Меньше света попадающего на сетчатку

Благодаря бурному росту популярности светодиодов разной цветовой температуры (от 2700К до 9000 К) у нас появилась возможность сделать домашнее или рабочее освещение более функциональным. Считается, что в офисе лучше использовать более холодный свет, а  дома — более теплый.  Но мало кто знает, откуда взялась такая информация и почему подобные советы не всегда работают.

Любопытные результаты о наиболее комфортной для глаза цветовой температуре получил голландский физик Ари Андрис Крюитоф. Он провел следующее исследование: демонстрировал людям различные источники света разной цветовой температуры и яркости и просил оценить насколько комфортным для глаз является свет.

В результате был получен график, где по горизонтальной оси указана цветовая температура источника света (K), по вертикали — освещенность (Lx), а на перечечении этих параметов указаны зоны комфортного и некомфортного освещения.

Кривая Круитхофа 

Оказалось, что восприятие цветовой температуры источника света изменяется взависимости от уровня освещенности. А комфортной для глаз является только средняя область на графике (белая).

Например, свет лампочки с цветовой температурой 2700К, обеспечивающей освещенность в 200 Лк, скорее всего будет приятен. Но, если вы выберете лампу в 2 мощнее, то ее свет, скорее всего, будет раздражать и казаться слишком желтым.

Результаты исследования говорят о том, что не учитывая яркость (световой поток) источника света нельзя однозначно утверждать, например, следующее: «теплые светодиодные лампы или ленты подходят для дома, а холодные для офиса».

Почему человеческий глаз по-разному реагирует на разные условия освещенности?

Опыты опытами, но в науке принято объяснять эмпирически полученные результаты теорией.

Уровни освещения на открытом пространстве и внутри помещений различаются в десятки и более раз. Реагируя на эти изменения, радужная оболочка глаза быстро расширяется и сокращается. Благодаря этому она контролирует количество света, достигающего сетчатки глаза, которая содержит светочувствительные фоторецепторы — колбочки и палочки, ответственные за зрение. Свет, попадающий на сетчатку, пропорционален квадрату диаметра зрачка.

Если зрачок расширяется вдвое, то количество света, попадающего  в глаз, увеличивается в четыре раза. При тусклом освещении радужная оболочка может раскрыться до 8мм и сузиться до 2мм при ярком свете. Такое четырехкратное изменение диаметра соответствует шестнадцатикратному изменению яркости на самой сетчатке глаза, а ведь уровень света в музее и на открытом воздухе в солнечный день в Рочестере отличается в 680 раз. Такую разницу в освещенности в 42.5 раза  не может откорректировать глазная радужная оболочка, что приводит к активному динамическому взаимодействию между парами колбочек и палочек сетчатки.

Более шести миллионов колбочек и 119 млн. палочек неравномерно распределены на сетчатке. Колбочки конической формы в основном сосредоточены в ее центре, в области, называемой Ямкой, и имеют максимальную чувствительность, как показано на рисунке, в 555нм (зеленый спектр). До недавнего времени именно им приписывали ответственность за цветное зрение. Палочки, чей максимум чувствительности приходится на 508нм (синий спектр), традиционно связывали только с ночным зрением.

Что это все значит для человека, смотрящего на картины на открытом воздухе, в обычном помещении или в музее? Яркий уличный свет становится причиной сужения зрачка, однако, изменений в его диаметре недостаточно, чтобы компенсировать высокий уровень освещенности. При его увеличении чувствительность колбочек является доминирующей, а  вклад палочек в общую реакцию ощущается в меньшей степени. При этом цвет большого количества света, достигающего глаза, кажется белым.

Попадая в помещение, зрачок увеличивается в размере, пропорционально пропуская больше света. И опять радужная оболочка не может поддержать требуемый уровень освещения сетчатки. В условиях такой пониженной освещенности палочки с чувствительностью к голубому спектру становятся более активными, и свет силой 6000К, который выглядел на открытом воздухе белым, приобретает синий цвет, а силой в 4700К — начинает казаться белым. Посещая музей, мы снижаем уровень освещенности в десятки раз, и теперь и свет силой 4700К приобретает холодный голубоватый оттенок, а белым становится уровень в 3500К.

Важное значение имеет и то, что радужная оболочка зрачков, сокращаясь,  и пропускает меньше света в глаза, но при этом размер изображения на сетчатке не изменяется. Таким образом, для  определенной области восприятия всегда одинаковое количество палочек и колбочек подвергается воздействию света, который оказывает большее влиянии на колбочки при высоком уровне освещения и на палочки — при низком.

Взаимодействие между радужной оболочкой, палочками и колбочками дает правдоподобное объяснение нашим наблюдениям, когда люди называют прямой солнечный свет в 6000К белым и видят в нем синие оттенки при недостаточной освещенности.

Цветовая адаптация

В то время как кривая комфортности Круитхофа характеризует физиологические условия, влияющие на восприятие цвета, цветовая адаптация определяет психологические особенности, также играющие важную роль. Цветовая адаптация — восстановление равновесия чувствительности глаза к цвету как к спектральной композиции появляющихся изменений. Мозг постоянно обрабатывает потоки информации, поступающей в него через глаза. Иногда мозг как бы «массирует» полученные данные. Без этой способности большинство источников света, при которых мы работаем и играем, могли бы доставить нам неприятности. Возьмем, например, лампы дневного света: глазу комната кажется освещенной в прохладном  белом свете, однако, фотографии сделанные в этом же помещении, показывают зеленый оттенок.

Сочетание факторов цветовой адаптации с высокими перепадами освещенности вызывает порой весьма интересные эффекты. Например, ночью фары автомобиля кажутся яркими и белыми, но они же при дневном освещении выглядят тусклыми и желтыми.  В противоположность этому примеру — маленький луч солнечного света, просочившийся в помещение, освещенное лампой накаливания. В то время как комната кажется  белой, луч будет иметь синий оттенок. Если же этот же луч рассматривать на улице при дневном свете, он будет абсолютно белым, а вот лампа накаливания — желтой.

Вернемся к первоначальному вопросу о том, что же действительно синее, а что белое? Очевидно, что однозначного ответа тут нет, поскольку все зависит от уровня освещенности источника света и окружающей среды. При высоком уровне освещения, например, на улице дневной свет  цветовой температуры в диапазоне 4500-6000К кажется мозгу белым, на промежуточных уровнях в закрытых помещениях 6000К кажутся синими, а 3000-4700К — белыми.

Дизайнеры, освещающие области или объекты дневным светом, должны обязательно учитывать совокупность аспектов — насколько ярко уже освещено пространство, какую адаптацию прошли  глаза зрителей и, конечно, что же именно они собираются подсветить.

Назад