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Karin Bieske

UNTERSUCHUNGEN ZU BELEUCHTUNGSSYSTEMENMIT VERÄNDERLICHER LICHTFARBE

Karin Bieske, TU Ilmenau, FG Lichttechnik

08.09.2017 Seite 1 Lux junior 2017

Karin Bieske08.09.2017 Seite 2 Lux junior 2017

AGENDA

1. Motivation2. Technische Realisierung3. Untersuchungen zur Farbwahrnehmung für die

Auslegung von Beleuchtungssystemen4. Weiterführende Untersuchungen5. Impulse für neue Forschungsfragen

Bild: elv.de

Untersuchungen zu Beleuchtungssystemen mit veränderlicher Lichtfarbe


MOTIVATION

• Beleuchtungsniveau• Örtlicher Lichtverteilung• Spektraler Lichtverteilung

Klassische Beleuchtungssysteme

Dynamische Beleuchtungssystemevariabel in:


Quelle: Gall (2002)

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0,1

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1,0

400 450 500 550 600

Wellenlänge in nm

c BrainardThapan

MOTIVATIONNeue Erkenntnisse zu nicht‐visuellen Lichtwirkungen

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Rel

ativ

e sp

ektr

ale

Empf

indl

ichk

eit

400 500 600 700

Wellenlänge in nm

c

V()V'()


Durch Variation der Lichtfarbe Modellierung der nicht‐visuellen Lichtwirkung bei gleichbleibender Helligkeit

CCTacvEcv (E = 500 lx)Ecv/ Ecv_3000KEcv/ Ecv_4000K

3000 K0,34

0,249 W/m²1,00,7

4000 K0,52

0,381 W/m²1,51,0

6500 K0,90

0,659 W/m²2,61,7

8000 K0,98

0,805 W/m²3,22,1

Beispiel:

dVX

dcXa

e

ecv )()(

)()(

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0,4

0,5

0,6

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Rel

ativ

e sp

ektr

ale

Empf

indl

ichk

eit

400 500 600 700

Wellenlänge in nm

Sms()V()

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

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1,0

400 500 600 700

Wellenlänge in nm

3000 K8000 K c()

V()

Relativ

e Spektralverteilung


TECHNISCHE REALISIERUNG

Voraussetzungen:• Dimmbare Lichtquellen mit variable spektraler Verteilung• Komponenten zur Ansteuerung der Lichtquelle• Steuermodule, die Steuer‐ und Regelgrößen generieren• Materialien für Lichtleitung und Lichtmischung• Konzepte mit Vorgaben, wie dynamische Variationen

der Lichtfarbe sinnvoll zu realisieren sind

Karin Bieske

0,0

0,1

0,2

0,3

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0,5

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y

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9x

18.09.2017 Seite 7

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Leuchte mit änderbarer Lichtfarbe (Siteco)

Lichtleiter und LichtmischeinheitenStandartisierung Steuerprotokolle

DMXDMX512 (1990), DIN 56930‐2: 2000DALIIEC 62386‐201: 2009 Leuchtstofflampen, IEC 62386‐209: 2011 Farb‐/Farbtemperatursteuerung


Karin Bieske18.09.2017 Seite 9



Forschungsprojekt (2004 ‐ 2006): Adaptives Beleuchtungssystem mit Hybridlampe

Teilprojekt TU Ilmenau:Physio‐psychologische Untersuchungen zur Wirkung von Lichtfarben

Kompacktleuchtstofflampefarbige LEDs

UNTERSUCHUNGEN


Fragestellungen:

• Variationsbereich für Lichtfarbe• Präferenzen• Schrittweite der Änderung• Genauigkeit für Variationsweg• Abhängigkeiten:

Beleuchtungsniveau Variationsrichtung CCT

• Änderungsgeschwindigkeit• Variationsweg

+/- 5 SW -Einheiten undJuddsche GeradenPlanckscher KurvenzugSteuerwerte

3000 K3263 K

3565 K3914 K

4321 K

4802 K

5378 K

6082 K

7228 K8000 K

u'v'UNTERSUCHUNGEN

Blanckenhagen, 2004

Karin Bieske

Ergebnisse:

• Variationsbereich:3000 K bis 8000 K

• Präferenz: 4200 K• Schwellen u’v’ = 0,0016

Toleranz: Faktor 5 zur Schwelle• Unabhängigkeit von Lichtfarbe

und Beleuchtungsniveau• Variation hin zu niedrigeren CCT kritischer• Orientierung am Planckschen‐Kurvenzug,

geringe Abweichungen möglich• Änderungsgeschwindigkeit: 12 K/s


0,44

0,45

0,46

0,47

0,48

0,49

0,50

0,51

0,52

0,53

v'

0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27

u'

CCTToleranzwerteSchwellenwertePlanck-KurveJudd-Geraden

3000 K

3700 K

4700 K

5700 K

6700 K

UNTERSUCHUNGEN


WEITERFÜHRENDE UNTERSUCHUNGEN

Lichtfarbenunterschiede innerhalb von Leuchten

HALBKUGEL

BELEUCHTUNG:2700K, 4000K,

6500K

PROBAND

L = 200 cd/m²

10°

ND-FILTER

SIMULATORL = 800 cd/m²

Kramer (2014)

Testzeichen


Kramer (2014)/ Häubere & Bieber (2016)

Lichtfarbenunterschiede innerhalb von Leuchten


Schwellenwerte:• u’v’ = 0,0006 bis 0,0012

bei sprunghaftem Übergang,• Faktor 1,5 für andere Übergänge• bei Variation der Lichtfarbe

im Umfeld, keine Änderungder Ellipsenorientierung

• tendenzell größe Schwelle jegrößer CCT zwischen Test‐zeichen und Umfeld



Kombination von Lichtfarben im RaumLeuchtenanordnung Bieske, Fiebig (2014)

Kombination ähnlicher Lichtfarben, Unterschiede zwischen Leuchten kritischer als farbige Schatten



Untersuchung von Farbwiedergabeeigenschaften

Relative Spektralkverteilung der Lichtquellen

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0

380 480 580 680 780

Wellenlänge in nmHMI HGL

Relative Spektralkverteilung der Lichtquellen

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

380 430 480 530 580 630 680 730 780

Wellenlänge in nm

LED_weiß LED_weiß_2 Jungnitsch (2005)


Abweichungen zwischen CIE‐FWG‐Index und subjektiverFarbbewertung bei diskrete Spektren

Untersuchung von Farbwiedergabeeigenschaften


Vergleich SBI und CIE-Ra bei 3000K

0

20

40

60

80

100

120

HGL LEDRGB LED weiß LLRGB

Lichtarten

Farb

wie

derg

abew

ert

RaRa - Ref_HGLSBI

Jungnitsch (2005)



Subjektiv wahrgenommener Unterschied trotz identischer Farbörter

Untersuchung zur Metamerie

LED‐RGB HMI-Lampe


IMPULSE FÜR NEUE FORSCHUNGSFRAGEN

Farbortdifferenz nach subjektivem Abgleich


CIE1931 CIE1964

Karin Bieske

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

380 460 540 620 700 780

Wellenlänge in nm

HGL+F V3LED I V3



Einfluss der Spektralverteilung auf die Farbortdifferenz nach Abgleich


Versuchs-situation

Testlicht-quelle Referenz CCT

V1 RGB-LEDII RGB-LEDII 5400KV2 RGB-LEDII HGL+F 5400KV3 RGB-LEDI HGL+F 5400K

0,0

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0,4

0,6

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380 460 540 620 700 780

Wellenlänge in nm

HGL+F V2LEDI V2

0,0

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0,8

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380 460 540 620 700 780

Wellenlänge in nm

LED II Ref V1LED II V1

0,470

0,475

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0,500

0,505

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v'

0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25

u'

MW Probanden LU = 0 cd/m²MW Probanden LU = 14 cd/m²Referenz LU = 0 cd/m²Referenz LU = 14 cd/m²Abgleiche LU = 0 cd/m²Abgleiche LU = 14 cd/m²

0,460

0,465

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v'

0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25

u'

MW Probanden LU = 0 cd/m²MW Probanden LU = 14 cd/m²Referenz LU = 0 cd/m²Referenz LU = 14 cd/m²Abgleiche LU = 0 cd/m²Abgleich LU = 14 cd/m²

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v'

0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25

u'

MW Probanden LU = 0 cd/m²MW Probanden LU = 14 cd/m²Referenz LU = 0 cd/m²Referenz LU = 14 cd/m²Abgleiche LU = 0 cd/m²Abgleich LU = 14 cd/m²

Hoffmann (2010)

Referenz Test



Farbraumfehler bis u’v’ = 0,0165Ableitung neuer Spektralwertfunktionen (2006‐TUIL)


u‘v‘ = 0,0165

Polster (2013)


IMPULSE FÜR NEUE FORSCHUNGSFRAGENUntersuchung zur Metamerie

Polster, 2013)

Karin Bieske

VIELEN DANK!


Foto: Ingo He

rzog

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