UNTERSUCHUNGEN ZU BELEUCHTUNGSSYSTEMEN

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1 UNTERSUCHUNGEN ZU BELEUCHTUNGSSYSTEMEN MIT VERÄNDERLICHER LICHTFARBE, TU Ilmenau, FG Lichttechnik Seite 1 Lux junior 2017

2 AGENDA Untersuchungen zu Beleuchtungssystemen mit veränderlicher Lichtfarbe 1. Motivation 2. Technische Realisierung 3. Untersuchungen zur Farbwahrnehmung für die Auslegung von Beleuchtungssystemen 4. Weiterführende Untersuchungen 5. Impulse für neue Forschungsfragen Bild: elv.de Seite 2 Lux junior 2017

3 MOTIVATION Klassische Beleuchtungssysteme Dynamische Beleuchtungssysteme variabel in: Beleuchtungsniveau Örtlicher Lichtverteilung Spektraler Lichtverteilung Seite 3 Lux junior 2017

4 MOTIVATION NeueErkenntnissezunicht visuellen Lichtwirkungen 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 c Brainard Thapan Relative spektrale Empfindlichkeit 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 c V( ) V'( ) Wellenlänge in nm Wellenlänge in nm Quelle: Gall (2002) Seite 4 Lux junior 2017

5 Beispiel: Relative Spektralverteilung 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Wellenlänge in nm 3000 K 8000 K Relative spektrale Empfindlichkeit 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 c( ) S ms ( ) V( ) Wellenlänge in nm a cv X X e e ( ) c( ) d ( ) V ( ) d CCT a cv E cv (E = 500 lx) E cv / E cv_3000k E cv / E cv_4000k 3000 K 0,34 0,249 W/m² 1,0 0, K 0,52 0,381 W/m² 1,5 1, K 0,90 0,659 W/m² 2,6 1, K 0,98 0,805 W/m² 3,2 2,1 Durch Variation der Lichtfarbe Modellierung der nicht visuellen Lichtwirkung bei gleichbleibender Helligkeit Seite 5 Lux junior 2017

6 TECHNISCHE REALISIERUNG Voraussetzungen: Dimmbare Lichtquellen mit variable spektraler Verteilung Komponenten zur Ansteuerung der Lichtquelle Steuermodule, die Steuer und Regelgrößen generieren Materialien für Lichtleitung und Lichtmischung Konzepte mit Vorgaben, wie dynamische Variationen der Lichtfarbe sinnvoll zu realisieren sind Seite 6 Lux junior 2017

7 TECHNISCHE REALISIERUNG 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 y 0,4 0,3 0,2 0,1 0,9 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x 0,8 0,7 0,6 0,5 y 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x Seite 7

8 TECHNISCHE REALISIERUNG Leuchte mit änderbarer Lichtfarbe (Siteco) Lichtleiter und Standartisierung Steuerprotokolle Lichtmischeinheiten DMX DMX512 (1990), DIN : 2000 DALI IEC : 2009 Leuchtstofflampen, IEC : 2011 Farb /Farbtemperatursteuerung Seite 8 Lux junior 2017

9 TECHNISCHE REALISIERUNG Seite 9

10 UNTERSUCHUNGEN Forschungsprojekt ( ): Adaptives Beleuchtungssystem mit Hybridlampe Teilprojekt TU Ilmenau: Physio psychologische Untersuchungen zur Wirkung von Lichtfarben farbige LEDs Kompacktleuchtstofflampe Seite 10

11 UNTERSUCHUNGEN Fragestellungen: Variationsbereich für Lichtfarbe Präferenzen Schrittweite der Änderung Genauigkeit für Variationsweg Abhängigkeiten: Beleuchtungsniveau Variationsrichtung CCT Änderungsgeschwindigkeit Variationsweg u'v' 3000 K 3263 K 3565 K 3914 K 4321 K 4802 K 5378 K 6082 K 7228 K 8000 K +/- 5 SW-Einheiten und Juddsche Geraden Planckscher Kurvenzug Steuerwerte Blanckenhagen, Seite 11

12 UNTERSUCHUNGEN Ergebnisse: Variationsbereich: 0, K bis 8000 K 0,48 0,47 Präferenz: 4200 K 0,46 Schwellen u v = 0,0016 0,45 Toleranz: Faktor 5 zur Schwelle 0,44 Unabhängigkeit von Lichtfarbe und Beleuchtungsniveau Variation hin zu niedrigeren CCT kritischer Orientierung am Planckschen Kurvenzug, geringe Abweichungen möglich Änderungsgeschwindigkeit: 12 K/s v' 0,53 0,52 0,51 0, K 5700 K 4700 K 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 u' 3700 K 3000 K CCT Toleranzwerte Schwellenwerte Planck-Kurve Judd-Geraden Seite 12 Lux junior 2017

13 WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN Lichtfarbenunterschiede innerhalb von Leuchten HALBKUGEL Testzeichen L = 200 cd/m² PROBAND 10 SIMULATOR L = 800 cd/m² BELEUCHTUNG: 2700K, 4000K, 6500K ND-FILTER Kramer (2014) Seite 13 Lux junior 2017

14 WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN Lichtfarbenunterschiede innerhalb von Leuchten Schwellenwerte: u v = 0,0006 bis 0,0012 bei sprunghaftem Übergang, Faktor 1,5 für andere Übergänge bei Variation der Lichtfarbe im Umfeld, keine Änderung der Ellipsenorientierung tendenzell größe Schwelle je größer CCT zwischen Testzeichen und Umfeld Kramer (2014)/ Häubere & Bieber (2016) Seite 14

15 WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN Kombination von Lichtfarben im Raum Leuchtenanordnung Bieske, Fiebig (2014) Kombination ähnlicher Lichtfarben, Unterschiede zwischen Leuchten kritischer als farbige Schatten Seite 15 Lux junior 2017

16 WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN Untersuchung von Farbwiedergabeeigenschaften Relative Spektralkverteilung der Lichtquellen 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Wellenlänge in nm HMI HGL Relative Spektralkverteilung der Lichtquellen 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Wellenlänge in nm LED_weiß LED_weiß_2 Jungnitsch (2005) Seite 16 Lux junior 2017

17 WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN Untersuchung von Farbwiedergabeeigenschaften Farbwiedergabewert Vergleich SBI und CIE-R a bei 3000K Ra Ra - Ref_HGL SBI HGL LEDRGB LED weiß LLRGB Lichtarten Jungnitsch (2005) Abweichungen zwischen CIE FWG Index und subjektiver Farbbewertung bei diskrete Spektren Seite 17

18 WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN Untersuchung zur Metamerie LED RGB HMI-Lampe Subjektiv wahrgenommener Unterschied trotz identischer Farbörter Seite 18 Lux junior 2017

19 IMPULSE FÜR NEUE FORSCHUNGSFRAGEN Untersuchung zur Metamerie CIE1931 CIE1964 Farbortdifferenz nach subjektivem Abgleich Seite 19 Lux junior 2017

20 IMPULSE FÜR NEUE FORSCHUNGSFRAGEN Untersuchung zur Metamerie Referenz Test Versuchssituation Testlichtquelle Hoffmann (2010) Referenz CCT V1 RGB-LEDII RGB-LEDII 5400K V2 RGB-LEDII HGL+F 5400K V3 RGB-LEDI HGL+F 5400K 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 LED II Ref V1 LED II V1 0, Wellenlänge in nm 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 HGL+F V2 LEDI V2 0, Wellenlänge in nm 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Wellenlänge in nm HGL+F V3 LED I V3 v' 0,530 0,525 MW Probanden L U = 0 cd/m² MW Probanden L U = 14 cd/m² 0,520 Referenz L U = 0 cd/m² 0,515 Referenz L U = 14 cd/m² Abgleiche L U = 0 cd/m² 0,510 Abgleiche L U = 14 cd/m² 0,505 0,500 0,495 0,490 0,485 0,480 0,475 0,470 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 u' v' 0,520 0,515 MW Probanden L U = 0 cd/m² MW Probanden L U = 14 cd/m² 0,510 Referenz L U = 0 cd/m² 0,505 Referenz L U = 14 cd/m² Abgleiche L U = 0 cd/m² 0,500 Abgleich L U = 14 cd/m² 0,495 0,490 0,485 0,480 0,475 0,470 0,465 0,460 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 u' Einfluss der Spektralverteilung auf die Farbortdifferenz nach Abgleich v' 0,530 0,525 MW Probanden L U = 0 cd/m² MW Probanden L U = 14 cd/m² 0,520 Referenz L U = 0 cd/m² 0,515 Referenz L U = 14 cd/m² Abgleiche L U = 0 cd/m² 0,510 Abgleich L U = 14 cd/m² 0,505 0,500 0,495 0,490 0,485 0,480 0,475 0,470 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 u' Seite 20 Lux junior 2017

21 IMPULSE FÜR NEUE FORSCHUNGSFRAGEN Untersuchung zur Metamerie u v = 0,0165 Farbraumfehler bis u v = 0,0165 Ableitung neuer Spektralwertfunktionen (2006 TUIL) Polster (2013) Seite 21 Lux junior 2017

22 IMPULSE FÜR NEUE FORSCHUNGSFRAGEN Untersuchung zur Metamerie Polster, 2013) Seite 22 Lux junior 2017

23 VIELEN DANK! Foto: Ingo Herzog Seite 23 Lux junior 2017