La visione umana dipende dalla luce. La luce si riflette dalle superfici negli occhi, passando attraverso la cornea e la pupilla per formare un’immagine sulla retina. L’occhio è sensibile a una gamma molto ampia di intensità della luce, ma a bassi livelli perde la capacità di discernere i dettagli. Ecco perché i lavori di precisione come la chirurgia, la misurazione o l’assemblaggio sono fatti meglio sotto una luce brillante. Lavorare in condizioni di scarsa illuminazione provoca stanchezza ed errori. Gli incidenti industriali sono più comuni quando i livelli di luce sono bassi. Inoltre, una buona illuminazione determina il modo in cui le persone possono osservare uno spettacolo e scattare fotografie di qualità. Per aiutare a capire la misurazione dell’intensità della luce, questo libro bianco di OMEGA Engineering affronta:
- Che cos’è la luce?
- Come si misura la luce?
- Situazioni che richiedono la misurazione della luce
- Tecnologia di misurazione della luce
- Apparecchiature di misurazione della luce
Cos’è la luce?
La luce è una forma di energia elettromagnetica che viaggia nello spazio come un’onda. Come le microonde e i raggi X, queste onde hanno una lunghezza d’onda e una frequenza. La differenza è che gli esseri umani possiedono recettori in grado di percepire l’energia con lunghezze d’onda tra 400 e 700 nm e trasformarla in immagini.
Le singole lunghezze d’onda corrispondono a colori distinti. La luce con una lunghezza d’onda di circa 420 nm viene percepita come blu, 525 nm come verde e 635 nm come rosso. Le lunghezze d’onda più lunghe sono chiamate infrarossi (che vengono percepite come calore) e le onde più corte sono gli ultravioletti e poi i raggi X.
Le fonti di luce basate sul calore (fonti “incandescenti”) irradiano energia elettromagnetica su tutte le lunghezze d’onda, ecco perché appaiono bianche. L’effettiva distribuzione delle lunghezze d’onda all’interno di quella luce dipende dalla temperatura della sorgente. Le luci fluorescenti appaiono bianche solo come risultato della fluorescenza da un rivestimento sul vetro o sul tubo e i LED emettono luce solo ad una specifica lunghezza d’onda.
Come si misura la luce?
Una sorgente luminosa, come il filamento di una lampadina a incandescenza, emette luce in tutte le direzioni. In effetti, si trova al centro di una sfera di luce irradiata (ecco perché le unità di luce fanno riferimento allo steradiante). L’energia totale di tutta la luce emessa è chiamata “flusso luminoso”.
L’unità fondamentale della luce è la candela, nominalmente la luce emessa da una candela, o più precisamente, “una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza 540 x 1012 hertz e che ha un’intensità radiante in quella direzione di 1/683 watt per steradiante.”
Una candela per steradiante è chiamata lumen, che è la misura dell’intensità della luce con cui la gente ha più familiarità. Tuttavia, ciò che conta di più in termini di misurazione dell’intensità della luce è il numero di lumen che cadono su una superficie, che viene espresso come lux. Quindi un lux è un lumen per metro quadrato, questo mette in relazione la luminosità con la distanza dalla fonte. (Negli Stati Uniti è comune esprimere l’intensità della luce in unità di piedi-candela. Una foot-candle è equivalente a un lumen per piede quadrato).
Riassumendo, mentre la potenza della luce è espressa in lumen, l’intensità della luce è misurata in termini di lumen per metro quadrato o lux.
Situazioni che necessitano della misurazione della luce
Studio fotografico Le ragioni principali per misurare l’intensità della luce sono quelle di assicurare che gli standard minimi di illuminazione siano rispettati e di determinare i tempi di esposizione appropriati in fotografia e cinematografia. Di seguito sono riportate quattro situazioni che si incontrano comunemente.
1. Ergonomia e sicurezza
I livelli minimi di illuminazione sono raccomandati per molti ambienti. Mentre alcuni, come l’edilizia e i cantieri navali, hanno requisiti OSHA molto specifici, per le applicazioni industriali generali OSHA fa riferimento allo standard ANSI/IESNA RP-7-2001, “Practice for Industrial Lighting”. Questo definisce l’intensità minima richiesta per eseguire in modo sicuro e preciso una serie di compiti.
In alcune organizzazioni l’intensità della luce viene misurata solo in modo reattivo, in genere dopo una caduta o un altro incidente. Un approccio più prudente è quello di eseguire un’indagine sull’illuminazione, documentando i livelli di luce in tutto il luogo di lavoro. Se si trovano aree al di sotto dei livelli minimi accettabili, si può attuare un piano di miglioramento.
2. Fotografia e cinematografia
L’intensità della luce è alla base della fotografia. La scarsa luce costringe un fotografo ad aumentare il tempo di esposizione o ad aprire il diaframma dell’obiettivo, e a volte entrambi. Anche se molte fotocamere moderne hanno la misurazione della luce incorporata, è ancora vantaggioso conoscere i livelli di luce intorno al soggetto, specialmente per la fotografia in studio o di ritratto.
Conoscere i livelli di luce aiuta anche a garantire la riproducibilità di uno scatto, qualcosa di preoccupante nella cinematografia. Misurando i livelli di luce, un cameraman può produrre risultati coerenti, garantendo la continuità.
3. Monitoraggio del tempo
Mentre molti misuratori di luce sono configurati per la luce a incandescenza, sono ancora utili per fornire confronti all’aperto. Un misuratore potrebbe per esempio produrre record che mostrano la differenza di intensità tra il solstizio d’estate e quello d’inverno. La mappatura delle intensità di luce in un’area designata per i pannelli solari potrebbe aiutare a determinare la posizione ottimale per ogni pannello. Coloro che si occupano di agricoltura potrebbero beneficiare dell’identificazione delle aree di minore intensità luminosa all’interno di una serra.
4. Scenografie teatrali e design degli interni
Le differenze di intensità della luce sono un modo efficace di dirigere l’attenzione del pubblico. Uno scenografo può volere un particolare oggetto di scena o un attore messo in ombra per una scena e messo in risalto per quella successiva. Allo stesso modo, un designer d’interni userà le differenze d’intensità per creare un aspetto particolare. Stabilire i livelli di luce aiuta anche a garantire la riproducibilità di un particolare look and feel, oltre a confermare che c’è abbastanza luce perché il pubblico possa vedere le caratteristiche degli attori.
Tecnologia di misurazione della luce
La luce cade su un sensore dove l’energia dei fotoni viene convertita in carica elettrica. Più luce colpisce la superficie, più carica si accumula. In termini generali le due cose sono correlate. Una calibrazione nell’elettronica di misura converte la corrente o la tensione in un valore di lux.
Complicando le cose, l’occhio umano non è ugualmente sensibile a tutte le lunghezze d’onda della luce e ha una maggiore sensibilità al verde. Quindi, se intensità uguali di luce blu e luce verde cadono su un contatore, mentre il valore lux grezzo potrebbe essere lo stesso, l’osservatore umano percepirebbe più luce verde. Per risolvere questo problema, i luxmetri sono configurati per aspettarsi una luce con la distribuzione spettrale dell’illuminazione domestica a filamento di tungsteno. Questo è definito come illuminante standard CIE A e regola la misurazione dell’intensità grezza per correlarla meglio con la percezione umana della luminosità. L’illuminante standard CIE A è raccomandato per l’uso in tutte le applicazioni che coinvolgono l’uso di illuminazione a incandescenza.
Misuratori della luce
Ambiente di lavoro interno I misuratori ambientali palmari per RPM e misurazione della luce sono progettati come strumenti palmari facili da usare per misurare l’intensità luminosa. Basati sull’illuminante standard CIE A, queste unità sono ideali per l’uso in aree di illuminazione a incandescenza, e forniranno una lettura sotto illuminazione fluorescente con un piccolo errore con un campo di misura da 1 a 200.000 lux (da 0 a 18.580 foot candle).
Questi strumenti sono ideali per chiunque abbia bisogno di verificare i livelli di luce in ambienti di lavoro interni, per la fotografia, la scenografia teatrale, l’interior design e la cinematografia. Può essere usato all’aperto dove i valori comparativi o i rapporti sono sufficienti, ma non si deve fare affidamento su valori di intensità accurati a causa della sua calibrazione CIE.