随着我国经济的高速发展,居民生活水平得到了很大的改善,人们对生活品质的要求也越来越高,白天上班、夜晚休闲购物已经成为大多数城市居民的生活状态,城市夜间经济也获得了蓬勃发展。在这种发展趋势下,城市夜景照明作为提升城市夜间品位、促进夜间经济文化发展的重要手段,成为各地政府关心的话题。北京、上海、杭州等很多城市都制订了相应的城市夜景整体或区域规划,并不断地投入、建设,很多城市的夜间景观都发生了翻天覆地的变化。相应地,如何结合色度学原理,组合光的不同颜色、色温和显色指数,营造和谐、符合定位的城市夜景氛围,也成为夜景照明设计的重要课题。
1 色度学原理
1. 1 颜色的内涵
人眼感知的颜色是环境照明条件和物体反射特性综合作用的结果。在人类漫长的历史文化演进过程中,各种颜色被赋予了特定的内涵。一般地,红色表示热情奔放,蓝色表示冷静安宁,绿色表示平和自然,$表示古典高贵,白色表示洁净典雅。
颜色的情感内涵具有生理学上的基础。研究表明,不同光色对人的血压、心率、良导络和褪黑素等有一定的影响,从而造成人的不同心理变化。
对于夜景照明来说,使用不同的颜色及其颜色组合,能够表达建( 构) 筑物的特质, 增加建( 构) 筑物的戏剧性和历史性,在满足视觉感官和精神上的需要的同时,对人群产生不同的心理暗示、情绪引导和行为趋向,造成人群心理上的崇敬感、沧桑感、冷漠感或亲切感,情绪上的愉悦感、平静感或压抑感,从而造成行为上的逃避或者被吸引。
1. 2 颜色三要素与混色原理
明度( lightness )、色调( hue ) 和彩度( chroma) 是颜色的三要素。明度可以理解为光刺激对人眼形成的明暗感觉,光源发光或者物体反射的亮度越高,则明度越高; 色调即颜色彼此区分的特性,包括红、黄、蓝、绿等,分别对应不同波长的单色光,即以主波长区分色调; 彩度即颜色的鲜艳程度( 饱和度) ,各种单色光的彩度最高。
![CIE1931 色度图](http://www.21ic.com/d/file/201105/222785af7188c6e9b3bf46e8bc022540.jpg)
图1 CIE1931 色度图
图1 为CIE 标准色度图,其中,翼型曲线上的点为单色光,并标注有波长,曲线上的点对应的颜色饱和度最高。E 点( x = y = z ) 为等能白点(Equal Energy White Point)。翼型区域内颜色均可由单色光和白光混色得到,白光的比例越大,颜色的彩度越低。例如,M 点的颜色可由P 点和E 点按一定比例混合得到,但M 点颜色的彩度不如P 点,P点对应的波长是颜色M 的主波长。同样地,白光也可由P 点和Q 点颜色按一定的比例混合得到,目前世面上主流的白光LED就是用蓝色LED 芯片激发$荧光粉混光获得。
1. 3 色温
色温( color temperature) 概念基于黑体辐射理论。假定一纯黑物体,能够吸收任何波长的入射辐射,而没有损失,同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来。不同温度的黑体,辐射出的光谱是不同的。不同温度的黑体的发光的色坐标可以在色度图上形成一条曲线( blackbodylocus) ,如图2 所示。当辐射源在温度T 时呈现的颜色与黑体在某一温度Tc时颜色相同,那么我们将黑体的温度Tc称为该辐射源的颜色温度,简称色温。事实上,除白炽灯以外的大多数现有的光源,光谱与黑体相差甚远,当光源颜色与黑体在某一温度下的颜色最接近时,我们把该黑体的温度用来表示光源的色温,并称之为相关色温( correlated colortemperature,CCK, 以下按惯例, 简称色温)。因此,相关色温并不是一个点,相等色温的点连接起来,可以形成一系列等( 色) 温线( lines ofcONSTant correlated color temperature,如图2)。
彩光以色调( 或波长) 表示, 白光以色温表示。
![CIE1931 坐标系中的黑体轨迹与等色温线](http://www.21ic.com/d/file/201105/2cad8110095fc729667741e77ada18f2.jpg)
图2 CIE1931 坐标系中的黑体轨迹与等色温线
近年来,色温对人眼视觉效能影响的研究越来越多。一般认为,高色温的光源,短波成分比例较高,在较暗环境下对光效有一定的加成。
1. 4 显色指数
显色指数反映了光源对物体颜色呈现的程度。
显色指数越高,光源对物体颜色的反映越真实。一般来说,光源光谱成分越复杂( 特别是连续光谱) ,显色指数越高。经过几百年的进化,人类对太阳光、火光等热辐射源的适应程度最高,所以白炽灯等热辐射光源的显色指数会很高,而单色光对物体颜色的呈现会很差。表1 为常用光源的显色指数。
表1 各种常用光源的常规显色指数
2 夜景照明色度学设计
每一建( 构) 筑物都有其特定的用途,这种用途赋予建筑与众不同的内涵。在夜景照明设计过程中,照明设计师必须了解色度学原理,遵循色度学设计原则,充分考虑建( 构) 筑物的定位,选择合适的颜色和颜色搭配,利用合适的色温和显色指数的光源,将光色的内涵与建( 构) 筑物的内涵统一起来, 完美呈现建筑的特质, 达到真正美化建( 构) 筑物的作用。
2. 1 颜色选择
一个普遍的原则是,在夜景照明设计中,应把握基色与靓点、个体与整体的关系,慎用彩光。一般来讲,一个区域内的夜景照明,是为该区域内夜间景观环境提供能表现该区域特色的基调。过多的彩光,会使区域内颜色杂乱,令人目不暇接,甚至引起感官的错觉。没有基色,没有整体感,就体现不出特色。但是,完全没有彩光,会让人产生视觉疲劳,没有新鲜感。对于特定的区域,在少量的建( 构) 筑物适当采用彩光照明,可以让人产生耳目一新的感觉。
对于不同用途的建( 构) 筑物,应选择不同的光色。中国传统建筑, 因其形态独特, 层次明显,且多用$的油彩,应选择$或暖白等光色,营造古典高贵的气质。对于现代化建筑,应以白光为主,突出档次,凸显典雅和大气。对于娱乐场所所在的建筑,可以适当采用红光或蓝光组合,营造宽松休闲的氛围。光色的运用还应充分考虑文化禁忌。比如,建筑物顶部,一般不考虑使用绿光。
另外,从节能上考虑,所选光色与建( 构) 筑物颜色应尽量相近,提高反射亮度,减少照明功耗;从保护古建的角度考虑,古建照明设计应尽量少用蓝光或短波辐射比例大的光源,避免短波长加速建筑材质老化; 从人的舒适角度考虑,面向住宅的光束尽量不要使用蓝色或短波辐射比例大的光源,避免对人眼的损伤。
2. 2 颜色搭配
根据颜色的三要素和混色原理,对于需要提供颜色鲜艳的彩光的场合,应尽量避免白光混入彩光中,因为白色会冲淡彩光,使得彩光饱和度降低,达不到要求的效果。同样, 黄光( 或暖色光, 下同) 和蓝光的搭配使用应慎重,尤其避免黄光和蓝光的交叉布灯。同一建筑体上的黄光和蓝光进入眼球,会在视网膜上进行混光,但是又无法得到纯净的白光,只能形成灰暗、肮脏的视觉效果。如果非要同时设计蓝光和黄光,蓝光和黄光在建筑物上分布的截止线应清晰,尽量避免混光,如杭州的雷迪森大酒店照明设计,黄光和蓝光泾渭分明,在近人尺度只看见黄光,在较远尺度下,建筑底部被其它建筑物遮挡,只看见蓝光,避免了混光后的负面效果。
2. 3 色温选择
对于单一建( 构) 筑物, 色温种类应在2 ~ 3种,以两种为宜。选择色温超过三种,就会产生凌乱的感觉。一般地,对于高大建筑,底部近人尺度以暖色为主,营造温暖氛围,吸引行人进入,中部以上尺度色温可提高,从远处看,建筑物亮度增加,更加现代化,更显气派。
对于小区、公园等场所内的庭院灯,一般环境比较昏暗,根据中间视觉理论,宜采用较高色温的白光光源替代高压钠灯光源,增加视亮度。
夜景照明工程实施后,灯具之间色温不一致的情况并不鲜见。从光源来看,应注重品质的把关,同一种光源色温不一致的现象应尽量避免。陶瓷金卤灯的颜色一致性优于一般的石英金卤灯,在客观因素允许的情况下,可优先采用陶瓷金卤灯。特定的色温值对应的是一条等色温曲线, 对于白光LED,可考虑以中心色度坐标加上合适的色容差框定色温范围, 避免同批次同一色温LED 的色差现象。
2. 4 显色指数选择
夜景照明可以是对日景的提升,也可以是对日景的颠覆。对于造型优美、特点突出的建( 构)筑物整体或局部,应选择显色指数高的光源,加强对建筑机理、形态的表现,对白天景观效果进行提升。对于工业景观、历史建筑等破旧的建( 构) 筑物,无需表现其局部细节和真实性,则可使用显色指数较低的光源,例如钠灯、单色LED 等,塑造一种与白天完全不同的效果。
3 结论
城市夜景照明设计方法多样,灵活度大。从色度学的角度来看,颜色选择应符合建筑定位和节能舒适原则; 颜色匹配应遵循色度学混色原理,使颜色搭配和谐; 色温选择应考虑观察尺度和亮度加成;显色指数选择应从夜景和日景的关系出发,通过不同显色指数的光源照明,提升或颠覆日景,达到夜景照明设计效果。