不同照度和色温LED光源照射下书法作品的视觉影响

张原铭，林嘉源，高 闻，孙 亮，梁 静，王志胜，党春岳，沈永健，邹念育

(1.大连工业大学 光子学研究所，辽宁 大连 116034；2.大连工业大学 轻工与化学工程学院，辽宁 大连 116034；3.深圳千百辉照明有限公司，广东 深圳 518000)

引言

随着我国博物馆事业的高速发展，博物馆已成为公众休闲与旅游的首选文化场所之一，相应地书法作品展的数量也在逐年攀升[1]。照明是为博物馆参观者营造良好参展环境的重要手段之一，同时也是一种艺术表现形式、然而，随着LED照明在博物馆的大量应用，GB/T 23863—2009《博物馆照明设计规范》中的部分内容对当前博物馆照明已不适用[2]。

本研究基于博物馆书法作品照明的现状，通过模拟博物馆书法作品展陈光环境，获取观察者在12种不同光源色温和照度下对不同书法字体的书法作品的评价数据，研究书法字体、光源色温、照度对参观者的喜好度、吸引度、舒适度的影响。

1 实验方案

1.1 实验光源

1941年发表的Kruithof舒适度区域是照明领域最早的色温和照度舒适度实验结果，结论为低照度的低色温光源和高照度的高色温光源被认为是舒适照明[3]。在博物馆、美术馆照明的实际应用中，照度在50～1 600 lx之间，光源色温在2 700～6 000 K之间[4]。但已有研究表明，照度在200～800 lx之间，随着照度和色温的不断提升，观察者对于展品的喜好程度增加的并不明显[5]。

结合GB/T 23863—2009《博物馆照明设计规范》以及书法作品的自身特性，本研究实验所选择的照度为100 lx、150 lx、200 lx，光源色温选择为2 500 K、3 500 K、4 500 K、5 500 K；在实验中，照度和色温分别两两进行组合，共得到12组不同的照度与色温组合。

1.2 心理物理实验

本研究首先搭建光环境展示空间，模拟博物馆、美术馆中书法作品展陈空间，营造不同的光环境对书法作品进行照明。实验选用4幅字体不同的真实书法作品挂于墙壁一侧，4种书法字体分别为篆书、隶书、楷书、行书。选用LED智能光源，显色指数Ra=92，色温及光通量可调，以30°角度，垂直距离40 cm对书法作品进行照明，实验空间场景示意图如图1所示，4幅书法作品如图2所示。

图1 实验空间场景示意图Fig.1 Scene diagram of experiment space

图2 4幅书法作品实例Fig.2 Four calligraphy works

实验选取27名观察者模拟博物馆参观者，其中14位观察者为男性，13位观察者为女性，年龄为19～23周岁，均为大连工业大学在校大学生，均通过色盲及色弱测试。

实验时，每幅书法字体被单独挂在墙上，实验人员随机采用不同LED光源对书法作品进行照射，来实现不同照度和色温的组合。要求每个观察者对每种书法字体在12组光环境下的喜好度、吸引度及舒适度进行评价。-3分表示完全不喜欢/吸引/舒适，-2分表示不喜欢/吸引/舒适，-1分表示比较不喜欢/吸引/舒适，1分表示比较喜欢/吸引/舒适，2分表示喜欢/吸引/舒适，3分表示非常喜欢/吸引/舒适[6]。每个观察者参与实验评价的时间约为40 min。

为避免记忆色效应的影响，在改变照度和光源色温时，要求观察者闭眼适应20～30 s，并且在切换光源后，要求观察者适应30 s后进行评价。同时，为去除色适应等视觉现象对最终实验结果的影响，实验中要求观察者采用口述方式进行打分，实验人员负责记录数据。

2 观察者差异性分析

实验选取的27名观察者，每人在12组光环境下对4种不同字体的书法作品的喜好度、吸引度、舒适度进行评价，共得到了1 296个主观评价数据。

本次实验采用差异系数(coefficient of variation，CV)来比较观察者之间的数据稳定性[7]，其计算公式为

(1)

表1为四幅书法作品在不同光环境下评价分值的CV，表2为27名观察者对四幅书法作品在12组光环境下所有评价分值的CV。

经核实，表1、表2中数据均在心理物理实验CV的正常范围内[8]，因此本研究心理物理实验所得数据均为可靠数据。

表1 四幅书法作品在不同光环境下评价分值的CV

表2 27名观察者对四幅书法作品在12组光环境下所有评价分值的CV

3 实验结果与讨论

3.1 影响观察者对书法作品评价的因素

在不同光源色温、不同照度、不同字体下，对观察者的评价进行单因素方差分析，结果如表3所示。采用显著性p值来判定观察者在不同条件下对不同评价项目的评价是否存在显著差异；当显著性p值小于0.010时，评价存在显著差异性，当显著性p值大于0.050时，说明不存在显著差异。

表3 不同色温、不同照度、不同字体的单因素方差分析结果Table 3 Results of factor analysis of variance for different color temperature, illumination and calligraphy fonts

表3中的结果表明，光源色温、照度、书法字体在喜好度评价项目上的显著性p值分别为0.000、0.003、0.006，均小于0.010，这说明观察者在不同色温、不同照度、不同字体下对书法作品的喜好度评价存在显著差异，即光源色温、照度、书法字体对观察者的喜好度评价产生较大影响。光源色温、照度、书法字体在吸引度评价项目上的显著性p值分别为0.009、0.001、0.394，其中色温和照度的显著性小于0.010，这说明观察者在不同色温、不同照度对书法作品的吸引度评价存在显著差异；书法字体的显著性大于0.050，说明观察者对不同字体的书法作品吸引度评价不存在显著差异，即不同字体的书法作品对观察者的吸引度评价没有影响。在舒适度评价项目中，光源色温、照度、书法字体的显著性p值分别为0.002、0.008、0.642，其中光环境的显著性小于0.010，这说明观察者在不同色温、不同照度的舒适度评价存在显著差异；书法字体的显著性均大于0.050，说明观察者对不同字体的书法作品舒适度评价不存在显著差异，即不同字体的书法作品对观察者的舒适度评价没有影响。

3.2 光环境对观察者评价的影响

为了方便处理与分析，所有的-3～3之间的分值都转换为1～6之间[6]。通过单因素方差分析得知光环境是影响观察者评价的重要因素，因此首先探讨光源色温与照度对观察者评价的影响。图3为27位观察者在不同光源色温下对四幅书法作品喜好度、吸引度、舒适度评价的均值。根据图3可以看出，观察者在3 500 K、4 500 K的色温下对书法作品的喜好度较高，在3 500 K色温下喜好度的评价一致性更高；书法作品对观察者的吸引度随着色温的升高而缓慢降低，但各色温下评价均值在3.14～3.47之间，下降趋势并不明显；观察者在3 500 K、4 500 K、5 500 K色温下的舒适度较为接近，3 500 K色温使观察者最为舒适，从3 500 K开始随着色温的提高舒适度逐渐下降，但在4 500 K色温下舒适度的评价一致性更高，2 500 K色温下的舒适度明显低于其余3组色温。

图4为27位观察者在不同照度下对四幅书法作品喜好度、吸引度、舒适度评价的均值。根据图4可以看出：观察者在150 lx、200 lx照度下对书法作品的喜好度明显高于100 lx，150 lx下观察者的喜好度最高；书法作品对观察者的吸引度随着照度的提高而明显提高，但照度从150 lx提高到200 lx对吸引度的提升没有从100 lx提高到150 lx那么明显；观察者的舒适度在100 lx照度下最低，在150 lx、200 lx照度下舒适度较高，在150 lx照度下评价一致性明显更高。

图3 27名观察者在不同色温下的评价均值Fig.3 The mean value of 27 observers in different color temperature

图4 27名观察者在不同照度下的评价均值Fig.4 The mean value of 27 observers in different illumination

3.3 书法字体对观察者喜好度的影响

通过单因素方差分析得知，观察者对不同字体的书法作品的吸引度、舒适度不存在显著差异，即不同字体的书法作品对观察者吸引度、舒适度评价没有影响，仅对喜好度产生影响。

图5 观察者在不同色温下对4种字体的书法作品的喜好度均值Fig.5 The mean value of observers’ preference for the 4 fonts of calligraphy works in different color temperature

图5为27名观察者在不同光源色温下对4种字体的书法作品的喜好度均值。根据图5整体来看，篆书喜好度最高的色温为2 500 K，并随着色温升高喜好度逐渐降低；隶书、楷书、行书在3 500 K、4 500 K色温下均有较高的喜好度，在5 500 K色温下喜好度略低但高于2 500 K。单独分析每组色温：观察者在光源色温为2 500 K时，对隶书、楷书、行书的喜好度极低，对篆书的喜好度远高于这三种字体，且2 500 K是篆书喜好度最高的色温值；观察者在光源色温为3 500 K时，对4种书法字体均有较高的喜好度，其中隶书喜好度最高的色温为3 500 K，同时3 500 K也是所有书法字体喜好度均值最高、观察者评价一致性最高的色温；观察者在光源色温为4500 K时，整体喜好度略低于3 500 K色温下的均值，其中楷书、行书喜好度最高的色温为4 500 K；观察者在光源色温为5 500 K时，对篆书、隶书、楷书的喜好度相比于4 500 K色温下的喜好度明显降低；但对行书的喜好度均值仅仅下降0.05。

图6 观察者在不同照度下对4种字体的书法作品的喜好度均值Fig.6 The mean value of observers’ preference for the 4 fonts of calligraphy works in different illumination

图6为27名观察者在不同照度下对4种字体的书法作品的喜好度均值。根据图6可以发现：不同字体在每组照度下的喜好度大致相同，观察者喜好度最高的照度均为150 lx，100 lx下喜好度最低；篆书在不同照度下观察者的喜好度波动最小；楷书的喜好度波动较大，受照度影响较为明显；隶书与行书相似，200 lx照度下的喜好度略低于150 lx照度下的喜好度。综合来看，书法字体对于观察者喜好度的影响小于光环境对喜好度的影响，色温的改变对于观察者对隶书的喜好度评价影响较大，照度的改变对于观察者对楷书的喜好度评价影响较大。

4 总结

我们首先通过搭建光环境展示空间模拟博物馆书法作品展陈空间，营造不同的光环境对书法字体进行照明邀请27名观察者进行心理物理实验，获取他们在12组不同光源色温和照度下对4种书法字体(篆书、隶书、楷书、行书)的书法作品的喜好度、吸引度、舒适度的主观评价数据。通过对实验获取的数据进行分析与讨论，结果表明：书法字体对观察者的吸引度和舒适度评价没有影响；观察者的舒适度受色温影响较大，在光源色温为3 500 K、4 500 K时舒适度相对较高；书法作品对观察者的吸引度随着照度的增加而增大；喜好度受字体、色温、照度共同影响，但光源色温与照度的影响大于书法字体；整体来看，观察者对于篆书、隶书、楷书、行书喜好程度最高的光源条件分别为：2 500 K 100 lx、3 500 K 150 lx、4 500 K 150 lx、4 500 K 200 lx。

在博物馆书法作品展览时，在不考虑光致损伤的前提下，光源色温建议采用3 500～4 500 K；为提高书法作品对参观者的吸引度，可在允许范围内增加展品照度，但不建议超过200 lx。另外，在展览中存在大量篆书字体的作品时，可适当降低光源色温，以营造一种年代感。