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))