В предыдущих эпизодах (часть 1, часть 2, часть 3) мы рассматривали различные источники света (ИС) с точки зрения их технических характеристик и особенностей эксплуатации. Пора изучить, как ИС влияют на зрение и вообще на здоровье человека. Этот аспект — наиважнейший: потеря и даже простое ослабление зрения от сколь угодно эффективного освещения вряд ли может считаться приемлемым даже в таком не слишком развитом обществе, как наше.
Медицина восстанавливать зрение еще не слишком умеет. Максимум — удаление катаракты да коррекция роговицы, но и там масса ограничений (узнайте для интереса стоимость операции). Все остальное — очки, контактные линзы, искусственные хрусталики и тому подобное — не более чем протезы, сильно уступающие биологическим прототипам. Повреждения сетчатки и вовсе в массовом порядке не лечатся. «Запчасти для глаз» практически не вышли из экспериментальной стадии, да и разрешение невелико.
Среди характеристик ИС, так или иначе влияющих на организм, можно выделить следующие: спектр излучения, качество цветопередачи, пульсации светового потока, наличие побочных излучений, присутствие вредных соединений (экологичность). Рассмотрим в этом плане наших постоянных участников — лампы накаливания (ЛН), компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) и светодиодные лампы (СДЛ).
Разговор о влиянии источников света на здоровье мы начнем с разбора двух параметров: спектра излучения и цветовой температуры.
Спектр — важнейшая характеристика любого источника света, непосредственно влияющая на (дис)комфорт зрительного восприятия. По этому показателю новые ИС кардинально отличаются как от Солнца, так и от привычных «накалок», подтверждением чему служат хорошо известные графики. Напомним, что быстро оценить спектр любого ИС можно с помощью подручного средства — диска DVD. Его дорожки образуют отличную дифракционную решетку, в которой видны основные пики излучения (CD для этого грубоваты).
Спектр ламп накаливания естественно-непрерывен, в отличие от дискретных, с резкими пиками графиков КЛЛ. Он ближе всего к природному солнечному свету, хотя и смещен в красно-желтую область (это, кстати, хорошо соответствует вечернему освещению на закате — вот почему свет ЛН непроизвольно расслабляет). Именно к Солнцу в ходе эволюции адаптировалось все живое, в том числе — и человеческий глаз. Если бы мы располагали материалом, выдерживающим нагрев до 5800 К (температура фотосферы), проблема искусственного освещения была бы решена раз и навсегда. Увы, таких материалов на Земле нет и не предвидится, а применяемый в ЛН вольфрам плавится при 3690 К, не дотягивая до идеала более двух тысяч градусов. Так что тепловые источники света, лучшие, чем ЛН, нам недоступны. Что же дают новые технологии?
ЛН и КЛЛ в отражении от DVD. Так выявляется линейчатый спектр
Спектр КЛЛ имеет три резко выраженных пика, что определяется свойствами используемой люминофорной смеси. Варьируя соотношение различных компонент в ней, можно влиять на величину тех или иных пиков и тем самым получать результирующий свет более теплого или холодного оттенка (подробнее об этом далее). В соответствии с общепринятой трехкомпонентной теорией цветового зрения, он будет восприниматься как белый, с удовлетворительной, но не более того, цветопередачей. Ведь если предмет отражает свет с длиной волны, попадающей в провал между пиками, то в свете КЛЛ он будет выглядеть более темным, чем на самом деле.
Спектр двух разных КЛЛ и одной ЛН (черная линия). Местоположение пиков одинаково, варьируется лишь их интенсивность
Важно отметить, что линейчатый спектр КЛЛ вызывает повышенное зрительное утомление при чтении и других точных работах. Окулисты давно заметили, что измеренная острота зрения при люминесцентном освещении оказывается существенно ниже, чем при эквивалентном освещении ЛН или Cолнцем. Дело в том, что глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому цвету (555 нм) и фокусируется по нему, а как раз в этом месте у люминофора провал. Зато в спектре много синего, по которому фокусировка значительно хуже (хроматическая аберрация хрусталика, ничего не поделаешь). Все это формирует на сетчатке размытую картинку. Буквы в свете КЛЛ будут казаться менее четкими, поэтому чтение будет сильнее утомлять. Заядлые читатели, молодого и не очень возраста, часто жалуются: «От «сберегаек »глаза болят».
Спектральная чувствительность глаза различается для дневного и ночного зрения. В сумерках изумрудно-зеленый цвет кажется ярче, чем все остальные (это легко заметить по светофорам). Дневной пик в желто-зеленой зоне выражен менее резко
Чтобы исправить положение, приходится поднимать освещенность практически вдвое — тогда зрачок сокращается, аберрации уменьшаются и картинка становится четче. Налицо «инфляция света»: люмен от КЛЛ менее ценен для глаз, чем люмен от ЛН. В этой валюте за зрительный комфорт расплачиваются энергосбережением — вот к чему приводит несовершенный спектр КЛЛ!
У светодиодных ламп спектр существенно отличается. В нем присутствуют два компонента: острый синий пик от самого диода и второй, «размазанный» по всему спектру — от люминофора, которым покрыт кристалл (отсюда, кстати, желтый цвет выключенного светодиода). Как видно, его качество гораздо выше, чем у люминофоров, применяемых в КЛЛ, что определяется как технологией, так и экономикой (в СДЛ люминофора требуется несравненно меньше, чем в КЛЛ). Соотношение между синим цветом диода и полосой эмиссии люминофора определяет результирующий свет лампы. Эмиссию же легко регулировать толщиной слоя люминофора. Понятно, что СДЛ холодного света всегда будут дешевле и ярче, чем теплого, — вот в чем причина засилья «синюшных» лампочек в бюджетном (читай: китайском) сегменте рынка.
Спектр трех разных СДЛ и одной ЛН (черная линия). Пики излучения смещаются, что свидетельствует о разном составе люминофора
Интегральная характеристика спектра любого источника света — его цветовая температура (ЦТ). Она определяется как температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемый ИС.
Для ЛН цветовая температура совпадает с нагревом нити накала и колеблется в диапазоне 2200-3250 К. Первое значение характерно для маломощных лампочек 10-25 Вт, которые безбожно желтят, а последнее — для специальных киносъемочных ламп (они горят с сильным перекалом и служат всего несколько десятков часов). Ходовые ЛН 60-100 Вт имеют температуру 2700-2800 К — это и стало ориентиром при последующих разработках КЛЛ и светодиодов. Все шире используемые галогенки отличаются повышенной ЦТ: 2800-2900 К для ламп сетевого напряжения и 2900-3100 К для низковольтных. В обоих случаях более высокое значение характерно для фирменных ламп старших серий. Другими словами, качественные низковольтные ГЛН — самый лучший из доступных тепловых источников света, это стоит запомнить.
Лет 40 назад (когда об энергосбережении мало кто задумывался) широко использовались ЛН «дневного света» с исправленным спектром. Их колба имела бледно-голубой оттенок, вырезающий избыточные красно-желтые тона спирали. Результирующий свет был весьма приятным, но сильно ослабленным: для сохранения освещенности мощность лампочки приходилось практически удваивать (с 60 до 100 Вт в настольной лампе, например). Подобное излишество вроде бы кануло в Лету вместе с прожорливыми шестилитровыми авто, но парадоксальным образом возродилось как раз в автомобильной отрасли. Заметная часть продаваемых нынче галогенок для фар (стандарт 12 В, 55 Вт) окрашена в более или менее густой синий цвет, долженствующий приблизить спектр к модным «ксенонкам» (на самом деле — металлогалогенным лампам с небольшой добавкой ксенона для быстрого запуска). Так — заметим в сторону — безопасность движения приносится в жертву дешевым «понтам».
Даже крупные фирмы идут на поводу у спроса и выпускают такое. Синие галогенки светят, может быть, и красиво — прямо как ксенонки, но дорогу толком не освещают
Синие ЛН до сих пор выпускаются, но уже в немассовых количествах. Эта предназначена для обогрева рептилий в террариуме, а также подпитки их мягким УФ
Цветовая температура КЛЛ и СДЛ лишь приблизительно описывает их свечение, поскольку спектр этих ламп не гладкий. У КЛЛ он вообще линейчатый с несколькими резкими люминофорными пиками, а светодиоды при более размытом спектре сохраняют базовый пик в синей области, весьма вредный для глаз. Правильнее говорить о коррелированной цветовой температуре (CCT), поскольку полного соответствия с излучением черного тела здесь нет, и приходится выбирать температуру, ближайшую к кажущемуся цвету ИС.
Спектральные кривые абсолютно черного тела. Температура 3000-4000 К дает оранжево-желтые тона, при 5000-7000 К свет относительно ровный во всем спектре (нейтрально-белый тон), при 9000 К и выше преобладают короткие волны (голубоватые тона)
КЛЛ выпускаются с цветовой температурой из устоявшегося ряда, основанного на стандартизированных люминофорных смесях. Это 2700 К (торговое обозначение «теплый белый»), 4200 К («холодный, или нейтральный белый») и 6500 К («дневной белый»). В последнее время ряд пополнился: появились лампы на 2500 К («комфорт») и на 3300 К («релакс»), а также варианты на 4000/4500 К и на 6000 К. Последние — скорее маркетинговый ход: по технологическим нормам ЦТ может отклоняться от номинала на 10%, а реальный разброс бывает еще больше (влияет чистота люминофора и другие случайные факторы). Так что лампы на 6000 К практически не отличаются от 6500 К.
Но что касается ламп на 2500 К (Osram), то здесь свет уже другой — ближе к свечам, с заметной желтизной. Такие изделия вполне уместны в интерьерной подсветке. Те КЛЛ на 3300 К, которые довелось видеть (марка Uniel), не впечатляют: это те же 4200 К, только с колбой бледно-желтого стекла, порождающей неестественный оттенок свечения. Лампы Nakai класса 833, на те же 3300 К, сделаны «честно» — их чисто-белый свет весьма приятен, но мало распространены и сравнительно дороги (250-300 р.).
КЛЛ Uniel на 3300К. Подкрашенная колба доводит ЦТ до желаемого значения, но портит цветопередачу
Важно отметить, что весь ряд цветовых температур получается с помощью одних и тех же люминофоров, с одинаковыми пиками и провалами в спектре. Различается лишь доля синего: для теплых тонов его меньше, для холодных — больше. Поэтому идея «зарядить» в один светильник КЛЛ разной цветности (чаще всего теплого и холодного белого) результирующий спектр не сглаживает и цветопередачу не улучшает, хотя смешанный свет бывает субъективно приятен.
В ходе эксплуатации КЛЛ люминофор деградирует, что отражается не только на световом потоке, но и на спектре: он становится более грязным, с желтым оттенком. Дрейф ЦТ можно заметить уже через год-полтора эксплуатации, это порой вынуждает заменить еще исправную лампу.
СДЛ тоже выпускаются теплого, нейтрального и холодного свечения, вот только стандарты ЦТ здесь соблюдаются довольно слабо. Виной тому, видимо, несовершенство белых светодиодов, где используется сложный по технологии люминофор.
Честные производители, такие как Cree, приводят для своих чипов следующую градацию: 2600-3700 К — Warm White, 3700-5000 К — Neutral White, 5000-8300 К — Cool White. Разброс, как видим, весьма значительный — чуть ли не 50%. Лампы формально одной и той же цветности, но купленные в разных местах, скорее всего, будут заметно различаться по свечению. Отсюда практический совет: закупать сразу столько СДЛ из одной партии, сколько необходимо по проекту освещения, возможно, с запасными экземплярами. Разнобой в оттенках как минимум неэстетичен, а как максимум — бьет по глазам, вынужденным все время перестраиваться.
Положение СДЛ теплого и нейтрально-белого света на цветовой диаграмме. В конкретных образцах отклонения могут быть значительны
Кроме того, цветовая температура СДЛ непостоянна во времени. Люминофор в мощных кристаллах сильно нагревается, что способствует его быстрой деградации. По мере старения световой поток диодов смещается в синюю область, так что общая ЦТ растет. Лампы начинают светить сначала слишком холодным, а потом неприятным синюшным светом, который еще и вреден для глаз и всего организма (об этом поговорим в следующей части). Это тоже надо учитывать при эксплуатации, особенно на втором-третьем году.
«Синят» прежде всего дешевые лампочки с интернет-барахолок, но и фирменные модели порой огорчают (виноват старый тип люминофора, а также плохое охлаждение и прочие «нарушения режима»). Так, в одном тесте СДЛ Osram их цветовая температура за 12000 ч поднялась на 2500 К. Сегодня долговечные, стабильные диоды делают Cree и Nichia, но цены на эту продукцию немаленькие.
В следующем материале мы продолжим тему влияния различных источников света на здоровье и поговорим о цветопередаче и уровне пульсаций.