O světle

Smyslem tohoto textu je poskytnout základní informace o tom, jak zpracovat nejrůznější světelně technické úlohy tak, aby řešení přinášelo co nejoptimálnější podmínky pro vidění.

Malý příklad – bytové osvětlení – procházíte-li večerním městem, je vidět, jak za okny svítí pouze obrazovky televizních přijímačů. Je to zakořeněný a nezdravý zlozvyk (nemyslím nyní nahlížení do cizích oken, ale sledování televize ve zcela tmavé místnosti). Pozorování relativně jasného obrazu proti temnému pozadí rozhodně zraku neprospívá. Oko je velkým kontrastem namáháno. Proto seriózní projektant osvětlení obývacího pokoje myslí na to, aby bylo možné přisvětlit stěnu za televizorem, a tak nežádoucí kontrast snížit.

Když se mluví o světle, tak se nelze vyhnout medicínskému náhledu. Je třeba hned v úvodu upozornit na některé mýty týkající se světla a zdraví. Snad není třeba věnovat prostor prastarým fámám o škodlivosti zářivkového osvětlení, o kterém se tradovalo, že je příčinou padání vlasů a impotence. Je to samozřejmě nesmysl. Stejně, jako jsou mnohdy nesmyslná jiná současná tvrzení o zhoubných účincích světla. Bezesporu, světlo má i nežádoucí dopady na lidský organismus. Ovšem pozoruhodné na celé záležitosti je to, že alarmisté nikdy neuvádí, při jakých expozicích dojde například k zástavě tvorby melatoninu. Případně uvedou značně zkreslené číslo nebo hodnotu platnou jen za zvláštních okolností aniž by na ně upozornili – například číslo platné pro monochromatické světlo.

Umělé světlo má samozřejmě i léčebné účinky. Naše medicína se proslavila objevem léčby kojenecké žloutenky pomocí modrého světla. Umělé světlo může ovlivnit cirkadiální rytmy, toho lze využít například pro snadnější aklimatizaci při cestování do časově posunuté oblasti.

Jiným příkladem je možnost léčit umělým světlem syndrom SAD, tj. deprese z nedostatku světla.  I když mnohem účinnější je pobyt na přirozeném světle. Ostatně i mnohé neduhy stáří mají příčinu v nedostatečném pobytu pod denní oblohou.

V podstatě není problém vymezit užitečné světlo. Je to takové světlo, na které je lidský organismus navyklý za mnohasetletý vývoj. To je samozřejmě přirozené denní světlo, které je ve svých účincích uměle nenahraditelné. Nelze však šmahem prohlásit, že umělé světlo je nezdravé. Ale vždy bude jen náhražkou. Nedocenitelným prostředkem umožňujícím prodloužit den. Ať ten pracovní nebo čas pro odpočinek.

Zvláštní pozornost si však zaslouží „bílé“ světlo. Je poměrně pozoruhodné, že se o něm nemluvilo v dobách nástupu vysokotlakých sodíkových výbojek (jako argumentu proč je nezavádět), ani v souvislosti s „bílým“ světlem výbojek halogenidových (jako argumentu proč je zavádět). Začalo se o něm hovořit s nástupem světelných diod (LED) a ve chvíli, kdy čínští výrobci zvládli technologii výroby indukčních světelných zdrojů (známých především pod označením LVD). V materiálech prodejců obou produktů se objevují prohlášení o tom, že „bílé“ světlo je lidským okem vnímáno jako jasnější a proto je možné snížit hladiny osvětlení. Tak prý lze dosáhnout při menším příkonu stejně kvalitního vidění. Zapomínají při tom podotknout, ostatně většina z nich o tom nemá ani tušení, že to platí pouze pro oblast nízkých osvětleností, přesněji jasů. Více je zde medvědi

Malá poznámka: Oko vnímá jas, nikoli osvětlenost. Černou desku osvětlenou  na sto luxů vnímá zcela jinak, než stejně osvětlenou desku bílou.

Vliv barvy světla se projevuje jen při nízkých jasech, takových, které se vyskytují prakticky jen v případě osvětlování komunikací. Řekl bych, špatně osvětlených komunikacích.

Všude jinde, kde jsou vyšší požadavky na osvětlení, ať už je to venkovní pracoviště nebo pracovní místo v interiéru, všude tam je vliv „bílého“ světla bezvýznamný. Bezvýznamný z hlediska „vylepšení“ zrakového vnímání. Z hlediska psychologického působení však není bezvýznamná barva světla, což je první z parametrů charakterizujícím kvalitu světla. Dalším parametrem je (všeobecný) index barevného podání.

Barevnou teplotu lze nejnázorněji přirovnat k barvě tavícího se železa. Při „nízkých“ teplotách, je červené. Postupně je bělejší aby při nejvyšších teplotách až zmodralo. Na obrázku jsou tyto odstíny bílé umístěny na čáře tzv. náhradních teplot chromatičnosti.

Odstíny bílé v „barevném“ trojúhelníku (pomocí červené, zelené a modré barvy lze „namíchat“ libovolnou barvu uvnitř trojúhelníku)

Podle barevné teploty se rozdělují světelné zdroje do tří skupin. Pro teploty do 3 300 K je to skupina „teple bílých“ barev. Pro vyšší teploty, až do 5 300 K, se používá označení „bílá“. Pro ještě vyšší teploty se ujalo pojmenování „denní“.

Kdy je jaká barevná teplota vhodná je zřejmé z jednoduché úvahy. Za dlouhou dobu vývoje zraku je teple bílá barva spojena s barvou zapadajícího slunce a ohně. Tedy s okamžikem stmívání, kdy člověk ukončil svoji práci a chystal se k odpočinku.  Proto je při nižších osvětlenostech, charakteristických pro odpočinek, příjemné osvětlení teple bílé barvy. Ať už jsou to klasické nebo halogenové žárovky nebo zářivky (světelné diody, některé výbojky) odpovídající barvy.

Při práci se člověk od nepaměti pohyboval pod otevřeným nebem, při vysokých osvětlenostech a ve světle s bílým (až denním) odstínem. Proto se pro práci volí zdroje s bílou barvou světla a navrhují vyšší osvětlenosti. Takovou barvu mají opět vybrané z uvedených světelných zdrojů s výjimkou žárovek zakázaného i nezakázaného druhu.

I když pro osvětlenosti nad 500 luxů již zrak nerozlišuje barevné odstíny tak výrazně, přesto je světlo s barevnou teplotou blízkou dennímu světlu přijatelné jen při velmi vysokých osvětlenostech. Používá se jen tam, kde je třeba dokonale rozlišovat barvy pozorovaných předmětů. A to nejméně při osvětlenosti 1 000 luxů. Přitom se však musí použít světelné zdroje s vysokou kvalitou barevného podání, kdy je index barevného podání alespoň 90. O něm dále. V jiných případech nemají světelné zdroje s „denní“ barvou prakticky žádné uplatnění.

To je třeba mít napaměti především při současném vzestupu světelných diod. U nich totiž s rostoucí barevnou teplotou vzrůstá i měrný světelný výkon (množství světla vyprodukovaného na jednotku elektrického příkonu). A právě parametrů LED s vysokou barevnou teplotou zneužívají nekorektní prodejci ve snaze prokazovat jejich úspornost oproti klasickým světelným zdrojům. Při použití odpovídajících barevných teplot je měrný výkon až o čtvrtinu nižší. Pak světelné diody již jen obtížně obstojí proti výbojovým světelným zdrojům, protože poměr cena/výkon je zatím nepříznivý. Zde bych chtěl poznamenat, že rozvoj v LED je neskutečně rychlý, takže slova v tomto odstavci nemusí platit v době, kdy tento článek bude číst (jistě dychtivý) čtenář. Rovněž bych chtěl poznamenat, že LED jsou světelné zdroje budoucnosti. Možná méně vzdálené, než se v době psaní tohoto textu zdá.

Ale vraťme se ke kvalitě světla. Poznamenal jsem, že druhým parametrem určujícím jeho kvalitu je tzv. index podání barev (Ra, v poslední době označované také jako CRI). Velmi hrubě lze prohlásit, že vyjadřuje jak se ve světle hodnoceného zdroje shoduje vjem určité barvy s barevným vjemem pozorovaným v „normálovém“ světle. Je-li shoda úplná, tak je velikost indexu 100. Čím menší je shoda, tím je číslo nižší.

V normách je předepsáno jakých hodnot má tento index dosahovat podle nároků na kvalitu osvětlení. V hrubých provozech, například v hutích postačuje, je-li index podání barev alespoň 40, v provozech bez trvalé přítomnosti dokonce 20. V prostorech o něco méně hrubých se již požaduje hodnota Ra alespoň 60. V místech s náročnou zrakovou prací, například školy nebo kanceláře, je požadavek, aby hodnota indexu podání barev byla přinejmenším 80. Tam, kde je důležité dobře rozlišovat barvy, je to již nejméně 90.

Vlevo teple bílá – uprostřed bílá – vpravo denní

Index 100 mají žárovky. Ostatní zdroje této hodnoty nedosahují. Nejhůře na tom jsou nízkotlaké sodíkové výbojky, které vyzařují monochromatické světlo, takže nelze rozlišit žádnou barvu. Jejich všeobecný index podání barev je 0. Lépe je na tom s hodnotou 20÷25 jejich vysokotlaká varianta, která je známá z veřejného osvětlení. Ostatní výbojky jsou na tom mnohem lépe, podle typu dosahují věrnosti barevného podání v rozsahu od 40 do cca 80. Podobně jsou na tom zářivky, u těch může být všeobecný index podání barev i lepší než 90. To platí ovšem pro ty nejkvalitnější výrobky. Světelné diody se běžně pohybují kolem hodnoty 70÷80, mohou však dosáhnout i hodnot lepších než 90. U LED je však poměrně velký rozptyl při výrobě. Jak v barevné teplotě, tak v indexu barevného podání. Proto se musí provádět výběr. Nekvalitní výrobky se snadno poznají podle toho, že každá z diod umístěných ve svítidle má jinou barevnou teplotu. Až tak, že jsou rozdíly patrné pouhým okem.