光譜是什麼?
1666年,牛頓通過三稜鏡實驗,發現太陽光經三稜鏡折射後,呈現彩色光,稱為光的色散。我們也可以從這個實驗觀察到,白光是由不同顏色的光組成。
光譜是電磁波頻譜的一部分。簡單而言,光譜是光的各種顏色分布,依照波長大小排列的圖案。從照明的角度來說,光譜顏色組成決定光源的顏色。可見光的波長範圍約在360 -400 nm~760 - 830nm,具有更長的波長為紅外線,具有更短的波長為紫外線。
光譜和健康有什麼關係?
一個照明燈具的燈源光譜組成,決定了燈源的顏色。譬如,燈源光譜裡面藍色的部分多一點,燈光就會比較白;紅色的部分多一點,燈光就會比較黃。光的顏色其實和人類的健康有關:
(1)白光黃光影響晝夜節律:大腦中有個視交叉上核,它能接受外來光線和身體訊息,以協同自律神經系統支配褪黑激素和腎皮脂類固醇的分泌。大腦內的松果體會在睡前釋放適量的褪黑激素以提醒我們睡覺時間已到,光線即以此方式影響晝夜節律。
光的顏色會影響褪黑激素的分泌。白光裡包含的藍色光譜較暖黃光多,在照射白光時會抑制褪黑激素的分泌,讓人有清醒的感覺。相反的,黃光比較不會影響褪黑激素的分泌,所以在黃光下,人會覺得比較放鬆。
(2)藍光危害:光譜裡面越藍越紫的光,波長越短,能量越強。也因此,常聽到「藍光危害」就是這麼來的。藍紫光穿透力強、能量高,能夠穿透到視網膜,可能使視網膜受損,造成不可逆傷害。
藍光危害主要是波長400~500nm的光所造成,這段波長的藍光對於視網膜的傷害最強,因此建議消費者選購沒有紫外光的燈具,而螢光燈多具有紫外光,LED則可避開紫外光的波長段。
最美的光譜,是連續的光譜
眼睛看到同樣顏色的光,可能有不同光的頻譜分布,由不同的顏色比例組成,科學上叫「同色異譜」。當我們看某兩個燈源,其顏色是一樣白或一樣黃,但可能某個光源組成裡面可能少了一點某個顏色,是眼睛看不出來的。而是要當光源照到彩色物體的時候,才能反映。
演色性(CRI)在表達光對於物體色彩的再現能力。如果某個光源的光譜,每一個顏色越齊全的話,當碰到彩色物體的時候,那束光就能把彩色物體的每一種顏色都反射到眼睛,看到顏色也會更真實,演色性也越高。
當一個光源的光譜缺了某些波長,對於某些彩色物體的反射就少掉那些波長的光。這對於健康或許沒有特別影響,但對於眼睛所見美不美有很重要的意義,這就是為什麼博物館或是從事設計行業的人,會追求高演色性的光源,因為他們希望色彩越真實越好。
上圖為太陽光光譜,太陽光的頻譜是連續的,因此,在陽光下物體的顏色非常真實。燃燒發熱的光源,例如:蠟燭、白熾燈泡、太陽,頻譜相對連續。而人造光源多是幾個特定化學物質的激發,無法產生連續的光譜,所以光譜是不連續的片段。
上圖為鈉燈光譜,以路燈(高壓鈉燈)為例,路燈下看不清楚顏色,是因為路燈(高壓鈉燈)的光譜有很長的紅色。所以路燈的光線昏黃,在路燈下會分不清楚綠色、藍色、紅色,因為這些顏色的波長段都不見了。
上圖為LED光譜,LED是用藍光激發黃色螢光粉,所以光譜組成的藍、黃色會較多,但LED的演色性比螢光燈管好,有些LED的CRI甚至可達95。
因為人不會總是在日光下,總會進到室內,而室內的人造光源對於光譜的完整性,每種光源差異很大。如果希望布置一個真實呈現物體色彩的環境,建議選擇高演色性的燈具,因為高演色性代表色彩相對完整。