1. Что такое спектр излучаемого света и на что он влияет.

Спектр излучения источника света – представляет собой диапазон частот и интенсивность каждой частоты излучения источника света. Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой. Спектр света влияет 1) на то, насколько точно будут передаваться цвета предметов по сравнению и их естественным цветом, 2) при декоративной подсветке – на визуально воспринимаемый цвет света, 3) на самочувствие, комфорт – утомляемость, концентрацию внимания, настроение, 4) на здоровье человека.

Цветовая
температура

Коэффициент
цветопередачи

          От спектра излучаемого света зависит цветовая температура света и индекс цветопередачи. В большинстве случаев, при организации общего освещения для бытовых и офисных целей достаточно знать эти два параметра светового прибора, они указываются на упаковке. Знание спектрального состава света необходимо, прежде всего, при организации освещения для растений и в некоторых других случаях (для медицинских целей, художественных, освещения аквариумов и пр.)

2. Спектр света можно характеризовать по следующим параметрам:

- Непрерывный, линейчатый, монохроматический.

Непрерывный спектр – это непрерывная последовательность цветов в спектре излучения, переходящих один в другой. Непрерывные спектры дают раскаленные твердые тела (жидкости, газы), например, солнечный свет или вольфрамовая нить в лампе накаливания. Непрерывный спектр источника света необходим для правильной цветопередачи освещаемых предметов.

Линейчатый спектр – спектр, состоящий из отдельных спектральных линий, т.е. источник испускает свет в нескольких очень узких диапазонах частот. На спектральной диаграмме представляется как несколько узких разноцветных пиков. Линейчатые спектры дают, например, люминесцентные лампы. Линейчатый спектр светильника вызывает повышенную утомляемость при работе.

Технология
создания
белого света

Монохроматический спектр – излучение одной определенной частоты, т.е. определенного цвета. Таким спектром обладают, например, индикаторные светодиоды (применяемые для информационных табло, светофоров, индикаторов в цифровой технике и пр.). Для того, чтобы светодиодные источники света имели непрерывный спектр их покрывают люминофором (который переизлучает свет в широком диапазоне частот) или располагают несколько разноцветных светодиодов рядом (в этом случае, совокупный спектр будет, скорее, линейчатым).

- Равномерность.

          Непрерывный спектр может быть равномерным, т.е. когда интенсивность каждого цвета в спектральной диаграмме примерно одинакова – таким спектром обладает Солнце – и неравномерным как, например, у лампы накаливания – в ее спектре заметно сильное преобладание красной части при почти полном отсутствии синих тонов. Таким образом, в ее свете предметы, имеющие, синий цвет будут выглядеть почти черными, а красные, наоборот, казаться более яркими.

- Спектральный состав.

Каждый тип источника света обладает своим спектральным составом и характеризуется наличием отдельных цветов в своем спектре излучения, так, например, Солнце излучает свет во всех видимых цветах, т.е. имеет полный спектр (но спектральный состав различный в течение дня из-за поглощения атмосферы), лампа накаливания имеет низкую интенсивность излучения в синем диапазоне частот, люминесцентная имеет отдельные пики излучения на спектральной диаграмме, то есть, излучает свет, преимущественно, в определенных цветах (эти цвета могут быть разными в зависимости от назначения – освещение жилых помещений, медицинских учреждений, аквариумов, теплиц и пр.).

Цветовая
температура

Коэффициент
цветопередачи

 

Светодиодные светильники могут быть также различные по спектральному составу в зависимости от назначения и требуемой цветовой температуры света. Для жилых помещений – более теплый свет, с преобладанием красной (желтой) части спектра. Для офисных – холодный, с преобладанием синей части спектра. Для помещений, где требуется высокая цветопередача (выставки, салоны, торговые залы) – светильники с высокими показателями цветопередачи, в которых могут быть установлены дополнительные цветные светодиоды (прежде всего, красные) или применены несколько люминофоров, излучающих свет в различных диапазонах частот.

Влияние 

- Наличие нежелательных частот в спектре.

          Если свет от светильника используется только для освещения (а не для дезинфекции или обогрева), то инфракрасная и ультрафиолетовые части спектра, в таком случае, будут нежелательными. Так в спектре Солнца, лампы накаливания, галогеновых лампах большая часть энергии приходится на излучение в инфракрасной (тепловой) части спектра. В люминесцентных лампах присутствует ультрафиолетовое излучение. Степень их «нежелательности» зависит от назначения, так, переизбыток инфракрасного излучения приводит к выцветанию окрашенных предметов, что существенно для торговых помещений, витрин, галерей, а также к нагреву поверхности предметов. Избыток ультрафиолетового излучения негативно влияет на здоровье, а также привлекает насекомых, что может быть некомфортным для освещения загородного дома.

          Кроме того, некоторые световые приборы могут излучать помехи в радиодиапазоне частот из-за особенностей работы драйвера (блока питания).

          В светодиодных светильниках инфракрасное и ультрафиолетовое излучения отсутствуют.

2. Разновидности спектров различных источников света.

3. Разновидности спектров светодиодных источников света и их назначение

Цветовая
температура

Технические возможности позволяют создать на основе светодиодных источников света  практически любой спектр, в зависимости от назначения светового прибора. Так, для основного и акцентного освещения помещений и улиц необходим белый свет, т.е. свет сложного спектрального состава, который воспринимается глазом как белый. Белый свет характеризуется цветовой температурой – от теплого до холодного и дневного.

Коэффиент
цветопередачи

Для декоративного освещения – монохроматические светодиодные светильники или светильники с регулируемым цветом, т.е. имеющие в своем составе несколько разноцветных светодиодов и средства регулировки их интенсивности. Такими светильниками можно также создать белый свет, но с несколько худшими показателями цветопередачи, чем у светодиодов с люминофором.

3.1. Белый свет (основное освещение).

Технология
создания
белого света

Белый свет создается путем смешения различных цветов спектра. Существует несколько вариантов создания белого света на основе светодиодов:

1) использовать светодиоды, покрытые люминофором (в настоящее время это основной метод, применяемый для освещения светодиодными светильниками); преимущества - дешевле, выше цветопередача, незначительные изменения теплоты света при деградации светодиодов, недостатки – нет возможности регулировать цвет и цветовую температуру; 

Ресурс и
деградация

2) использовать приборы с цветными светодиодами (красный, синий, зеленый и дополнительные), совместно дающими белый свет; преимущества - возможность использовать как для основного освещения, так и для декоративного, широкий диапазон регулировки цветов, недостатки – относительная дороговизна, низкий коэффициент цветопередачи, изменение оттенка белого цвета со временем при деградации светодиодов (так как светодиоды разных цветов деградируют с разной скоростью). 

Коэффициент
цветопередачи

3.2. Монохроматический спектр (декоративное освещение).

          Светодиодные источники света позволяют создать подсветку практически любого цвета и сочетаний. Отличительная особенность светодиодов – способность излучать свет в очень узком диапазоне частот, поэтому создать подсветку определенного четкого цвета можно без применения светофильтров. Эта же особенность светодиодов позволяет подчеркнуть определенные цвета подсвечиваемого предмета и, наоборот, скрыть другие.

Влияние
света на
здоровье

          Кроме эстетического назначения цвет также воздействует на здоровье и психику человека, например:

- Красный цвет – возбуждающий, согревающий, активный, энергичный, проникающий, теплый, активизирующий все функции организма. На короткое время увеличивает мускульное напряжение, повышает кровяное давление, ускоряет ритм дыхания;

- Оранжевый цвет– тонизирует, действует как и красный, но слабее. Ускоряет пульс, улучшает пищеварение;

- Желтый цвет – тонизирующий, физиологически оптимальный, наименее утомляющий из цветов, стимулирует зрение и нервную деятельность;

- Зеленый цвет – физиологически оптимальный, уменьшает кровяное давление и расширяет капилляры. Обладает успокаивающим эффектом, облегчает невралгии и мигрени. На продолжительное время повышает двигательно-мускульную работоспособность;

- Голубой цвет – успокаивающий, снижает мускульное напряжение и кровяное давление, успокаивает пульс и замедляет ритм дыхания;

- Синий цвет – оказывает успокаивающее действие, постепенно переходящее в угнетающее, а также способствует затормаживанию функций физиологических систем человека;

        - Фиолетовый цвет – соединяет эффект красного и синего цветов, производит угнетающее действие на нервную систему.

3.3. Специальный спектр (для растений и животных).

          Солнечный спектр различен на разных широтах, в различное время года, в течение светового дня, а также при разных погодных условиях. Для различных растений и на различных стадиях их роста необходим свой спектр.

Светодиодные светильники позволяют имитировать солнечный свет в широких диапазонах, как в видимом свете, так и в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, а также регулировать спектр при необходимости. При использовании специализированных светильников для растений, можно создать идеальные условия для выращивания овощных культур и увеличить скорость развития растений и роста плодов.

Вкратце о воздействии разных частей спектра на растения:

- Ультрафиолетовое излучение с длиной волны ниже 280 нм будет губительным. В реальности озоновый слой задерживает такое излучение от Солнца и оно не достигает земли.

- Ультрафиолетовые лучи с длинной волны от 315 нм до 380 нм. Благодаря такому спектру стебли растений не идут в рост, а становятся более массивными. Нижний порог таких лучей помогает растениям стать менее восприимчивыми к холодным температурам, что особенно хорошо во время роста овощных культур осенью.

- Фиолетовые и синие лучи. Они, как и ультрафиолетовое освещение, помогают растениям стать более крепкими. Это достигается за счет того, что ствол перестает расти, а листья становятся больше. Таким образом, растение способно поглощать больше света, и это приводит к лучшему росту. Благодаря тому, что при подобном спектре освещения возникают самые идеальные условия для фотосинтеза, растения переходят к периоду цветения (короткодневные) или же замедляют свое развитие (длиннодневные).

- Зеленый спектр: способен свободно пройти через листья, при этом процесс фотосинтеза будет минимальным. Но, именно благодаря этому освещению, растение вытягивается и становится более высоким.

- Оранжевый и красный спектр лучей: это основная энергия для фотосинтеза. Благодаря этому освещению растение начинает развиваться с необыкновенной быстротой. Осевые органы и листья поглощают это освещение с максимальной интенсивностью, и в процессе фотосинтеза образуется значительное количество углеводов. На определенной стадии роста растения лучше всего использовать именно этот спектр излучения, постепенно переводя его в инфракрасный свет. После этого можно повторять процедуру, что в несколько раз ускоряет рост самих растений.

- Инфракрасный спектр света: данный спектр способен погубить растение при увеличении длины волн. Инфракрасное излучение с короткой длиной волны идеально подойдет для фотосинтеза и окажет положительное влияние на произрастание побегов, увеличение стеблей культур и хороший рост плодов. При таком излучении в условиях низких температур листья частично поглощают излучение, но не перегреваются, что способствует фотосинтезу. Длинные инфракрасные лучи повысят общую температуру листьев, и они завянут.
 

       Для аквариумных растений также большое значение имеет спектральный состав освещения. На графике приведены спектры поглощения хлорофилла. Следовательно, эффективными будут лампы, имеющие в спектре свечения пики на тех же участках, что и у хлорофилла в спектре поглощения.

Коэффициент
цветопередачи

Если в аквариуме нет растений, то спектр лампы подбирают из эстетических соображений, чтобы подчеркнуть окраску рыб или кораллов. В этом случае, спектр, как правило, смещают в синюю зону (цветовая температура от 6500K до 12000-18000К), при этом, такой спектр препятствует размножению водорослей.

Спектр излучения также важен в животноводстве и птицеводстве. Светодиодное освещение дает большие возможности для создания необходимого спектра для скота и птицы, влияющего на повышение производительности на фермах.

Таблица соответствия частот электромагнитного излучения и цветов: