不同照度和色溫LED光源照射下書法作品的視覺影響

張原銘，林嘉源，高 聞，孫 亮，梁 靜，王志勝，黨春岳，沈永健，鄒念育

(1.大連工業大學 光子學研究所，遼寧 大連 116034；2.大連工業大學 輕工與化學工程學院，遼寧 大連 116034；3.深圳千百輝照明有限公司，廣東 深圳 518000)

引言

隨著我國博物館事業的高速發展，博物館已成為公眾休閑與旅游的首選文化場所之一，相應地書法作品展的數量也在逐年攀升[1]。照明是為博物館參觀者營造良好參展環境的重要手段之一，同時也是一種藝術表現形式、然而，隨著LED照明在博物館的大量應用，GB/T 23863—2009《博物館照明設計規范》中的部分內容對當前博物館照明已不適用[2]。

本研究基于博物館書法作品照明的現狀，通過模擬博物館書法作品展陳光環境，獲取觀察者在12種不同光源色溫和照度下對不同書法字體的書法作品的評價數據，研究書法字體、光源色溫、照度對參觀者的喜好度、吸引度、舒適度的影響。

1 實驗方案

1.1 實驗光源

1941年發表的Kruithof舒適度區域是照明領域最早的色溫和照度舒適度實驗結果，結論為低照度的低色溫光源和高照度的高色溫光源被認為是舒適照明[3]。在博物館、美術館照明的實際應用中，照度在50～1 600 lx之間，光源色溫在2 700～6 000 K之間[4]。但已有研究表明，照度在200～800 lx之間，隨著照度和色溫的不斷提升，觀察者對于展品的喜好程度增加的并不明顯[5]。

結合GB/T 23863—2009《博物館照明設計規范》以及書法作品的自身特性，本研究實驗所選擇的照度為100 lx、150 lx、200 lx，光源色溫選擇為2 500 K、3 500 K、4 500 K、5 500 K；在實驗中，照度和色溫分別兩兩進行組合，共得到12組不同的照度與色溫組合。

1.2 心理物理實驗

本研究首先搭建光環境展示空間，模擬博物館、美術館中書法作品展陳空間，營造不同的光環境對書法作品進行照明。實驗選用4幅字體不同的真實書法作品掛于墻壁一側，4種書法字體分別為篆書、隸書、楷書、行書。選用LED智能光源，顯色指數Ra=92，色溫及光通量可調，以30°角度，垂直距離40 cm對書法作品進行照明，實驗空間場景示意圖如圖1所示，4幅書法作品如圖2所示。

圖1 實驗空間場景示意圖Fig.1 Scene diagram of experiment space

圖2 4幅書法作品實例Fig.2 Four calligraphy works

實驗選取27名觀察者模擬博物館參觀者，其中14位觀察者為男性，13位觀察者為女性，年齡為19～23周歲，均為大連工業大學在校大學生，均通過色盲及色弱測試。

實驗時，每幅書法字體被單獨掛在墻上，實驗人員隨機采用不同LED光源對書法作品進行照射，來實現不同照度和色溫的組合。要求每個觀察者對每種書法字體在12組光環境下的喜好度、吸引度及舒適度進行評價。-3分表示完全不喜歡/吸引/舒適，-2分表示不喜歡/吸引/舒適，-1分表示比較不喜歡/吸引/舒適，1分表示比較喜歡/吸引/舒適，2分表示喜歡/吸引/舒適，3分表示非常喜歡/吸引/舒適[6]。每個觀察者參與實驗評價的時間約為40 min。

為避免記憶色效應的影響，在改變照度和光源色溫時，要求觀察者閉眼適應20～30 s，并且在切換光源后，要求觀察者適應30 s后進行評價。同時，為去除色適應等視覺現象對最終實驗結果的影響，實驗中要求觀察者采用口述方式進行打分，實驗人員負責記錄數據。

2 觀察者差異性分析

實驗選取的27名觀察者，每人在12組光環境下對4種不同字體的書法作品的喜好度、吸引度、舒適度進行評價，共得到了1 296個主觀評價數據。

本次實驗采用差異系數(coefficient of variation，CV)來比較觀察者之間的數據穩定性[7]，其計算公式為

(1)

表1為四幅書法作品在不同光環境下評價分值的CV，表2為27名觀察者對四幅書法作品在12組光環境下所有評價分值的CV。

經核實，表1、表2中數據均在心理物理實驗CV的正常范圍內[8]，因此本研究心理物理實驗所得數據均為可靠數據。

表1 四幅書法作品在不同光環境下評價分值的CV

表2 27名觀察者對四幅書法作品在12組光環境下所有評價分值的CV

3 實驗結果與討論

3.1 影響觀察者對書法作品評價的因素

在不同光源色溫、不同照度、不同字體下，對觀察者的評價進行單因素方差分析，結果如表3所示。采用顯著性p值來判定觀察者在不同條件下對不同評價項目的評價是否存在顯著差異；當顯著性p值小于0.010時，評價存在顯著差異性，當顯著性p值大于0.050時，說明不存在顯著差異。

表3 不同色溫、不同照度、不同字體的單因素方差分析結果Table 3 Results of factor analysis of variance for different color temperature, illumination and calligraphy fonts

表3中的結果表明，光源色溫、照度、書法字體在喜好度評價項目上的顯著性p值分別為0.000、0.003、0.006，均小于0.010，這說明觀察者在不同色溫、不同照度、不同字體下對書法作品的喜好度評價存在顯著差異，即光源色溫、照度、書法字體對觀察者的喜好度評價產生較大影響。光源色溫、照度、書法字體在吸引度評價項目上的顯著性p值分別為0.009、0.001、0.394，其中色溫和照度的顯著性小于0.010，這說明觀察者在不同色溫、不同照度對書法作品的吸引度評價存在顯著差異；書法字體的顯著性大于0.050，說明觀察者對不同字體的書法作品吸引度評價不存在顯著差異，即不同字體的書法作品對觀察者的吸引度評價沒有影響。在舒適度評價項目中，光源色溫、照度、書法字體的顯著性p值分別為0.002、0.008、0.642，其中光環境的顯著性小于0.010，這說明觀察者在不同色溫、不同照度的舒適度評價存在顯著差異；書法字體的顯著性均大于0.050，說明觀察者對不同字體的書法作品舒適度評價不存在顯著差異，即不同字體的書法作品對觀察者的舒適度評價沒有影響。

3.2 光環境對觀察者評價的影響

為了方便處理與分析，所有的-3～3之間的分值都轉換為1～6之間[6]。通過單因素方差分析得知光環境是影響觀察者評價的重要因素，因此首先探討光源色溫與照度對觀察者評價的影響。圖3為27位觀察者在不同光源色溫下對四幅書法作品喜好度、吸引度、舒適度評價的均值。根據圖3可以看出，觀察者在3 500 K、4 500 K的色溫下對書法作品的喜好度較高，在3 500 K色溫下喜好度的評價一致性更高；書法作品對觀察者的吸引度隨著色溫的升高而緩慢降低，但各色溫下評價均值在3.14～3.47之間，下降趨勢并不明顯；觀察者在3 500 K、4 500 K、5 500 K色溫下的舒適度較為接近，3 500 K色溫使觀察者最為舒適，從3 500 K開始隨著色溫的提高舒適度逐漸下降，但在4 500 K色溫下舒適度的評價一致性更高，2 500 K色溫下的舒適度明顯低于其余3組色溫。

圖4為27位觀察者在不同照度下對四幅書法作品喜好度、吸引度、舒適度評價的均值。根據圖4可以看出：觀察者在150 lx、200 lx照度下對書法作品的喜好度明顯高于100 lx，150 lx下觀察者的喜好度最高；書法作品對觀察者的吸引度隨著照度的提高而明顯提高，但照度從150 lx提高到200 lx對吸引度的提升沒有從100 lx提高到150 lx那么明顯；觀察者的舒適度在100 lx照度下最低，在150 lx、200 lx照度下舒適度較高，在150 lx照度下評價一致性明顯更高。

圖3 27名觀察者在不同色溫下的評價均值Fig.3 The mean value of 27 observers in different color temperature

圖4 27名觀察者在不同照度下的評價均值Fig.4 The mean value of 27 observers in different illumination

3.3 書法字體對觀察者喜好度的影響

通過單因素方差分析得知，觀察者對不同字體的書法作品的吸引度、舒適度不存在顯著差異，即不同字體的書法作品對觀察者吸引度、舒適度評價沒有影響，僅對喜好度產生影響。

圖5 觀察者在不同色溫下對4種字體的書法作品的喜好度均值Fig.5 The mean value of observers’ preference for the 4 fonts of calligraphy works in different color temperature

圖5為27名觀察者在不同光源色溫下對4種字體的書法作品的喜好度均值。根據圖5整體來看，篆書喜好度最高的色溫為2 500 K，并隨著色溫升高喜好度逐漸降低；隸書、楷書、行書在3 500 K、4 500 K色溫下均有較高的喜好度，在5 500 K色溫下喜好度略低但高于2 500 K。單獨分析每組色溫：觀察者在光源色溫為2 500 K時，對隸書、楷書、行書的喜好度極低，對篆書的喜好度遠高于這三種字體，且2 500 K是篆書喜好度最高的色溫值；觀察者在光源色溫為3 500 K時，對4種書法字體均有較高的喜好度，其中隸書喜好度最高的色溫為3 500 K，同時3 500 K也是所有書法字體喜好度均值最高、觀察者評價一致性最高的色溫；觀察者在光源色溫為4500 K時，整體喜好度略低于3 500 K色溫下的均值，其中楷書、行書喜好度最高的色溫為4 500 K；觀察者在光源色溫為5 500 K時，對篆書、隸書、楷書的喜好度相比于4 500 K色溫下的喜好度明顯降低；但對行書的喜好度均值僅僅下降0.05。

圖6 觀察者在不同照度下對4種字體的書法作品的喜好度均值Fig.6 The mean value of observers’ preference for the 4 fonts of calligraphy works in different illumination

圖6為27名觀察者在不同照度下對4種字體的書法作品的喜好度均值。根據圖6可以發現：不同字體在每組照度下的喜好度大致相同，觀察者喜好度最高的照度均為150 lx，100 lx下喜好度最低；篆書在不同照度下觀察者的喜好度波動最小；楷書的喜好度波動較大，受照度影響較為明顯；隸書與行書相似，200 lx照度下的喜好度略低于150 lx照度下的喜好度。綜合來看，書法字體對于觀察者喜好度的影響小于光環境對喜好度的影響，色溫的改變對于觀察者對隸書的喜好度評價影響較大，照度的改變對于觀察者對楷書的喜好度評價影響較大。

4 總結

我們首先通過搭建光環境展示空間模擬博物館書法作品展陳空間，營造不同的光環境對書法字體進行照明邀請27名觀察者進行心理物理實驗，獲取他們在12組不同光源色溫和照度下對4種書法字體(篆書、隸書、楷書、行書)的書法作品的喜好度、吸引度、舒適度的主觀評價數據。通過對實驗獲取的數據進行分析與討論，結果表明：書法字體對觀察者的吸引度和舒適度評價沒有影響；觀察者的舒適度受色溫影響較大，在光源色溫為3 500 K、4 500 K時舒適度相對較高；書法作品對觀察者的吸引度隨著照度的增加而增大；喜好度受字體、色溫、照度共同影響，但光源色溫與照度的影響大于書法字體；整體來看，觀察者對于篆書、隸書、楷書、行書喜好程度最高的光源條件分別為：2 500 K 100 lx、3 500 K 150 lx、4 500 K 150 lx、4 500 K 200 lx。

在博物館書法作品展覽時，在不考慮光致損傷的前提下，光源色溫建議采用3 500～4 500 K；為提高書法作品對參觀者的吸引度，可在允許范圍內增加展品照度，但不建議超過200 lx。另外，在展覽中存在大量篆書字體的作品時，可適當降低光源色溫，以營造一種年代感。