События
24.07.2014    Проблемы освещения светочувствительных музейных экспонатов


«Арлекин» Пабло Пикассо объект сравнительных исследований потенциала повреждения произведений графики при освещении разноспектральными источниками света.

(Концерн Zumtobel + кафедра светотехники Дармштадтского Технического университета).

Сегодня в большинстве музеев и галерей мира для акцентирующего освещения продолжают использоваться светильники с галогенными лампами накаливания (высокое качество цветопередачи и минимизированная опасность повреждения экспонатов при наличии защитных фильтров – УФ/ИК).

Начавшееся в последние годы внедрение в технику музейного освещения светодиодных светильников вызвало у хранителей экспозиций, реставраторов и искусствоведов обоснованную неуверенность и сомнения в преимуществах светодиодов.

Дело в том, что узкополосные спектры излучения целого ряда типов светодиодов не обеспечивают необходимого качества цветопередачи, а при использовании светодиодов с высокой цветовой температурой излучения (Тц > 4500 К) потенциал повреждения экспонатов относительно высок из-за наличия голубой компоненты излучения (λ < 450 нм).

Фото 1. Pablo Picasso. “Harlekin” (1916 г.) 30х21 см, цветной карандаш, бумага

В августе 2011 года в городском музее г. Линдау-на-Бодензее (Германия) на выставке произведений Пабло Пикассо демонстрировался рисунок «Арлекин» из частного собрания (фото 1).
Используя предоставленную дирекцией музея и кураторами выставки возможность, специалисты концерна Zumtobel c совместно с инженерами кафедры светотехники Дармштадтского университета провели очень важные и интересные исследования. (Отчет о результатах: Prüfbericht PB320/2011: “Vermessung der Beleuchtung von Pablo Picassos Harlekin [1916] im Stadtmuseum Lindau“, S.Söllner, N. Müller).


В проведенном исследовании сравнивались 2 типа регулируемых светильников: “Xeno M” (фото 2) с зеркальной галогенной лампой мощностью 100 Вт и “Arcos 3 LED” (фото 3) со светодиодным модулем "Tunable White".

Фото 2 . ”Xeno M 100 W QR111”

Источник света – зеркальная галогенная лампа накаливания.
Регулирование светового потока и цветовой температуры осуществлялось потенциометром.

Фото 3. “Arcos 3 LED Tunable White”

Световой поток и цветовая температура изменялись с помощью светорегулирующей системы стандарта DALI.

(“Tunable White” – исполнение светодиодного модуля, позволяющее плавно изменять цветовой оттенок белого излучения в широком диапазоне (Тц от 2700 до 6500 К).
При этом общий индекс цветопередачи Ra= 8592.
Управление производится системой “Luxmate Emotion” или “Сircle Kit Tune”.

В процессе исследования измерялись:

  • мощность, потребляемая светильниками в каждом из режимов;
  • освещенность Е рисунка в пределах измерительной сетки;
  • распределение освещённости и яркости в плоскости рисунка;
  • цветовая температура излучения (Тц);
  • координаты цветности излучения (x, y);
  • спектральная интенсивность излучения в видимом диапазоне оптического спектра (длины волн λ = 380 -780 нм);
  • спектральная интенсивность излучения в диапазоне λ = 250-900 нм;

Затем рассчитывались:

  • равномерность освещенности;
  • равномерность распределения координат цветности и цветовой температуры;
  • общий и частные индексы цветопередачи (Ra и Ri);
  • относительная величина потенциала повреждения (Pdm) (подробнее о Pdm)
  • энергетическая облучённость (освещённость); критическое (пороговое) время облучения (ts).

Метрологическое обеспечение измерений (фото 4, 5):

  • спектральная интенсивность излучения измерялась спектрофотометром “Konica Minolta CS1000“,
  • освещенность и цветовые параметры – колориметром-люксметром модели “HCT-99“,
  • яркость и её распределение – электронной камерой на приборе с зарядовой связью “LMK 98-3 DXP 2031”,
  • использовался также спектрофотометр “Olimpus SP320-166“.
  • измерение электрических параметров – приборы “ LMG500”, “Düwi 07975”

Фото 4. Измерения освещенности и яркости рисунка «Арлекин» при различных режимах освещения в музее г. Линдау-на-Бодензее

Фото 5. Фотометрические и колориметрические измерения в лаборатории

Рис. 2. Кривые относительной спектральной интенсивности излучения светильника “ARCOS LED” (при Тц от 2700 до 6500 К) и светильника “XENO 3”: зелёная кривая ----- при токе 118 мА, с фильтром; красная кривая ------ при токе 400 мА, с фильтром.

Рис. 3. Координаты цветности излучения исследованных светильников в различных режимах [на цветовом графике МКО (CIE 1931)].
Красная кривая – излучение абс. черного тела (излучатель Планка); точки цвета: Хeno 30% (пониженный режим); Хeno 100% (максимальный режим). Arcos LED при цветовых температурах излучения от 2700 до 6500 К.

Рис. 4. Спектральная интенсивность излучения (Вт/м2•нм) светильника “XENO“.

Сверху вниз: красная кривая – 100%-ный режим, без фильтра; коричневая кривая – 100%-ный режим, с фильтром; голубая кривая – 19%-ный режим без фильтра; синяя кривая – 19%-ный режим с фильтром.

Рис. 5. Кривые спектрального пропускания защитных (УФ/ИК) фильтров, использованных в светильнике “XENO”: красная кривая – при максимальном режиме излучения, синяя кривая – при пониженном режиме.

Режимы и параметры светильников “XENO“ и ARCOS“ при измерениях

Таблица 1

Характеристики

Xeno M

(ток 118 мА)

Xeno M

(ток 400 мА)

Arcos LED

2700 K

Arcos LED

2700 K

Arcos LED

3000 K

Arcos LED

3000 K

Режим по мощности

30%

100%

19%

100%

19%

100%

Потребляемая мощность, Вт

27,0

92,4

14,1

27,9

14,1

27,1

Цветовая температура излучения, К

2032

2717

2519

2546

2786

2790

Координаты цветности: х

0,5236

0,4589

0,4744

0,4704

0,4513

0,4497

y

0,4143

0,4112

0,4120

0,4089

0,4060

0,4033

Ra

99

99

91

92

93

93

Таблица 1 (продолжение)

Характеристики

Arcos LED

3500 K

Arcos LED

3500 K

Arcos LED

4000 K

Arcos LED

4000 K

Arcos LED

6500 K

Arcos LED

6500 K

Режим по мощности

19%

100%

19%

100%

19%

100%

Потребляемая мощность, Вт

13,6

26,3

13,5

25,8

13,8

26,6

Цветовая температура излучения, К

3258

3252

3722

3690

5909

5863

Координаты цветности: х

0,4186

0,4177

0,3937

0,3943

0,3236

0,3246

y

0,3949

0,3921

0,3849

0,3828

0,3361

0,3353

Ra

93

94

91

92

84

85

Общие и специальные индексы цветопередачи при различных цветовых температурах и спектрах излучения (см. рис.2)

Таблица 2

Индексы цветопередачи

Xeno M

(30% - 118 мА)

2032 К

Xeno M

(100% -400мА)

2717 К

Arcos LED

2700 K

Arcos LED

3000 K

Arcos LED

3500 K

Arcos LED

4000 K

Arcos LED

6500 K

Ra

99

99

91

93

93

91

84

R1

99

98

92

95

99

96

86

R2

99

99

99

99

97

94

92

R3

100

100

90

90

90

89

90

R4

98

98

91

94

97

93

80

R5

98

98

96

99

95

90

82

R6

99

99

90

93

94

91

84

R7

99

99

92

92

93

92

89

R8

97

97

79

79

80

78

73

R9

95

94

46

46

47

41

24

R10

98

98

92

89

84

79

73

R11

98

98

86

91

94

90

76

R12

98

98

84

77

67

59

50

R13

99

99

93

96

99

95

88

R14

100

100

90

91

91

92

94

Результаты измерений цветовой температуры излучения сравниваемых светильников и уровней освещенности рисунка

(неравномерность распределения обеих величин оценивалась двумя значениями: U0=Xcр/Xмакс; U1= Xмин/ Xмакс)

Таблица 3

Параметры

Xeno M

(30 % - ток 118 мА)

Xeno M

(100 % - ток 400 мА)

Arcos LED (19%)

2700 K

Arcos LED (19%)

3000 K

Arcos LED (19%)

3500 K

Arcos LED (19%)

4000 K

Arcos LED (19%)

6500 K

Фактическая цветовая температура излучения,

Тц , градусы Кельвина

(измерена в центре выходного отверстия светильника)

2032

2717

2519

2786

3258

3722

5909

U0 Тц

0 , 971

0, 991

0, 992

0, 986

0, 976

0, 990

0, 984

U1 Тц

0, 952

0, 986

0, 982

0, 973

0, 965

0, 980

0, 969

Средняя освещенность, Еср., лк

112, 4

2651,2

136,4

130,3

126,7

123,1

118,4

Минимальная освещённость,

Емин., лк

71,8

1647,4

124,2

119,6

116,9

112,8

108,7

Максимальная освещённость,

Емакс., лк

146,2

3427,2

136,4

138,0

133,0

130,1

123,8

U0 Е

0, 639

0, 621

0, 911

0, 918

0, 923

0, 917

0, 919

U1 Е

0, 491

0, 481

0, 862

0, 867

0, 879

0, 867

0, 879

Ra

99

99

91

93

93

91

84

Энергетическая облучённость Edm (мВт/м2) при средней освещенности рисунка Еср., лк, указанной в табл. 3

Таблица 4

Объекты

освещения

Xeno M

(30 % - ток 118 мА)

Xeno M

(100 % - ток 400 мА)

Arcos LED

(19%)

2700 K

Arcos LED

(19%)

3000 K

Arcos LED

(19%)

3500 K

Arcos LED

(19%)

4000 K

Arcos LED

(19%)

6500 K

Карандашный рисунок на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

16, 585

434 ,11

15, 026

15, 666

17, 289

18, 481

24,65

Акварель на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

22,756

557, 19

19, 018

19, 678

21, 519

22, 846

29, 978

Живопись масляными красками на холсте

22,756

557, 19

19, 018

19, 678

21, 519

22, 846

29, 978

Текстильная ткань

37,518

829,21

27, 284

27, 912

30, 072

31, 623

40, 422

Газетная бумага

0, 105

6, 911

0, 112

0, 131

0, 165

0, 192

0, 311

Потенциал повреждения экспоната Pdm= Edm /Eср (мВт/м2 • лк)

Таблица 5

Объекты

освещения

Xeno M

(30 % - ток 118 мА)

Xeno M

(100 % - ток 400 мА)

Arcos LED

(19%)

2700 K

Arcos LED

(19%)

3000 K

Arcos LED

(19%)

3500 K

Arcos LED

(19%)

4000 K

Arcos LED

(19%)

6500 K

Карандашный рисунок на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

0,1476

0, 1637

0, 1102

0, 1202

0, 1365

0, 1501

0, 2080

Акварель на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

0, 2025

0, 2102

0, 1394

0, 1510

0, 1698

0, 1856

0, 2532

Живопись масляными красками на холсте

0, 2025

0, 2102

0, 1394

0, 1510

0, 1698

0, 1856

0, 2532

Текстильная ткань

0,3338

0,3128

0, 2000

0, 2142

0,2347

0, 2569

0, 3414

Газетная бумага

0,0009

0,0026

0,0008

0,0010

0,0013

0,0016

0,0026

Пороговое (предельно допустимое) время облучения (ts, часы) экспоната при средней освещенности Еср., лк (см. табл.3)

Таблица 6

Объекты

освещения

Xeno M

(30 % - ток 118 мА)

Xeno M

(100 % - ток 400 мА)

Arcos LED

(19%)

2700 K

Arcos LED

(19%)

3000 K

Arcos LED

(19%)

3500 K

Arcos LED

(19%)

4000 K

Arcos LED

(19%)

6500 K

Карандашный рисунок на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

75 353

2764

79 863

76 559

69 406

64 932

48 670

Акварель на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

7690

314

9202

8893

8135

7660

5838

Живопись масляными красками на холсте

37 353

1526

44 694

43 196

39 514

37 205

28 354

Текстильная ткань

7730

350

10 629

10 390

9643

9170

7174

Газетная бумага

47 799

724

44 704

37 993

30 356

26 037

16 057

Данные таблиц 5 и 6 для измерений, проведенных на рисунке "Арлекин“, наглядно представлены на гистограмме рис. A

Рис. A. Сравнение расчётных величин потенциала повреждения (Pdm) и порогового времени экспозиции (освещения) (ts) при освещении рисунка «Арлекин» источниками света с различной цветовой температурой и различным спектром излучения (при различных значениях средней освещенности, указанных в табл. 3)

Рис. Б. На этой гистограмме представлены величины потенциала повреждения и порогового времени освещения (облучения), при одинаковом уровне средней освещенности Еср. = 100 лк.

Энергетическая облучённость Edm (мВт/м 2) при равной средней освещенности Еср.= 100 лк.

Таблица 7

Объекты

освещения

Xeno M

(30 % - ток 118 мА)

Xeno M

(100 % - ток 400 мА)

Arcos LED

(19%)

2700 K

Arcos LED

(19%)

3000 K

Arcos LED

(19%)

3500 K

Arcos LED

(19%)

4000 K

Arcos LED

(19%)

6500 K

Карандашный рисунок на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

14, 756

16, 374

11, 016

12, 023

13, 646

15, 013

20, 824

Акварель на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

20,245

21, 016

13, 943

15, 102

16, 978

18, 559

25, 319

Живопись масл. красками на холсте

20,245

21, 016

13, 943

15, 102

16, 978

18, 559

25, 319

Текстильная ткань

33,379

31, 277

20, 003

21, 421

23, 735

25, 689

34,140

Газетная бумага

0, 093

0, 261

0, 082

0, 101

0, 130

0, 156

0,263

Пороговое (предельно допустимое) время облучения экспонатов (ts, часы) при равной средней освещенности Еср.= 100 лк.

Таблица 8

Объекты

освещения

Xeno M

(30 % - ток 118 мА)

Xeno M

(100 % - ток 400 мА)

Arcos LED

(19%)

2700 K

Arcos LED

(19%)

3000 K

Arcos LED

(19%)

3500 K

Arcos LED

(19%)

4000 K

Arcos LED

(19%)

6500 K

Карандашный рисунок на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

81 325

73 287

108 933

99 808

87 941

79 933

57 627

Акварель на белой плотной (чисто тряпичной бумаге)

8644

8327

12 551

11 588

10 308

9429

6912

Живопись масляными красками на холсте

41985

40 445

60 964

56 283

50 065

45 799

33 571

Текстильная ткань

8688

9272

14 498

13 538

12 218

11 289

8494

Газетная бумага

53 726

19 182

61 291

49 717

38 381

32 095

19 040

Основные выводы по результатам проведенных измерений и расчётов

Освещённость.

Как видно из таблицы 1, светильник "Arcos 3 LED Tunable White" был отрегулирован на те же Тц излучения, что и светильник “Xeno M“. При освещении достаточно небольшой площади рисунка «Арлекин»
(30 х 21,5 см) светильником с галогенной лампой (“Xeno M“) не удалось достигнуть такого распределения освещенности, чтобы неравномерность была бы незаметна наблюдателю (а для этого Uили Uдолжны быть >0,9).
Недостаточная же равномерность распределения освещенности может значительно повлиять на восприятие зрителем картины или рисунка .
Изменение освещенности в случае освещения светильником “Xeno M “ достигалось регулировкой тока и производилось бесступенчато в широких пределах. Однако это значительно влияло на цветность излучения – Тц изменялась от 2000 до 2900 К.
Снижение освещенности от светильника "Arcos 3 LED" практически не оказывало влияния на цветовые параметры излучения.

Цветность излучения.

Светильник “Xeno M“ в пониженном режиме (Тц=2000 К) излучает «белый» свет, но с видимым желтоватым оттенком, сравнимый с пламенем свечи.

Для того, чтобы получить свет, который зритель истинно воспринимал как белый, необходимо значительно увеличить силу тока через лампу, а это, соответственно, приводит к очень высокой освещённости рисунка и к увеличению вероятности повреждения экспоната (повышению энергетической облучённости Еdm ).
Цветность излучения светильника «Arcos 3 LED» регулируется независимо от уровня освещенности, причём замеренные величины Тц частично оказались значительно отличающимися от предустановленных (см.табл.1,3)


Цветопередача (метод CIE 13.3-1995)

Величины общего (Ra) и специальных (Ri) индексов цветопередачи для светильника “Xeno M“ близки к 99, что соответствует методике Международной Комиссии по освещению (CIE 13.3-1995).

Для варьированных спектров светодиодного светильника "Arcos 3 LED" результаты оказались различными. При Тц до 4000 К величины Ra>90 – цветопередача может быть охарактеризована как «очень хорошая».

При высокой цветовой температуре (Тц = 6500 K) величина Ra снижается до 84, что соответствует оценке цветопередачи – «хорошая».

При освещении светодиодами цветопередача насыщенных красных цветов (R9) становится проблематичной, однако с повышением Тц также и насыщенные синие цвета (R12) воспроизводятся далеко некорректно.
Значения общего индекса цветопередачи Ra и всех четырнадцати специальных индексов (R1-14) приведены в таблице 2.

Потенциал повреждения, энергетическая облучённость и критическое время облучения экспонатов.

Потенциал повреждения – Pdm [мВт /(м² • лк)] – для различных спектров излучения источников освещения может быть легко сравнен, так как является относительной величиной (Pdm= Edm /Eср), которая от общей энергии излучения в спектре не зависит.

Измеренные спектры излучения светильника "Arcos 3 LED" при сравнимых Тц со светильником “Xeno M“ оказывают меньшее повреждающее воздействие на все светочувствительные материалы, приведенные в публикации CIE 157:2004.

Это значит, что при равных значениях освещенности (Eср) энергетическая облученность (Edm) меньше, а критическое (пороговое) время (ts) облучения (освещения) может быть существенно выше.

Если, например, сравнить при равной Еср. = 100 лк спектр излучения светильника "Xeno M" при Тц = 2900 К (макс.ток 400 мА) с излучением светильника "Arcos 3 LED" при Тц = 2780 К, то при освещении этим светодиодным светильником пороговое время освещения ts для всех материалов может быть продлено примерно на 50% без риска возникновения каких-либо видимых повреждений экспоната (для газетной бумаги это увеличение ts достигает даже 300%).

Проведенные исследования и измерения показывают, как важна профессиональная оценка применяемых источников света и каковы преимущества светодиодов.

  • При освещении экспозиций в учреждениях искусства и культуры необходимо, по возможности, полностью исключить вредное воздействие УФ-и ИК-излучений, а также избегать очень высоких уровней освещенности.

Если эти факторы учтены, то риск выцветания красок и деструкции светочувствительных материалов будет надёжно минимизирован.

Высокая энергоэкономичность светодиодов и существенно увеличенные интервалы между обслуживаниями светодиодных светильников являются гарантией бесперебойной эксплуатации музеев и картинных галерей.

Таким образом «новые» полупроводниковые источники света не только безопасны для чувствительных экспонатов, но и позитивно влияют на бюджет музеев и экологию.

  • При правильном выборе типа светодиодных средств освещения полностью отпадает необходимость в защитных фильтрах, которыми оснащаются экспозиционные светильники с галогенными лампами накаливания, с люминесцентными или металлогалогенными лампами.
  • Прецизионно сфокусированные световые пучки светильников со светодиодами и высокое качество цветопередачи (Ra>90) – эти свойства адекватны требованиям к акцентирующему экспозиционному освещению.
  • Прогрессивная светодиодная технология "Tunable White" позволяет (не меняя источника света и типа светильника) варьировать цветовой оттенок излучения от тёпло-белого (Тц = 2700 К) до холодного дневного (6500 К).


Таким образом, можно оптимально подобрать Тц излучения светильника, чтобы выявить тончайшие нюансы цветовой гаммы картины или другого экспоната, эмоционально подчеркнув его особенности.
При понижении интенсивности излучения («диммировании») установленная цветовая температура не меняется и восприятие экспоната улучшается.
Все эти преимущества реализованы в светильнике "Arcos LED Tunable White".

В качестве контрольных образцов цвета для определения общего и специальных индексов цветопередачи Международная Комиссия по освещению (МКО) (см. публикацию CIE 13.3-1995) выбрала 14 показанных ниже цветов из атласа американского художника Альберта Генри Манселла (1858-1918). Эти образцы позволяют судить о качестве воспроизведения цвета наиболее распространённых окрашенных объектов. В число контрольных образцов МКО входят 8 основных и 6 дополнительных. Основные 8 образцов имеют одинаковое значение координаты (value) в атласе Манселла, что соответствует примерно одинаковому коэффициенту отражения (30%).

  • TCS01-светлый серо-красный
  • TCS02-серо-жёлтый
  • TCS03-жёлто-зеленый
  • TCS04-светло-зелёный
  • TCS05-светло-голубой
  • TCS06-светло-синий
  • TCS07-светло-фиолетовый
    • TCS08-пурпурный
    • TCS09- насыщенный красный
    • TCS10-жёлтый
    • TCS11-зелёный
    • TCS12- насыщенный синий
    • ТCS13-розоватый (кожный покров европеоидов)
    • TCS14-зелёный (листва деревьев)


    возврат к списку статей

    версия для печати
     
    Компания Точка опоры
    Design by ErDM.  Разработка сайта UNISOFT
    музейное освещение, светильники музеи, свет в музее, галерея светильники, выставочное освещение, освещение выставок, освещение выставочных залов, освещение галереи, освещение галерей, освещение залов, освещение экспозиции, подсветка картины, современный музей, музейные технологии, эрарта, музей воды, освещение метро, светильники метрополитен, люстры для метро, реконструкция освещения метро, тоннельные светильники, архитектурное освещение метро, реставрация светильников для метро