Φως και χρώμα

Το φως είναι μια μορφή ενέργειας, ορατής, που μπορεί να μεταδοθεί από το ένα σημείο στο άλλο με δοσμένη ταχύτητα. Το φως, φυσικό και τεχνητό, ως κύμα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας μπορεί να περιγράφει σε σχέση με το μήκος κύματος και την ισχύ. Το ορατό φως αποτελεί ένα μικρό μόνο μέρος του φάσματος της ακτινοβολίας (360 – 830 nm) το οποίο εκτείνεται από τις κοσμικές ακτίνες έως τα ραδιοκύματα.

Όταν το ηλιακό φως διαιρείται σε ένα φάσμα – όπως ένα ουράνιο τόξο – όλα τα χρώματα δεν εμφανίζονται το ίδιο έντονα. Οι κεντρικές ζώνες του κίτρινου και του πράσινου έχουν μια πολύ πιο υψηλή αίσθηση φωτεινότητας από τα πορτοκαλί – κόκκινα στην μια άκρη ή τα μωβ – μπλε στην άλλη. Αυτό οφείλεται κυρίως στην διαφορά ευαισθησίας του ανθρώπινου ματιού και αντανακλά τον ορισμό του φωτός ως της ανθρώπινης αντίληψης της ορατής ακτινοβολίας.

 Το ανθρώπινο οπτικό σύστημα παρουσίαση τη βέλτιστη ευαισθησία – ανταπόκριση στα χρώματα που βρίσκονται στο κέντρο του φάσματος. Η υπεριώδης ακτινοβολία, πέρα από τα αριστερά της καμπύλης, δεν γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι και φυσικά δεν είναι ορατό φως. Μια δέσμη ακτινοβολίας σταθερής ισχύος αλλά βαθμιαία αυξανόμενου μήκους κύματος θα έδειχνε αρχικά μουντό μωβ, μετά ένα πιο έντονο μπλε, ένα φωτεινό πράσινο, ένα αμυδρό και προς το κόκκινο πορτοκαλί και ένα μουντό βυσσινή πριν γίνει ξανά αόρατη καθώς θα είχε φτάσει στα όρια της υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Το διάγραμμα δείχνει την καμπύλη Vλ, η οποία δηλώνει τη μέση οπτική ανταπόκριση του ανθρώπινου ματιού σε προσαρμογή στο φως ημέρας. Μια παρόμοια λειτουργία περιγράφει την μέση ανταπόκριση του ματιού σε χαμηλά επίπεδα φωτισμού, αλλά αυτή η καμπύλη είναι ελαφρώς μετατοπισμένη προς τα αριστερά. Το μπλε φως, στο μάτι που είναι προσαρμοσμένο στο σκοτάδι, είναι ελαφρώς πιο φωτεινό από το κόκκινο, αλλά σε χαμηλότερες τιμές λαμπρότητας κανένα από τα δυο δεν μπορεί να γίνει αντιληπτό ως απόχρωση.

 Εάν διαφορετικές πηγές φωτισμού με χρώμα εστιαστούν σε μια λευκή επιφάνεια, το παραγόμενο αποτέλεσμα της μίξης του φωτός μπορεί να αλλάξει σε χρώμα αλλάζοντας τη σχετική απόδοση των πηγών φωτισμού. Για να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε ένα μεγάλο εύρος από αλλά χρώματα, οι βασικές πηγές φωτός θα πρέπει να είναι έντονα κορεσμένες και σε μεγάλη απόσταση όσο αφορά τη χροιά (απόχρωση, χρωματικός τόνος) στον χρωματικό κύκλο (για παράδειγμα Κόκκινο, Πράσινο και Μπλε). Aπό τη στιγμή που τα βασικά χρώματα των πηγών φωτισμού τυποποιηθούν, ένα άλλο χρώμα μπορεί να ορισθεί από το συνδυασμό τους το οποίο δίνει την ίδια εμφάνιση – αποτέλεσμα. Εάν αυτό εκφραστεί με σχετικές ποσότητες έτσι ώστε οι τιμές των χρωματων Κόκκινο + Πράσινο + Μπλε = 1 ο συνδυασμός μπορεί να αναπαρασταθεί γραφικά ως ένα σημείο σε ένα τρίγωνο όπως στο ακόλουθο σχήμα.

Η ταυτόχρονη χρησιμοποίηση και των τριών χρωματιστών πηγών φωτισμού δίνει προσθετική μίξη χρώματος και λευκό φως μπορεί να παραχθεί από το συνδυασμό των βασικών. Αφαιρετική μίξη χρώματος έχουμε όταν συνδυάζονται χρώματα, ένας συνδυασμός κόκκινης, μπλε και πράσινης χρωστικής πλησιάζει το καυτό επειδή κάθε χρώμα απορροφά μέρος του συνολικού προσπίπτοντος φωτός. Αφαιρετικός συνδυασμός επίσης έχουμε όταν συνδυάζονται υλικά που εκπέμπουν φως όπως για παράδειγμα φίλτρα.

 Το χρωματομετρικό διάγραμμα βασίζεται σε τρες υποθετικές πηγές με κανονικές φασματικές κατανομές τέτοιες ώστε κάθε πραγματικό χρώμα να μπορεί να ταιριαχθεί από κάποιο συνδυασμό των βασικών αυτών. Το πλήρες φάσμα ακολουθεί την καμπύλη γραμμή και έτσι ένα τρίγωνο από χρώματα που ταιριάζει από τρεις πραγματικές λάμπες βρίσκεται μέσα σε αυτό. Μια μαθηματική μετατροπή χρησιμοποιείται για να αναπαρασταθούν γραφικά δοκιμαστικά αποτελέσματα πάνω στο γράφημα.

Ο άξονας Υ δηλώνει πράσινο σε μια κλίμακα από το 0 έως 1, ο Χ προς το κόκκινο και επειδή το άθροισμα των τριών βασικών είναι μονάδα, η άξια 1-X-Y δηλώνει μπλε. Τα ουδέτερα χρώματα βρίσκονται κοντά στο κέντρο του τριγώνου.

Κάθε χρώμα φωτός ή κάθε επιφάνεια κάτω από μια συγκεκριμένη πηγή φωτός μπορούν να αναπαρασταθούν γραφικά με ένα σημείο στο διάγραμμα ή αριθμητικά από τις συντεταγμένες Χ και Υ. Με τον τρόπο αυτό οι μίξεις μπορούν να προβλεφτούν και τα χρώματα όλων των συνδυασμών πχ. δυο χρωματιστών πηγών φωτισμού βρίσκονται σε μια ευθεία γραμμή μεταξύ των σημείων στο διάγραμμα των δυο πηγών.

Η κατάλληλη επιλογή της φωτεινής πηγής παίζει πρωτεύοντα ρόλο στη μελέτη του τεχνητού φωτισμού. Η καλύτερη δυνατή απόδοση που μια φωτεινή πηγή μπορεί να προσφέρει είναι αυτή που εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα από το πλήρες φάσμα του ορατού φωτός. Ένας εξαιρετικά σημαντικός παράγοντας για την επιλογή των κατάλληλων πηγών φωτισμού είναι το χρώμα του φωτός που εκπέμπουν.

 Θερμοκρασία χρώματος είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να εκφράσει πόσο ‘θερμό ή ‘ψυχρό’ είναι το φως που εκπέμπεται από κάποια φωτεινή πηγή μετρούμενο σε βαθμούς Kelvin (K)

Έτσι λέμε ότι μια φωτεινή πηγή εκπέμπει θερμό φως όταν η θερμοκρασία χρώματος της είναι < 3000Κ και ψυχρό φως όταν είναι > 5000Κ. Για παράδειγμα ένα λαμπτήρας πυράκτωσης με θερμό λευκό χρώμα έχει θερμοκρασία χρώματος 2700Κ ενώ ένας λαμπτήρας φθορισμού με φως ημέρας έχει αντίστοιχη θερμοκρασία χρώματος 6000Κ.

Δείκτης χρωματικής απόδοσης (CRI – Colour Rendering

Index) χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ικανότητας πιστής απόδοσης των χρωμάτων επιφανειών και αντικειμένων από το φως που εκπέμπει μια πηγή φωτός

Συμβατικά λέμε ότι ο χρωματικός δείκτης 100 αντιπροσωπεύει το φως ημέρας. Η σύγκριση της ικανότητας διάκρισης χρωμάτων κάτω από τεχνητές πήγες φωτισμού και από το φυσικό φως, αποτελεί τη βάση αυτού του μέτρου. Έτσι η καλύτερη φωτεινή πηγή κατά αυτή την έννοια είναι ο λαμπτήρας πυράκτωσης αλογόνου που έχει η άριστη χρωματική απόδοση (CRΙ 100). Οι λαμπτήρες αλογόνου εκπέμπουν περισσότερο στο κοκκινο / κιτρινο τμήμα του ορατού φάσματος και έχουν συνεχόμενο φάσμα όπως και το φως της ημέρας, το οποίο είναι σημαντικός παράγοντας όσο αφορά την ανταπόκριση του ανθρώπινου ματιού στο φως. Οι μόνες άλλες φωτεινές πήγες που ο δείκτης χρωματικής τους απόδοσης κυμαίνεται μεταξύ 90 και 100 είναι ορισμένοι από τους λαμπτήρες φθορισμού.

Θεόδωρος Δ Κοντορήγας MBA MSc PLDA SLL

 

%d bloggers like this: