การประเมินสภาพแวดล้อมทางสายตา

ดังที่ได้กล่าวไว้ในบทเกี่ยวกับค่าฟลักซ์ส่องสว่าง ความส่องสว่างเป็นดัชนีการประเมินที่สำคัญมากสำหรับการออกแบบแสงสว่าง โดยการออกแบบแสงสว่างส่วนใหญ่จะอิงตามความส่องสว่างที่แนะนำโดย CIE และมาตรฐานอื่น ๆ แม้ว่าเราจะสามารถวัดความส่องสว่างได้ด้วยเครื่องวัดความส่องสว่าง แต่ปริมาณทางโฟโตเมตริกที่เราสามารถวัดได้จะไม่ได้มีแต่ความส่องสว่าง (Illuminance) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสว่าง (Brightness) ด้วย รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างความส่องสว่างและความสว่าง

ดังแสดงในรูปที่ 1 ค่าความส่องสว่างจะวัดปริมาณแสงที่ส่องไปยังสิ่งที่ถูกประเมิน อย่างไรก็ตาม เมื่อเราพิจารณาความสัมพันธ์เชิงตำแหน่งระหว่างดวงตาของผู้ประเมินและสิ่งที่ถูกประเมิน จะเห็นว่าการประเมินความสว่างของสิ่งที่ถูกประเมินซึ่งผู้ประเมินรับรู้ได้ จะไม่ได้ขึ้นอยู่กับแสงที่ส่องไปยังสิ่งที่ถูกประเมิน แต่ขึ้นอยู่กับปริมาณแสงที่สะท้อนเข้ามาในทิศทางสายตาของผู้ประเมิน หลังจากแสงส่องไปที่วัตถุและสะท้อนกลับมา หากวัตถุนั้นเปล่งแสงออกมา เช่น แหล่งกำเนิดแสง ปริมาณแสงที่ออกมาจากวัตถุในทิศทางสายตาจะมีผลต่อการประเมินความจ้าของผู้ที่มองวัตถุนั้น

เราวัดความสว่างจากปริมาณแสงที่ส่องมาในทิศทางสายตาของผู้ประเมิน ดังนั้น ในการออกแบบแสงสว่างที่คำนึงถึงประสาทสัมผัสของมนุษย์ จะต้องเน้นที่ความสว่างมากกว่าความส่องสว่าง

ในบทนี้ เราจะแนะนำวิธีประเมินสภาพแวดล้อมทางสายตาที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของความสว่างดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น

เมื่อมีการส่องสว่างจากหลอดไฟหรือหน้าต่างอยู่ในขอบเขตการมองเห็นของบุคคลในเวลากลางวัน ความจ้าจะทำให้บุคคลนั้นรู้สึกไม่สบายตาและมองเห็นวัตถุได้ยากขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ความจ้า

โดยปกติแล้ว ความจ้าจะเกิดขึ้นเมื่อบุคคลมองตรงไปยังหลอดไฟหรือแหล่งกำเนิดแสงอื่นที่คล้ายกันซึ่งมีความสว่างสูง โดยแม้บุคคลนั้นจะไม่ได้มองตรงไปยังหลอดไฟที่มีความสว่างสูง ก็ยังเกิดความจ้าได้หากหลอดไฟอยู่ในขอบเขตการมองเห็น หรือหากแสงจากหลอดไฟสะท้อนบนกระจกหรือพื้นผิวที่มันวาวอื่น ๆ และเข้าสู่ตาของบุคคลนั้น

นอกจากนี้ ความจ้ายังแบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามผลกระทบที่มีต่อมนุษย์ ได้แก่ ความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตา และความจ้าที่ทำให้มองเห็นวัตถุได้ยาก อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไป ความจ้าทั้งสองประเภทนี้ส่งผลกระทบต่อกันในรูปแบบที่ซับซ้อน และไม่สามารถแยกออกจากกันได้ง่าย ๆ

ปกติจะมีเพียงไม่กี่กรณีเท่านั้นที่การส่องสว่างภายในอาคารมีความจ้าในระดับวิกฤตจนทำให้บุคคลอาจมองเห็นหรือไม่เห็นวัตถุที่พยายามมองได้ และมีระยะเบี่ยงเบนเพียงพอที่จะมองเห็นวัตถุนั้นได้ ดังนั้น แม้ว่าจะมีแหล่งกำเนิดแสงที่มีความสว่างสูงเล็กน้อยเข้ามาในขอบเขตการมองเห็นของบุคคล ก็แทบจะไม่มีปัญหาใหญ่จากความจ้าที่ทำให้มองเห็นวัตถุได้ยากเลย ด้วยเหตุนี้ ความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตาจึงสำคัญกว่าในการออกแบบแสงสว่างภายในอาคาร

ที่ผ่านมามีการศึกษาวิจัยเชิงทดลองเกี่ยวกับวิธีประเมินความไม่สบายตาที่เกิดจากความจ้าจากโคมไฟในเชิงปริมาณจำนวนมาก โดยวิธีประเมินเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แบบใหญ่ ๆ ได้แก่ แบบระบบดัชนีความจ้าและระบบควบคุมความสว่าง

ตารางที่ 1: ส่วนหนึ่งของตารางคำนวณดัชนีตำแหน่ง 1)

		H/R
		0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8
T/R	0.0	1.00	1.26	1.53	1.90	2.35	2.86	3.50	4.20	5.00
	0.1	1.05	1.22	1.46	1.80	2.20	2.75	3.40	4.20	5.00
	0.2	1.12	1.30	1.50	1.80	2.20	2.66	3.18	4.20	5.00
	0.3	1.22	1.38	1.60	1.87	2.25	2.70	3.25	4.20	5.00
	0.4	1.32	1.47	1.70	1.96	2.35	2.80	3.30	4.20	5.00
	0.5	1.43	1.60	1.82	2.10	2.48	2.91	3.40	4.20	5.00
	0.6	1.55	1.72	1.98	2.30	2.65	3.10	3.60	4.20	5.00
	0.7	1.70	1.88	2.12	2.48	2.87	3.30	3.78	4.20	5.00
	0.8	1.82	2.00	2.32	2.70	3.08	3.50	3.92	4.20	5.00
	0.9	1.95	2.20	2.54	2.90	3.30	3.70	4.20	4.20	5.00
	1.0	2.11	2.40	2.75	3.10	3.50	3.91	4.40	4.20	5.00
	1.1	2.30	2.55	2.92	3.30	3.72	4.20	4.70	4.20	5.00
	1.2	2.40	2.75	3.12	3.50	3.90	4.35	4.85	4.20	5.00
	1.3	2.55	2.90	3.30	3.70	4.20	4.65	5.20	4.20	5.00
	1.4	2.70	3.10	3.50	3.90	4.35	4.85	5.35	4.20	5.00
	1.5	2.85	3.15	3.65	4.10	4.55	5.00	5.50	4.20	5.00
	1.6	2.95	3.40	3.80	4.25	4.75	5.20	5.75	4.20	5.00
	1.7	3.10	3.55	4.00	4.50	4.90	5.40	5.95	4.20	5.00

ระบบดัชนีความจ้าเป็นวิธีประเมินระดับความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตาได้อย่างแม่นยำ โดยใช้สูตรคำนวณที่มีตัวแปร ได้แก่ ความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงที่ส่งผลต่อระดับความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตา ขนาดของแหล่งกำเนิดแสง ตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแสง และความสว่างโดยรอบที่เป็นพื้นหลังของพื้นผิวที่เปล่งแสงของแหล่งกำเนิดแสง (เช่น เพดาน/ผนัง ฯลฯ) ในอดีต หลายประเทศได้กำหนดและใช้สูตรคำนวณสำหรับระบบนี้เป็นของตัวเอง ทำให้ในปี 1987 CIE จึงได้จัดตั้งคณะกรรมการด้านเทคนิค โดยมีหน้าที่ในการจัดทำระบบดัชนีความจ้าที่ใช้แบบเดียวกันทั้งหมด มีการหารือทางเทคโนโลยีเกี่ยวกับ UGR (ระดับความจ้า)2) ซึ่งเป็นวิธีที่ทำให้ความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตาของ CIE เป็นแบบเดียวกันทั้งหมด และกำหนด UGR ออกมาเป็นมาตรฐานของ CIE UGR คำนวณจากความสว่างพื้นหลัง (Lb[cd/m2]), ความสว่างของพื้นผิวเปล่งแสงของโคมไฟ (L[cd/m2]), ขนาดของส่วนเปล่งแสงของโคมไฟ (ω[sr]) และดัชนีตำแหน่งของ Guth (p) โดยใช้สูตร (3) ด้านล่าง

ในที่นี้ ความสว่างพื้นหลัง (Lb) มักจะคำนวณโดยใช้สูตร (4) จากความส่องสว่างทางอ้อม (Ei[lx]) จากตำแหน่งของดวงตาของผู้สังเกต

ความสว่าง (L) ของพื้นผิวเปล่งแสงของโคมไฟคำนวณโดยใช้สูตร (5) จากปริพันธ์ความเข้มของแสง (I[cd]) ของโคมไฟในทิศทางของผู้สังเกตและพื้นที่ฉายของส่วนเปล่งแสง (Ap[m2]) ของโคมไฟ

เนื่องจากขนาดของส่วนเปล่งแสงของโคมไฟ (ω) แสดงด้วยมุมตัน จึงคำนวณโดยใช้สูตร (6) ด้านล่าง จากพื้นที่ฉายของส่วนเปล่งแสงของโคมไฟ (Ap[m2]) และระยะห่างจากผู้สังเกตไปยังจุดศูนย์กลางของส่วนเปล่งแสงของโคมไฟ (r[m])

ดัชนีตำแหน่งของ Guth (p) กำหนดโดยตำแหน่งของโคมไฟเมื่อมองจากผู้สังเกต เราจะอธิบายวิธีหาค่านี้โดยใช้ตัวอย่างพื้นที่แสงสว่างที่แสดงในรูปที่ 10 คำนวณความสัมพันธ์เชิงตำแหน่งระหว่างผู้สังเกตและโคมไฟดังที่แสดงในรูปที่ 10 โดยใช้ H, T และ R จากนั้นคำนวณ T/R และ H/R จาก H, T และ R แล้วจึงหาค่า p จาก T/R และ H/R

การใช้ค่า UGR ที่คำนวณด้วยวิธีนี้จะสามารถประเมินระดับความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตาในสถานที่นั้น ๆ หรือใช้เพื่อเลือกโคมไฟได้ โดยตารางที่ 2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่า UGR และระดับความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตาเมื่อทำการทดสอบดังกล่าว ดังนั้น การประเมินจะอิงจากตารางนี้

ตารางที่ 2: ความสัมพันธ์ระหว่างค่า UGR และระดับความจ้าที่ทำให้รู้สึกไม่สบายตา 2)

ตารางที่ 3: ส่วนหนึ่งของรายการข้อกำหนดด้านแสงสว่างของ CIE

(เอกสารอ้างอิง)
*ข้อมูลในหน้านี้ได้รับการจัดรูปแบบโดยอิงจากเว็บไซต์ภาษาญี่ปุ่นของบริษัท และปรับปรุงให้สอดคล้องกับมาตรฐาน IEC อย่างไรก็ตาม บางรายการได้รับการจัดรูปแบบตามมาตรฐาน JIS เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง

1) Mori, Sudo, Saijo, Sato และ Hotta: การตรวจสอบดัชนีการประเมินบรรยากาศสำหรับภายนอกอาคาร - รายงานฉบับที่ 2 การประชุมประจำปีด้านวิศวกรรมแสงสว่างแห่งประเทศญี่ปุ่น หน้า 5-23 (2012)
2）CIE Technical Report 117-1995： Discomfort Glare in Interior Lighting (1995) .