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Ganzheitliche Optimierung - Human Centric Lighting und Farbwahrnehmung - Teil 2

Khanh, Tran Quoc ; Bodrogi, Peter Zsolt :
Ganzheitliche Optimierung - Human Centric Lighting und Farbwahrnehmung - Teil 2.
In: LICHT, 67 (6) pp. 66-73. ISSN 0024-2861
[Artikel], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Im ersten Teil dieses Artikels [1] wurde festgestellt, dass für die Entwicklung moderner, intelligenter leuchten für ein wirksames Human Centric lighting-Konzept (HCl-Konzept) sowohl die Mechanismen der licht- und Farbwahrnehmung als auch die Mechanismen der »nichtvisuellen Signalverarbeitung und des Biorhythmus« relevant sind. Die beiden Aspekte müssen immer gleichzeitig in Betracht gezogen werden. Der erste Teil des Beitrags behandelte die Aspekte der Farbwahrnehmung unter Berücksichtigung der chromatischen Anteile der optischen Strahlung, um die Farbqualität der Beleuchtungsspektren mit variablen chromatischen Anteilen zu erhöhen. Im hier vorliegenden zweiten Teil wird eine wichtige nicht-visuelle Komponente, der sog. circadiane Reiz oder Circadian Stimulus CS, analysiert. Zudem werden konkrete, optimierte Bespiele für lED-Spektren mit kontrolliertem circadianen Anteil und gleichzeitig optimierter Farbqualität dargestellt. Der circadiane Reiz beschreibt den Effekt jener elektromagnetischen Strahlung, die das menschliche Auge erreicht, auf die sog. »circadiane Uhr« des Organismus. Die circadiane Uhr übernimmt die zeitliche Koordination der menschlichen biologischen Funktionen im Tagesverlauf, sie organisiert den sog. circadianen Rhythmus [2]. Die Organfunktionen des Menschen verlaufen in dieser circadianen Rhythmik. Seine leistungsfähigkeit im Tagesverlauf ergibt sich über die verschiedenen Maxima und Minima der einzelnen biochemisch kontrollierten Funktionen [3]. Wird dementsprechend in einem bestimmten Zeitintervall im Tagesverlauf die Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin durch licht unterdrückt, steigt die leistungsfähigkeit des Menschen. Die Frage besteht nun darin, inwieweit die leistung des Nutzers der Beleuchtungsanlage durch die Änderung der örtlichen und spektralen Strahlungsverteilung der Beleuchtung gefördert werden kann. Am Tag findet nämlich – durch das vorherrschende Tageslicht – ständig eine starke Melatonin-Unterdrückung statt, so dass die Beeinflussung der circadianen Uhr durch künstliches licht im Allgemeinen nicht wirksam ist. Hinsichtlich der Melatonin-Unterdrückung sind tagsüber nur solche Anwendungen relevant, bei denen Tageslicht fehlt und der circadiane Rhythmus durch Kunstlicht unterstützt werden muss. Faktoren wie Farbqualität, Sehleistung bzw. nicht auf die Melatonin-Unterdrückung ausgerichtete biologische oder emotionale/psychologische Aspekte des Beleuchtungskonzeptes behalten aber natürlich auch in mit Tageslicht versorgten Räumen ihre Bedeutung für Wohlbefinden und leistungsfähigkeit. Am Abend oder während der Nacht hat das künstliche licht einen stärkeren Effekt. Hier stellt sich die Frage, wie der circadiane Rhythmus mit licht gefördert werden kann und wie das Emissionsspektrum von 88 lichtquellen – vor allem von intelligent ansteuerbaren lED-lichtquellen mit mehreren farbigen oder weißen lED-Kanälen (sog. Multi-lEDs) – hinsichtlich der circadianen Wirkung optimiert werden kann. Diese Optimierung soll dann nach dem HCl-Konzept (siehe [1]) durch eine parallele Optimierung der Farbqualität erweitert werden. Dem HCl-Konzept entsprechend besteht das endgültige Ziel der Optimierung der Beleuchtung jedoch nicht darin, die Farbqualität zu optimieren oder mit licht in den circadianen Rhythmus des Menschen einzugreifen, sondern die allgemeine Benutzerakzeptanz der Beleuchtungsanlage für eine bestimmte Benutzergruppe oder Anwendung zu erhöhen. Möglich ist dies nur durch eine intelligente Kombination der visuellen und nichtvisuellen Aspekte. Es existiert nämlich nur ein einziges Gehirn, das durch die komplexen Schritte der visuellen und nichtvisuellen Signalverarbeitung [4] auf das licht der lichtquelle mit einem bestimmten Verhalten reagiert oder die beleuchtete Szene bewusst bewertet. Um den circadianen Effekt eines lichtreizes zu quantifizieren, wird in diesem Artikel das Berechnungsverfahren des Circadian Stimulus CS im Modell nach Rea et al. [2] beschrieben. Die Größe CS beschreibt die Wirksamkeit eines lichtreizes für die Melatonin-Unterdrückung in Abhängigkeit von seiner Intensität und spektralen Zusammensetzung. CS wird in diesem Artikel verwendet, um die Emissionsspektren eines rechnerisch simulierten lED-Beleuchtungssystems mit mehreren lED-Kanälen (Multi-lED) nach dem circadianen Effekt und gleichzeitig auch nach dem Farbqualitätskriterium zu optimieren. Die optimierten lED-Spektren werden dann aus Sicht des im ersten Teil des Artikels [1] vorgestellten HCl-Konzeptes analysiert.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2015
Autor(en): Khanh, Tran Quoc ; Bodrogi, Peter Zsolt
Titel: Ganzheitliche Optimierung - Human Centric Lighting und Farbwahrnehmung - Teil 2
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Im ersten Teil dieses Artikels [1] wurde festgestellt, dass für die Entwicklung moderner, intelligenter leuchten für ein wirksames Human Centric lighting-Konzept (HCl-Konzept) sowohl die Mechanismen der licht- und Farbwahrnehmung als auch die Mechanismen der »nichtvisuellen Signalverarbeitung und des Biorhythmus« relevant sind. Die beiden Aspekte müssen immer gleichzeitig in Betracht gezogen werden. Der erste Teil des Beitrags behandelte die Aspekte der Farbwahrnehmung unter Berücksichtigung der chromatischen Anteile der optischen Strahlung, um die Farbqualität der Beleuchtungsspektren mit variablen chromatischen Anteilen zu erhöhen. Im hier vorliegenden zweiten Teil wird eine wichtige nicht-visuelle Komponente, der sog. circadiane Reiz oder Circadian Stimulus CS, analysiert. Zudem werden konkrete, optimierte Bespiele für lED-Spektren mit kontrolliertem circadianen Anteil und gleichzeitig optimierter Farbqualität dargestellt. Der circadiane Reiz beschreibt den Effekt jener elektromagnetischen Strahlung, die das menschliche Auge erreicht, auf die sog. »circadiane Uhr« des Organismus. Die circadiane Uhr übernimmt die zeitliche Koordination der menschlichen biologischen Funktionen im Tagesverlauf, sie organisiert den sog. circadianen Rhythmus [2]. Die Organfunktionen des Menschen verlaufen in dieser circadianen Rhythmik. Seine leistungsfähigkeit im Tagesverlauf ergibt sich über die verschiedenen Maxima und Minima der einzelnen biochemisch kontrollierten Funktionen [3]. Wird dementsprechend in einem bestimmten Zeitintervall im Tagesverlauf die Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin durch licht unterdrückt, steigt die leistungsfähigkeit des Menschen. Die Frage besteht nun darin, inwieweit die leistung des Nutzers der Beleuchtungsanlage durch die Änderung der örtlichen und spektralen Strahlungsverteilung der Beleuchtung gefördert werden kann. Am Tag findet nämlich – durch das vorherrschende Tageslicht – ständig eine starke Melatonin-Unterdrückung statt, so dass die Beeinflussung der circadianen Uhr durch künstliches licht im Allgemeinen nicht wirksam ist. Hinsichtlich der Melatonin-Unterdrückung sind tagsüber nur solche Anwendungen relevant, bei denen Tageslicht fehlt und der circadiane Rhythmus durch Kunstlicht unterstützt werden muss. Faktoren wie Farbqualität, Sehleistung bzw. nicht auf die Melatonin-Unterdrückung ausgerichtete biologische oder emotionale/psychologische Aspekte des Beleuchtungskonzeptes behalten aber natürlich auch in mit Tageslicht versorgten Räumen ihre Bedeutung für Wohlbefinden und leistungsfähigkeit. Am Abend oder während der Nacht hat das künstliche licht einen stärkeren Effekt. Hier stellt sich die Frage, wie der circadiane Rhythmus mit licht gefördert werden kann und wie das Emissionsspektrum von 88 lichtquellen – vor allem von intelligent ansteuerbaren lED-lichtquellen mit mehreren farbigen oder weißen lED-Kanälen (sog. Multi-lEDs) – hinsichtlich der circadianen Wirkung optimiert werden kann. Diese Optimierung soll dann nach dem HCl-Konzept (siehe [1]) durch eine parallele Optimierung der Farbqualität erweitert werden. Dem HCl-Konzept entsprechend besteht das endgültige Ziel der Optimierung der Beleuchtung jedoch nicht darin, die Farbqualität zu optimieren oder mit licht in den circadianen Rhythmus des Menschen einzugreifen, sondern die allgemeine Benutzerakzeptanz der Beleuchtungsanlage für eine bestimmte Benutzergruppe oder Anwendung zu erhöhen. Möglich ist dies nur durch eine intelligente Kombination der visuellen und nichtvisuellen Aspekte. Es existiert nämlich nur ein einziges Gehirn, das durch die komplexen Schritte der visuellen und nichtvisuellen Signalverarbeitung [4] auf das licht der lichtquelle mit einem bestimmten Verhalten reagiert oder die beleuchtete Szene bewusst bewertet. Um den circadianen Effekt eines lichtreizes zu quantifizieren, wird in diesem Artikel das Berechnungsverfahren des Circadian Stimulus CS im Modell nach Rea et al. [2] beschrieben. Die Größe CS beschreibt die Wirksamkeit eines lichtreizes für die Melatonin-Unterdrückung in Abhängigkeit von seiner Intensität und spektralen Zusammensetzung. CS wird in diesem Artikel verwendet, um die Emissionsspektren eines rechnerisch simulierten lED-Beleuchtungssystems mit mehreren lED-Kanälen (Multi-lED) nach dem circadianen Effekt und gleichzeitig auch nach dem Farbqualitätskriterium zu optimieren. Die optimierten lED-Spektren werden dann aus Sicht des im ersten Teil des Artikels [1] vorgestellten HCl-Konzeptes analysiert.

Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: LICHT
Band: 67
(Heft-)Nummer: 6
Verlag: Pflaum Verlag
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Lichttechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Hinterlegungsdatum: 03 Mai 2016 16:35
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