照明光源对服装色彩影响的实验研究

2020-11-18黄香琳

照明工程学报 2020年5期

翁季，曹馨，黄香琳

(重庆大学建筑城规学院；山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

引言

随着线上购物的崛起，给实体服装店带来了前所未有的冲击，相比线上服装店的方便快捷，实体服装店的主要竞争优势则体现在服饰可看可试穿的真实体验性上。目前我国实体服装店多集中于商场内，而商场建筑的光环境营造以人工照明作为主，这就要求充分考虑商场服装店的照明设计，营造出既具有一定艺术特点，又能展现服装真实色彩的光环境，使商场服装店在网购时代下充分展现自身独特的发展优势，顺应当前体验式经济的热潮。

经文献查阅和前期调研发现，已有大量的商业经营者、设计师及学者注意到服装店光环境设计的重要性。为了实现适用与艺术兼顾的空间光环境，国内外开展了一系列关于建筑照明设计的研究，但目前对光源显色指数与人眼真实色彩感受的相关性研究还相对较少。目前国内对商业照明的照度、照度均匀度、色温及显色性等，已有相关数值推荐[1，2]，但相关推荐数值在实际运用中，是否能真实的满足人们的身理及心理需求，则需进一步探讨。再者，随着新型照明光源发光二极管LED的快速发展，此类光源因其优良的节能品质与照明效率，而在大量商场、服装店、餐饮店迅速普及。但LED发光原理实际上是由红光、蓝光和黄光混合而产生白光，这类白光由于自身缺相，故其显色性评价准确性会有一定的误差。因此高显色指数的LED光源能否在服装店照明中为购物者带来良好的显色体验亦有待探究。

本文首先对商场服装店光环境进行了实测调研，了解其照明现状并分析其照明环境现存问题。再针对目前服装店上常用的几类照明光源类型，分析其光谱特性，最后利用视觉评价实验，探讨了不同光源下不同色彩的真实性展现程度，最终得出适宜于服装店色彩展现的照明光源类型与相应色温及照度,为不同类型服装店的照明光源选择提供一定参考。

1 调研

1.1 调研对象

本次研究选取调研对象为重庆市商场内青年品牌服装店，对重庆市嘉州路、观音桥、三峡广场等多家商场中的青年品牌服装店进行了调研，其中以三峡广场BANANA CICI与FASHION两个品牌专卖店的照明现状为例进行重点分析。

1.2 调研过程

此次调研流程如下：①通过问卷访谈，了解消费者对于服装店照明环境的主观评价；②记录服装店光源类型、照明方式、墙面装修以及店铺主要服装色彩；③通过XYI-III型全数字照度计测量店铺墙面反射比与水平照度；④通过日本柯尼卡美能达CL-500A光辐射照度计测量服装店光源色温与显色指数。

1.3 调研结论

1)服装店基础数据。对服装店照明基础数据整理如表1所示，光源多采用发光二极管(LED)灯、紧凑型荧光灯与陶瓷金卤灯，色温在2500～4500 K之间。BANANA CICI店内服装以白色、粉色及浅咖等清新淡雅的色彩为主，墙面采用白色涂料，整体空间较明亮；FASHION店内服装色彩则更加丰富，墙面刷灰色涂料，空间亮度看起来稍显昏暗。

表1 服装店照明基础数据

2)问卷结果与实测结果整理分析。据问卷结果(图1)与BANANA CICI、FASHION的相关实测数据(表2)整理分析显示：

①平均水平照度：BANANA CICI服装店为784lx，FASHION服装店为642lx，均满足国家对其500lx的标准，问卷调查结果显示分别有60%与50%的人认为该照明环境亮度满足购物需求；

②照度均匀度：BANANA CICI服装店为0.29，FASHION服装店为0.15，均未满足国家标准，但仍有超过50%的人表示视觉比较舒适；

③光源色温与显色指数：BANANA CICI服装店光源色温为2949 K，光源显色指数Ra=80；FASHION服装店主体光源色温为3171 K，显色指数Ra=92，均满足有关规定，然而问卷结果显示仍有20%的人认为BANANA CICI服装店照明环境影响了服装色彩的评判，而对FASHION服装店更有超过30%的人认为其照明环境影响了服装色彩的评判。

综上，我们可以发现服装店内光源色温及显色指数与顾客对色彩的分辨难易程度并非绝对正相关的关系，于是课题小组设计相关试验探索光源类型、照度、色温对服装色彩评判的影响关系。

图1 问卷调查结果Fig.1 The results of questionnaire

表2 服装店光环境相关实测数据

2 实验设计

2.1 研究思路

实验在标准色度光源比对仪的两个观测箱中，分别放置1种标准光源(D65光源)与5种测试光源，再通过对光源低(300 lx)、中(500 lx)、高(800 lx)三组照度值的调整，合计获得15组对比标准光源与测试光源的照明环境。通过被试者观测评价各实验色卡在两种照明环境下的色彩差异程度，进而探讨不同光源、不同照度及不同色温对商场服装店服装色彩真实性的影响。

由于此实验研究对象为光源本身，而不讨论照明方式，故光源均设置为一般照明。实验色卡根据服装颜色特点，以色相、饱和度和明度为变量，共计9组，27个颜色。实验被试共10人，其中男女各5人，年龄范围在24～28岁，所有被试者均色觉正常。实验被试通过观测对比标准光源与测试光源下实验色卡的色差值大小，对其评分，评分标准为0～5分，其中：0代表完全没有色差；5代表色差非常大，从0～5色差感受逐渐增大。

2.2 实验设计

1)标准色度光源比对仪。实验在光学暗室内进行，所使用的实验设备为标准色度光源比对仪(图2)，该仪器由两个相同的实验装置构成，每个实验装置分别由下部用于实验色卡观测的箱体以及上部用于照明光源设置的箱体组成。下部观测箱内刷白色漫反射涂料，并将实验色卡放置面设置为弧形，以实现内部光线的漫反射，弧形正对面设观察孔，用于被试的目视观测。观测箱上部设置灯箱，采用220 V交流稳压电源及直流稳压电源供电，其中标准光源灯箱用于放置标准D65光源及镇流器，测试光源灯箱用于放置不同色温的测试光源及附件，灯箱设置调节旋钮，用于调节灯具高度以达到待测光源箱内所需照度。

图2 标准色度光源比对仪Fig.2 Standard chroma light source comparator

2)实验光源。在自然环境的长期影响下，人们习惯于在自然光下视物，故本实验期望选用自然光作为参考光源，但自然光具有随机性、多变性、易干扰性，其应用与控制均较为复杂[3]。实验最终选择国际照明委员会CIE推荐的最接近日光光色的D65标准光源作为参考光源。测试光源则根据前期调研，选择了目前商场服装店内常用的几种照明光源，分别为：发光二极管(LED)灯、陶瓷金卤灯、紧凑型荧光灯，其中对LED灯和陶瓷金卤灯又选择了两种色温，故此次实验共营造了5种测试的照明场景。实测实验光源参数如表3所示。

3)实验色卡设计。将调研采集的服装店内主要服装色彩图片在Adobe Photoshop CC中进行滤镜马赛克处理，再通过色彩管理器查看各个色块的色相、明度与饱和度，发现服装店多采用红、蓝色系，但其选用色差的明度与饱和度却相差较大，因此本实验色卡设置综合考虑色相、明度与饱和度三方面因素，首先确定了7种彩色色相，分别为：正红(R)、品红(PR)、橙色(O)、黄色(Y)、绿色(G)、天蓝(B)和宝蓝(RB)，再对每种色相的明度与饱和度进行相应调节，得到同色相下的3种不同饱和度或明度的色样色卡。同时，在调研中还发现服装色彩中白色与黑色同样占有较大比例，因此对白色(W)与黑色(BL)也分别选择了3种常见色样设置色卡。最终实验色卡合计9组，27色，相关色相、明度与饱和度数据见表4。

表3 实验光源参数表

表4 实验色卡颜色信息表

2.3 实验步骤

实验流程如图3所示。(1)实验被试进入实验室，主试向其解说具体实验要求及内容；(2)每组实验开始前给予被试者3～5 min以适应实验光环境；(3)设置实验场景一(紧凑型荧光灯与标准光源色差对比实验)，启动标准光源箱和测试光源箱电源，箱内放置照度计，调节光源高度至照度为300 lx左右时，完成场景设置；(4)实验被试坐于标准色度光源比对仪前，观测箱内色卡，并根据每组色卡的色差感受，依次对27种色样进行评分，每种色样平均呈现时间为1 min；(5)实验被试休息5 min，同时调节灯具高度直到照度计显示为500 lx左右；(6)被试者按照步骤4)再次对27种色样进行主观评分；(7)被试者休息5 min，同时调节灯具高度使照度达到800 lx左右；(8)被测者按照步骤4)再次对27种色样进行主观评分；(9)重复步骤(3)～(9)直至5组测试光源的5个照明场景全部完成(合计实验时间约6 h)[4]。

图3 实验流程Fig.3 Experiment process

3 实验结果分析

本实验为10个实验被试×5种测试光源×3种照度×27个实验色卡，共计4050个数据。

3.1 不同光源下的实验结果分析

整理计算5种测试光源下，10位实验被试对27种色样色差评价的总评分(表5)，得分越高说明主观评价的色差感受越大。

表5 各测试光源色差评分表

对表5中的数据进行分析，可以得出:(1)测试光源相关色温Tcp≈4 000 K时相较于Tcp≈3 000 K时的色差感受更小，显色效果更好；(2)当Tcp≈3 000 K时，测试光源中陶瓷金卤灯的色差总评分最小，故其显色效果相对更好;(3)对比4 K陶瓷金卤灯与LED，发现色差总分相差很小;(4)从所有光源来看, 4 K陶瓷金卤灯的色差总分为最小，显色效果最好。

图4 色差总评分与显色指数的关系Fig.4 The relationship between total color difference score and color rendering index

结合表3中给出的测试光源显色指数，绘制测试光源下色差总评分与相应光源显色指数的相关性图表如图4。从图中不难发现：(1)紧凑型荧光灯显色指数较高，但其色差评分却较差；(2)就陶瓷金卤灯而言，其显色指数越高，色差评分越好，呈正相关趋势；(3)而对于3 K LED光源，显色指数高，色差评分却偏大；4 KLED光源，其显色指数较小，而色差评分却很小。

综上可知，测试光源的色差总得分变化趋势与其显色指数变化趋势不一致，故光源的显色指数并不能真实的反映人眼视觉效果,人眼的视觉效果在一定程度上还受到色温的影响。

3.2 同一光源不同照度下的实验结果分析

为了进一步分析同一光源下色彩差异与照度的关系，在实验中分别对每种测试光源设置了300 lx、 500 lx、 800 lx三种照明环境进行色差评价。将5种测试光源在三种不同照度下的色差平均分进行汇总(表6)，并绘制折线对比图(图5)。

表6 不同照度下各测试光源色差评分平均值统计表

图5 不同照度下各测试光源色差评分对比图Fig.5 Contrast diagram of color difference score of each test light source under different illuminations

对表6、图5分析可以发现:(1)除紧凑型荧光灯外，其余测试光源均在照度E=500 lx和E=800 lx时的色差感受相较于在低照度E=300 lx时更小; (2) 陶瓷金卤灯在800 lx的高照度时，人眼观测色卡的色差更小; 紧凑型荧光灯与LED灯在500 lx的中等照度时，人眼观测色卡的色差更小；(3)所有测试光源中以4 K陶瓷金卤灯在E=800 lx的高照度时的色差感受最小。

3.3 同一光源不同颜色的实验结果分析

1)同一光源下彩色色卡的色差评价分析。整理7组彩色色卡的色差评分(表7)，以每类光源下7组色相色差得分的平均值作为参照值，对不同色相色差大小进行评定，并与测试光源光谱图进行对比(图6)，可以发现光源光谱与色卡的显色性存在一定联系，呈现出的偏向性规律为：位于光源光谱能量分布较多的色彩区域内的色相，其色差得分较小；而位于光源光谱能量分布较少的色彩区域内的色相，其色差得分往往较大。在几乎所有测试光源下，人眼对品红与宝蓝有较大色差感受，而对黄、绿与天蓝三色的色差感受较小。

表7 不同色相色卡在各测试光源下的色差得分表

图6 各光源光谱与色相色差评分对比图Fig.6 Contrast diagram of spectrum and chromatogram of each light source

2)同一光源下同种色相在不同饱和度或明度时的色差分析。根据21种彩色色卡的色差得分，绘制其在各测试光源下的色差得分对比图(图7)。由图可见，各测试光源下彩色色卡的色差值从大到小依次为：紧凑型荧光灯>3 KLED>3 K陶瓷金卤灯>4 K陶瓷金卤灯≈4 KLED，且除4 KLED光源外的4种测试光源下，每组色卡的色差值变化趋势大致保持一致。对这4种测试光源下的色差值进行分析，可以发现大体趋势为：1号色色差评分>2号色色差评分>3号色色差评分。结合表4每组色相下3个色样的颜色信息可以得出：同一光源下，1号色色差评分大于2号色即饱和度越高色差越大；1号色色差评分大于3号色即明度越高色差越大。因此在除4 KLED以外的测试光源下，均呈现出饱和度与明度越高色差越大的规律。

图7 21种彩色色卡在各测试光源下的色差得分对比图Fig.7 Contrast chart of color difference scores of 21 color CARDS under various test light sources

3)同一光源下黑白色卡的色差评价分析。整理白色组3种色样及黑色组3种色样的色差评价得分，并绘制色差得分对比图(图8)。据表4色卡颜色信息可知，白色色样均明度较高、饱和度较低，而所有黑色色样的明度与饱和度均较低，故不讨论黑白色样的明度与饱和度对色差的影响。从图8中可以看出各测试光源下黑白色卡色差值从大到小依次为：紧凑型荧光灯>3 K LED>3 K陶瓷金卤灯>4 K LED>4 K陶瓷金卤灯，即黑白色样在4 K陶瓷金卤灯下色差更小，光源的显色性更好。