Cơ bản về chiếu sáng

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG CHIẾU SÁNG

Nhiệt độ màu - Correlated Color Temperature(CCT):

Nhiệt độ màu của một nguồn sáng được thể hiện theo thang Kelvin (K) là biểu hiện màu sắc của ánh sáng do nó phát ra. Tưởng tượng một thanh sắt khi nguội có màu đen, khi nung đều đến khi nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung cho đến khi nó trở nên “nóng trắng”. Tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của thanh thép theo độ Kelvin (00C ứng với 273,15K) và gán giá trị đó với màu được tạo ra.
Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ bản thân nó. Đối với đèn huỳnh quang, đèn phóng điện (nói chung là các loại đèn không dùng sợi đốt) thì nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương ứng của vật đen tuyệt đối bị nung nóng. Khi nói đến nhiệt độ màu của đèn là người ta có ngay cảm giác đó là nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hay là “mát”. Nói chung, nhiệt độ càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại.

Giá trị nhiệt độ màu càng cao, cảm giác lạnh (màu lạnh) càng mạnh, nhiệt độ màu càng thấp, cảm giác ấm (màu nóng) càng mạnh.

Nhiệt độ màu từ 5000K trở lên thuộc dãy màu lạnh, ánh sáng sẽ có màu trắng, thậm chí xanh dương. Nhiệt độ màu từ 2700-3000K thuộc dãy màu ấm, ánh sáng sẽ có màu vàng. Màu trắng trung tính sẽ từ 4000-4200K. Ánh sáng màu trắng có chút vàng. Ánh sáng mà mắt thường chúng ta nhìn thấy được nằm trong đoạn ánh sáng ấm đến ánh sáng lạnh.

Ánh sáng ấm:

Nhiệt độ màu dưới 3300K, gần giống với nhiệt độ màu của bóng đèn dây tóc, màu đỏ chiếm đa số, cho cảm giác ấm, dễ chịu, thích hợp ứng dụng trong gia đình, căn hộ, khách sạn và những nơi cần ánh sáng có nhiệt độ màu thấp.

Ánh sáng trung tính:

Nhiệt độ màu từ 3300K-5300K, ánh sáng trung tính mang lại cảm giác vui vẻ, lạc quan, an tâm, thích hợp ứng dụng trong các shop, showroom, bệnh viện, văn phòng công ty, tiệm ăn uống, nhà hàng, các trạm chờ xe..

Ánh sáng lạnh:

Nhiệt độ màu từ 5300K trở lên, gần với ánh sáng tự nhiên, mang lại cảm giác sáng rõ, giúp tập trung tinh thần, ứng dụng trong các công ty, văn phòng, phòng hội nghị, phòng thiết kế, thư viện, các khu vực triển lãm.

CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA ÁNH SÁNG 

Quang thông - Luminous Flux (lm):

Là đại lượng trắc quang cho biết công suất bức xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng, hoặc định nghĩa khác quang thông là thông lượng ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng theo mọi hướng trong một giây. Đơn vị đo quang thông là lumen (lm). Để đo quang thông của một nguồn sáng nhân tạo thông thường người ta sử dụng một thiết bị đo chuyên dụng gọi là Photometric hay còn gọi là Integrating sphere. 

Quang thông là thông lượng hữu ích trong hệ ánh sáng, hay nói cách khác là lượng ánh sáng phát ra từ 1 nguồn sáng, đơn vị đo quang thông là lumen, viết tắt là (Lm). Muốn đo quang thông cần có thiết bị đặc biệt mà thường chỉ có nhà sản xuất hoặc phòng thí nghiệm mới có thể trang bị.

Quang hiệu (Hiệu suất phát sáng) của 1 nguồn sáng - Luminous Efficacy (lm/w): 

Là tỷ số quang thông phát ra trên công suất của nguồn sáng, cũng có thể hiểu cách khác là với mỗi 1w công suất điện được tiêu hao thì có thể sản sinh được bao nhiêu lm (quang thông), đây là đại lượng có liên quan đến vấn đề tiết kiệm điện năng. Quang hiệu (hoặc thường gọi là hiệu suất phát quang) thể hiện đầy đủ khả năng biến đổi năng lượng mà nguồn sáng tiêu thụ thành quang năng. Quang hiệu là tỷ số giữa quang thông do nguồn sáng phát ra và công suất điện mà nguồn sáng tiêu thụ, nghĩa là 1W điện tạo ra được bao nhiêu lumen, đơn vị đo lường quang hiệu là lm/w.

Thực tế ứng dụng thì nguồn sáng (bóng đèn) ít khi hoạt động được độc lập mà bắt buộc phải đi kèm cả bộ đèn. Hầu hết các loại nguồn sáng đều cần phải lắp thêm các thiết bị điện khác mới có thể hoạt động được. Đối với một bộ đèn được thiết kế để cho phù hợp với yêu cầu chiếu sáng cụ thể thì ngoài tổn hao của các thiết bị điện đi kèm này còn có thêm tổn hao quang thông của nguồn sáng do cấu trúc buồng quang học, do vấn đề tản nhiệt... của chính bộ đèn đó. Vì vậy ở đây cần phân biệt rõ quang hiệu của nguồn sáng và quang hiệu của cả bộ đèn. 
Thông thường các nhà sản xuất nguồn sáng chỉ công bố quang hiệu của nguồn sáng đo được trong điều kiện tiêu chuẩn và không tính đến tổn hao của các thiết bị điện đi kèm, còn các nhà sản xuất bộ đèn thì tùy theo chủng loại đèn mà họ có thể công bố hiệu suất phát quang của nguồn sáng, hoặc công bộ hiệu suất phát quang của cả bộ đèn, hoặc công bố đồng thời cả hai.

Cường độ ánh sáng  - Luminous Intensity (Cd): 

Là lượng ánh sáng phát ra trong 1 góc khối nhất định, đơn vị đo là candela, viết tắt là Cd, đại lượng này được hiểu là thể hiện lượng ánh sáng từ nguồn sáng phát ra mạnh hay yếu, là 1 thông số đặc trưng của nguồn sáng, liên quan đến khoảng cách từ người quan sát đến nguồn sáng. Cùng 1 bộ đèn, ở các hướng khác nhau thì cường độ ánh sáng phát ra sẽ khác nhau

Cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng, là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ thống đo lường quốc tế (m: mét, kg: kilogam, s: giây, A: Ampe, K: kelvin, mol, cd: candela). Khái niệm cường độ sáng thể hiện mật độ năng lượng phát ra từ một nguồn sáng trong một hướng cụ thể, hay có thể được định nghĩa là quang thông theo một hướng nhất định phát ra trên một đơn vị góc khối (1cd = 1 lumen/steradian). Từ tháng 10-1979 CIE đưa ra định nghĩa mới của candela: candela là cường độ sáng theo một phương của nguồn sáng đơn sắc có bước sóng = 555nm và có cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 w/steradian.

Đơn vị đo cường độ sáng là candela (cd), chữ candela trong tiếng Latinh có nghĩa là "ngọn nến". Một ngọn nến thông thường phát ra ánh sáng với cường độ ánh sáng khoảng một candela, nếu một số hướng bị che khuất thì nguồn sáng này vẫn có cường độ khoảng một candela trong các hướng mà không bị che khuất.

Độ rọi E - Illuminance (lx): 

Là mật độ quang thông rơi lên bề mặt được chiếu sáng, đơn vị: lux, viết tắt là lx, đại lượng biểu thị bề mặt được chiếu sáng mạnh hay yếu.

Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, biểu thị mật độ quang thông trên bề mặt có diện tích S. Đơn vị đo độ rọi là Lux, một lux là mật độ quang thông của một nguồn sáng 1 lummen trên diện tích 1 m2 (1 lux = 1 lm/m2). Khi mặt được chiếu sáng không đều độ rọi được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm.
Khái niệm của độ rọi, ngoài nguồn sáng ra còn liên quan đến vị trí của mặt được chiếu sáng sáng. Khi xét nguồn sáng là một điểm O cường độ sáng I bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách O một khoảng R thì độ rọi trên bề mặt nguyên tố dS sẽ thay đổi với độ nghiêng tương đối của bề mặt (góc giữa pháp tuyến dS và phương R) và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R.

Độ chói (cd/m2): 

Là lượng ánh sáng phát ra từ bề mặt nguồn sáng hoặc bề mặt phản xạ theo 1 hướng xác định từ bề mặt nguồn sáng, đơn vị là candela/m2, viết tắt cd/m2. Đại lượng đặc trưng cho sự cảm nhận cường độ ánh sáng của con người. Độ chói là đại lượng rất quan trọng vì nó tác dụng trực tiếp lên mắt người. Ví dụ: Trong cùng 1 vị trí tại gian phòng, đặt 1 vật thể màu trắng và 1 vật thể màu đen, tuy rằng độ rọi lên chúng bằng nhau nhưng mắt thường sẽ thấy vật thể màu trắng sáng hơn nhiều so với vật thể màu đen, cho thấy rằng chúng ta không thể cảm nhận bằng mắt thường khi dựa vào cường độ ánh sáng rọi vào vật thể, mà phải dựa vào độ chói để đánh giá độ sáng của vật thể. Qua đây chúng ta thấy có 2 loại gây chói: (1) là trực tiếp gây chói, (2) là qua phản xạ gây chói, là 1 trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng chiếu sáng, phương án khắc phục gây chói mắt: (1) Thiết kế chiếu sáng từ lúc ban đầu và (2) Chọn mua các loại đèn phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Một số giải pháp trong thiết kế chiếu sáng nhằm hạn chế gây chói mắt: Chiếu sáng gián tiếp, nguồn sáng cần ẩn đi, nắp che ánh sáng, sử dụng vật liệu khuyếch tán ánh sáng nhẹ.

Chỉ số hoàn màu - Color Render Index CRI (Ra):

Chỉ số hoàn màu (hay còn được gọi là: Độ hoàn màu; Độ trả màu hoặc Chỉ số kết xuất màu) là một đại lượng biểu thị về khả năng của một nguồn sáng nhân tạo so với nguồn sáng lý tưởng hoặc tự nhiên khi so sánh độ trung thực màu sắc của vật được nguồn sáng chiếu tới. Các nguồn ánh sáng với CRI cao là mong muốn trong các ứng dụng quan trọng đến màu sắc, ví dụ như bàn trang điểm, shop thời trang, chăm sóc trẻ sơ sinh, phục hồi nghệ thuật... nên sử dụng nguồn sáng có CRI càng cao càng tốt.
Chỉ số hoàn màu được ký hiệu là CRI (hoặc Ra), chỉ số màu (từ 0-100) càng cao, sự tái hiện của nguồn sáng đối với màu sắc càng tự nhiên và trung thực. Các nguồn sáng khác nhau thì có chỉ số màu khác nhau. Chỉ số hoàn màu là yếu tố rất quan trọng trong chiếu sáng thiết kế thời trang, in ấn, hội họa, đồ trang sức, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả sản phẩm qua cảm nhận bằng mắt thường. Chỉ số hoàn màu lấy nhiệt độ màu của mặt trời làm chuẩn (100), nguồn sáng nào cho độ trung thực càng gần độ trung thực của ánh sáng mặt trời, thì nguồn sáng đó có chỉ số hoàn màu càng cao. 
Khái niệm chỉ số hoàn màu CRI được bắt đầu đề cập từ năm 1964, về cơ bản chỉ số đo là kết quả tham chiếu dựa trên sự xuất hiện của tám mảng màu sắc được hiển thị khi chiếu sáng bởi một nguồn sáng so với những mảng màu sắc tương tự được hiển thị dưới nguồn ánh sáng tiêu chuẩn (CRI=100). Tuy nhiên, cách đánh giá này chưa quan tâm đầy đủ đến độ bão hòa màu của nguồn sáng, nghĩa là nếu một hoặc hai màu hiển thị kém trong khi tất cả các màu khác hiển thị rất tốt thì chỉ số CRI không bị trừ nhiều và vẫn đạt được giá trị cao. Vì vậy, năm 2005 CIE đã đưa ra một khái niệm mới để khắc phục sự không hiệu quả của CRI và chỉ số mới này được gọi là Chỉ số chất lượng màu CQS (Color Quality Scale).
CQS (Color Quality Scale) là một thước đo định lượng về khả năng của một nguồn sáng để tái tạo màu sắc của các vật thể được chiếu sáng bởi nguồn sáng đó. Tương tự như CRI, giá trị cao nhất của CQS vẫn là 100, tuy nhiên CQS không có giá trị âm, do vậy thang đo của CQS là từ 0 đến 100. CQS được thiết kế sao cho điểm số của nó được giảm đi nếu một trong hai màu xuất hiện kém ngay cả khi tất cả các màu khác đều được hiển thị tốt, và như vậy cho điểm 0 cho các nguồn sáng không có màu (ví dụ như đèn sodium áp suất thấp).

Góc chiếu sáng: 

Là góc nằm giữa 2 mặt có cường độ sáng tối thiểu bằng 50% cường độ sáng mạnh nhất ở trung tâm vùng sáng. Góc chiếu sáng được thể hiện qua việc dùng bộ đèn chiếu sáng lên tường, ta sẽ nhận thấy vùng sáng lớn, nhỏ hoặc cường độ mạnh, yếu. Nguồn sáng giống nhau nhưng nếu với các góc chiếu khác nhau thì góc chiếu càng lớn, cường độ sáng trung tâm càng nhỏ, vùng sáng càng lớn. Thông thường mà nói, góc chiếu hẹp:<20 độ, góc chiếu trung bình: 20-40 độ, góc chiếu rộng: >40 độ.

Tiêu hao ánh sáng: 

Chỉ sự phát sáng từ lúc ban đầu sử dụng cho đến hiện tại đã suy giảm bao nhiêu. Vi dụ: Đèn sau khi sử dụng 5000h, ánh sáng phát ra đo được chỉ bằng 50% so với lúc ban đầu, chứng tỏ đèn có ánh sáng tiêu hao rất lớn. 

Tuổi thọ bình quân (tuổi thọ định mức): 

Là khoảng thời gian từ khi bắt đầu sử dụng đến khi bóng cháy. Còn đối với đèn Led, tuổi thọ của đèn Led là khoảng thời gian từ khi bắt đầu sử dụng đến khi đèn Led chỉ còn 70% độ sáng ban đầu.

 (MCG-VN tổng hợp)