1 實驗方法
本次實驗的主要目的是要得出不同顏色的光，在不同亮度條件下，以何種頻率或者周期來進行明暗或者亮滅的變化是舒適的。因此，本實驗又稱“單色光跳變參數(shù)量化實驗”。
單色光跳變參數(shù)評價實驗主要的流程即在中間視覺條件下，實驗者在設(shè)定的各亮度水平下，進而針對各種光色，依設(shè)定的不同占空比和呈現(xiàn)時間依次呈獻給被試者，由被試者通過感受對各種參數(shù)組合進行主觀舒適度評價，最后由實驗者進行統(tǒng)計分析，得出相關(guān)結(jié)論。
1.1 實驗條件
實驗室條件下單色光跳變參數(shù)評價實驗的進行地點位于北京工業(yè)大學(xué)城市照明規(guī)劃設(shè)計研究所的建筑光學(xué)實驗室。配備亮度色彩可調(diào)的LED照明系統(tǒng)。
在本實驗中所選用的色光刺激是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等7種純色組成。利用TOPCON BM-7A亮度計分別測量的實驗平均色坐標(biāo)，以及對應(yīng)的波長見表1。
參考《城市夜景照明設(shè)計規(guī)范》（JGJ/T 163-2008）[1]，實驗色刺激的亮度范圍在5—25cd/㎡之間變化，并將色刺激的亮度水平等量劃分為5等份，即分別為5cd/㎡、10 cd/㎡、15 cd/㎡、20 cd/㎡和25 cd/㎡。利用TOPCON BM-7A亮度計分別測量的不同亮度水平下的實驗平均亮度見表2。
在建筑景觀照明中，采用動態(tài)照明方式的案例很多，大多采用明暗變化的仿呼吸式和亮滅交替變換的動態(tài)方案，本實驗采用后者的動態(tài)方案。通常亮滅交替變換的動態(tài)方式的亮燈時間和滅燈時間各占總周期的一半，即占空比為0.5。因此，本次實驗以占空比0.5為中心，向兩邊適度擴充，即實驗占空比選定為0.3、0.4、0.5、0.6和0.7。
有了占空比的數(shù)值后，與之相對應(yīng)的呈現(xiàn)時間也需要考慮。通常亮滅交替變化動態(tài)方式的變化周期中，其亮燈的時間大多集中在1～3s。因此本實驗以0.5s為單位，在1～3秒之間選取5種實驗呈現(xiàn)時間，即1s、1.5s、2s、2.5s和3s。
實驗中所采用控制設(shè)備及軟件分別為計算機、亮美集四基色動畫/DMX分控器以及EASYPLAYER 2013控制軟件。
1.2 被試者評價方法
本實驗評價方法采用五點分級的SD法（semantic differential method），見表3。以“舒適的——不舒適的”這一對反義詞組成測量尺度，表中的0代表中立，即不感到舒適也不會感到不舒適，正數(shù)表示為舒適，負數(shù)表示為不舒適，數(shù)字的大小則體現(xiàn)了情感尺度的大小。
實驗被試者大部分來自北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院一年級和二年級的研究生，年齡平均在25-26周歲，男女?dāng)?shù)量基本持平。
本實驗在中間視覺條件下進行，由LED投光燈將已經(jīng)制定好的色刺激方案依次投射在白色墻壁上。被試者坐在距離墻壁4.5m處，以大約15°～20°的仰視角對色刺激進行觀察評價。在接受完色刺激時，被試者以語義差別法對剛剛呈現(xiàn)出來的色刺激進行舒適度評價，然后再依次進行下一個色刺激的接受與評價。實驗進行20分鐘左右后，休息5min后再繼續(xù)。
2實驗結(jié)果與分析
本次實驗室條件下單色光跳變參數(shù)評價實驗共獲取14份有效樣本，共計12 250個數(shù)據(jù)。我們對各個實驗條件下的色刺激評價進行了統(tǒng)計，在統(tǒng)計過程中，對色刺激得到“-2、-1”的評價視為“差評價”，即不舒適的，對于色刺激得到“0、+1、+2”的評價視為“好評價”，即舒適的。在各個實驗條件下色刺激評價中的“好評價”占被試人數(shù)的百分比定義為“好評率”。
在實驗中預(yù)設(shè)的7種顏色、5種亮度條件下，各不同占空比和呈現(xiàn)時間變換方式下所得到的 “好評率”數(shù)據(jù)眾多，顯然，每種亮度和光色條件下就可以得到占空比0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和呈現(xiàn)時間1s、1.5s、2s、2.5s、3s組合情況下的25個“好評率”數(shù)值。
為了表征不同組合情況下動態(tài)變化的“頻率”特征，故新定義了“占空頻率”，即實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計后，不同實驗亮度、光色與占空頻率的 “好評率”實驗結(jié)果見圖1～圖5。針對上述實驗結(jié)果，顯然其分布形態(tài)大致相似，符合對數(shù)正態(tài)分布的特征，因此利用對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)對每種亮度與光色進行數(shù)學(xué)擬合后，便可以得到各擬合曲線的最大值，即最佳占空頻率；同時若將“好評率”大于80%視為動態(tài)變化的可接受范圍。
針對表5數(shù)值結(jié)果進行規(guī)律性的分析后，可以推測最佳占空頻率隨亮度和波長的變化范圍如圖6所示，亮度越高同一光色下最佳占空頻率取值點越接近分布區(qū)間的上限，而且各亮度情況下均在490nm附近出現(xiàn)最小值，因此可以預(yù)見最佳占空頻率隨波長的變化為不對稱的“燕翅型”，即在490nm附近（青色）出現(xiàn)最小值，而分別在470nm附近（藍色）和610nm附近（橙色）出現(xiàn)極大值。
這說明要達到舒適的動態(tài)照明效果，最佳占空頻率與亮度和波長密切相關(guān)，因此在具體的照明設(shè)計時，應(yīng)首先應(yīng)確定用色與亮度，根據(jù)天津大學(xué)關(guān)于色光情感定量化研究的結(jié)果[2]，再結(jié)合《城市夜景照明設(shè)計規(guī)范》（JGJ/T 163—2008） 對建筑物亮度限值的要求，筆者給出了圖7所示的亮度與波長舒適度曲線，可以作為確定用色與亮度的參考。
在確定了用色與亮度后，進而應(yīng)確定動態(tài)變化的最佳占空頻率。根據(jù)前述占空頻率的定義，其數(shù)值與占空比與呈現(xiàn)時間兩個因素有關(guān)，而不是僅與占空比相關(guān)，具體可以參考表5或圖6確定最佳占空頻率的數(shù)值。
動態(tài)照明情況下，景觀照明效果與光色（波長）、亮度與變化“頻率”三者密切相關(guān)，本文通過實驗的方法找出了三者之間的定量關(guān)系，且不同亮度情況下，最佳占空頻率隨波長的變化呈不對稱的“燕翅型”分布，這些定量化的結(jié)果將對動態(tài)景觀照明的設(shè)計具有重大的參考與指導(dǎo)意義，也是確保照明效果的基礎(chǔ)。
