Белый свет содержит все цвета видимого спектра при полной яркости, поэтому белый часто считается самым ярким цветом. Однако есть несколько интересных оговорок при изучении свойств света и восприятия цвета. В этой статье мы рассмотрим, как составлен белый свет, как человеческий глаз воспринимает яркость и факторы, которые влияют на цвет и интенсивность света.
Белый свет состоит из всех цветов видимого спектра. Видимый спектр — это часть электромагнитного спектра, которую может обнаружить человеческий глаз, и она варьируется от фиолетового до красного. Исаак Ньютон продемонстрировал, что белый свет можно разделить на его составные цвета с помощью призмы, что приводит к знакомому радужному узору ROYGBIV (красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, синий, фиолетовый).
Когда все эти видимые длины волн попадают в глаз при полной яркости, мозг воспринимает объединенный результат как белый. Таким образом, белый свет содержит максимальную интенсивность во всем видимом спектре.
| Цвет | Диапазон длин волн (нм) |
|---|---|
| Фиолетовый | 380-450 |
| Синий | 450-495 |
| Зеленый | 495-570 |
| Желтый | 570-590 |
| Оранжевый | 590-620 |
| Красный | 620-750 |
В этой таблице показан видимый спектр и диапазоны длин волн, соответствующие каждому цвету. Когда все эти длины волн присутствуют в полной интенсивности, мы видим белый свет.
Хотя белый свет содержит максимальную спектральную интенсивность, восприятие цвета человеком субъективно. Один и тот же свет может восприниматься как яркий или тусклый в зависимости от таких факторов, как:
– Окружающая среда – Условия окружающего освещения влияют на воспринимаемую яркость. Свет, который кажется ярким ночью, может выглядеть тусклым при дневном свете.
– Острота зрения – Зрение, возраст и нарушения зрения могут влиять на то, насколько ярким кажется свет. То, что выглядит ослепительным для человека со зрением 20/20, может показаться тусклым для человека с катарактой.
– Адаптация – Глаз адаптируется к условиям окружающего освещения. После адаптации свет, который изначально кажется чрезвычайно интенсивным, может восприниматься как нормальный.
– Цветовой контраст – Цвета воспринимаются по-разному в зависимости от окружающих оттенков. Белый объект на черном фоне выглядит очень ярким. Но тот же белый объект, окруженный другими яркими цветами, не выделяется так сильно.
– Яркость – Некоторые длины волн воспринимаются ярче других. Желто-зеленый свет кажется человеческому глазу ярче, чем фиолетовый или синий свет той же интенсивности.
Таким образом, хотя белый цвет содержит больше всего длин волн при полной интенсивности, он не всегда воспринимается как самый яркий цвет из-за того, как глаз и мозг обрабатывают визуальную информацию. Контекст играет важную роль.
Давайте рассмотрим некоторые ключевые факторы, которые влияют на то, насколько ярким воспринимается свет:
Человеческий глаз имеет разную чувствительность к свету с разной длиной волны. Эта функция чувствительности известна как функция яркости. Желто-зеленый свет на длине волны 555 нм находится на пике функции светимости, то есть глаз наиболее чувствителен к свету на этой длине волны. Другие цвета, такие как фиолетовый и синий, имеют более низкую чувствительность. Это означает, что свет на желто-зеленой длине волны выглядит ярче для глаза по сравнению с другими цветами при той же интенсивности излучения.
Воспринимаемая яркость поверхности частично зависит от того, сколько света она отражает. Белые поверхности имеют высокую диффузную отражательную способность, то есть они отражают свет равномерно во всех направлениях. Это делает их более яркими по сравнению с более темными, менее отражающими поверхностями. Белая краска имеет отражательную способность около 90%, в то время как черная краска отражает всего около 5-10%.
Количество присутствующего окружающего освещения влияет на воспринимаемую яркость. В темной комнате одна свеча может казаться ослепительно яркой. На улице в солнечный день та же свеча будет едва видна. Глаз адаптируется к окружающим условиям. Это также объясняет, почему экраны смартфонов кажутся болезненно яркими ночью, но выглядят нормально при дневном свете.
Восприятие цвета и яркости во многом зависит от контраста с окружающими цветами. Размещение белого объекта на черном фоне максимизирует контраст и делает этот белый объект визуально выделяющимся. Но палитра ярких белых и пастельных тонов приводит к снижению контраста, когда ни один цвет не доминирует по яркости.
С возрастом сетчатка глаза получает меньше света из-за таких изменений в глазу, как размер зрачка и пожелтение хрусталика. Пожилым людям может потребоваться в три раза больше окружающего света, чем молодым людям, чтобы четко видеть. Такие заболевания, как катаракта, также фильтруют свет и снижают воспринимаемую яркость.
Хотя восприятие играет ключевую роль, яркость также можно объективно измерить с помощью таких единиц, как кандела и люмен.
Кандела (кд) измеряет силу света источника света в определенном направлении. Она не зависит от расстояния или освещенной области. Например, свеча излучает около 1 кд в каждом направлении. Фокусировка света в 1 кд в узкий луч заставляет его субъективно казаться ярче.
Люмен (лм) измеряет общий световой поток, излучаемый источником света во всех направлениях. Стандартная лампа накаливания мощностью 100 Вт излучает около 1500 люмен. Больше люменов означает большую общую яркость.
| Источник света | Приблизительное количество люменов |
|---|---|
| Свеча | 12 лм |
| Лампа накаливания 40 Вт | 450 лм |
| Лампа накаливания 100 Вт | 1500 лм |
| Светодиодный ночник | 80 лм |
В этой таблице показан приблизительный выход люменов обычных источников света. Большее количество люменов делает свет субъективно ярче для человеческих глаз.
Яркость (кд/м2) описывает количество света на единицу площади, исходящего от поверхности. Она измеряет объективную яркость излучаемого или отраженного света. Яркомеры фиксируют это показание. Например, белая бумага может иметь яркость около 100 кд/м2.
Учитывая все эти переменные, какой тип источника света создает самую интенсивную яркость, воспринимаемую человеческими глазами? Лазеры могут создавать чрезвычайно узкие лучи с триллионами кандел — кажущиеся ослепительно яркими. Но для освещения широкой площади металлогалогенные и ксеноновые дуговые лампы могут производить сотни миллионов люменов, сфокусированных в небольшой области. Стадионные фонари и автомобильные фары используют версии этих технологий для создания ослепительной яркости для человеческого зрения. Но опять же, контекст имеет значение — распространите этот же свет на более широкую область или посмотрите на него при дневном свете, и он не будет казаться таким уж ярким.
В природе самым ярким источником видимого света является солнце. На поверхности Земли прямой солнечный свет может обеспечить более 100 000 люкс видимого света по всему спектру. Это соответствует примерно 100 000 люменов на квадратный метр, падающих на землю. В сочетании с превосходной цветовой температурой солнца для зрения (5500–5700 К) это делает солнечный свет самым ярким естественным источником света для человеческих глаз. Другие спектры естественного света, такие как свечи, освещение или отражения, на порядки менее яркие, чем прямое солнце.
А как насчет отдельных цветов — какая длина волны по своей сути кажется самой яркой для человеческого зрения? Как упоминалось ранее, желто-зеленый свет около 555 нм вызывает пиковую чувствительность глаз. Однако максимально возможная яркость для дневного освещения достигается при сине-зеленом свете около 490 нм. Это означает, что сине-зеленый способен отражать самую интенсивную яркость, которую мы можем воспринимать в естественных условиях. Другие исследования показывают, что зеленый свет при 535 нм может обеспечивать еще большую субъективную яркость при сопоставлении люмен-в-люмен с белым. Таким образом, зеленые и сине-зеленые оттенки могут иметь небольшое преимущество для максимальной воспринимаемой яркости при просмотре при дневном свете.
Белый свет содержит полный видимый спектр и, таким образом, представляет собой совокупность всех возможных длин волн при полной интенсивности. Это способствует восприятию белого цвета как самого яркого цвета. Однако такие факторы, как яркость, контрастность, окружающее освещение и возраст, влияют на воспринимаемую яркость. С практической точки зрения, металлогалогенные и ксеноновые лампы могут обеспечивать самую высокую яркость. Но солнечный свет остается самым интенсивным источником естественного света для человеческого зрения. Зеленые и сине-зеленые длины волн могут иметь небольшое преимущество в воспринимаемой яркости по сравнению с белым при сопоставлении яркости на основе чувствительности глаза. Однако восприятие яркости остается сложным и в высшей степени контекстуальным – в зависимости как от свойств источника света, так и от физиологии и окружения наблюдателя. Поэтому объявление одного цвета универсально «самым ярким» остается сложной задачей. Но белый свет, безусловно, остается сильным претендентом, учитывая его спектральный состав.