基于模擬實驗的美術館LED產品指標測試分析

高 帥， 楊秀杰

(1.北京清華同衡規劃設計研究院有限公司，北京 100086; 2.北京清控人居光電研究院有限公司，北京 100086；3.北京清城同衡照明設計院有限公司，北京 100086)

引言

2018年文化部行業標準研究項目“美術館照明質量評估方法與體系的研究”課題中(以下稱“2018年課題”)，對14款美術館中常用燈具進行了指標測試與研究，為評價體系中指標的確定提供了重要依據[1-6]。

2020年開展的指標測試研究為《美術館光環境評價方法》標準編制工作的重要組成部分。為保障兩次測試的數據具有可比較意義，本次測試沿用模擬實驗的測試方法及2018年課題的測試模型，以評價體系中的指標為測試指標，征集10個品牌的18款產品，開展測試工作及數據分析研究，以了解市面上LED產品(針對典型美術館照明應用的)隨技術迭代在指標上的變化，并為評價體系中指標數值的更新提供參考。

1 模擬實驗

1.1 測試模型

模擬實驗選取美術館中典型的洗墻照明應用，如圖1所示，空間高為4 m，燈具距墻2 m，1.2 m×1.2 m的被測面，按中心布點法設置網格，便于布點測試。本次測試共征集燈具樣品18款，部分燈具圖片如圖2所示，樣品參數如表1所示。

1.2 測試指標

測試指標與2018年課題的指標保持一致，根據評價體系中可量化的指標項進行測試，保障數據的可比性。含三個方面的參數：1)用光安全方面，主要測試紫外輻射含量指標；2)燈具性能方面，包含顯色參數(Ra/R9/Rf)、頻閃、色容差的測試；3)光的分布方面，主要評估照度均勻度。

圖1 測試模型及測試布點展示

圖2 部分燈具樣品圖片

表1 樣品參數

1.3 測試過程

測試由國家CNAS、CMA認可資質的專業實驗室采用有效標定的專業儀器，針對提供樣品的各項指標進行測試。對每款燈具進行現場測量和數據記錄，如表2、圖3、圖4所示。

表2 數據記錄

圖3 現場測試圖片

圖4 測試數據記錄

2 數據對比分析

測試完成后，對2020年標準研究的測試數據(以下稱“2020數據”)進行統計整理分析，并與2018年課題研究的數據(以下稱“2018數據”)進行對比分析。

2.1 紫外線含量數據統計與對比分析

2020數據對315～400 nm的紫外線含量進行測試，圖5數據顯示紫外線含量均在0.9 μW/lm以下，其中13款燈具數據集中于0.4～0.6 μW/lm數值區間，最優值均可達到0.3 μW/lm。

圖5 紫外線含量數據統計

如圖6所示，2018數據中多數紫外線含量在0.5～0.7 μW/lm的數值區間，2020數據的數值區間較2018數據低0.1 μW/lm左右，兩年的最優數據均在0.3 μW/lm，雖有四個數據有下降情況，但總體趨勢上，2020數據具有一定提升。說明隨著技術發展，LED產品紫外線含量的控制方面，對展品的保護更有利。

2.2 顯色指數Ra數據統計及對比分析

2020測試數據中(見圖7)，顯色指數Ra均在91以上，最高數據為98，多數(12款)數據集中于95～98之間；從數據看，多數 LED產品顯色指數滿足標準中不小于95的要求，具備達到較高顯色性的能力。

綜合兩年的測試數據(見圖8)，顯色指數在95以上的數據占比中，2018數據僅為21%，而2020數據達到67%；顯色指數在90以上，2020數據占比為100%，2018數據為86%；顯色指數2020數據較2018數據總體有較大提升。

圖6 兩年的紫外線含量數據對比

圖8 兩年的顯色指數數據對比

2.3 R9數據統計及對比分析

如圖9所示的測試數據中，R9指數具有一定差異，近一半的燈具(8款)數據在到92以上，13款燈具數據在85以上，2款低于75，最低數據為59；從數據看，部分R9值偏低，但72%能夠達到85以上的標準要求。

圖9 R9數據統計

綜合兩年的測試數據(見圖10)，2020數據整體高于2018數據；2018數據中95為具有絕對優勢的數據，而在2020數據中，有25%數據已接近95；2018數據相對集中，但集中于60左右的低值，與評價標準要求差距較大，在指標擇優取向下的產品選擇空間不大；雖2020數據離散程度相對較高，但處于高值的產品數量較多，同時說明現階段產品在R9的表現上已拉開一定差距，在產品選型時應予以甄別，根據實際應用進行產品的選擇，以保障展品色彩的真實性。

圖10 兩年的R9數據對比

2.4 色彩保真度Rf數據統計及對比分析

2020數據顯示(見圖11)，色彩保真度數據均在90以上，全部高于原評價體系中86(優秀)的要求。從兩年的測試數據分析(見圖12)，2018測試數據中僅約一半高于90，所有數據未達到95以上；2020數據整體水平高于2018數據，LED產品在色彩保真度方面2020數據具有明顯的提升。

圖11 色彩保真度數據統計

圖12 兩年的色彩保真度數據對比

2.5 色容差數據統計及對比分析

測試數據顯示(見圖13)，6款燈具色容差在3 SDCM以下，13款燈具的色容差在5 SDCM以下，占72%，多數滿足標準要求。但有3款在5～7 SDCM之間，2款燈具數據大于7 SDCM，已超出國家標準要求，不符合產品選型的最低標準。

圖13 色容差數據統計

由圖14可知，2020數據在中位數數據優于2018數據，雖最高值(1.2 SDCM)不如2018數據(1 SDCM)，但差距可忽略；在3 SDCM以下的數據，2020數據相比較多，色彩一致性控制較好的燈具占比大；但2020數據離散程度較高，最低值達到10.1 SDCM，在產品選型時，給色彩一致性的把控帶來難度。而2018數據分布相對集中，僅2款在5～6 SDCM之間，整體分布于較好的梯級。因此，隨著技術升級，各項指標提升的同時，對色彩一致性指標還應更加重視。

圖14 兩年的色容差數據對比

2.6 照度均勻度數據對比分析

本次燈具的測試數據(見圖15)均在0.4～0.9之間，其中有6款燈具數據在0.4～0.5區間，6款數據均為0.6，6款燈具集中在0.7～0.9之間。如圖16所示，2020數據均值與2018數據相同(0.6)，但2018數據均低于0.7，2020數據有6個在0.7以上，最高達到0.9，有較大提升。均勻度的選擇與觀展評價和體驗相關。在目前平面展品一般追求更加均勻的價值取向下，均勻度數值的提升為良好的觀展效果帶來可能。

圖15 照度均勻度數據統計

2.7 頻閃數據對比分析

在2018數據中，有四款產品產生了頻閃，可能是由于調光后導致。因此，本次測試在100%及50%輸出兩個條件下均進行測試，以驗證產品在調光情況下的頻閃控制水平。測試數據可知，僅同一品牌的2款產品明顯存在，其他產品均無頻閃現象，可見目前LED產品基本在調光下也具備控制頻閃的能力, 見表3。

圖16 兩年的照度均勻度數據對比

表3 2020年燈具頻閃評價

續表3

3 總結

通過對兩次模擬實驗數據的分析，多數指標的整體水平在這兩年的技術迭代中有顯著提升。LED在紫外線含量控制方面具有優勢，指標略有提升。顯色參數(Ra/Rf)的提升較明顯；而2020數據中R9、色容差指標呈兩極分化，多數燈具的R9指標有提升，且表現較好，但仍有個別燈具的指標數值相當于2018數據的一般水平(58～75之間)，未達到一般的應用要求；色容差指標在3 SDCM以下的數據量有顯著提升，但仍有個別數據呈下降趨勢，并遠低于國家標準要求，因此各方在產品選擇時，對色彩一致性及R9指標的評估上，應更加謹慎；針對美術館中較多的調光應用，數據顯示，燈具在調光后已具備較好的頻閃控制能力。光的分布方面，照度均勻度指標也有一定提升，但均勻度指標的選擇與觀展視覺、心理感受相關，建議結合主觀評價進行標準值確定。

結合廣泛的美術館調研得出的測試數據和本次產品指標測試數據，課題組對評價方法中的指標值進行了合理修正，按照數據的分布比例，優化了評分指標設定。可以看出，通過模擬實驗測試的方法讓我們了解了產品的真實技術水平差異，輔助技術判斷和指標制定，將來還可作為《美術館光環境評價方法》標準實施評測的有效輔助手段之一。

根據征燈情況，有6個品牌在兩次測試中均提供樣品，數據分析發現，6個品牌的2020數據在多個指標方面較2018數據有顯著提升。可以看出，通過2018年“美術館照明質量評估方法與體系的研究”課題的研究，有力推動了產品技術水平的提升。《美術館光環境評價方法》標準的頒布，將為美術館光環境品質提升、產品技術進步起到積極的推動作用。