Welche Lichtfarbe braucht der Mensch?

Transkript

1 Light for Vitality 7.November, Dresden Welche Lichtfarbe braucht der Mensch? D. GALL TU Ilmenau

2 Na-Niederdrucklampe Dreibanden- Leuchtstofflampe Tageslicht

3 Spektrenverteilung einiger Lichtquellen rel. Spektralverteilung 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, direkte Sonne CCT: 5080 K Wellenlänge [nm] rel. Spektralverteilung 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 rel. Spektralverteilung Wellenlänge [nm] Halogenmetalldampflampe CCT: 3630 K 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Glühlampe CCT: 2800 K Wellenlänge [nm]

4 Spektrale Absorptionskurven der Empfänger Wellenlänge [nm] Goldfisch Taube Wellenlänge [nm] Wellenlänge [nm] Wellensittich Mensch Wellenlänge [nm] (R.SÖLCH 1998)

5 Netzhaut: Zapfen und Stäbchen aus: Bild der Wissenschaft 1975

6 Übergangsstufen zum dreidimensionalen Farbensehen Entwicklungsstufe 2 (2 Empfindungsdimensionen) Entwicklungsstufen... Entwicklungsstufe 2 B (2 Empfindungsdimensionen)... Entwicklungsstufe 3 (3 Empfindungsdimensionen) Zapfen der Netzhaut... K-Zapfen M-Zapfen K-Zapfen M-Zapfen... K-Zapfen M-Zapfen L-Zapfen L-Zapfen Neutronale Kanäle... Hell/Dunkelkanäle K/M-Kanäle Hell/Dunkelkanäle K/ML-Kanäle... Hell/Dunkelkanäle K/ML-Kanäle M/L-Kanäle Empfindungspaare... Weiß/Schwarz Urfarbe X/Urfarbe Y Weiß/Schwarz Urfarbe X/Urfarbe Y... Weiß/Schwarz Gelb/Blau Rot/Grün (R. SÖLCH 1998)

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8 V3 Das menschliche Gehirn Stirnlappen Scheitellappen AZC V3a Hinterhauptlappen MTV/V5 V2 ITC V4 VP V1 Schläfenlappen

9 Kriterien bei der Spektrenauswahl: - Lichtausbeute -Lichtfarbe - Farbwiedergabe - Sehfunktionen - Schädigungspotentiale - circadiane Beeinflussung (Gesundheitsanteil)

10 Kriterien bei der Spektrenauswahl: - Lichtausbeute -Lichtfarbe - Farbwiedergabe - Sehfunktionen - Schädigungspotentiale - circadiane Beeinflussung (Gesundheitsanteil)

11 Rel. Spektrale Empfindlichkeit (Absorption) der optischen Sensoren im Auge log. rel. spektrale Empfindlichkeiten 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2, Wellenlänge [nm] S M L

12 S. VOGEL (2003)

13 Stimmungsattribute für verschiedene Lichtfarben Lichtfarben Beleuchtungsstärke Warmton Weiß Tageslicht über 3000 lx übertrieben künstlich freundlich lebendig freundlich lx freundlich freundlich neutral unter 700 lx dämmrig dämmrig trübe dämmrig kalt (BODMANN u.a.)

14 Rel. Richtigkeit der Wahrnehmung von Raumfarben Relative Richtigkeit % Beleuchtung [lx] (zit. A.NEMCSIS 1993)

15 Antworthäufigkeit in Abhängigkeit von der ähnlichsten Farbtemperatur CCT mittlere rel. Antworthäufigkeit [%] Voreinstimmung auf 5400 K ähnlichste Farbtemperatur T n [K] Antwortklasse freundlich, lebendig, frisch fade, einschläfernd (G. STECK 1975)

16 Lichtfarbe und Beleuchtungsniveau Beleuchtungsstärke [lx] Kruithof o.g. Kruithof u.g. Han o. G. Han u. G. u. G. - untere Grenze o. G. - obere Grenze der Behaglichkeit ähnlichste Farbtemperatur [CCT (K)]

17 Zusammenhang zwischen ähnlichster Farbtemperatur und Akzeptanz gut Akzeptanz 3,0 2,0 1,0 0,0-1,0 10 C 30 C 23 C -2,0 schlecht -3, ähnlichste Farbtemperatur CCT [K] Parameter: Raumtemperatur; 1000 lx (nach NAKAMURA 25. CIE 2003)

18 Kriterien bei der Spektrenauswahl: - Lichtausbeute -Lichtfarbe - Farbwiedergabe - Sehfunktionen - Schädigungspotentiale - circadiane Beeinflussung (Gesundheitsanteil)

19 Natrium-Niederdrucklampe Tageslicht Farbwiedergabe

20 Hochdrucklampen Tageslicht Farbwiedergabe

21 S. VOGEL (2003)

22 Einschätzung der Farbwiedergabe-Eigenschaften (allgemein) Lampe Ra CCT FWG-Präferenz (allgemein) RGB-LED ,5 RGB-LED ,1 LED-"Amber Weiß" ,6 LED-"Weiß" ,05 Halogenglühlampe Glühlampe ,4-0,4 E. 200 lx CCT ähnl.farbtemperatur in Kelvin Ra allg. Farbwiedergabeindex (NARENDRAN u.a. 2002)

23 Einschätzung der Farbwiedergabe-Eigenschaften der Haut Lampe Ra CCT FWG-Präferenz der Hautfarbe RGB-LED ,8 RGB-LED ,6 LED-"Amber Weiß" ,25 LED-"Weiß" ,4 Halogenglühlampe Glühlampe ,5-1,2 E. 200 lx CCT in Kelvin (ähnl.farbtemperatur) Ra allg. Farbwiedergabeindex (NARENDRAN u.a. 2002)

24 Kriterien bei der Spektrenauswahl: - Lichtausbeute -Lichtfarbe - Farbwiedergabe - Sehfunktionen - Schädigungspotentiale - circadiane Beeinflussung (Gesundheitsanteil)

25 Sonnen- Anbeter E.Barlach

26 Zwei Gesichter der Sonne LE CORBUSIER

27 Wellenlängenabhängigkeit Thermische Netzhautgefährdung R(λ) B(λ) Wellenlängenabhängigkeit der thermischen Netzhautgefährdung R(8) und der Photochemischen Netzhautgefährdung durch blaues Licht B(8) [SUTTER]

28 Kriterien bei der Spektrenauswahl: - Lichtausbeute -Lichtfarbe - Farbwiedergabe - Sehfunktionen - Schädigungspotentiale - circadiane Beeinflussung (Gesundheitsanteil)

29 Licht Licht Körper energetischer Anteil der Sehbahn optischer Anteil der Sehbahn Zwischenhirn - Hypophyse Großhirn Nebennierenrinde physiologische Funktion *Stoffwechselproz. *Blutzucker * Elektroly. haush. * Fettstoffwechsel * Eiweisstoffwechsel * Leistungsbereitschaft * Ermüdung *Erholung * Eosinophinenzahl * Wasserhaushalt * Sexualhormone * Kreislauf * Schilddrüsentätigkeit Stimmung * Gemütszustand * Akzeptanz Visuelle Wahrnehmung * Informationsverarbeitung * Mentales Konzept * Wiedergabe Sehfunktion * Helligkeit *Kontrast *Form *Farbe *Bewegung u. a. m. (zit. bei LINDNER 1978)

30 Energetischer Anteil der Sehbahn In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der Münsteraner Anatom H. Becher (1955) ein flächenhaft über die ganze Netzhaut ausgebreitetes Kerngebiet im III.Neuron nachgewiesen hat, das den Stäbchen und Zapfen vorgelagert ist ( heliotropes Bewirkungssystem ).... Die Existenz einer retino-hypothalamischen Bahn wurde bereits Mehrfach zweifelsfrei bestätigt. (Hollwich, 1981)

31 Energetischer Anteil der Sehbahn Trotz diesen zustimmenden Aussagen (L. S. und B. S.) über die von mir erstmals hervorgehobene Doppelrolle des menschlichen Auges hat sich die Lichtindustrie... völlig einseitig auf den Sehvorgang orientiert. (Hollwich, 1981)

32 Produktivität und Unfälle über die Tageszeit

33 08 : : :00 11: : : : : :00 17:00 08 : : : : : : : : :00 17:00 Prüfungen Durchschnittsprüfungsnoten LT/TO I (Mittelwerte) , 509 Studierende 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Prüfungszeit Uhr Prüfungszeitraum Juli Prüfungszeitraum September/ Oktober Durchschnittsprüfungsnoten LT/TO I (Mittelwerte) , 509 Studierende 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Prüfungszeit Uhr Prüfungszeitraum Juli/September/Oktober (TU Ilmenau)

34 Belichtung und unspezifische Lichtwirkung Suppression von Melatonin [%] Verschiebung der circadianen Rhythmik [h] -3,50-3,00-2,50-2,00-1,50-1,00-0,50 subjektive Munterkeit [relative Einheiten] ,00 a) b) c) Parameter: (weißes Licht) (zit. bei SCHIERZ Licht 2002)

35 Belichtung pro Tag Student (29 TP) Mittlere Beleuchtungsstärke (lx) 185 Belichtung / Tag (klx h) Maximum (klx h) 5 ± 4,9 21 Büroangestellter (26 TP) ± 5 21 Busfahrer (22 TP) ± Parameter: Messgerät am Arm, 1 Messung/Minute, auf E am Auge korrigiert, 3 9 Stunden Schlaf (IWATA, T. u.a. CIE 2003)

36 Belichtung und Schlafqualität Schlaf-Wachphase Schlafeffizienz (Dauer) Gruppe 1 Gruppe 2 M/A groß M/A gering H groß (5,4 klx h) H klein (3,4 klx h) 92 % 85 % 91 % 81 % Anmerkung: Einschätzung Es besteht keine Korrelation zur subjektiven Es bedeutet: M/A Verhältnis zur Belichtung am Morgen (2-4h) nach dem Aufstehen zur Dosis am Abend (2-0h) vor dem Schlafen (15 TP) H - Belichtung (IWATA, T. u.a. CIE 2003)

37 Depressionsbehandlung mit Licht

38 Empfindungsfunktionen Genormte Helligkeitsfunktion v(8) und v (8) und circadiane Wirkungsfunktion c(8)

39 gemittelte circadiane Wirkungskurve c(8) 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 c( λ ) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, λ [nm] Thapan u.a. (2001) Brainard u.a. (2001)

40 a cv = 780nm E 380nm 780nm E 380nm eλ eλ c( λ) v( λ) dλ dλ E c = a cv E v Es bedeutet: a cv -circadianer Wirkungsfaktor c(8) - circadiane Wirkungsfunktion E c - circadiane Beleuchtungsstärke (lx c ) E v - Beleuchtungsstärke (lx)

41 Ähnlichste Farbtemperaturen (CCT) im Innenraum Fenster Sommer Winter CCT 6000 K 5400 K Circadianer Wirkungsfaktor (a cv ) 1,0 0,84 Innen Sommer Winter 5200 K 5700 K 0,80 0,94 - gemittelte Farbtemperaturen und a cv -Werte (J. VOGEL 2003)

42 a cv -Werte einiger Lampen

43 a cv -Werte einiger Bio -Lampen (z/y-wert) Lampe TRUE LITE 58W (AURU-LIGHT) NARVA VITAL 58W/955 BIO-LICHT 58W/5700 K Biolux OSRAM 58W/ PHILIPS TLD 58W/965 a cv 0, 932 0, 984 0, 936 1, 17 1, 19

44 Circadiane Wirkungsfaktoren von Monitoren Standard Farbwertanteile circ. Wirkungsfaktor (a cv ) Blau Grün Rot Blau Grün Rot x y x y x y EBU / HDTV 0,15 0,06 0,29 0,60 0,64 0,33 10,8 0,18 0,03 NTSC 0,14 0,08 0,21 0,71 0,67 0,33 9,8 0,11 0

45 Farbe und energetische Wirkung des Lichtes

46 Circadianer Wirkungsfaktor a cv als Funktion der Farbtemperatur (CCT)

47 Circadianer Wirkungsfaktor in der Morgendämmerung

48 Circadianer Wirkungsfaktor in der Abenddämmerung

49 Circadianer Wirkungsfaktor als Funktion der Tageszeit

50 Circadiane Bewertung einer Landschaft a. Leuchtdichteverteilung L (x, y) b. Foto der Landschaft c. Relative circadiane Leuchtdichteverteilung L c, rel (x, y) d. Relativer Wirkungsfaktor (a cv, rel = f(x, y))