照明光源對服裝色彩影響的實驗研究

翁 季，曹 馨，黃香琳

(重慶大學建筑城規學院；山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

引言

隨著線上購物的崛起，給實體服裝店帶來了前所未有的沖擊，相比線上服裝店的方便快捷，實體服裝店的主要競爭優勢則體現在服飾可看可試穿的真實體驗性上。目前我國實體服裝店多集中于商場內，而商場建筑的光環境營造以人工照明作為主，這就要求充分考慮商場服裝店的照明設計，營造出既具有一定藝術特點，又能展現服裝真實色彩的光環境，使商場服裝店在網購時代下充分展現自身獨特的發展優勢，順應當前體驗式經濟的熱潮。

經文獻查閱和前期調研發現，已有大量的商業經營者、設計師及學者注意到服裝店光環境設計的重要性。為了實現適用與藝術兼顧的空間光環境，國內外開展了一系列關于建筑照明設計的研究，但目前對光源顯色指數與人眼真實色彩感受的相關性研究還相對較少。目前國內對商業照明的照度、照度均勻度、色溫及顯色性等，已有相關數值推薦[1，2]，但相關推薦數值在實際運用中，是否能真實的滿足人們的身理及心理需求，則需進一步探討。再者，隨著新型照明光源發光二極管LED的快速發展，此類光源因其優良的節能品質與照明效率，而在大量商場、服裝店、餐飲店迅速普及。但LED發光原理實際上是由紅光、藍光和黃光混合而產生白光，這類白光由于自身缺相，故其顯色性評價準確性會有一定的誤差。因此高顯色指數的LED光源能否在服裝店照明中為購物者帶來良好的顯色體驗亦有待探究。

本文首先對商場服裝店光環境進行了實測調研，了解其照明現狀并分析其照明環境現存問題。再針對目前服裝店上常用的幾類照明光源類型，分析其光譜特性，最后利用視覺評價實驗，探討了不同光源下不同色彩的真實性展現程度，最終得出適宜于服裝店色彩展現的照明光源類型與相應色溫及照度,為不同類型服裝店的照明光源選擇提供一定參考。

1 調研

1.1 調研對象

本次研究選取調研對象為重慶市商場內青年品牌服裝店，對重慶市嘉州路、觀音橋、三峽廣場等多家商場中的青年品牌服裝店進行了調研，其中以三峽廣場BANANA CICI與FASHION兩個品牌專賣店的照明現狀為例進行重點分析。

1.2 調研過程

此次調研流程如下：①通過問卷訪談，了解消費者對于服裝店照明環境的主觀評價；②記錄服裝店光源類型、照明方式、墻面裝修以及店鋪主要服裝色彩；③通過XYI-III型全數字照度計測量店鋪墻面反射比與水平照度；④通過日本柯尼卡美能達CL-500A光輻射照度計測量服裝店光源色溫與顯色指數。

1.3 調研結論

1)服裝店基礎數據。對服裝店照明基礎數據整理如表1所示，光源多采用發光二極管(LED)燈、緊湊型熒光燈與陶瓷金鹵燈，色溫在2500～4500 K之間。BANANA CICI店內服裝以白色、粉色及淺咖等清新淡雅的色彩為主，墻面采用白色涂料，整體空間較明亮；FASHION店內服裝色彩則更加豐富，墻面刷灰色涂料，空間亮度看起來稍顯昏暗。

表1 服裝店照明基礎數據

2)問卷結果與實測結果整理分析。據問卷結果(圖1)與BANANA CICI、FASHION的相關實測數據(表2)整理分析顯示：

①平均水平照度：BANANA CICI服裝店為784lx，FASHION服裝店為642lx，均滿足國家對其500lx的標準，問卷調查結果顯示分別有60%與50%的人認為該照明環境亮度滿足購物需求；

②照度均勻度：BANANA CICI服裝店為0.29，FASHION服裝店為0.15，均未滿足國家標準，但仍有超過50%的人表示視覺比較舒適；

③光源色溫與顯色指數：BANANA CICI服裝店光源色溫為2949 K，光源顯色指數Ra=80；FASHION服裝店主體光源色溫為3171 K，顯色指數Ra=92，均滿足有關規定，然而問卷結果顯示仍有20%的人認為BANANA CICI服裝店照明環境影響了服裝色彩的評判，而對FASHION服裝店更有超過30%的人認為其照明環境影響了服裝色彩的評判。

綜上，我們可以發現服裝店內光源色溫及顯色指數與顧客對色彩的分辨難易程度并非絕對正相關的關系，于是課題小組設計相關試驗探索光源類型、照度、色溫對服裝色彩評判的影響關系。

圖1 問卷調查結果Fig.1 The results of questionnaire

表2 服裝店光環境相關實測數據

2 實驗設計

2.1 研究思路

實驗在標準色度光源比對儀的兩個觀測箱中，分別放置1種標準光源(D65光源)與5種測試光源，再通過對光源低(300 lx)、中(500 lx)、高(800 lx)三組照度值的調整，合計獲得15組對比標準光源與測試光源的照明環境。通過被試者觀測評價各實驗色卡在兩種照明環境下的色彩差異程度，進而探討不同光源、不同照度及不同色溫對商場服裝店服裝色彩真實性的影響。

由于此實驗研究對象為光源本身，而不討論照明方式，故光源均設置為一般照明。實驗色卡根據服裝顏色特點，以色相、飽和度和明度為變量，共計9組，27個顏色。實驗被試共10人，其中男女各5人，年齡范圍在24～28歲，所有被試者均色覺正常。實驗被試通過觀測對比標準光源與測試光源下實驗色卡的色差值大小，對其評分，評分標準為0～5分，其中：0代表完全沒有色差；5代表色差非常大，從0～5色差感受逐漸增大。

2.2 實驗設計

1)標準色度光源比對儀。實驗在光學暗室內進行，所使用的實驗設備為標準色度光源比對儀(圖2)，該儀器由兩個相同的實驗裝置構成，每個實驗裝置分別由下部用于實驗色卡觀測的箱體以及上部用于照明光源設置的箱體組成。下部觀測箱內刷白色漫反射涂料，并將實驗色卡放置面設置為弧形，以實現內部光線的漫反射，弧形正對面設觀察孔，用于被試的目視觀測。觀測箱上部設置燈箱，采用220 V交流穩壓電源及直流穩壓電源供電，其中標準光源燈箱用于放置標準D65光源及鎮流器，測試光源燈箱用于放置不同色溫的測試光源及附件，燈箱設置調節旋鈕，用于調節燈具高度以達到待測光源箱內所需照度。

圖2 標準色度光源比對儀Fig.2 Standard chroma light source comparator

2)實驗光源。在自然環境的長期影響下，人們習慣于在自然光下視物，故本實驗期望選用自然光作為參考光源，但自然光具有隨機性、多變性、易干擾性，其應用與控制均較為復雜[3]。實驗最終選擇國際照明委員會CIE推薦的最接近日光光色的D65標準光源作為參考光源。測試光源則根據前期調研，選擇了目前商場服裝店內常用的幾種照明光源，分別為：發光二極管(LED)燈、陶瓷金鹵燈、緊湊型熒光燈，其中對LED燈和陶瓷金鹵燈又選擇了兩種色溫，故此次實驗共營造了5種測試的照明場景。實測實驗光源參數如表3所示。

3)實驗色卡設計。將調研采集的服裝店內主要服裝色彩圖片在Adobe Photoshop CC中進行濾鏡馬賽克處理，再通過色彩管理器查看各個色塊的色相、明度與飽和度，發現服裝店多采用紅、藍色系，但其選用色差的明度與飽和度卻相差較大，因此本實驗色卡設置綜合考慮色相、明度與飽和度三方面因素，首先確定了7種彩色色相，分別為：正紅(R)、品紅(PR)、橙色(O)、黃色(Y)、綠色(G)、天藍(B)和寶藍(RB)，再對每種色相的明度與飽和度進行相應調節，得到同色相下的3種不同飽和度或明度的色樣色卡。同時，在調研中還發現服裝色彩中白色與黑色同樣占有較大比例，因此對白色(W)與黑色(BL)也分別選擇了3種常見色樣設置色卡。最終實驗色卡合計9組，27色，相關色相、明度與飽和度數據見表4。

表3 實驗光源參數表

表4 實驗色卡顏色信息表

2.3 實驗步驟

實驗流程如圖3所示。(1)實驗被試進入實驗室，主試向其解說具體實驗要求及內容；(2)每組實驗開始前給予被試者3～5 min以適應實驗光環境；(3)設置實驗場景一(緊湊型熒光燈與標準光源色差對比實驗)，啟動標準光源箱和測試光源箱電源，箱內放置照度計，調節光源高度至照度為300 lx左右時，完成場景設置；(4)實驗被試坐于標準色度光源比對儀前，觀測箱內色卡，并根據每組色卡的色差感受，依次對27種色樣進行評分，每種色樣平均呈現時間為1 min；(5)實驗被試休息5 min，同時調節燈具高度直到照度計顯示為500 lx左右；(6)被試者按照步驟4)再次對27種色樣進行主觀評分；(7)被試者休息5 min，同時調節燈具高度使照度達到800 lx左右；(8)被測者按照步驟4)再次對27種色樣進行主觀評分；(9)重復步驟(3)～(9)直至5組測試光源的5個照明場景全部完成(合計實驗時間約6 h)[4]。

圖3 實驗流程Fig.3 Experiment process

3 實驗結果分析

本實驗為10個實驗被試×5種測試光源×3種照度×27個實驗色卡，共計4050個數據。

3.1 不同光源下的實驗結果分析

整理計算5種測試光源下，10位實驗被試對27種色樣色差評價的總評分(表5)，得分越高說明主觀評價的色差感受越大。

表5 各測試光源色差評分表

對表5中的數據進行分析，可以得出:(1)測試光源相關色溫Tcp≈4 000 K時相較于Tcp≈3 000 K時的色差感受更小，顯色效果更好；(2)當Tcp≈3 000 K時，測試光源中陶瓷金鹵燈的色差總評分最小，故其顯色效果相對更好;(3)對比4 K陶瓷金鹵燈與LED，發現色差總分相差很小;(4)從所有光源來看, 4 K陶瓷金鹵燈的色差總分為最小，顯色效果最好。

圖4 色差總評分與顯色指數的關系Fig.4 The relationship between total color difference score and color rendering index

結合表3中給出的測試光源顯色指數，繪制測試光源下色差總評分與相應光源顯色指數的相關性圖表如圖4。從圖中不難發現：(1)緊湊型熒光燈顯色指數較高，但其色差評分卻較差；(2)就陶瓷金鹵燈而言，其顯色指數越高，色差評分越好，呈正相關趨勢；(3)而對于3 K LED光源，顯色指數高，色差評分卻偏大；4 KLED光源，其顯色指數較小，而色差評分卻很小。

綜上可知，測試光源的色差總得分變化趨勢與其顯色指數變化趨勢不一致，故光源的顯色指數并不能真實的反映人眼視覺效果,人眼的視覺效果在一定程度上還受到色溫的影響。

3.2 同一光源不同照度下的實驗結果分析

為了進一步分析同一光源下色彩差異與照度的關系，在實驗中分別對每種測試光源設置了300 lx、 500 lx、 800 lx三種照明環境進行色差評價。將5種測試光源在三種不同照度下的色差平均分進行匯總(表6)，并繪制折線對比圖(圖5)。

表6 不同照度下各測試光源色差評分平均值統計表

圖5 不同照度下各測試光源色差評分對比圖Fig.5 Contrast diagram of color difference score of each test light source under different illuminations

對表6、圖5分析可以發現:(1)除緊湊型熒光燈外，其余測試光源均在照度E=500 lx和E=800 lx時的色差感受相較于在低照度E=300 lx時更小; (2) 陶瓷金鹵燈在800 lx的高照度時，人眼觀測色卡的色差更小; 緊湊型熒光燈與LED燈在500 lx的中等照度時，人眼觀測色卡的色差更小；(3)所有測試光源中以4 K陶瓷金鹵燈在E=800 lx的高照度時的色差感受最小。

3.3 同一光源不同顏色的實驗結果分析

1)同一光源下彩色色卡的色差評價分析。整理7組彩色色卡的色差評分(表7)，以每類光源下7組色相色差得分的平均值作為參照值，對不同色相色差大小進行評定，并與測試光源光譜圖進行對比(圖6)，可以發現光源光譜與色卡的顯色性存在一定聯系，呈現出的偏向性規律為：位于光源光譜能量分布較多的色彩區域內的色相，其色差得分較小；而位于光源光譜能量分布較少的色彩區域內的色相，其色差得分往往較大。在幾乎所有測試光源下，人眼對品紅與寶藍有較大色差感受，而對黃、綠與天藍三色的色差感受較小。

表7 不同色相色卡在各測試光源下的色差得分表

圖6 各光源光譜與色相色差評分對比圖Fig.6 Contrast diagram of spectrum and chromatogram of each light source

2)同一光源下同種色相在不同飽和度或明度時的色差分析。根據21種彩色色卡的色差得分，繪制其在各測試光源下的色差得分對比圖(圖7)。由圖可見，各測試光源下彩色色卡的色差值從大到小依次為：緊湊型熒光燈>3 KLED>3 K陶瓷金鹵燈>4 K陶瓷金鹵燈≈4 KLED，且除4 KLED光源外的4種測試光源下，每組色卡的色差值變化趨勢大致保持一致。對這4種測試光源下的色差值進行分析，可以發現大體趨勢為：1號色色差評分>2號色色差評分>3號色色差評分。結合表4每組色相下3個色樣的顏色信息可以得出：同一光源下，1號色色差評分大于2號色即飽和度越高色差越大；1號色色差評分大于3號色即明度越高色差越大。因此在除4 KLED以外的測試光源下，均呈現出飽和度與明度越高色差越大的規律。

圖7 21種彩色色卡在各測試光源下的色差得分對比圖Fig.7 Contrast chart of color difference scores of 21 color CARDS under various test light sources

3)同一光源下黑白色卡的色差評價分析。整理白色組3種色樣及黑色組3種色樣的色差評價得分，并繪制色差得分對比圖(圖8)。據表4色卡顏色信息可知，白色色樣均明度較高、飽和度較低，而所有黑色色樣的明度與飽和度均較低，故不討論黑白色樣的明度與飽和度對色差的影響。從圖8中可以看出各測試光源下黑白色卡色差值從大到小依次為：緊湊型熒光燈>3 K LED>3 K陶瓷金鹵燈>4 K LED>4 K陶瓷金鹵燈，即黑白色樣在4 K陶瓷金鹵燈下色差更小，光源的顯色性更好。

圖8 6種黑白色卡在各測試光源下的色差得分對比圖Fig.8 Contrast chart of color difference scores of 6 black and white color CARDS under each test light source

4 結論

本研究通過視覺評價實驗設計，定量探討了在5種不同測試光源下以及同一測試光源在3種不同照度下，人眼對色彩色差的觀測效果，以及不同顏色在同一光源下的顯色效果。主要結論如下:

1)光源的顯色指數并不能夠真實反映人眼的視覺效果，人眼的視覺效果在一定程度上受到色溫的影響，尤其是相關色溫Tcp≈4 000 K的LED燈；

2)陶瓷金鹵燈在800 lx的高照度時，以及緊湊型熒光燈與LED燈在500 lx的中等照度時，人眼觀測色彩的色差相對更小；

3)就不同顏色而言，在同一光源下，人眼對黃、綠與天藍三色的色差感受整體較小，而對品紅與寶藍易產生較大色差；明度與飽和度高的顏色易產生較大色差；以黑白灰服裝為主的服裝店，在僅考慮獲得更好的顯色效果方面，宜選擇相關色溫Tcp≈4 000 K的陶瓷金鹵燈。

不同類型服裝店，所售服飾色彩具有顯著差異性。因此為了帶給顧客更真實的服裝顯色體驗，在進行服裝店照明設計時，應根據所售服裝的色彩特點，選擇能更好的展現服裝真實色彩的光源及相應的色溫與照度。