Welche Lichtfarbe braucht der Mensch?

Light for Vitality 7.November, Dresden Welche Lichtfarbe braucht der Mensch ? D. GALL TU Ilmenau Na-Niederdrucklampe DreibandenLeuchtstofflampe Ta...
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Light for Vitality 7.November, Dresden

Welche Lichtfarbe braucht der Mensch ? D. GALL TU Ilmenau

Na-Niederdrucklampe DreibandenLeuchtstofflampe

Tageslicht

Spektrenverteilung einiger Lichtquellen rel. Spektralverteilung

1,2

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

0,0 380

480

580

680

480

580

680

Wellenlänge [nm]

Wellenlänge [nm]

direkte Sonne CCT: 5080 K

380

780 1,2 rel. Spektralverteilung

rel. Spektralverteilung

1,2

Glühlampe CCT: 2800 K

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 380

480

580

680

Wellenlänge [nm]

Halogenmetalldampflampe CCT: 3630 K

780

780

Spektrale Absorptionskurven der Empfänger 100 100

50

50

0 400

500

600

0

700

400 Taube

Wellenlänge [nm]

Goldfisch

500

600

700

Wellenlänge [nm]

100 100

50

0 300

50

0 400

Wellensittich

500 Wellenlänge [nm]

600

700

400 Mensch

500

600

Wellenlänge [nm]

700

(R.SÖLCH 1998)

Netzhaut: Zapfen und Stäbchen

aus: Bild der Wissenschaft 1975

Übergangsstufen zum dreidimensionalen Farbensehen Entwicklungs- ... stufen

Entwicklungsstufe 2 (2 Empfindungsdimensionen)

Entwicklungsstufe 2B (2 Empfindungsdimensionen)

... Entwicklungsstufe 3 (3 Empfindungsdimensionen)

Zapfen der Netzhaut

... K-Zapfen M-Zapfen

K-Zapfen M-Zapfen L-Zapfen

... K-Zapfen M-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)

Das menschliche Gehirn Scheitellappen Stirnlappen V3 a

Hinterhauptlappen

V3

AZC

Schläfenlappen

V1

V2

/V5

VP

ITC

V4

MT V

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

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

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

S

M

L

-2,5 300

400

500 Wellenlänge [nm]

600

700

S. VOGEL (2003)

Stimmungsattribute für verschiedene Lichtfarben

Lichtfarben Beleuchtungs- Warmton stärke über 3000 lx übertrieben künstlich 700 – 3000 lx freundlich

Weiß

Tageslicht

freundlich lebendig freundlich

freundlich

unter 700 lx

dämmrig trübe

dämmrig kalt

dämmrig

neutral

(BODMANN u.a.)

Rel. Richtigkeit der Wahrnehmung von Raumfarben 100 90

Relative Richtigkeit %

80 70 60 50 40 30 20 10 0 100

101

102

103

104

Beleuchtung [lx]

105

106

(zit. A.NEMCSIS 1993)

Antworthäufigkeit in Abhängigkeit von der ähnlichsten Farbtemperatur CCT

mittlere rel. Antworthäufigkeit [%]

70

Voreinstimmung auf 5400 K

60 50 40 30 20 10 0 3.000

3.500

4.000

4.500

ähnlichste Farbtemperatur Tn

5.000

5.500

[K]

Antwortklasse „freundlich, lebendig, frisch“ „ „ „ fade, einschläfernd“

(G. STECK 1975)

Lichtfarbe und Beleuchtungsniveau 1.400 Kruithof o.G.

Beleuchtungsstärke [lx]

1.200

u. G. - untere Grenze o. G. - obere Grenze der Behaglichkeit

Kruithof u.G. Han o. G.

1.000

Han u. G.

800 600 400 200 0 0

2.000

4.000

6.000

ähnlichste Farbtemperatur [CCT (K)]

8.000

Zusammenhang zwischen ähnlichster Farbtemperatur und Akzeptanz gut

3,0 10° C 2,0

30° C

Akzeptanz

23° C 1,0 0,0 -1,0 -2,0

schlecht

-3,0 3.500

4.000

4.500

5.000

5.500

6.000

6.500

7.000

7.500

8.000

ähnlichste Farbtemperatur CCT [K]

Parameter: Raumtemperatur; 1000 lx (nach NAKAMURA 25. CIE 2003)

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

Natrium-Niederdrucklampe

Tageslicht

Farbwiedergabe

Hochdrucklampen

Tageslicht

Farbwiedergabe

S. VOGEL (2003)

Einschätzung der Farbwiedergabe-Eigenschaften (allgemein)

Lampe

Ra

CCT

RGB-LED

25

4270

RGB-LED

63

4140

LED-"Amber Weiß"

81

4120

0,6

LED-"Weiß"

83

5031

0,05

Halogenglühlampe

98

2840

Glühlampe

98

2640

FWG-Präferenz (allgemein) 0,5 1,1

- 0,4 - 1,4

E . 200 lx

CCT –ähnl.Farbtemperatur in Kelvin Ra – allg. Farbwiedergabeindex

(NARENDRAN u.a. 2002)

Einschätzung der Farbwiedergabe-Eigenschaften der Haut

Lampe

Ra

CCT FWG-Präferenz der Hautfarbe

RGB-LED

25

4270

RGB-LED

63

4140

LED-"Amber Weiß"

81

4120

LED-"Weiß"

83

5031

Halogenglühlampe

98

2840

Glühlampe

98

2640

+ 0,8 + 0,6 - 0,25 - 0,4 - 0,5

E . 200 lx

- 1,2

CCT in Kelvin (ähnl.Farbtemperatur) Ra – allg. Farbwiedergabeindex

(NARENDRAN u.a. 2002)

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

„Sonnen- Anbeter“ E.Barlach

„Zwei Gesichter der Sonne“ LE CORBUSIER

Wellenlängenabhängigkeit – Thermische Netzhautgefährdung

R (λ)

B (λ)

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

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

Licht

en de er r S ge eh tisc ba he hn r A n

il te An n er h ch b a tis eh op r S de

Körper

te il

Licht

Zwischenhirn - Hypophyse Nebennierenrinde

* Leistungsbereitschaft * Ermüdung * Erholung

Großhirn Stimmung * Gemütszustand * Akzeptanz

physiologische Funktion * Stoffwechselproz. * Blutzucker * Elektroly. haush. * Fettstoffwechsel * Eiweisstoffwechsel

* Eosinophinenzahl * Wasserhaushalt * Sexualhormone * Kreislauf * Schilddrüsentätigkeit

Sehfunktion

* Helligkeit * Kontrast * Form Visuelle Wahrnehmung * Farbe * Informationsverarbeitung * Bewegung * Mentales Konzept u. a. m. * Wiedergabe

(zit. bei LINDNER 1978)

„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)

„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)

Produktivität und Unfälle über die Tageszeit

Prüfungen Durchschnittsprüfungsnoten LT/TO I (Mittelwerte) 2001-2003, 509 Studierende 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 8:00 08 : 00

09 : 00

9:00

1 0: 00

10:00

1 1 : 00

1 2 : 00

11:00

12:00

1 3 : 00

13:00

1 4 : 00

14:00

1 5 : 00

15:00

1 6 : 00

16:00

Prüfungszeit Prüfungszeitraum Juli

1 7 : 00

17:00 Uhr

Prüfungszeitraum September/ Oktober

Durchschnittsprüfungsnoten LT/TO I (Mittelwerte) 2001-2003, 509 Studierende 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 8:00 08 : 00

09 : 00

9:00

1 0: 00

10:00

1 1 : 00

11:00

1 2 : 00

12:00

1 3 : 00

13:00

1 4 : 00

14:00

1 5 : 00

15:00

Prüfungszeit

1 6 : 00

16:00

1 7 : 00

17:00 Uhr

Prüfungszeitraum Juli/September/Oktober

(TU Ilmenau)

Belichtung und unspezifische Lichtwirkung Suppression von Melatonin [%]

subjektive Munterkeit

Verschiebung der circadianen Rhythmik [h] -3,50

120 110

-3,00

100 90

[relative Einheiten]

-2,50

80 70

-2,00

60 50

-1,50

40 30

-1,00

20 10

-0,50

0 -10

0,00

-20

b)

a)

c)

-30 1

10

100

1.000

10.000

Parameter: (weißes Licht)

1

10

100

1.000

10.000

1

10

100

1.000

10.000

(zit. bei SCHIERZ Licht 2002)

Belichtung pro Tag Mittlere Beleuchtungsstärke (lx) Student (29 TP)

Belichtung / Tag (klx · h)

Maximum (klx · h)

185

5 ± 4,9

21

Büroangestellter (26 TP)

172

7±5

21

Busfahrer (22 TP)

462

44 ± 40

161

Parameter: Messgerät am Arm, 1 Messung/Minute, auf E am Auge korrigiert, 3 –9 Stunden Schlaf (IWATA, T. u.a. CIE 2003)

Belichtung und Schlafqualität Gruppe 1

Gruppe 2

M/A groß H groß (5,4 klx·h)

M/A gering H klein (3,4 klx·h)

Schlaf-Wachphase

92 %

85 %

Schlafeffizienz (Dauer)

91 %

81 %

Anmerkung: Es besteht keine Korrelation zur subjektiven Einschätzung 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)

Depressionsbehandlung mit Licht

Empfindungsfunktionen

Genormte Helligkeitsfunktion v(8) und v´(8) und circadiane Wirkungsfunktion c(8)

gemittelte circadiane Wirkungskurve c(8) 1,0

0,9

0,8

0,7

c(λ)

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0 380

400

420

440

460

480

500

λ [nm]

520

540

560

580

600

Thapan u.a. (2001) Brainard u.a. (2001)

780 nm

∫ E λ ⋅ c(λ ) ⋅ dλ e

acv =

380 nm 780 nm

∫ E λ ⋅ v ( λ ) ⋅ dλ e

380 nm

Ec = acv ⋅ Ev Es bedeutet: acv - circadianer Wirkungsfaktor c(8) - circadiane Wirkungsfunktion Ec - circadiane Beleuchtungsstärke (lxc) - Beleuchtungsstärke (lx) Ev

Ähnlichste Farbtemperaturen (CCT) im Innenraum CCT

Circadianer Wirkungsfaktor (acv) 1,0

Sommer

6000 K

Winter

5400 K

0,84

Sommer

5200 K

0,80

Winter

5700 K

0,94

Fenster

Innen

- gemittelte Farbtemperaturen und acv-Werte

(J. VOGEL 2003)

acv-Werte einiger Lampen

acv-Werte einiger „Bio“-Lampen (z/y-Wert)

Lampe

acv

TRUE –LITE 58W

0, 932

(AURU-LIGHT)

NARVA VITAL 58W/955

0, 984

BIO-LICHT 58W/5700 K

0, 936

Biolux OSRAM 58W/72-965

1, 17

PHILIPS TLD 58W/965

1, 19

Circadiane Wirkungsfaktoren von Monitoren

circ. Wirkungsfaktor (acv)

Farbwertanteile Standard Blau

x

Rot

Grün

y

x

y

x

Blau

Grün Rot

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

Farbe und energetische Wirkung des Lichtes

Circadianer Wirkungsfaktor acv als Funktion der Farbtemperatur (CCT)

Circadianer Wirkungsfaktor in der Morgendämmerung

Circadianer Wirkungsfaktor in der Abenddämmerung

Circadianer Wirkungsfaktor als Funktion der Tageszeit

Circadiane Bewertung einer Landschaft

a. b. c. d.

Leuchtdichteverteilung L (x, y) Foto der Landschaft Relative circadiane Leuchtdichteverteilung L c, rel (x, y) Relativer Wirkungsfaktor (acv, rel = f(x, y))