浅析博物馆照明中的光源特性——以浙江省部分博物馆调研情况为例

郭 怡，许家宁，蒋 凡，郑幼明

(1.浙江大学艺术与考古学院考古与文博系，浙江 杭州 310058；2.浙江省博物馆，浙江 杭州 310007)

引言

近年来，博物馆照明逐渐成为馆方、观众重视的内容[1]。博物馆照明需要满足文物保护、达到最佳陈列效果的要求[2]。光源问题，是博物馆照明的根源所在。

在过去，研究者多以发光二极管 (Light Emitting Diode，LED)作为主要研究光源，周怀东[3]、艾晶[4，5]、党睿等[6]肯定了LED在博物馆的优势与前景。前人对光源特性也进行过研究。CIE(Commission Internationale de L’Eclairage)就曾指出不可见光会对文物造成严重损伤[7]。ISHII等[8]探究了染料褪色与色温的相关性。沈佳敏等[9]发现相关色温高低对视觉评价存在影响。张欢[10]发现照度与文物的伤害成正相关。王文亚等[11]对光源显色性的评价方法进行了总结。

前人的研究结果证明，光源特性是博物馆照明环境中的重要组成部分。本文通过对浙江省内部分博物馆的光照环境进行调研，分析光源特性在博物馆中的使用情况，为以后光源的使用提供参考。

1 国内外的博物馆照明标准

照度是博物馆最直观的照明指标。国际博物馆学会 (the International Council of Museums，ICOM) 按照材料光化学稳定性划分级别，并以此制定照明标准[12]。这一分类标准也被其他国家和国际组织所采用。

我国现行的博物馆照明国家标准为GB/T 23863—2009《博物馆照明设计规范》[13](以下简称《规范》)。此外，涉及博物馆照明的还有GB 50034—2013《建筑照明设计标准》、JGJ 66—2015《博物馆建筑设计规范》、GB 50033—2013《建筑采光设计标准》[14]等(表1)。

表1 国内外博物馆陈列室展品照度标准[14]

我国通行的《规范》，在照度限制上基本与国际接轨。到现在，《规范》中的部分标准依然值得参考。本次调查主要借鉴了《规范》中的分类，并加入了《规范》中未曾提及的频闪，将涉及的光源特性划分为光照强度、光源颜色和光源频闪三个部分。其中，照度属于光照强度，测试时以文物面所接受的光照强度为准。光源光谱、显色指数、色温等特性属于光源颜色。频闪百分比属于光源频闪，主要反映光源频闪效应对人眼的伤害程度。

2 博物馆中的光源特性

对博物馆光源的评价，既要考虑光源特性的内部因素，也要结合外部因素。这些外部因素可以分为光源种类、照明方式及照明对象。这些评价内容中隐含了光源对两类主体的照明需求——人与物。将三者串联，可以形成初步的博物馆照明体系。

图1 博物馆照明体系示意图Fig.1 Schematic diagram of the museum lighting system

如果将博物馆光环境作为一个人工照明的内部封闭系统，那么博物馆的照明体系主要包含三个环节——照明主体、照明客体、展示客体(图1)。其中，博物馆所采用的光源作为照明主体，承担了博物馆的人工照明。照明客体即“物”，包括库房的藏品、展厅的大环境及展品。展示客体则是人。由于博物馆是一个较为封闭的空间，展品陈列与展览效果的传达都需要照明光源，光源优劣很大程度上影响展览效果的发挥，同时光照容易造成文物藏品、展品的保存保护问题。因此，探寻光源自身也是完善博物馆照明体系的重要任务。

现在，在这一照明体系下对光源自身特性进行评价，需要结合光源种类、照明方式、照明对象等外部因素，综合分析光源对人、对物的影响程度。

2.1 光源特性与光源种类

现阶段，光源整体发展经历了四代光源，依次为白炽灯(含卤素灯)、荧光灯(含日光灯)、高压气体放电灯、LED，此外还有光纤等其他照明光源。每代光源都有各自的优缺点，在使用中出现新的问题并不断改善。它们的差异，主要表现在光源颜色上(表2)。

表2 几种具有代表性的光源显色性和色温[18]

第一代白炽灯系列是热辐射光源，价格低廉，但红外线含量偏高、发热明显、耗能高、寿命短。白炽灯光谱属于连续光谱，具有低色温和高显色性。博物馆中所使用的卤素灯属于白炽灯系列，但它的发光效率、寿命高于传统白炽灯。第二代为荧光灯系列，它在能效问题上有所改善，但具有较强的紫外辐射。荧光灯光谱并不连续，色温高低不等，显色性低于白炽灯。第三代是高强度气体放电灯。它的发光效率进一步提升，耗能减少，寿命延长，其中金属卤化物灯由于显色性较好，在博物馆中仍有使用。但高强度气体放电灯系列价格比较昂贵，且需要辅助器材。光纤照明属于安全照明，不发热，不含不可见光。在寿命、延展性、能耗上具有优势，但由于成本而难以在博物馆中推广。第四代光源为LED，具有寿命长、低功耗、光效高等特点[15]。同时LED中不含不可见光，不产生污染，属于绿色光源。但LED的问题主要为蓝光部分偏高，400～500 nm的高能蓝光会造成蓝光危害[16]，同时，ISHII[8]的研究也提出LED的蓝光部分对黄色颜料、染料伤害明显。近年来，LED性能也逐渐完善，逐渐出现了高显色性、全光谱LED[17]。而今，有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)等新型光源也已出现。

2.2 光源特性与照明方式

在博物馆中，照明方式包括一般照明、局部照明、混合照明三种方式[13]。一般照明是用于整体场景的均匀照明，包含嵌入式灯具、下射灯具、洗墙灯具等，例如很多展柜顶部嵌入的平面灯带。局部照明意在突出局部，例如展厅中的轨道装置式嵌入式下射灯具、展柜内部的小型射灯等。混合照明则是一般照明与局部照明的结合使用。博物馆主要考虑不同场所的照明需求来选择合适的光源特性。

库房作为对外界封闭的环境，承担着保存、保护藏品的责任。《规范》要求博物馆库房以一般照明为主，在不同照度要求下采用分区照明。因此，《规范》中对于库房光源的要求更集中在对光照强度的控制上。

展厅情况相对复杂，除了基本的文物保护之外，展品的展览效果和观众的参观体验也是展厅的关注重点。《规范》中提出陈列室宜采用混合照明，应设置一般照明，不能只采用局部照明。由于展览设计中常将光源、灯具的布置纳入其中，对光照强度和光源颜色、光源频闪等都应仔细考虑。

2.3 光源特性与照明对象

除了最基本的照明功能，博物馆对光源还有更高的要求。博物馆的照明客体是物，其中最重要的就是文物。而展示客体则是人，主要是指来馆参观的全体观众。针对物，注重保存保护最重要。针对观众，恰当合理的展示才是第一要义。

文物是大多数博物馆展示的基础。对文物进行有效保护，才能更长久地实现博物馆展览。博物馆环境容易对文物产生影响，光照正是其中不可避免的重要因素。容易发生光致褪色的文物在作为藏品存放在库房时，应减少光对文物的损伤。因此，对文物而言，更应该注重对文物产生不良影响的光源特性。由于光照强度直接影响了文物吸收光照程度，它就成为库房和展厅中需要共同关注的光源特性。

站在观众的角度，他们是博物馆对外服务的主要对象。灯光的艺术性问题，涉及心理学、美学和生理学等综合领域[19]。尽管策展人会根据自己的想法设计展览形式和光源布置，但他们都不能忽视观众最基本的观赏需求。根据孙智等[20]的研究，观众最需要满足的需求就是光线不能影响观赏效果。满足观众的需求，需要不同光源特性的配合。通过光照强度调整光线明暗，选用合适的光源颜色忠实反映展品，减少光源频闪等不利影响。

3 光源特性实地调研数据展示

3.1 调研准备及调研方法

(1)调研对象：本次一共调查了6座浙江省内博物馆，按照测量次序分别编号为A-F。其中有4座综合性博物馆，其中包含了3座地方性博物馆和1座国家级博物馆；另外2座为专题性博物馆。在测量范围中，A、B、D、E、F同时测量了展厅和库房，C馆测量了展厅。

(2)实验仪器：UPRtek MK350N手持式光谱仪(测试A-D四馆)，测量波长范围为380～780 nm，照度范围为70～70 000 lx。UPRtek MK350 s手持式光谱仪(测量E、F两馆)。测量波长范围为380～780 nm，照度范围为20～70 000 lx。

(3)实验方法：对每座博物馆内进行不同光源点的采样，并记录测量位置和对象，测试环境温湿度，并对样本点用手持式光谱仪进行测试。测试光源涵盖博物馆内展厅及库房内多个种类。测试平面分为三类，文物表面、光源附近、光源与文物中间某一点。其中文物表面涵盖对光特别敏感、比较敏感、不敏感等多种类别的文物。

(4)实验参数：此次调查对色温、照度、频闪百分比、 光源光谱(峰值)、显色指数CRI(Ra)五个参数进行测试。

3.2 调查数据统计结果与分析

对博物馆光源的数据分析应结合场所和照明方式，重点探讨光源特性是否符合博物馆的照明需求和对展品的影响。本次数据主要在文物面测得。

3.2.1 光照强度

照度是单位面积上所接受可见光的光通量。在藏品面测得的数据，代表光源光线对文物的直接影响。

由于《规范》中库房照度标准参考平面不同，结合库房最大限度值作为良好，并参考陈列室最大限度值作为合格线(表3、表4)。由图2可知，所有博物馆照度均保持在300 lx内。其中，B馆均低于50 lx，A馆在这一照度下也有67%的比例，D馆以75～150 lx为主。E馆和F馆都以150～300 lx为主，E馆全部为150～300 lx。综合以上数据，B馆控制最好，其次是A、D、F馆，最差的是E馆。

表3 博物馆库房藏品照度标准值[13]

表4 博物馆陈列室展品照度标准值[13]

图2 博物馆库房照度测试数据比例图Fig.2 Illuminance test data scale chart in museum storeroom

各馆库房照明光源种类比较单一，A馆多为LED，B、D、E、F馆以荧光灯为主，部分有卤素灯。照明方式基本为一般照明，大部分在天花板中内嵌光源，光线强度与方向固定不变。在库房，人们只能控制光的开关，并不能控制其他特性。此外，部分博物馆会将部分藏品密封在不透光的陈列柜中。

图3 博物馆展厅照度测试数据比例图Fig.3 Illumination test data scale chart in museum exhibition hall

由图3可知，所有博物馆均有超过300 lx的情况。除B馆外，其他博物馆超出300 lx的比例均达到25%，且只有B馆有三分之一在50 lx以下，表明除B馆外整体测试情况不佳。

在所测试博物馆中，展厅及展柜中均使用混合照明，多种光源的使用使得展柜中的展品接受的照度受到多层累积。因此，展厅中的照度偏高可能与光照来源的复杂性有关。

3.2.2 光源颜色

光源颜色基本由光源光谱决定，并影响光源色温和光源显色性。

3.2.2.1 光源光谱

光谱是复色光经过色散系统分光后，单色光按波长或频率依次排列的图案。可见光波段为380～780 nm左右。不可见光中，紫外线容易使文物发生变质，红外线则容易造成热辐射[7]。

6座博物馆中都使用了包括荧光灯、LED、卤素灯等多种光源。从光谱图(图4～图7)可以看出，各种光源在光谱上呈现出不同的特征：荧光灯光谱分布呈多峰值，连续性较差；LED光谱在450 nm左右均存在峰值，连续性相较荧光灯较好；卤素灯连续性最好。

图4 荧光灯光谱图Fig.4 Fluorescent light spectrum

图5 冷白色LED光谱图Fig.5 Cold white LED spectrum

图6 暖白色LED光谱图Fig.6 Warm white LED spectrum

图7 卤素灯光谱图Fig.7 Halogen spectrum

3.2.2.2 色温

色温用来定量描述光源颜色。色温会受到测试距离影响，但同一光源的色温测试误差小于300 K，不影响其色表特征。色温越高，则高能短波光线比例越高，越容易损伤文物；偏低则反之。因此光源色温对文物受损也有影响[8]。因此《规范》也提到了陈列室的相关标准(表5)。

表5 文物光照色温标准值[13]

由图8可知，只有A馆有低色温光源，且各色温比例相等，表明A馆色温均衡且多样化。B馆和F馆色温均高于3 300 K，且超过5 300 K的色温超过50%，说明这两馆光源色温偏高。D馆均为高色温光源，E馆均为中间色温光源。库房中冷色调光源居多，说明各馆光源色温并没有完全符合《规范》。

图8 博物馆库房色温测试数据比例图Fig.8 Color temperature test data scale chart in museum storeroom

由图9可知，除D馆外，大部分光源色温在5 300 K以下，整体控制水平较好。D、F馆的光源色温比较多元化，但D馆中偏高色温，而F馆偏低色温。A、C、E馆光源均为中、低色温，其中A馆和E馆以低色温为主，整体色温偏低。

图9 博物馆展厅色温测试数据比例图Fig.9 Color temperature test data scale chart in museum exhibition hall

在测试中发现，展厅中的混合照明方式影响了展品接受的色温，测试数据可能包含了不同光线色温的叠加效果。

3.2.2.4 显色性

显色性表示光源对文物颜色的显示能力。与其他特性不同，显色性的功能需要观众参与评价，因此这一特性更适用于展厅。根据《规范》，辨色要求高的场所，显色指数(Ra)不应低于90；一般场所的显色指数(Ra)不应低于80。

库房主要用于文物的保存和保护，因此，对显色性并无明确要求。但对于拍摄文物图像的摄影灯，就有高显色性的要求。

由表6可知，A馆的显色性平均数和中位数均超过90，表明A馆的显色平均水平最高。E馆的显色性平均数和中位数最低。除F馆外，每个博物馆中都存在超过90的高显色性光源，也存在显色指数低于80的低显色性光源，说明光源显色性水平参差不齐。同时， A、B、E、F四馆存在辨色要求高的场所，说明在显色性问题上还存在一些瑕疵。

表6 博物馆展厅显色性测试数据

3.2.3 光源频闪

频闪是光随时间呈快速、重复的变化，使得光源跳动和不稳定，造成电光源光通量波动的现象，表征频闪的参数有闪烁指数、频闪深度、调制深度以及闪烁百分比[21]。严重的光源频闪会使观众眼睛疲劳、视力模糊、头痛，视力在和视觉相关作业下性能下降[22]；而光源频闪对展品的影响尚无相关研究报道。《规范》中对频闪也没有提出明确标准。

测试中的频闪情况通过闪烁频率和波动深度函数关系示意图进行评价，该示意图来自光谱仪本身(图10)。

图10 闪烁频率和波动深度函数示意图(图片来源：UPRtek MK350 s手持式光谱仪)Fig.10 Schematic diagram between flicker frequency and wave depth

由图11可知，各馆库房都有频闪严重的光源。其中，A馆无频闪光源比例最高，频闪严重光源比例最低，优于其他博物馆。其次是F馆，但F馆不包含无频闪光源，且光源比例趋近危险档，表明其频闪问题已趋严重化。B、D、E馆数据说明三馆光源频闪问题十分严重。

图11 博物馆库房频闪测试数据比例图Fig.11 Strobe test data scale chart in museum storeroom

由图12可知，C馆无频闪光源超过60%，表明其频闪情况较好。其次是A馆和D馆。其他博物馆频闪危险比例均超过60%。此外，每个博物馆都有不同比例的频闪严重光源，表明光源频闪是博物馆的普遍问题。

图12 博物馆展厅频闪测试数据比例图Fig.12 Strobe test data scale diagram in museum exhibition hall

4 博物馆光源特性综合分析

4.1 调查数据分析

4.1.1 光源特性与光源种类

4.1.1.1 测试数据整理

从光谱图分析，库房中照明光源多使用荧光灯，LED其次，卤素灯主要作为摄影灯。展厅中也多以LED、荧光灯为主，同时部分展厅使用卤素灯照明。

根据对库房光源特性的测试，库房中光源特性中表现最佳的是照度，所有博物馆测试数据均保持在300 lx内，整体照度较低。不过库房光源在色温和频闪特性中存在一些问题。除卤素灯外，库房使用的LED和荧光灯多为中、高色温。除A馆外，其他博物馆大比例地使用中、高色温，在色温选择上与《规范》相差较大。

根据对展厅光源特性的测试，展厅中光源特性中表现最好的是色温，基本为中低色温。其次，在显色性表现上，各馆显色水平参差不齐，既有平均水平高于90的A馆，也有低于70的E馆。各馆内部也未统一，包含大于90和小于80的两极存在，在对部分有色文物的展示未达标准要求。在照度方面，所有博物馆均没有将照度完全控制在《规范》最大限制值300 lx内，展厅中比较明显的问题是照度偏高。

频闪情况在库房和展厅都存在。在库房中，除A馆外，其他博物馆整体频闪趋于严重，B、E、F馆甚至属于全频闪状态。在展厅中，整体频闪略偏严重，除C馆外，其他博物馆都有一半以上的严重频闪光源。但相较于库房，无频闪光源的比例明显提高较大。

总体而言，库房和展厅中的光源特性都没有完全符合《规范》，但两者的光照情况却存在差异。不少库房长时间处于无光照状态。由于光照时间不长，藏品所能接触的光照强度实际并不高，因此高色温、强频闪可能并不明显。而在展厅中，则必须安排固定的开放时间进行光照，以供观众观赏。同时，混合照明的方式也增加了其他不利因素的影响。

4.1.1.2 光源情况总结

除了照度值容易受到测试距离、光源分布影响之外，其他光源特性变化幅度不大。通过光谱判断光源种类，可以对所调查的光源情况略加总结。

由图13可知，卤素灯属于低色温光源，LED、荧光灯的色温从3 300 K以下到5 300 K以上都有分布。其中荧光灯主要为中高色温。而LED与荧光灯不同，主要为中低色温。

图13 博物馆光源色温比例图Fig.13 Museum light source color temperature ratio

由图14可知，卤素灯均为高显色光源。LED和荧光灯在三种显色档位上都有分布。LED在小于80的比例略高于荧光灯。因此，测试所得荧光灯平均显色水平略高于LED灯。

图14 博物馆光源显色性比例图Fig.14 Museum light source color rendering ratio

由图15可知，荧光灯、卤素灯、LED灯都存在不同程度的频闪情况。其中，有94%的荧光灯为频闪危险等级，说明荧光灯整体频闪严重。LED灯有56%的频闪危险比例，存在较大的频闪风险。卤素灯有70%的低风险光源，频闪威胁相对较小。

图15 博物馆光源频闪比例图Fig.15 Museum source stroboscopic scale

综合图14～图16可知，所测荧光灯整体色温中等偏高，显色性参差不齐，但频闪问题在三种光源中最明显。LED整体色温偏暖，显色性参差不齐，平均水平略逊于荧光灯，但频闪问题优于荧光灯。卤素灯属于完全的低色温高显色光源，存在一定的频闪风险。由此可见，卤素灯的优势在于它的光源颜色上，稳定而且平均水平较高。但在个体数据的对比中，存在优于卤素灯的LED和荧光灯光源。

4.1.2 光源特性与照明方式

库房中的照明方式符合《规范》要求。同一库房中没有明显的照明设计，灯具安置分散。这样的布置节省了大量人力物力。同时，在光线并不密集的环境中，藏品所能接受到的光照相对比较有限，有力地控制了光源特性对藏品的影响。

展厅主要实行混合照明，展柜内部也采用了多种灯具，并加以防眩光装置。除了部分完全封闭的展柜外，展厅光源的布置基本随展览需求而改变。尤其是临展，灯具更换周期较短。在具体使用中，下射筒灯、小射灯、平面灯带等多种灯具的排布相对密集，展厅照明和展柜照明重叠，加强了光源特性对展品的影响。

4.1.3 光源特性与照明对象

库房的主要照明对象是文物，主要控制照度问题。对此，博物馆做了大量的工作。一方面，大部分库房减少了对藏品的光照时间，降低曝光量累积；另一方面，有些博物馆将藏品放入不透光橱柜中，隔绝外界环境，这些措施取得了比较好的成效。

展厅的主要照明对象不仅是文物，还有来馆观众，需要考虑的因素比较复杂。首先，光照强度：《规范》对展品进行了光敏性区分，并以此规定光照强度(表4)，如果按照《规范》的低照度设置，观众的视觉观感就会被削弱。其次，光源颜色：为了减少文物展示色差，部分光敏性文物的展览色温实际偏高，根据ISHII[8]的研究结果，高色温更具有伤害性，因此，高色温也是矛盾的来源之一。此外，测试中的频闪问题也是潜在的不利因素。

在展厅中，文物的展览难免会产生文物的损耗，影响文物的保护状况。博物馆对光源特性的取舍取决于博物馆如何看待文物展品的保护需求和展览需求，两者之间虽然存在一定的矛盾，但未必不可调和。只是现阶段仍然没有找到有效方法，还需要长时间的摸索。

4.2 其他光源调查情况

4.2.1 供电方式

E馆采用了感应式供电。无人时，展柜光线黯淡，展柜中的转盘静止。然而当观众长时间驻足，展柜内就会逐渐明亮，原本静止的转盘也开始转动。这种光源通过感应观众改变展柜灯光的供电方式，既减少光源对展品损害，又可以省电，更加环保。

4.2.2 灯带位置

部分博物馆将灯带安置于文物底部。一方面，观众观赏效果不好。灯带虽然意在照明底部，但过亮的光线却使得观众难以看清文物全貌，甚至产生视觉不适。另一方面，展品与灯带仅隔着一层隔膜，相当于展品接受高照度照射，文物保护效果不佳。

5 对博物馆光源特性的使用建议

在综合了调查与思考之后，根据前文阐述，光源及其特性还有比较大的提升空间。

5.1 优化光源种类选择

在光源市场不断发展的今天，人们对光源特性的认识也在不断深入，博物馆对照明光源有了更多思考和选择。针对照明条件和水平的变化，《规范》也需要与时俱进，提出更多与时代相契合的照明标准。

调查中的每种光源都不是完美的，但也有存在相对质量较高的光源。因此，对不同类型的文物和其展示需求，可以灵活选择光源种类。针对比较脆弱的展品，应选用光源特性比较优质的光源，并加上其他辅助设备弥补部分光源颜色、光源频闪等特性缺陷。

此外，可以了解光源市场上的领先技术和品牌，选用质量更高的高显色性全光谱光源。关注国内外博物馆的光源使用问题，了解新技术和新光源在博物馆中的使用情况。

5.2 重视光源照明方式

在展厅中，混合照明易造成展品表面照度值超标。因此应当选择适合展览形式的灯具，并合理安排不同光源之间的距离和角度，在满足基本观众视觉的基础上，尽量减少光线对展品造成的强光伤害。此外，也可以学习E馆的感应式照明，减少强光照射文物的几率。

5.3 衡量不同照明对象的需求

在库房中，注重对藏品的保护，需要更严格遵守《规范》限制。同时，对于频闪等影响因素也需要进行定期监测评估。

而在展厅中，测试情况和《规范》存在一定差距，实质上是对文物展示效果的一种考虑。博物馆的立身之本是文物，博物馆中的展览首先需要保证对文物的可持续性保护。在实际展览中，博物馆也需要考虑观众的审美需求。因此，如何将展览带给文物的光照损伤降到最低，达到文物保护和陈列展览的双赢，是值得博物馆不断思考的一个问题。

6 结语

综上所述，在此次对博物馆照明中的光源特性的调查中，分析光源特性对库房文物藏品、展厅展品等可能存在的影响，旨在推动光源理论的发展与完善，为博物馆今后的光源使用上提供借鉴与参考。此外，实际测试情况中与《规范》中并不相符的地方，还需要更深入的探索，或可对《规范》的修订提供一点借鉴。博物馆光源未来的希望，不仅在于对延长文物的保存时间的需求上，也在于它能更好地发挥展览优势，提升展览质量。

致谢：感谢浙江省博物馆王海波、黄明科等同志协助调查，感谢六座博物馆工作人员所给予的大力帮助。感谢浙江大学高分子系张其胜教授、张智强研究员、考古与文博系张晖副教授等人对本课题的指导，考古与文博系楼杰、胡佳佳、谢诗雨、吴添慧、陈丽媛、施崇阳、郑宇捷等人的帮助。