Umělé osvětlení v obytných prostorech, 3. část – Směrové vlastnosti osvětlení

Umělé osvětlení v obytných prostorech
3. část – Směrové vlastnosti osvětlení

Ing. arch. Ladislav Monzer, CSc.,
Atelier světelné tvorby

Vjem prostoru a předmětů se uskutečňuje zrakovou analýzou těchto hlavních podnětů:

• perspektivní zkreslení – umožňuje prostorový vjem na základě zrakové zkušenosti,
• rozdílná barevnost a struktura povrchů – umožňuje odlišení ploch a materiálů,
• tvar a poloha stínů – pomáhají určit hloubku a tvar předmětu či prostoru.

Obr. 1. Světelný vektor svislý, osvětlení téměř úplně rozptýlené, vhodné pro obrazy a plošné exponáty

Ve venkovním prostředí je důležitý ještě vliv ovzduší, jehož stav ovlivňuje dojem vzdálenosti objektu. Neuplatní-li se při zrakovém vjemu v dostatečné míře perspektivní zkreslení a rozdíl barev, vnímáme členění a tvar převážně v důsledku kresby světel a stínů. Jestliže prostor zorného pole má stejný jas a barvy, nemůže oko vnímat potřebné detaily.

Změny osvětlení povrchů v závislosti na jejich orientaci k převládajícímu směru světla

Osvětlení povrchů se mění v závislosti na jejich orientaci k převládajícímu směru světla. Plochy přibližně kolmé k převládajícímu směru jsou osvětleny nejvíce, plochy částečně nebo více odvrácené jsou tmavší. Jestliže úhel mezi povrchem a směrem světla je 180°, ocitají se ve vlastním stínu. Současně zastiňují jedny předměty části jiných povrchů, čímž vznikají vržené stíny. Tyto jevy, vznik různých jasů vlastních stínů a vržené stíny společně vytvářejí výslednou skladbu jasů, která umožňuje vnímat tvar a členění. Účinek se obvykle nazývá světelné modelování.

V krajních polohách je osvětlení buď:

• převážně rozptýlené (difuzní), přicházející z mnoha různých směrů – příkladem rozptýleného osvětlení je venkovní osvětlení rovnoměrně zataženou oblohou, kdy stíny téměř nevznikají, ve vnitřním prostoru je podobné osvětlení velkým stropním světlíkem nebo bílý prostor osvětlený rozptylnými svítidly, popř. svítícím stropem, nebo
• směrové – osvětlení přímým slunečním světlem nebo směrovými reflektory, vytvářející jasné kontrastní stíny.

Obr. 2. Osvětlení má půdorysně šikmý převládající směr asi 30°, který umožňuje díky stínové kresbě vnímat jeho nepříliš hluboký reliéf

Dobře navržené osvětlení je nejčastěji kombinací těchto možností, využívající přednosti obou podle účelu a funkce místa.

Měkkost či tvrdost stínů

Měkkost či tvrdost stínů udává poměr mezi velikostí směrové složky osvětlení a velikostí složky rozptýlené. V anglosaských zemích byl pro tento účel vyvinut čtyřstupňový model hodnocení, založený na měření hodnot v uzavřené kouli. Svítíme-li do koule, která je uvnitř zcela černá, nevzniká v podstatě žádný odraz, stíny jsou zcela kontrastní. Opačným případem je koule bílá, s velkým mnohonásobným odrazem, kdy osvětlení uvnitř je téměř zcela difuzní. Dvě další možnosti jsou mezistupně mezi nimi, charakterizující dva případy kombinace přímého a rozptýleného osvětlení, které pro užití v praxi dostačují. Pro hranaté předměty bývá vhodný stupeň dvě až tři, pro měkké oblé tvary, např. lidský obličej, je vhodný stupeň mírně vyšší než tři.

Světelný vektor, skalární hodnota, směr světelného vektoru

V české literatuře je poměr směrové a rozptýlené složky určován pomocí světelného vektoru a skalární hodnoty osvětlení v daném bodě.

• Světelný vektor je určen orientovaným směrem a velikostí, určenou energií, která projde plochou kolmou na směr záření za jednotku času.

• Skalární hodnota se obvykle používá ve formě tzv. střední kulové osvětlenosti, která je průměrem hodnot osvětlení ze všech směrů. V praxi se při orientačním měření této hodnoty někdy používá podíl součtu šesti hodnot, shora, zdola a ze čtyř stran.

• Směr světelného vektoru je důležitým údajem. Přímé osvětlení zpředu pozorovaný objekt zplošťuje. K tomu dochází, když směr světla je stej- ný jako směr pozorování. Předpokládáme-li, že hlavní směr pozorování je ve vodorovné rovině kolmý k rovině pozadí, převládající směr osvětlení by měl s osou pohledu ve vodorovné rovině svírat úhel asi 30 až 70°, podle hloubky povrchové struktury exponátu. U plastik s hlubším reliéfem by úhel měl být menší, neboť vystouplé plochy vrhají delší stíny (asi 30 až 45°). V mnoha případech se volí úhel 45°, který odpovídá tzv. technickému osvětlení v deskriptivní geometrii.

Obr. 3. Příklad dobrého osvětlení sochy, především ve vztahu k mírně temnějšímu pozadí. Jas sochy je asi čtyřnásobek hodnoty jasu pozadí. Rozptýlená a směrová složka osvětlení jsou pro plynulou světelnou modelaci příznivé

Reliéfy a drobně členěné předměty je třeba osvětlovat pod větším úhlem, asi 60 až 75° od kolmice na jejich povrch, aby stínová kresba byla dostatečně zřejmá. Ve vertikálním směru bývá preferován směr vektoru 15 až 45°.

Zrakové vnímání

Obvyklé zrakové vnímání má dvě základní polohy:

• celkové vnímání prostředí,
• soustředěné vnímání menších podrobností, zpravidla na kratší vzdálenost.

Protože většina činností probíhá na pracovních stolech, je často důležité místní osvětlení, kvalitativně odlišné od celkového.

Souvisejícím poznatkem je skutečnost, že v důsledku reflexní vlastnosti lidského oka zvané fototropní jev se oko automaticky otáčí ve směru vyššího jasu, výraznějšího kontrastu apod., takže vyšší hladina osvětlení pracovního místa nejen zlepší rozlišitelnost detailů, ale též napomáhá přirozenému soustředění na danou činnost. Rozdíl mezi osvětlením pracovního místa a celkovým osvětlením by neměl být příliš velký, aby pozdvihneme-li oči od práce, nebyly příliš namáhány nutností adaptace na odlišné hodnoty. Dobrý výsledek je tedy závislý na poměru mezi celkovým a místním osvětlením a jejich vlastnostmi.

Činitel podání kontrastu

Jedna z důležitých směrových vlastností osvětlení je dnes určována pomocí tzv. činitele podání kontrastu. Téměř žádný povrch není úplně matný, a přichází-li osvětlení na pracovní místo z určitého převládajícího směru, může nastat situace, kdy částečný odraz světla od pololesklého povrchu, např. na písmu, způsobí zrcadlovým odrazem snížení kontrastu, tedy zhoršení podmínek pro zrakový výkon. Zkoumání tohoto poznatku má nyní již dlouhou minulost, začínající v době, kdy Spojené státy vstoupily do první světové války a byly uskutečňovány první výzkumy podmínek, za nichž štábní písařky při umělém osvětlení podají co nejlepší výkon.

Obr. 4. Členění a modelaci prostoru vnímáme díky rozdílným jasům různých ploch prostředí

Všeobecně se soudilo, že při vyšší hladině osvětlení musí být také zrakový výkon vyšší. Avšak výzkum přinesl překvapivé zjištění. Písařky, které psaly při nízkých hladinách denního osvětlení a oken, měly při intenzitě osvětlení okolo 50 lx menší počet chyb a větší rychlost přepisu než jejich kolegyně při přímém umělém osvětlení s podstatně vyšší hladinou 120 lx. Při dalších pokusech bylo zjištěno, že příčina není jen v rozdílu denního a umělého osvětlení, ale ve směrových vlastnostech osvětlení. Při přímém osvětlení s výraznou směrovou složkou se světelné zdroje zrcadlily na písmu textů i na lesklých klapkách strojů, zatímco při bočních oknech a šikmém směru světla při vhodné poloze stolu k tomuto jevu nedocházelo. Výsledek pokusů doložil, že při rozptýleném osvětlení se možný vliv zrcadlení téměř odstraní. Proto již v první čtvrtině minulého století bylo nepřímé, rozptýlené osvětlení pracovišť oblíbené.

Z uvedených souvislostí je zřejmé, že při umělém osvětlení jsou velmi důležité hodnoty činitelů odrazu povrchů prostoru. Při světlých stěnách a podlaze budou hodnoty rozptýleného osvětlení vyšší, což je příznivé především pro vzhled lidí. V prostorech s tmavými povrchy bude rozptýlená složka osvětlení přirozeně slabší a stíny kontrastnější.

Směrové vlastnosti osvětlení
Pro určité situace a druhy činnosti je potřebné osvětlení s různými směrovými vlastnostmi.

Obr. 5. Světelný vektor šikmý asi 15° od horizontály, osvětlení převážně rozptýlené

Osvětlení bezestinné
Osvětlení, které nevytváří stíny, se obvykle nazývá bezestinné, a na některých místech je velmi potřebné. Typickým příkladem je osvětlení operačního místa na chirurgických stolech, kde sebemenší stín by mohl způsobit komplikaci. Jiným, častějším příkladem je osvětlení klasického rýsovacího stolu. Položíme-li na něj trojúhelníková pravítka, vždy vytváří některá hrana stín, který znesnadňuje narýsování přesné čáry. Podobná situace je i u malířského stojanu a všude u plošných pracovišť. Dobré osvětlení je tedy v podstatě bezestinné, jakého lze docílit světelným zdrojem s větší plochou, např. některým typem zářivky.

Osvětlení vytvářející stíny
Na dílenských stolech a tam, kde se opracovávají prostorové předměty, je potřebné osvětlení s větší směrovou složkou (vytváří stíny), která podpoří prostorové trojrozměrné viděni a vnímání různé povrchové struktury.

Pozadí
Další důležitou složkou tvorby prostředí je pozadí. Pozadí má na vnímání předmětů v běžné místnosti větší vliv než třeba spektrální složení světla. Doporučuje se, aby stěny obytných prostorů byly převážně světlejší, a jsou-li zbarvené, tedy spíše v jemných odstínech. Obvykle se uvádí, že strop by měl mít hodnotu činitele odrazu 0,7, stěny větší než 0,45 a podlaha větší než 0,15. Orientační hodnoty činitele odrazu běžných povrchových úprav povrchů jsou v tab. 1. Údaje jsou udány pro běžný prostor. Pro výstavní předmět je vždy žádoucí mírně setmělé pozadí.

Třpyt a lesk
K směrovým účinkům osvětlení patří také třpyt a lesk. Ze situací v přírodě jsme zvyklí oba vnímat jako zrakově povzbudivé podněty. Odlesk na čisté sklenici, příboru či lesklém předmětu podporuje jeho zrakové vnímání a oživuje záběr, který je bez něj jakoby zvadlý. Žádoucí je obvykle na jídelním stole, ale může být příhodný i na některých pracovištích. Odlesk je v podstatě zrcadlený odraz jasnějšího místa.

Na rozdíl od oslňujícího podnětu vzniká pocit třpytu, když úhlový rozměr vnímaného jasu je menší než detail okem běžně vnímaný. Teoreticky to znamená, že průmět třpytivého bodu na sítnici je menší než vzdálenost dvou čípků, takže za normálních okolností bychom jej neviděli. Mnohonásobně vyšší jas bodu však způsobí podráždění, které se rozšíří i na okolní čípky přenosem (iradiací) mezi nimi. Proto jej často vnímáme jako rozmazaný. Třpyt vyvolává téměř vždy slavnostní pocit.