Розповідь про те як спектральні характеристики освітлення впливають на наше життя

Отже, уявіть, друзі, що живе десь на світлі середньостатистична людина, назвемо його Василь. І ось значиться жив собі жив Василь 20 років на узліссі в середній смузі нашої безкрайньої батьківщини, та ось захотілося йому «кава від кращих бариста», світшоти, та «айфонів» глянцевих і вирішив Василь в місто податися. А щоб йому зовсім не солодко жилося, то вирішив він податися в офіс на цокольному поверсі в славне місто Харцизьк, ну в загальному в «бетонну коробку офісну», щоб трудиться там не покладаючи рук і світла божого не бачити.

А ось, що ж там Василя чекало, заховане під катом, всіх допитливих ласкаво просимо.

Частина 1 - спектральні характеристики джерел світла

Для початок розглянемо основні моменти

1. До масового впровадження в побут електричних джерел світла, людство багато в чому підлаштовуватися свою життєдіяльність (добовий цикл) під природне освітлення.
2. Природне освітлення змінюється протягом доби, спектр випромінювання у нього безперервний, сонце світить в ультрафіолетовому, видимому, і інфрачервоних діапазонах. для природного освітлення не характерна пульсація.
3. Сучасна людина зазвичай проводить добрих 90% свого часу в приміщеннях (транспорт теж будемо вважати штучним середовищем)
4. У приміщеннях осіб, часто користується штучним освітленням (або поєднаним), навіть літнього дня не всі мають можливість використовувати тільки природне освітлення
5. Світло впливає на біологічні процеси в організмі людини

Ось так виглядає спектр сонця з «веселкою» і графіком, хтось сумлінно сфотографував московське небо

Повернемося до Василя. Як ми пам'ятаємо майже все своє свідоме життя він провів на природі, подивимося як йому світило сонечко, і чому від нього у їжаків швидше росли колючки.

Відповідальні мужі займаються світлотехнікою зробили для нас модель умовного денного світла різної кольорової температури (це xls в якому можна моделювати не бійтеся), ми представимо, що рано вранці Василю світило сонечко з температурою 4000К, в полудень з температурою 5000К ну а вдень все 7000К, ну а до ночі рухалося в зворотному порядку (приблизна колірна температура джерел світла тут).

Дешеві люмінесцентні лампи з електромагнітної пуско-регулюючою апаратурою, наприклад ЛБ-40 з індексом передачі кольору (здатністю відтворювати коректно кольору) CRI<70.

Можливо це будуть дорожчі заморські баклажанні. лампи від Osram або Philips з CRI> 80, ну а оскільки графік під рукою у мене завалявся і для компактних люмінесцентних ламп КЛЛ, то згадаємо і про них.

Картинки з «веселкою» під сплойером, рекомендую подивитися, і порівняйте з представленим вище московським небом, буде дуже наочно.

Отже, що ми бачимо, ми бачимо мрію будь-якого скелелаза і спосіб перевірки друзів по методу В. Висоцького, а саме, гори і піки, причому чим дешевше лампа тим більше «Гімалаї» ми спостерігаємо.

Про що нам це говорить? Це говорить нам в першу чергу про те, що світ зовсім не такий як природний. А якщо врахувати, що наш піддослідний Василь змушений сидіти під зовсім незмінним світлом всі свої 8 робочих годин. Пам'ятайте графік вище? Природне світло змінюється протягом дня, а цей ось анітрохи немає. Таким чином наш організм страждає від знаходження під незвичним освітленням. Що пов'язано з погіршенням здоров'я, зменшенням зорової работоспобності і продуктивності праці. Не вірите мені? Запитайте у наймудрішого Юліан Борисовича Айзенберга (довідник з світлотехніки стор. 889).

Де ж вихід можливо світлодіодне освітлення?

Ну мабуть, що не зовсім. Хоча вже набагато краще.
Дивимося на графіки і все одно «твій спектр на мамин зовсім не схожий». Все одно є пік в синій області, провал в блакитний, ну і знову нагадаю, що більшість світлодіодних ламп світить одним квітів протягом дня.
Картинок для RGB світлодіодів у мене під рукою немає, але повірте, що там справа йде нітрохи не краще (а мабуть зазвичай навіть гірше).

Спектр теплого білого СІД під спойлером.

Отже, ось відпахав Василь свої 8 годин, повернувся додому і, втомившись від казенних ламп, приходить додому сідати на диван і занурюється в теплий ламповий світло.

І, до речі, це не так погано, для вечірнього домашнього освітлення, лампа розжарювання залишається хорошим варіантом. Спектр лампи розжарювання багато в чому відповідає спектру вечірнього сонця, і не сильно пригнічує вироблення мелатоніну (про це трохи пізніше), знову таки один мінус не регулюється в процесі дня.

Спектр лампи розжарювання під спойлером:

Посидів Василь будинку подумав, подумав, вирішив що не буде більше здоров'ю шкодити стане він дворянського столбовою фрілансером і буде світлом білим управляти. як захоче поки вдома працює.
І це, до речі, не найгірший варіант, не дивлячись на те, що сучасні дімміруемие світлодіодні лампи все одно не дають повної ідентичності природного освітлення, це все ж краще ніж вищезгадані ЛБ-40 і навіть може бути трохи краще ніж просто світлодіодні лампи. Причому якщо RGBW лампи це швидше баловство, то лампи на основі СІД теплого білого і холодного білого світла цілком придатні для освітлення. Якщо зацікавило, можна подивитися в цю сторону

Принаймні така лампа, може поступово імітувати теплий білий, нейтральний білий і холодний білий світ. (Під спойлером) Що зле бідно в'яжеться з природним сонячним циклом.

Спектри лампи ML-19 Dual White E27 куля 9W (колірна температура на підставі даних виробника)

Частина 2 - як можна поміряти спектр за допомогою прямих рук і синьою ізоляційної стрічки

Якось я вже піднімав цю тему на Хабре. Але, думаю, варто розповісти коротко.
Отже, ми з вами загорілися картинками з веселкою і вирішили почати всюди міряти спектр. Оскільки найдешевший спектрометр коштує в Україні більше 70 т.р. (На момент написання статті), то ми підемо іншим шляхом.

До слова там є кілька типів спектрометрів і можна як купити готовий набір для зборки (рекомендую криворуким типу мене), так і зібрати самому з підручних засобів.

Оскільки я впевнений, що якщо ви дочитали до цього місця, то у вас вже горять очі, сверблять руки і чекати посилку з-за недружнього нам океану, ви не хочете і не будете.

Отже, що нам знадобиться і що ми будемо робити:

1. Беремо бажано щільну креслярську папір А4 (Ватман) або щільну матову фотопапір, в загальному щільний папір чим щільніше тим краще, але думаю якщо бути дуже наполегливим можна спробувати зробити і з простої правда буде хистко, (в принципі якщо дружите з кресленням то можете зробити хоч з взуттєвої картонки хоч з текстоліту, але я Криворук і розповім свій шлях з щільним папером.

2. Принтер і схема зборки, роздруковуємо схему та інструкцію на аркуші і далі радісно вирізаємо, прорізаючи необхідні отвори (щілину краще різати гострим скальпелем або лезом, потрібна акуратність).
Беремо DVD (можна і CD, але там дифракційна решітка гірше) розрізаємо його ножицями навпіл, беремо одну половинку і акуратно її поділяємо на два шари, нам потрібен прозорий шар фоторезиста, з нього необхідно вирізати квадратик диф. Грати під нашу паперову заготовку. Детальніше подивитися можна тут.

3. Далі збираємо всі частини разом я використовував простий клеїть олівець, а диф. грати кріпив ізолентою (хоча двосторонній скотч краще), дивимося що вийшло, а вийшла тендітна просвічує конструкція, тому якщо папір спочатку була щільна, то ми радісно зможемо армувати її ізоляційною стрічкою, до тих пір поки не отримаємо синій або чорний квадрат Малевича, в результаті наш спектроскоп не повинен пропускати жодного світла, крім світла через щілину.

6. Реєструємося на порталі. тиснемо capture spectra upload і насамперед завантажуємо туди наш знімок спектра КЛЛ, він нам необхідний для калібрування після того, як малюнок завантажився і відкрилася картинка зі спектром, можливо знадобиться провести ряд маніпуляцій

6.1 Якщо зображення не лежить горизонтально якщо фіолетово-синя зона не лежить зліва, а червоно помаранчева права значить треба натиснути more tools і користуючись інструментами повороту і відображення повернути спектр як нам треба. після чого рекомендую Натиснути кнопку "re extract from foto (там же в інструментах) після цього комп'ютер нам побудує криву яка буде узгоджена з картинкою спектра, правда нам не вистачає довжин хвиль.
6.2 Можна відкоригувати графік спектра, вибравши автоматично найяскравіший спектр (в меню more tools) або в ручну вибравши set sample row і клікнувши на найбільш вдалому ділянці спектра а зображенні.
6.3 Тиснемо кнопку calibrate, тиснемо begin і на графіку мишкою натискаємо на вершину середнього синього спектра (як на прикладі в інструкції), потім також вибираємо зелений максимум. Тепер у нас є відкалібрований еталон. Цей еталон можна застосовувати до малюнків завантаженим і обробленим по п. 6.1. після чого у них теж з'явиться шкала довжин хвиль.
6.4 Ви можете застосувати калібрування до будь-якого знімку натиснувши calibrate-> use existing calibration і вибравши ваш еталон, але пам'ятайте, що якщо у вас відклеївся приклеєний до камери спектрометр наприклад, то можливо помилка буде великий і треба буде пере калібрувати.
6.5 Всі далі дані можна забирати в різних форматах і будувати графіки наприклад в Ексель, це звичайно не найточніший метод, але істотно улчше ніж зовсім нічого при повинно вправності ви зможете отримувати знімки які корелюють з реальністю.

Частина 3 - Коротко про вплив світла на людину

На десерт, зовсім коротко про вплив світла на людину

Світло впливає на циркадні ритми людини.
Світло особливо в синій області здатний пригнічувати вироблення мелатоніну, гормону що відповідає за наше спокійне відновлення, чим менше мелатоніну тим більшою стрес ми відчуваємо, з одного боку це добре, вдень коли треба підбадьоритися, з іншого боку пізно увечері і перед сном це порушить ваші біоритми і вам буде і важче заснути і ефективність сну буде нижче. Слід зазначити, що безумовно важлива потужність джерела світла, час проведений під ним, а також повернення (діти більш сприйнятливі, літні люди істотно менше).

Щоб підбадьоритися краще використовувати лампи денного світла:

Також важливий фактор, природне світло містить ультрафіолетове випромінювання,
Яке сприяє виробленню вітаміну Д, протіворахітним дією, ну і просто активізує потаємні фотобіологічні процеси в організмі людини.
Треба відзначити, що через віконне скло проходить тільки УФ-А, а штучні джерела світла як правило не розраховані на покриття дефіциту УФ випромінювання і або не випромінюють УФ зовсім або це побічний продукт не розрахований на усунення світлового голодування.
Так що якщо ви багато сидите в «бетонних коробках», буде корисно іноді опромінюватись відповідними УФ лампами, або просто виходити погуляти.
Детальніше про вплив світла можна почитати тут.

Про пульсації * Бонус

Всі штучні джерела світла (лампи розжарювання, люмінесцентні, світлодіодні), в тій чи іншій мірі пульсують (світловий потік в плині часу то стає менше то більше), в залежності від частоти пульсації наше око може це помітити, а може і не помітити, в будь-якому випадку зрозуміти що пульсація шкоди досить просто, прогуляйтеся до будь-якого світильника з неякісними люмінесцентними лампами і пильно подивіться на нього хвилину (хоча кажуть, що якщо довго вдивлятися в люмінесцентну лампу то люмінесцентна лампа на немає вдивлятися в тебе).
Існують різні способи знизити пульсацію, як правило вони полягають в застосування якісних електронних пристроїв живлення і управління (ЕПРА для люмінесцентних ламп, або драйвери для світлодіодів).
Але оскільки на мій погляд достовірно з зовсім вже підручних засобів пульсацію не помер, то ми зупинимося на питанні спектральної характеристики світла, а всім, хто цікавиться виміром пульсації можна заглянути сюди.