Hva er lys?

Lys er en forunderlig sak. Vi ser ved hjelp av lyset, men det er ikke lyset vi opplever vi ser. Se ut gjennom vinduet. Du ser natur, hus, kanskje mennesker eller dyr, kjøretøyer. Du kaller ikke dette lys. Du kaller det faktisk natur, hus, mennesker, dyr, kjøretøyer, osv, fordi det var det du «så».

 

La oss ta en parallell til hørsel.  Vi hører ikke luft, men vi hører via lydsvingninger i luft. Vi sier også «jeg hører noe». Man mener ikke at man hører lydsvingninger. Man mener at man har oppfattet noe som er formidlet via lydsvingningene. Slik er det med lys også. Vi ser ikke lys, men vi ser hva lyset formidler.Det er så greit med luft. Bare luften har en normal konsistens, så kan den formidle lyd. Med lys er dette vanskeligere. Lyset må ha evne til å gjengi tredimensjonalitet, ha evne til å gjengi farger, ha en fargesammensetning som er godt tilpasset vårt syn og et nivå som gir tilstrekkelig synsskarphet. For både luft og lys gjelder at våre sanseorganer er tilpasset det naturen har å by på. Hørselen er tilpasset lufttrykket utendørs, luftens egenvekt og konsistens. Synet er tilpasset dagslyset med dens variasjoner.

Lysbegreper

Lys er et fysisk fenomen som er elektromagnetiske bølger innenfor et begrenset frekvensområde, fra 380 til 780 nanometer.  1 nanometer er tusenmilliontedels meter, som er svært raske elektromagnetiske svingninger. Definisjonen på lys kommer fra at det er i dette frekvensområdet øynene våre klarer å absorbere strålingsenergien. 

Når vi kjøper en lyskilde kjøper vi en viss mengde lyseffekt. Dette kalles lysfluks og har enheten lumen. Et 35 W’s lysrør har ca. 3400 lumen. En gammeldags 60 w’s glødelampe har ca. 420 lumen. Pakningen en lyskilde er pakket inn i er merket med lyskildens lumenavgivelse. Navnet lumen blir av og til forkortet til lm. Mengde lumen som avgis varierer med typen lyskilde og effektstørrelsen. Lysfluksen forteller oss hvor mye lys som sendes ut, men ikke i hvilke retninger. Til det har vi parameteren lysstyrke.

Lysstyrke er enheten som forteller oss intensiteten i lyset i ulike retninger. Denne har enheten candela. Candela er et merkelig ord kan du si, men den har en logisk historie. For flere hundre år siden fantes ikke avanserte måleinstrumenter. Når man skulle definere intensiteten på lys ble dette gjort ved å bruke lysintensiteten i sentrum av en stearinflamme. Det engelske ordet candle betyr stearinlys på norsk. Slik fikk vi ordet candela, og 1 candela er lysstyrken som kan måles i sentrum av stearinlysflammen.

Selv om vi vet hvor mye lys som kommer ut av lyskildene i et rom og hvordan lyset spres ut av lysarmaturen, vet vi fortsatt ikke hvor mye lys som treffer gulvet, en arbeidsflate, trinnene i en trapp, osv.. Derfor har vi begrepet belysningsstyrke med enheten lux. Dette begrepet uttrykker hvor mye lys som treffer 90 grader på en flate per kvadratmeter. Dette er den mest brukte lystekniske parameteren. Legg merke til at belysningsstyrken ikke sier noe om lysheten på en flate, bare noe om hvor mye lys som treffer flaten. En sort og en hvit flate kan være belyst med samme belysningsstyrke, men flaten vil fortsatt være sort og hvit. Byggteknisk forskrift (TEK 10) krever 250 lux på første og siste trappetrinn i en trapp, mens midtpartiet i trappen har et krav på 200 lux. I korridorer er kravene 150 lux. 500 lux er et arbeidsmiljøkrav på en arbeidsplass. Normalt har svaksynte behov for mer lys enn dette. For enkelte må man ha nærmere 2000 lux for å kunne lese.

Nå vet vi hvor mye lys som kommer ut av lyskilden, i hvilke retninger det kommer i og hvor mye som treffer flater. Det vi mangler er hvor lyse flater blir når lyset reflekterer tilbake. Et fysisk mål på intensiteten på lys som stråler ut av en flate eller et objekt er luminansen. Den har enheten candela/m2. Dette er lysstyrken som stråler ut av objektet målt per kvdratmeter. Jo høyere luminans jo lysere er flaten. Jo mer lys som reflekterer tilbake fra en flate jo lysere er flaten. Veggflater har gjerne luminanser i området 50-150 cd/m2, mens takluminanser kan være helt opp i 1000 cd/m2 når lys sendes direkte opp i taket.

En flates evne til å reflektere lys måles med det vi kaller refleksjonsfaktoren eller reflektansen som også noe bruker som begrep. Refleksjonsfaktoren angir forholdet mellom hvor mye lys som reflekterer tilbake fra en flate i forhold til hvor mye lys som bestrålte flaten. Dette er et forholdstall som  også kan angis i prosent. Har en flate en refleksjonsfaktor på 30 %, absorberer flaten 70 % av lys-energien og reflekterer 30 %. Vanlige refleksjonsfaktorer i et innendørs miljø er 20-30 % på gulv, fra 40 til 60 % på veggene og opp til 80 % i taket.

Som et alternativ til luminansen som målestokk på hvor lys en flate er, er det også mulig å måle hvor mye lys som flaten reflekterer tilbake igjen i lux. Dette kaller vi for reflektert belysningsstyrke. Rent måleteknisk gjøres dette simpelthen ved å rette målecellen mot veggen i stedet for at den er vendt ut fra veggen. Luminansen og reflektert belysningsstyrke er proporsjonale hvis flaten ikke er speilende. For å sikre fargesyn anbefales minimum 45 lux reflektert belysningsstyrke på gulv.

Øyet er en kontrastmåler og er en sentral parameter. Kontrast betyr ikke annet enn at noe avviker fra noe annet. I lystekniske sammenheng snakker vi om fargekontraster og luminanskontraster. Luminansen er uavhengig av farger. Derfor er luminanskontrasten en gråtonekontrast. Byggeforskriftene stiller krav til luminanskontraster. Den måles ved å ta differansen mellom de to luminansene som sammenliknes og dividere med det vi ønsker å sammenlikne med. Ønskes den i prosent multipliseres med 100. Hvis vi ønsker å finne luminanskontrasten på faremerkingen på en trappenese, tar vi differansen mellom luminansen på farefeltet og trappetrinnet ellers og dividerer med luminansen til trappetrinnet som blir vår referanse. I byggeteknisk forskrift kreves at oppmerksomhetsfelt skal ha minimum 0,4 og farefelt minimum 0,8 i luminanskontrast. Norges blindeforbund anbefaler at luminanskontrasten mellom tak og vegg og mellom vegg og gulv er minst 0,2. Hvis man klarer å se forskjell på tak, vegger og gulv, styrker dette perspektivdannelsen av rommet og bedrer balansen.

Thomas Edison fikk æren av å ha funnet opp glødelampen. Litt ufortjent kanskje, fordi han ikke var den første, men den første som oppfant noe som kunne produseres. Det lysforskerne observerte på den tiden var at jo høyere strøm man sendte gjennom glødetråden, jo varmere ble glødetråden og jo hvitere ble lyset. Når man da skulle beskrive hvitheten i lyset var det naturlig å kople dette til glødetrådens temperatur. Lite visste man da at 80 år senere kunne vi produsere lys uten høy temperatur. Likevel har man beholdt temperatur som målestokk på hvitheten i lyset. Lys som er intenst hvitt kalles kaldt lys og inneholder mye blått. Denne korreleres med høy fargetemperatur. Varmt lys har hovedvekt av rødt lys og korreleres med lav fargetemperatur. Temperaturskalaen som brukes er SI enheten i fysikk, Kelvin. En glødelampe har en fargetemperatur på ca. 2700 Kelvin, mens et dagslysrør har en fargetemperatur på 5500 Kelvin eller høyere. Skille på kaldt og varmt lys går ved ca. 4000 Kelvin i vanlige lysnivået. Dagslys har imidlertid en fargetemperatur helt opp mot 8500 Kelvin, litt avhengig av tidspunktet på dagen.

Vi tilhører en biologisk art på jorden som har fargesyn. Fargesynet vårt har tre forskjellig typer sanseceller som oppfatter farger. Disse cellene oppfatter primærfargene rødt, grønt og blått. Ved å mikse disse tre fargene, klarer synet vårt å skille mellom ufattelig mange farger. Det som er forunderlig med dette systemet er at øynene våre er i stand til å se farger som naturen fysisk sett ikke klarer å produsere som en enkelt farge med gitt bølgelengde. Naturen kan splitte fargene opp i de ulike bølgelengder slik en regnbue blir skapt, men naturen kan ikke ved hjelp av en gitt bølgelengde produsere farger som er en blanding av rødt og blått. Ingen farger som befinner seg som en kombinasjon av rødt og blått eksisterer i regnbuen eller er mulig å produsere ved hjelp av hvitt lys i en prisme.

En flates farge oppstår ved at lys blir reflektert fra flaten. Flatens optiske egenskap er slik at den absorberer noen farger og reflekterer noen. Når en flate ser blå ut, så skylles det at flaten reflekterer blått lys.  Dette betyr at det finnes blå fargepigmenter i flaten. En flate kan gjerne ha flere fargepigmenter som f.eks. lilla som er en blanding av rødt og blått. Ekte hvitt lys består av alle farger. Lyser vi på flaten vil flaten reflektere blått og rødt lys, dvs. lilla. Hvis lyset vi bestråler flaten med mangler blått lys, så vil bare rødt lys bli reflektert. Nå har det oppstått en fargeforskyvning som ikke skylles flatens fargepigmenter men mangler ved lyset vi har brukt. Kunstig lys har ofte slike mangler, og det måles med en faktor som kalles Ra. Bokstaven R står for Colour Rendering som betyr fargegjengivelse og bokstaven a står for average som betyr gjennomsnitt. Skalaen går fra 0 til 100, med 100 som best. I industrien hvor fargeoppfatning ikke er sentralt, kreves en Ra-indeks på minimum 70. I vanlige kontormiljøer hvor fargediskriminering ikke er en del av jobben, er kravet minimum 80. Når fargediskriminering er en vesentlig del av arbeidsoppgaven kreves Ra-indeks over 90. Sparepærer og de fleste led-lamper har en Ra-indeks mellom 80 og 90. Halogenlys, glødelamper, noen spesielle led-lamper og dyrere lysrør har Ra-indeks over 90.