童空間本身就能沐浴在陽光之間(圖17)。但是對于已經建成的兒童空間，自然采光并不能覆蓋每個空間，照明設計師可以利用對自然光特質的把握，進行自然采光的模擬，比如利用發光天棚的照明方式，并利用控制系統，調節發光天棚的照度和色溫，使全封閉空間中也可以感受到天光一天變化的節奏(圖18)。另外，也可以模擬日光通過格柵灑下的光影，來制造空間自然采光的感受(圖19)。

圖17　自然光空間Fig.17　Space withNatural Light

圖18　無自然采光中模擬自然光節奏Fig.18　Simulate NaturalLight Rhythm

圖19　模擬自然造影Fig.19　Simulate Natural Shadow

注：本文全部圖片引用自www.pinterest.com

參考文獻

[1] 趙睿. 建筑光環境設計中的心理學因素[J]. 工業建筑,2007,37(增刊):153.

[2] 秦鑫，王愛英，劉賓. 兒童空間照明設計探討[J].燈與照明,2004,28(4).

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[4] Ching D K， Binggeli. Interior Design Illustrated[M]. Second edition. John Wiley & Sons, Inc. New Jersey, 2005.

[5] Nandineni Rama Devi. A study of the Associations between the Environmental Variables and Comforting of Children in the Interior Spatial Environment of Pediatric Hospitals from a behavioral Context.2013.

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[11] Catherine Docherty, Andrew Kendrick, Paul Sloan, et al. Designing with Care. Interior Design and Residential Child Care. Final Report by Farm 7 Scottish institute for Residential Child Care,2006.

The Influence of Lighting upon Psychology of Children and How

to Apply It to Lighting Design

Guo Ning

(ChinaAcademyofBuildingResearch,Beijing100013,China)

Abstract：The psychological aspects of children include vision, emotion, cognition, and behavior. This essay addresses the influence of lighting (both artificial and natural light) upon psychology of children. Moreover, given the practice in lighting design, suggestions are provided on children’s spaces’ lighting followed by each piece of research finding, in order to boost the development of lighting design for children.

Key words:psychology of children; vision; emotion; cognition; behavior; natural light; artificial light

中圖分類號：X24

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.06.006