城市照明光色实验模拟与评价研究

刘　鸣, 张宝刚, 李维珊，潘晓寒, 葛小榕

(1.大连理工大学 建筑与艺术学院,辽宁 大连　1160241;

2.大连理工大学 建设工程学部 建筑环境与新能源研究所，辽宁 大连　116024)



城市照明光色实验模拟与评价研究

刘鸣1, 张宝刚2, 李维珊1，潘晓寒1, 葛小榕1

(1.大连理工大学 建筑与艺术学院,辽宁 大连1160241;

2.大连理工大学 建设工程学部 建筑环境与新能源研究所，辽宁 大连116024)

摘要：本文通过实验模拟城市光环境中的彩色动态光，研究不同颜色、不同闪光频率的动态光给人带来的视觉、心理和情绪等方面的影响，进而推测不同形式动态光在实际室外场景中给人们带来的感受差异。

关键词：动态光；彩色光；光色；照明心理

引言

随着城市建设和社会经济的迅速发展，人们对彩色光的需求增加，随之带来了光污染问题。动态光作为城市室外夜间照明中光污染主要表现形式之一，在带来绚烂色彩的同时，对人们生活产生极大干扰。频率过高的动态光会让人心情烦躁，头晕目眩，不同颜色、不同亮度的动态光也会在不同程度上影响人们的视觉、心理和情绪等，对工作效率及身心健康也起了相当大的作用。改善动态光的颜色与闪烁频率，降低动态光对人们的影响，同时满足人们对彩色光的需求，已成为现代社会的一个重要课题。国内外的研究结果表明人工光照会对人体昼夜节律产生影响。因此，本文从心理物理学的角度，对动态光和彩色光进行模拟实验研究。

1实验研究内容

1.1实验方案

1)静态彩色光光环境实验：本实验是在受控的人工照明环境中进行城市广场模拟实验，在静态彩色光环境中，在不同的灯光颜色下，受试者进行正常的劳作、聊天等，并给出相应的主观评价，共有6种光环境方案(表1)。

2)动态彩色光环境实验：本实验是基于动态彩色光环境进行城市广场模拟，在不同的灯光颜色下及灯光闪烁频率下，受试者进行正常的劳作、聊天等，并给出相应的主观评价，共有16种光环境方案(表1)。

表1　光色模拟实验方案

1.2实验条件

1)实验光源的设置：本实验通过LED光源颜色、光源色温、光源动态闪烁频率进行设置；光色主要采用红色、绿色、蓝色、黄色、紫色、白色日常生活中城市夜间人工光照明的大部分光色。各参数设置如表2所示。

2)实验环境与情景模式的设置：实验室内环境温度、光线等尽量保持在人体舒适范围内，情景模拟使被试者的心境更好地融入到设定的情景环境当中；通过灯光的调节、投放相应图像幻灯片和相应的环境背景声音等方式来模拟例如城市广场和街道夜景或者室内办公环境。其灯光及幻灯片相应的设置位置如图1所示。

表2　实验参数设定

图1　实验室及实验设施图示Fig.1　Laboratory and experimental facility

3)实验用设备仪器：

a、电脑、EPSON投影仪：用来设置相应城市的情景环境。

b、调光台、红绿蓝三色LED光源：用来调节室内的光照环境。

c、亮度计：测量室内光照亮度。

d、色温计：测量所实验光的光照色温。

1.3实验方法

1)被试者：考虑性别上的代表性，选取了视力正常的人员共32人，年龄21～23岁，13名男性，19名女性。

2)实验方法：受试者在自由放松状态下和完成任务的状态下参与光色刺激实验。作业状态分为如辨识物体、辨识人脸庞等简单任务。

a、静态彩色光环境实验：被试者在普通办公光环境中适应5分钟，保持静坐状态。通过投影仪在墙上投射城市中的夜景广场照片，模拟城市夜晚的场景感。关闭所有光源，只开启红色的LED灯光，持续时间为2分钟。测试灯光关闭，普通办公灯光开启。在普通办公光环境下填写心理调查问卷。随后绿色光、蓝色光、白色光、黄色光和紫色光按照相同流程进行测试，最终得到6种颜色静态彩色光的主观心理影响评价数据。

b、动态彩色光环境实验：选取红、绿、蓝、白四种颜色的LED彩色光，每种颜色设定4种不同的闪烁频率，闪烁频率以灯光每闪烁一次所使用的时间表示，频率由低到高依次为2000ms，1000ms，400ms，250ms。红色光、绿色光、蓝色光和白色光混合后共16组测试。

3)实验数据收集调查问卷：本实验所设定的调查问卷的评价等级为5个等级，分为视觉干扰、心理感受、情绪反应、综合评价四个大项共17对正反形容词对，视觉干扰包括清晰的和模糊的、柔和的和刺眼的、明亮的和昏暗的、舒适的和不适的；心理感受包括静谧的和喧闹的、亲切的和冷漠的、活泼的和呆板的、热闹的和凄凉的、安全的和危险的；情绪反应包括轻松的和无聊的、平静的和紧张的、警觉的和困倦的、兴致的和恼火的、自在的和约束的、安心的和恐惧的；综合评价包括喜爱的和厌恶的。

2结果与分析

实验采用将主观方法与客观方法相结合的研究方法，即通过人眼的感知评价来得到相关实验数据，进行进一步分析。

2.1静态彩色光实验结果

基于静态彩色光的条件下，通过分析被试者关

于静态彩色光的主观评价值，得出关于静态彩色光喜好偏好的相关结论，作为评价城市动态彩色光的一个基础理论数值。

2.1.1性别因素及颜色因素的差异性研究

从表3中可以看到，1)在静态光的条件下，性别对于评价结果的显著性为0.221，大于显著性水平0.05，因此性别因素对于评价结果无显著性影响；2)颜色的显著性为0.036，小于显著性水平0.05，具有显著性，即0<0.036<0.05。性别与颜色两因素的交互性为0.036，说明两因素的交互作用显著。

表3　性别因素与灯光颜色因素研究

2.1.2综合评价值研究

图2　性别差异研究Fig.2　Gender difference study

图3　静态彩色光色环境体验评价Fig.3　Evaluation on the experience of static color light environment

通过以上分析，性别差异对于静态光色微妙的影响不可忽视。从图2中可以看到，1)从整体来看，红色光评价最为消极，白色光评价最为积极；2)女性倾向于白色、绿色、黄色等较为清爽的颜色，男性更倾向于红色、蓝色、紫色等浓重的颜色；3)女性对于光色的敏感度明显高于男性。将问卷调查中16个分项归纳在“视觉干扰”、“心理感受”、“情绪反应”、“综合评价”四个板块内，进行评价值的分布研究。从图3中可以看到，1)视觉干扰对于红色光对视觉功能具有最强烈的消极干扰，白色光和黄色光对视觉功能的影响为积极的。2)心理感受对于红色及紫色光的消极影响最大，黄色和白色的影响最为积极，各颜色光的评价差值不大。3)情绪反应对于红色光消极影响最为突出，与其他彩色光差值较大。黄色光和白色光对情绪反应的影响最为积极。4)综合评价值中，红色光对受试者各方面的消极影响，黄色光和白色光对受试者各方面积极的影响。

2.2动态彩色光分析

2.2.1性别因素、灯光动静状态和灯光颜色因素对评价结果影响的差异性研究

从表4中可以看到，1)对于被试者主观评价的影响因素中，性别、动静与颜色对于动态彩色光的评价结果均有显著性影响。2)性别*动静两因素交互作用不显著，性别*颜色同理不具有显著的交互作用，动静*颜色则具有显著的交互作用。

表4　性别、灯光动静状态和颜色因素研究

2.2.2灯光闪烁频率对评价结果影响研究

动态光色实验中为每种颜色设定了4种闪烁速率。

从图4中可以看到，1)静态光评价结果倾向于正感觉评价；动态光评价结果倾向于负感觉评价。2)灯光的闪烁改变了静态状态下的评价等级顺序，静态状态下的评价由负感觉至正感觉的排序是红色—绿色—蓝色—白色；动态状态下的评价由消极至积极则变为白色—蓝色—红色—绿色。

图4　灯光动态与静态的差异性研究Fig.4　The difference between dynamic and static of light

从图5中可以看到，1)从整体来看灯光闪烁频率从低到高所受到的评价趋向于消极评价，同种灯光颜色闪烁的频率越高越使人感到不舒适。2)随着灯光闪烁频率的增高，不同颜色的评价序列发生了变化，积极到消极的颜色序列，在闪烁频率1中为白色—绿色—蓝色—红色，闪烁频率2中的颜色序列与频率1相同，闪烁频率3为白色—红色—绿色—蓝色，闪烁频率4为白色—红色—蓝色—绿色。

图5　不同闪烁频率对4种颜色光的影响Fig.5　Effects of different rates on 4 color light

3实验结论

本次实验的结果只针对青年阶段的人群。其实验结论如下：

1)性别差异因素对于静态彩色光的主观评价结果没有显著差异性，但对动态彩色光具有不同的倾向性。男生对于红色、蓝色、紫色等相对浓重的颜色倾向积极评价；而女生对于绿色、黄色、白色等清淡的颜色倾向于积极的评价。女性对于动态光的敏感度要高于男性，是易受到动态光污染干扰的人群。

2)颜色差异因素对于静态彩色光的主观评价结果具有显著性影响。红色光对于视觉干扰和情绪反应有很消极的影响；白色光和黄色光在视觉干扰中评价最积极；其余颜色包括蓝色光、绿色光、紫

色光在所有颜色评价中处于中间位置。

3)动态光对评价结果影响最显著，更易带来明显不适感。随着灯光闪烁频率增加，人们不适感随之增加，包括视觉功能与心理感受两个方面。

4)在低频闪烁的动态光中，红色光占据最消极评价且与其他颜色动态光的评价值差值较大。

5)在高频闪烁的彩色灯光中，不同颜色的评价差值减小，蓝色光与白色光开始占据消极评价。

参考文献

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Research of Simulation and Evaluation onthe Experiment

about the City’s Light Color

Liu Ming1，Zhang Baogang2，Li Weishan1，Pan Xiaohan1，Ge Xiaorong1

(1.Schoolofartandarchitecture,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China;

2.LaboratoryofBuildingEnvironmentandNewEnergyResources,FacultyofInfrastructure

Engineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract：Through the experiment to simulate the urban light environment in dynamic and color, this paper research the effects on visual, psychological and emotional that different colors, different flash frequency dynamic light bring. Thus it can be inferred that the different forms of dynamic light in the actual outdoor scenes bring people with different feelings.

Key words:dynamic light；colorama；light color；psychological effect of illumination

基金项目：国家“十二五”科技支撑项目(2012BAC05B01)

中图分类号：TM923

文献标识码：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.06.011