灯泡和灯管哪个亮(灯光设计之光的基础知识)

Posted 2023-06-01

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灯泡和灯管哪个亮(灯光设计之光的基础知识)

光，相伴于我们的生活中，它借助于物体反射光的自然法则，让我们对物体的存在形式有所了解，灯光设计师的工作则是在被照物上合理的分配光的使用量，从而组成光环境。

另外，光会给人以强烈的心理暗示。例如：在非常清晰且明亮的阳光直接照射下，浅薄的凹凸浮雕会给人一种孔武有力的感觉。

埃及金字塔太阳直射光强烈，建筑表面的细微凹凸都会产生明显的阴影▲

而在有些不那么强烈光照的地区，浮雕却显得无比逼真。

太阳光直射光不强烈且与天光均衡，希腊神庙建筑表面的浮雕需要更具立体感才能凸显效果▲

又如在多云以及漫射光充足的地区，大教堂的设计师不得不把雕像塑造得高大威猛。

高纬度地区它的自然光照相当缺乏，在基本为漫射光的照明环境下，建筑所有的纹饰，则以立体雕刻的形式呈现▲

以上这些都是因为阳光在不同的地理位置有不同的表现所造成的，这些道理同样存在于人工光的设计中。

每个人对光的认识都不同，而光对人们产生的影响却有一定规律可循。例如；日常生活中人们普遍遵循着日岀而作、日落而息的生活作息习惯。这是一种对光靠近或远离的习性，也是生物是长期自然选择的结果。怎样的光环境让人们感觉最适宜，很难用语言来准确表达，但一定可以感受到。也许你不懂照明，但你一定享受过照明带来的舒适感。

上海外滩建筑的灯光▲

人工照明是一个追求自然光的过程，这是因为人工照明比自然光更可控，但自然光质量却优于人工光。为了使两者更好地结合，灯光设计师们就承担起了这个责任。要做好灯光设计，我们就要熟悉自然光的特性，了解人工光的知识，以做到能够控制好人工光的布置。

一、自然光和人工光

1、自然光

灯光设计师所讲的自然光，指的是自然界中所产生的、被生物用于生存的最普遍的光。

具体包括：

1）日光，即太阳直射光；

2）天光，即太阳光线经大气层散射后的光线，也就是我们常看到的蓝色的天空发出的光；

3）月光，即太阳光线经月球反射后的光线。

这三种自然光在不同时段又会呈现出不同的色温。

自然界中各种光的不同色温▲

提示：夜空中星星发出的光也是自然光，但它的光太弱，无法达到照明的目的。

由于人类的进化过程是在自然光的环境下进行的，因此现代社会的建筑设计以及照明设计仍以最巧妙地利用自然光为最高境界。

火光虽然在自然界中也会出现，但是由于偶然性太大，而绝大部分的火光是人为产生的，所以一般将其归入人工光。

划重点：灯光设计的宗旨在于——模拟自然光、控制自然光。

2、人工光

人工光一般指人在生产、生活过程中发展出的光，如火光、烛光、白炽灯光、荧光灯光等。

人工光的使用无非是对自然光的“补充”。如早期人类居于山洞中自然光无法进入，需要火光的补充；而现在夜晚的自然光不足，需要灯光的补充。在自然光无法满足人们生活生产需要时，都需要人工光的补充。而用于补充的人工光自然是以自然光为模拟的目标，越接近越好。各种光的参数，如光通量、照度、波长、色温、显色指数、色容差值、光谱等，都是为了考量人工光与自然光的差别而一步步发展出来的。

上图为新旧光源之间的模仿等级（只是大致方向）▲

1）火光（油灯、蜡烛所发出的光)以模仿日光为目的(希望将黑夜变为明亮的白夭)；

2）白炽灯以模仿火光为目的；

3）荧光灯一个发展方向是模仿日光,另一个发展方向是模仿白炽灯；

4）金卤灯以模仿荧光灯为目的；

5）卤钨灯以模仿白炽灯为目的；

6）LED灯以模仿金卤灯和卤钨灯为目的。

人工光从产生到发展到现在的LED时代，历经了日新月异的变化，人工光源的种类也更为丰富多彩，各种新旧光源之间也发展出不同的模仿等级。

3、我们与自然光

自然光的变化、方向的转变、强度的变化，以及它丰富的光谱构成，都是决定我们舒适感的重要因素。舒适的光线可以减轻人的疲劳感、提高创造力。光线的变化不但可以刺激我们的大脑，还能增强视觉对环境的判断力（例如；从清晨到傍晩的转变、从夏天到冬天的变化）。而进入房间的自然光就建立起了人与外部环境的联系，这也是评判空间环境的一个重要心理因素。

自然光的变化▲

自然光对人体身心健康起到非常重要的有益作用，固定变化规律的自然光决定了人对时间的理解（季节和日夜的更替或者生理周期的节奏）。同时，自然光还影响着我们的视觉器官，在白天我们眼睛的工作效率很高，而对于某个照明环境的灯光配置，我们总是建立在与自然光的经验对比之上。

4、我们与人工光

首先要确认的是，再先进的人工光也无法替代自然光。人类的进化是在自然光下进行的，我们的基因已经习惯了自然光，阳光中有我们身体需要的各种元素，这也是我们生命中不可缺少的部分，假如我们只能在一个没有阳光的空间里生活，空间中有应用着无限接近日光的光源，我们是否可以健康生长，答案是否定的。自然光是分为两部分的：一部分是我们肉眼看得到的，另一部分则是我们看不到而我们身体需要的元素。

划重点：人工光用于补充自然光，以模拟自然光为目标，越接近越好。

二、灯光的专业语言

我们在查看照明产品时，总会看到许多专业用语，但是大多数的设计师很难理解这些概念，其实这些概念的本质就是光的数据，当然我们不能只用数据来设计灯光，但如果可以掌握这些数据所代表的意义，便可以从某种程度上想象光对空间所造成的影响，因此我们就必需要掌握光的的语言和单位。为了帮助设计师更好的理解这些术语，下面会给出每个概念的定义。

光的的语言和单位示意图▲

1、色温

色温代表的是光颜色的数据，亦称“色度”，单位为开尔文（K），色温是指光波在不同能量下，人眼所能感受到的颜色变化，用来表示光源光色的尺度。

色温图▲

当光源的色品与某一温度下黑体的色品相同时，该黑体的绝对温标为此光源的色温。其中“黑体“是个理想化了的物体，它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射。

黑体加热的过程中，可见光领域的色温变化（针对人工光）▲

换句话说，黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。物理学家以此作为热辐射硏究的标准物体。在黑体加热的过程中，随着能量的提高，便会进入可见光的领域，可见光领域的色温变化，会以红→橘→黄→白→蓝白的顺序往上升高。例如，在2800K时，发出的色光和灯泡相同，我们便说灯泡的色温是2800K。

空间给人的印象会随着色温的变化而变化▲

日常生活中常见的自然光也是一样，例如清晨、正午到黄昏的太阳光色温各有所不同，泛红的朝阳和夕阳色温较低，中午偏黄的白色太阳光色温较高。色温值决定可见光产生温暖或冷调光线。一般色温低的话，会带点橘色，给人以温暖的感觉；色温高的光线会带点白色或蓝色，给人以清爽、明亮的感觉。空间中不同色温的光线，则会决定可见光所带给人的感受。

室内色温参考图例▲

2、光通量

光通量就是可见光能量的多少，即光通过的量，光源的光通量越多表示它发出的光越多。也是在单位时间内，由一光源所发出并被人眼感知到所有辐射能量的总和，又可以被称为光束，其单位为流明（简称lm）。

不同光源会向不同方向的不同强度放射出光通量▲

设计师可以不用背光通量的定义，但要会利用下表中列出的一些常见光源的光通量，来直观地了解1lm的光意味着什么。而在实际的设计工作中，光通量这个参数是可以在厂家提供的产品样本中找到的。

常见光源的光通量▲

3、照度

以光所照射的物体表面为基准，每单位面积所接收到的光通量，也可理解为受光面上光的密度。照度的单位是Lux（勒克斯），代号Lx，1Lux代表1m2的面积被1lm的光通量照射时的亮度【1Lux（照度）=1lm（光通量）/1平方米】。

照度平方反比定律▲

我们常会说阅读的桌面够不够亮，通常就是指照度够不够。同样面积的情况下，光源的光通量越高，也就是流明值越高，照度就会越高。一般而言，若要求作业环境很明亮清晰的话，照度的要求也越高。

举例来说，书房整体空间的一般照明亮度约为100Lux，但阅读时的局部重点照明则需要照度至少到600LuX，因此阅读台灯就是作为局部照明的最佳灯具。下图中列出一些常见场景的照度值，让大家对照度有一个直观的认识。

常见场景的照度▲

照度与色温和舒适度的关系▲

1）照度计的使用：

照度计是用于测量被照面上的光照度的仪器，由光电池和照度显示器两部分所组成。可测量空间内不同面向的照度值，如果欲测量桌面的照度，将照度计平放于桌面；测量墙面照度，则将照度计紧贴于墙面。

照度计的使用方法▲

使用时并注意几个要点：

（1）使用前应先将光电池受光部分照光5分钟，使照度计达到饱和安定；

（2）测光前照明灯具先开亮约5~10分钟，光源较为稳定；

（3）测量时避免测量者的影子干扰，并避免穿着会反光的衣服。

2）用流明法来计算平均照度的公式：

计算平均照度的公式▲

名词解释▲

材质反射率表（照明率）▲

维护系数会随着灯具与器具的种类、使用环境而变化▲

4、演色性指数（显色性）

演色性指数又称为显色性指数，基本上可以理解为光源还原物体本来颜色的能力。但由于光源种类的不同，我们所看到的对象所呈现的真实颜色也会有所不同。哪什么是物体本来的颜色，简单说，就是物体在阳光（是阳光不是天光）下所呈现的颜色。

可是物体在人造光源的照射下，呈现出来的颜色与物体的“本来颜色”是有差别的。这样的话我们就以阳光照射为标准，越接近阳光照射下的颜色，显色性就越好，反之显色性就越差。显示显色性好坏的指标是显色性指数（Ra），显色性指数最小为1，最大为100。

光源的显色性指数▲

使用场所的显色性指数▲

显色性指数越高的光源，照射物体所呈现的颜色与物体的“本来颜色”差别越小。日常生活中我们使用的光源，显色性指数达到80以上，基本都算是显色性好的光源。

5、发光效率

发光效率是指光源每消耗1瓦（W）电所输出的光通量，以光通量与消耗功率的比值来表示，其单位为lm/W。发光效率越高，代表其电能转换成光的效率越高，即发出相同光通量所消耗的电能越少，所以选用真正节能的灯泡，应该以发光效率数值来做最后的判断标准。

住宅中主要灯具的发光效率为：一般白炽灯泡约15lm/W，灯泡型日光灯约60lm/W，直管型日光灯约85lm/W，直管型高频国光灯的110lm/W。

6、发光强度

发光强度也可简称为光强，光强是一个与方向有关的量，是指光源向某一方向在单位立体角内所发出的光通量，也可以理解为某个方向上光的密度，单位为坎德拉（cd），1cd=1lm/sr。

假设一个灯具照射的方向为0°，以0°为中心取水平10，垂直1°的一个立体角（当然真正立体角的计算不是这样简单的，这种方式只为了方便大家理解），然后测试这个角中的光通量（如图所示）。

光强的概念示示意图▲

由上图可见，光通量越大，则0°方向的光强越大。若测试的30°方向单位立体角中的光通量为1350lm，则得出30°方向的光强为1350cd。

配光曲线图▲

根据这个数据绘制了上面的图形（配光曲线图），图中径向的角度就是方向角，一个个同心圆就是光强大小，越靠近外圈则光强越大。图中红色图形代表灯具光强随角度变化的曲线。红点表示灯具与中轴线成30°角时的光强为1350cd。了解完上图灯具的配光曲线就对光强一目了然了。

有些灯的配光曲线尖锐，说明光束角小。

尖锐的配光曲线▲

有些灯的配光曲线如水滴，说明光束角大。

水滴状的配光曲线▲

关于尖锐的配光曲线和水滴状的配光曲线实际打出的光斑效果，分别如下图所示。

尖锐的配光曲线效果▲

水滴状的配光曲线效果▲

7、辉度（亮度）

辉度也就是亮度，是指每单位面积、每单位立体角，在某一方向上，自发光表面发射出的光通量，也就是指眼睛从某一方向所看到光源或物体反射光线的明亮强度。其单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。

8、眩光

眩光就是让人感觉不舒服的照明，因视野内的亮度大幅超过眼睛所适应，或是光源明暗对比过大，皆会导致干扰、不舒适或视力受损。眩光引起的不适是因人而异的，有人表现为头晕，有人表现为眼球疼痛，有人仅仅是瞬间的眼前发白。因此不要因为自身对眩光不适的不敏感就忽视其重要性。另外眩光最大的危害其实是“降低观察细部或目标的能力”。