màu ánh sáng của các nguồn sáng

Khi nguồn sáng được thắp sáng, ánh sáng của nó có thể có màu xanh lam hoặc ánh vàng. Đây được gọi là màu ánh sáng của nguồn sáng (màu của nguồn sáng). Màu của nguồn sáng có thể được thể hiện một cách khách quan bằng nhiệt độ màu. Màu của nguồn sáng được chia chính thành ánh sáng trắng và ánh sáng màu; tuy nhiên, khái niệm nhiệt độ màu chỉ có thể áp dụng cho ánh sáng trắng. Không thể xác định nhiệt độ màu của ánh sáng màu.

“Ánh sáng trắng” không nói đến màu sắc của chính nguồn sáng, màu của nguồn sáng có thể là trắng hoặc hơi vàng, mà nói đến các màu của nguồn sáng chứa gần như toàn bộ phổ ánh sáng mà con người có thể nhìn thấy (ánh sáng khả kiến). Các nguồn sáng ánh sáng trắng chứa các loại màu ánh sáng này được gọi là các nguồn sáng ánh sáng trắng, và hầu như tất cả các nguồn sáng được sử dụng trong chiếu sáng thông thường đều là các nguồn sáng ánh sáng trắng. Ví dụ, đèn huỳnh quang ánh sáng ban ngày có màu ánh sáng hơi ngả xanh lam, trong khi bóng đèn sợi đốt có màu ánh sáng hơi ngả vàng, nhưng cả hai đều chứa đầy đủ dải ánh sáng khả kiến và do đó, cả hai đều là các nguồn sáng ánh sáng trắng.

Trái ngược với ánh sáng trắng, các màu của nguồn sáng chỉ phát ra một màu cụ thể được gọi là nguồn sáng màu, và các nguồn sáng chứa các loại màu ánh sáng này được gọi là nguồn sáng màu.

Các nguồn sáng ánh sáng trắng được đặc trưng bởi việc sau khi chiếu sáng một căn phòng trong một khoảng thời gian nhất định, ánh sáng sẽ có màu gần như trắng, bất kể nguồn sáng đó phát ra ánh sáng có màu hơi xanh lam hay hơi vàng. Hiện tượng này, được gọi là khả năng thích ứng màu sắc, là kết quả của một chức năng trong mắt người giúp điều chỉnh màu của nguồn sáng sao cho chúng trông có màu trắng.

Nếu màu của nguồn sáng ánh sáng trắng được biểu thị bằng mức độ trắng mang tính chủ quan, đó là một phương pháp biểu thị cực kỳ không chính xác do sự tồn tại của hiện tượng thích ứng màu sắc. Do đó, cần có một thang đo vật lý và khách quan, và thang đo khách quan được sử dụng cho mục đích này chính là nhiệt độ màu.
Nhiệt độ màu của nguồn sáng được định nghĩa như sau: khi một vật thể được định nghĩa về mặt vật lý là màu đen tuyền (gọi là “vật đen tuyệt đối”) được nung nóng từ bên ngoài và nhiệt độ tăng lên, màu sắc của vật thể sẽ dần dần thay đổi từ đen sang đỏ sẫm, sau đó từ đỏ sẫm sang đỏ, đỏ sang hồng nhạt, hồng nhạt sang vàng, vàng sang cam, cam sang trắng và cuối cùng là màu trắng xanh. Khi màu ánh sáng của vật đen tuyệt đối trùng với màu ánh sáng mà nguồn sáng phát ra, nhiệt độ tuyệt đối của vật đen tuyệt đối (K: Kelvin) được biểu thị bằng nhiệt độ màu của nguồn sáng. Theo đó, nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp sẽ có màu sắc thiên về hơi đỏ, trong khi nguồn sáng có nhiệt độ màu cao sẽ có màu của nguồn sáng thiên về hơi xanh.

Nhìn chung, các nguồn sáng có nhiệt độ khoảng 3.000 K trở xuống sẽ có màu ánh sáng hơi đỏ, trong khi các nguồn sáng có nhiệt độ khoảng 7.000 K trở lên sẽ có màu ánh sáng hơi xanh.
Hơn nữa, việc phân loại màu ánh sáng được quy định theo Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JIS). Theo các tiêu chuẩn này, màu ánh sáng được chia thành năm loại: màu sắc bóng đèn, trắng ấm, trắng, ánh sáng trắng ban ngày và màu ánh sáng ban ngày.

Về cơ bản, nhiệt độ màu và nhiệt độ màu tương quan có cùng một khái niệm; nói một cách chính xác, chúng có ý nghĩa khác nhau. “Nhiệt độ màu” được sử dụng khi sắc độ của nguồn sáng tương đương với sắc độ của vật đen tuyệt đối được sử dụng làm chuẩn (bức xạ Planck). Ngược lại, “nhiệt độ màu tương quan” được sử dụng khi sắc độ của nguồn sáng không nằm trên đường cong Planck. Vì sắc độ của các nguồn sáng dùng cho chiếu sáng thông thường thường không nằm trên đường cong Planck, nên thang đo màu của nguồn sáng này về mặt kỹ thuật được biểu thị bằng nhiệt độ màu tương quan, chứ không chỉ đơn giản là nhiệt độ màu. Bảng 1 trình bày nhiệt độ màu tương quan và chỉ số hoàn màu (được thảo luận bên dưới) của các nguồn sáng tiêu biểu.

Một điểm cần lưu ý về nhiệt độ màu là ngay cả khi các nguồn sáng có cùng nhiệt độ màu (cùng nhiệt độ màu tương quan), màu ánh sáng của chúng vẫn có thể khác nhau. Ví dụ, khi sắc độ của các nguồn sáng nằm trên và dưới đường cong Planck, cả hai nguồn sáng sẽ có cùng nhiệt độ màu tương quan; tuy nhiên, chúng sẽ có màu ánh sáng khác nhau.
Khi sắc độ của nguồn sáng vượt quá đường cong Planck, màu của nguồn sáng thường sẽ có màu hơi xanh lục. Ngược lại, khi sắc độ của nguồn sáng thấp hơn đường cong Planck, màu ánh sáng sẽ hơi đỏ. Càng xa đường cong Planck, sắc độ của nguồn sáng càng thì màu ánh sáng càng trở nên xanh lục hoặc đỏ đậm hơn.

Bảng 1: Danh sách nhiệt độ màu và chỉ số hoàn màu theo nguồn sáng (hướng dẫn) tính đến tháng 3 năm 2019

*Các số liệu chỉ là ước tính sơ bộ và các giá trị được hiển thị không được đảm bảo.

Mặc dù mối quan hệ giữa màu ánh sáng và cảm nhận về màu ấm hoặc mát (cảm giác ấm áp hoặc mát mẻ) không nhất thiết phải bất biến do sự khác biệt phát sinh từ sự khác biệt giữa các cá nhân, khu vực và mùa, nhưng mối quan hệ giữa nhiệt độ màu tương quan và cảm nhận về màu ấm hoặc mát đã được nêu ra như sau theo JIS [1]. Nói cách khác, nguồn sáng có nhiệt độ màu tương quan từ 5.300 K trở lên tạo cảm giác mát, còn ngược lại, nguồn sáng có nhiệt độ màu tương quan từ 3.300 K trở xuống tạo cảm giác ấm, và nguồn sáng có nhiệt độ màu tương quan nằm giữa 5.300 K và 3.300 K tạo cảm giác nằm giữa ấm và mát.

Năm 1941, Kruithof đã công bố kết quả nghiên cứu về tác động tâm lý của nhiệt độ màu của nguồn sáng đối với con người trong phòng được chiếu sáng bởi các nguồn sáng này [3].

a. Những căn phòng được chiếu sáng bằng nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp tạo ra bầu không khí ấm áp, mang lại cảm giác thư thái, và nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp thích hợp cho việc chiếu sáng với độ rọi tương đối thấp.

b. Những căn phòng được chiếu sáng bởi các nguồn sáng có nhiệt độ màu cao sẽ có bầu không khí hơi lạnh và u ám khi độ rọi thấp. Các nguồn sáng có nhiệt độ màu cao thích hợp cho việc chiếu sáng có độ rọi tương đối cao, và việc chiếu sáng sử dụng loại nguồn sáng này tạo ra bầu không khí dễ chịu ngay cả với độ rọi cao lên đến vài nghìn lux.

Tuy nhiên, các nguồn sáng được sử dụng trong thí nghiệm của Kruithof là bóng đèn trong vùng nhiệt độ màu thấp và đèn huỳnh quang có độ hoàn màu thấp trong vùng nhiệt độ màu cao; do đó, người ta đã chỉ ra các vấn đề với phương pháp thí nghiệm, chẳng hạn như những thay đổi xảy ra đồng thời không chỉ ở nhiệt độ màu mà còn ở khả năng hoàn màu và sự khuếch tán ánh sáng (mô hình hóa) [4].
Một vấn đề khác là báo cáo không nêu rõ liệu cảm giác thích ứng màu sắc có được xem xét hay không. Hơn nữa, các nghiên cứu khác cho thấy kết quả của Kruithof không thể được tái hiện trong một số phạm vi độ rọi và nhiệt độ màu nhất định [4,5].
Khi ở lâu trong một căn phòng được chiếu sáng bằng cùng một màu ánh sáng, mắt của những người trong phòng sẽ quen nhìn màu của nguồn sáng là màu trắng do sự thích ứng màu sắc, bất kể nhiệt độ màu là bao nhiêu, và do đó, các tác động tâm lý nói trên của màu ánh sáng sẽ giảm đi một cách tự nhiên. Do đó, những tác động tâm lý này không nhất thiết xảy ra mọi lúc. Tuy nhiên, trong những điều kiện sau đây, màu ánh sáng đôi khi lại có tác động tâm lý mạnh mẽ.

1. Khi một người ở lâu trong một căn phòng được chiếu sáng bởi một nguồn sáng nhất định, rồi sau đó bước vào một căn phòng khác được chiếu sáng bởi một nguồn sáng có nhiệt độ màu khác, màu ánh sáng sẽ tạo ra một tác động tâm lý mạnh mẽ trong một thời gian ngắn ngay sau khi bước vào phòng.
2. Khi một người nhìn vào một căn phòng nhưng không bước vào, ví dụ như ai đó đang đi bộ trên phố mua sắm và nhìn từ bên ngoài vào một cửa hàng có nhiệt độ màu khác và so sánh, màu ánh sáng sẽ tạo ra tác động mạnh mẽ.

Liên quan đến mục 1 ở trên, để thể hiện tác động tâm lý của nhiệt độ màu, tiếp theo chúng tôi sẽ đưa ra tổng quan về một thử nghiệm tâm lý đánh giá mức độ thoải mái của bầu không khí được tạo ra bởi ánh sáng phòng khách trong nhà thay đổi như thế nào tùy thuộc vào sự kết hợp giữa độ rọi/nhiệt độ màu [7]. Trong thử nghiệm này, “thư giãn” và “giao lưu” được chọn làm các hoạt động cần thiết cho sinh hoạt hàng ngày (ADL) làm tiêu chí đánh giá, và dữ liệu đánh giá tâm lý được thu thập sau khi người quan sát được hướng dẫn và nhận thức của họ được điều chỉnh phù hợp.
Các kiểu hành vi của con người trong nhà sẽ khác nhau. Đôi khi người ta dành nhiều thời gian ở phòng khách, đôi khi lại chỉ dành một thời gian ngắn ở đó. Họ cũng thường di chuyển từ phòng khách sang phòng ăn hoặc từ hành lang sang phòng khách. Trong thí nghiệm này, độ rọi và nhiệt độ màu của phòng thử nghiệm được thay đổi, và các đánh giá so sánh các ấn tượng của các đối tượng theo thời gian nhằm làm rõ ấn tượng của họ ngay sau khi bước vào một căn phòng khác. Đầu tiên, cảnh chiếu sáng tham chiếu được hiển thị đối với đối tượng trong một phút, sau đó cảnh được chuyển sang cảnh chiếu sáng thử nghiệm, và đối tượng đánh giá cảnh thử nghiệm so với cảnh tham chiếu trên thang 7 cấp độ (hấp dẫn/ không hấp dẫn).

Hình 1 và 2 thể hiện kết quả của thí nghiệm này so với kết quả của Kruithof. Ở đây, vòng tròn càng lớn thì cảnh càng được cảm nhận là hấp dẫn hơn. Vùng được khoanh viền thể hiện vùng thoải mái của Kruithof, còn vùng được tô bóng bên dưới thể hiện vùng không thoải mái. Đối với đánh giá về mức độ “giao lưu” được thể hiện trong Hình 1, kích thước vòng tròn nhỏ khi độ rọi là 100 lx và lớn khi độ rọi là 400 lx. Trong vùng thoải mái của Kruithof, mức độ hấp dẫn thường là “Không thể nói chắc chắn” hoặc cao hơn; trong vùng không thoải mái, mức độ hấp dẫn là “Không thể nói chắc chắn” hoặc thấp hơn. Như vậy, kết quả đánh giá tương tự với kết quả của Kruithof.

Đối với đánh giá về mức độ “thư giãn” được thể hiện trong Hình 2, sự kết hợp giữa độ rọi và nhiệt độ màu tồn tại trong vùng không thoải mái của Kruithof không phải là đặc biệt hấp dẫn. Điều này cho thấy kết quả của cả hai thí nghiệm đều tương tự nhau. Trong số các sự kết hợp giữa độ rọi và nhiệt độ màu nằm trong vùng thoải mái của Kruithof, điều kiện chiếu sáng 800 lx không phải là đặc biệt hấp dẫn. Đây là điểm duy nhất mà kết quả đánh giá tâm lý khác với kết quả của Kruithof.

Khi hoạt động sinh hoạt hàng ngày là giao lưu, kết quả đánh giá tâm lý rất giống với kết quả của Kruithof; tuy nhiên, kết quả của hai thử nghiệm lại khác nhau khi hoạt động là thư giãn. Người ta cho rằng một lý do chính dẫn đến sự chênh lệch này là do sự khác biệt về môi trường cần thiết cho các hoạt động sinh hoạt hàng ngày khác nhau. Nói cách khác, khi một bầu không khí thân mật, sôi nổi là hấp dẫn đối với việc giao lưu, thì một bầu không khí thanh bình, yên tĩnh lại hấp dẫn hơn đối với việc thư giãn. Do đó, người ta phỏng đoán rằng mọi người thấy độ rọi cao có chút không hấp dẫn khi đang thư giãn. Việc độ rọi và nhiệt độ màu hấp dẫn thay đổi tùy thuộc vào hoạt động của người sử dụng trong môi trường chiếu sáng nhất định là một hiện tượng mà chúng ta trải nghiệm hàng ngày.
Như đã được chứng minh rõ ràng trong các thử nghiệm nêu trên và cũng đã được các nhà nghiên cứu khác báo cáo [4,5,6], có thể có những trường hợp mà sự kết hợp giữa độ rọi và nhiệt độ màu nằm trong vùng thoải mái của Kruithof không nhất thiết phải thoải mái hơn sự kết hợp giữa độ rọi và nhiệt độ màu nằm trong vùng không thoải mái. Theo đó, nếu việc tìm kiếm độ rọi và nhiệt độ màu phù hợp nhất để thiết kế một môi trường ánh sáng tiện nghi dựa trên đường cong Kruithof, vẫn có trường hợp không gian đó không thực sự thoải mái do các yếu tố ngoài ánh sáng, chẳng hạn như điều kiện môi trường và các hoạt động sinh hoạt hàng ngày. Cụ thể, người ta dự đoán rằng cũng sẽ có những trường hợp mà các giá trị độ rọi và nhiệt độ màu không thể được xác định chính xác ở những khu vực gần ranh giới giữa vùng thoải mái và vùng không thoải mái.
Tuy nhiên, đường cong Kruithof rất thuận tiện để giải thích rằng độ rọi thấp tạo cảm giác thoải mái khi nhiệt độ màu thấp, và độ rọi cao tạo cảm giác thoải mái khi nhiệt độ màu cao. Theo cách này, đường cong Kruithof rất hữu ích để giải thích một cách định tính các tác động của độ rọi và nhiệt độ màu lên bầu không khí mà con người trải nghiệm trong cuộc sống hàng ngày, và vì vậy nó vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Hơn nữa, việc sử dụng đường cong Kruithof rất phổ biến cụ thể trong giới thiết kế kiến trúc, và đôi khi trở thành chủ đề thảo luận trong giai đoạn lập kế hoạch chiếu sáng. Trong tương lai, cần tiến hành một cuộc điều tra chi tiết hơn về việc đường cong Kruithof có thể được áp dụng trong những hoạt động sinh hoạt hàng ngày nào, dưới những điều kiện cấu hình môi trường chiếu sáng nào, cả bên ngoài và bên trong nhà.

Về việc liệu sự khác biệt về màu của nguồn sáng có tác động tâm lý đến cảm giác về độ sáng hay không, người ta thấy rõ rằng hầu như không có sự thay đổi nào về cảm giác về độ sáng do sự khác biệt về màu của nguồn sáng (nhiệt độ màu/nhiệt độ màu tương quan) khi mắt đã được hoàn toàn điều chỉnh để hợp với màu của nguồn sáng 8)9). Trong trường hợp cảm nhận về độ sáng được cho là khác nhau tùy thuộc vào sự khác biệt về màu của nguồn sáng, (a) cần kiểm tra xem không chỉ màu của nguồn sáng đang được so sánh mà còn cả các đặc tính hoàn màu có khác nhau hay không, vì cảm nhận về độ sáng đương nhiên sẽ khác nhau nếu các đặc tính hoàn màu khác nhau; và (b) cần kiểm tra xem hai nguồn sáng đang được so sánh có được quan sát và so sánh đồng thời hay không, vì sự thích ứng màu sắc sẽ không khả thi đối với bất kỳ màu của nguồn sáng nào nếu hai nguồn sáng được so sánh đồng thời (trên thực tế, sẽ tạo ra hiệu ứng tương phản), và do đó trong một số trường hợp, cảm nhận về độ sáng của hai nguồn sáng có thể khác nhau.

Trái ngược với cách đánh giá màu ánh sáng bằng cách nhìn trực tiếp vào ánh sáng phát ra từ nguồn sáng, màu của vật thể được đánh giá bằng cách chiếu ánh sáng phát ra từ nguồn sáng lên vật thể rồi quan sát ánh sáng phản xạ lại từ vật thể đó. Như vậy, màu của ánh sáng chỉ liên quan đến đặc tính của ánh sáng phát ra từ nguồn sáng; tuy nhiên, cách chúng ta cảm nhận màu của vật thể lại liên quan đến cả đặc tính của ánh sáng phát ra từ nguồn sáng và đặc tính phản xạ của vật thể được chiếu sáng. Do đó, cần phải phân biệt rõ ràng giữa màu của ánh sáng và cách màu sắc đó được cảm nhận. Do đó, không thể xác định đặc điểm của cách màu sắc của một vật thể được cảm nhận bằng màu của nguồn sáng. Ví dụ, ngay cả khi màu của nguồn sáng có hơi đỏ, điều đó không nhất thiết có nghĩa là vật thể màu đỏ sẽ trông có màu đỏ dưới nguồn sáng này. Điều này cần được xem xét khi lựa chọn nguồn sáng.

(Tài liệu tham khảo)
*Thông tin trên trang này được định dạng dựa trên trang web tiếng Nhật của công ty chúng tôi và được chỉnh sửa theo tiêu chuẩn IEC; tuy nhiên, một số mục đã được định dạng theo tiêu chuẩn JIS nhằm mục đích tham khảo.

1）A.A.Kruithof Tubular luminescence lamps for general illuminaiton, Philips Tech. Rev.6 (1941) 65
2) Kanaya, S. và Kichise, H.: Ảnh hưởng của nhiệt độ màu/đặc tính hoàn màu của đèn đối với độ rọi cần thiết trong nhà, Báo cáo kỹ thuật quốc gia, 23-4, trang 58 (4-1957974 tháng 8)
3）Bodmann, H.W.：Quality of interior lighting based on luminance, Transactions of the IES. London, 3-1, PP.22-40 (1967)
4）Davis,R.G.andGinthner,D.N.：Correlated color temperature,Illuminance level,and the Kruith of curve,Journal of the Illuminating Engineering Society, PP.27-31 (1990)
5) Nakamura, H. và Karasawa, Y.: Mối quan hệ giữa độ rọi/nhiệt độ màu và sở thích về không gian, Tạp chí Ánh sáng & Môi trường Thị giác, 81-8A, trang 69-76 (1997)
6) Kanaya, S. và Kichise, H.: Ảnh hưởng của nhiệt độ màu/đặc tính hoàn màu của nguồn sáng đối với độ rọi cần thiết, Biên bản Hội nghị thường niên của Viện Kỹ thuật Chiếu sáng Nhật Bản (1975), trang 48
7) Narisada, Kanaya và Hashimoto: Nhiệt độ màu/đặc tính hoàn màu của nguồn sáng và độ sáng, Hội nghị kỹ thuật IEEJ về Ứng dụng Ánh sáng và Khoa học thị giác, LAV-82-1 (8 1982)