多媒體教室光環(huán)境研究

1、多媒體教室光環(huán)境研究1摘要本文主要探究高校多媒體教室中最適投影幕布亮度與環(huán)境光照度的關(guān)系。通過該探究來總結(jié)二者之間的變化規(guī)律,從而得出多媒體教室中有利于投影幕布觀看的環(huán)境光的條件并指導(dǎo)投影機(jī)的選購。關(guān)鍵詞多媒體教室;投影幕布亮度;環(huán)境光照度一、前言(一研究背景近年來,隨著信息通信理論的日益完善以及教育裝備的不斷發(fā)展,多媒體教室以其特有的優(yōu)勢(shì)在學(xué)校教學(xué)中的運(yùn)用越來越普遍。多媒體教室中的視覺識(shí)別對(duì)象有投影幕布、黑板、書本等,在高校教學(xué)中最主要視覺識(shí)別對(duì)象是投影幕布,因而我們將目光聚焦到投影系統(tǒng)。一方面,對(duì)于視覺識(shí)別主體來說,亮度是觀看投影幕布的一個(gè)重要的指標(biāo),過高或者過低都會(huì)影響觀看,如何確定特定

2、的環(huán)境光下投影儀的亮度呢?另一方面,由于投影機(jī)的價(jià)格昂貴,燈泡壽命有限,使用的頻率高,設(shè)備老化故障率高等往往導(dǎo)致其維護(hù)成本高且難以控制,如何確定投影機(jī)的最適亮度以延長投影機(jī)燈泡的使用壽命至關(guān)重要;基于這兩點(diǎn)的考慮,我們將研究的主題定為探究多媒體教室中投影幕布最適照度與環(huán)境光照度的關(guān)系。(二研究目的本文主要探究高校多媒體教室中最適投影幕布亮度與環(huán)境光照度的關(guān)系,通過該探究來總結(jié)二者之間的變化規(guī)律,從而得出多媒體教室中有利于投影幕布觀看的環(huán)境光的條件并指導(dǎo)投影儀的選購。在這里我們澄清兩個(gè)物理概念:亮度與照度。這是兩個(gè)既關(guān)聯(lián)又不同的物理量,亮度指的是人在看到光源時(shí),眼睛感覺到的光的亮度,亮度高低決定

3、于光源的色溫高低和光源的光通量,光源的光通量越多,亮度就越高。照度是指光源照射在周圍空間或者地面上,單位被照射面積上的光通量,單位被照射面積上的光通量越高,照度就越高。由此可以得出結(jié)論:影響光源亮度和照度高低的物理量是共同的,即光通量。雖然影響的值在數(shù)量關(guān)系上不相等,但大體的趨勢(shì)是一致的。而且在實(shí)際的照明應(yīng)用設(shè)計(jì)中,主要評(píng)估照度這個(gè)物理量數(shù)值。在此次研究中,我們用在投影幕布前0.5m測(cè)得的投影幕布照度值來近似表征投影幕布的亮度。根據(jù)2004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50034-2004:多媒體教室的照度標(biāo)準(zhǔn)為300Lux,而普查照度多在200-300Lux之間,所以本探究在環(huán)境光照度不超過300L

4、ux的情況下進(jìn)行。二、實(shí)驗(yàn)方案(一研究目標(biāo)探究多媒體教室內(nèi)最適投影幕布亮度與環(huán)境光照度的關(guān)系(二研究對(duì)象本實(shí)驗(yàn)以首都師范大學(xué)校本部第四教學(xué)樓矩形平面、北向側(cè)窗采光教室為研究對(duì)象。其中,教室長9.34m、寬5.26m,座位數(shù)為50,北向有3個(gè)寬2.5m 、高1.8m的外窗。教室內(nèi)有4排燈,每排2盞燈,每盞燈由3條燈管構(gòu)成。每排2盞燈為串聯(lián),4排燈光并聯(lián),分別由教室后方的4個(gè)開關(guān)控制。教室配置黑板及多媒體設(shè)備,其中投影儀型號(hào)為愛普生EMP-6010,亮度3000流明,分辨率1600x1200,對(duì)比度600:1,白色(三實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.器材說明(1CEM華盛昌LDM-40/70激光測(cè)距儀(測(cè)量范圍:0.

5、05-70m、測(cè)量精度:±1.5mm、最大輸出功率<1kW,用于測(cè)量教室的長和寬、窗戶的寬和高、投影幕布的尺寸。(2CEM華盛昌DT-139照度計(jì)(量程:400Klux、測(cè)量精度:±5%,用于測(cè)量環(huán)境光照度以及最適投影幕布的照度。(350W 大功率LED投光燈-BRT-TGD-F50L-285(光通量:4600-5000(LM,用于改變教室內(nèi)的環(huán)境光的照度。2.視覺識(shí)別對(duì)象設(shè)計(jì)用Microsoft PowerPoint制作文本文件,其中文本字體為宋體,字的大小為26號(hào),每楨字?jǐn)?shù)為80字,該文本通過投影機(jī)投影于白色幕布,文本的版式為白色背景黑色字體。3.場(chǎng)景設(shè)計(jì)為排除空

6、間散射光的干擾,本實(shí)驗(yàn)在晚上進(jìn)行,并且教室內(nèi)窗簾全部拉上遮擋屏蔽外界環(huán)境光。我們用多間多媒體教室反復(fù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),利用教室內(nèi)原有的四排燈光和一個(gè)功率為50W的LED投光燈的打開和熄滅創(chuàng)設(shè)6種照度逐漸增加的光環(huán)境。具體情況為:照度教室內(nèi)所有燈熄滅,此時(shí)教室內(nèi)的環(huán)境光照度為0;照度第1排燈亮,其余燈光均熄滅;照度第1、2排燈亮,其余燈光均熄滅;照度第1、2、3排燈亮,其余燈光均熄滅;照度第1、2、3、4排燈亮,其余燈光均熄滅;照度第1、2、3、4排燈全亮,投光燈亮。這6種條件下環(huán)境光的照度情況如表1所示。表1 教室不同環(huán)境條件下對(duì)應(yīng)的環(huán)境光照度教室環(huán)境條件環(huán)境光照度(Lux教室內(nèi)所有燈熄滅0第1排燈

7、亮,其余燈光均熄滅120第1、2排燈亮,其余燈光均熄滅160第1、2、3排燈亮,其余燈光均熄滅170第1、2、3、4排燈亮,其余燈光均熄滅180第1、2、3、4排燈全亮,投光燈亮2204.實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)計(jì)(1從首都師范大學(xué)在校生中隨機(jī)抽取14名大學(xué)生作為視覺識(shí)別主體(裸眼視力或者矯正視力大于等于5.0。(2視覺識(shí)別主體坐在教室內(nèi)距離投影幕布3m處,在上述6中不同的環(huán)境光下,實(shí)驗(yàn)操作人員調(diào)節(jié)投影機(jī)的亮度(亮度級(jí)別在-2424范圍內(nèi)離散變化,將投影儀的亮度級(jí)別從最低級(jí)別調(diào)節(jié)至最高級(jí)別,每一個(gè)級(jí)別停留2秒,視覺識(shí)別主體根據(jù)主觀的感覺選擇一個(gè)觀看投影幕布上的文字的最舒適的亮度,其中視覺識(shí)別對(duì)象須參照表2中

8、的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)投影幕布的亮度是否舒適進(jìn)行判斷,其中最適舒適標(biāo)準(zhǔn)為等級(jí)5,即“能看清楚,且很舒適”。表2 視覺類教育裝備文字展示效能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)展示效能5 能看清楚,且很舒適非常好4 能看清楚,但感覺密好3 基本清楚,但不舒適一般2 識(shí)別有障礙,需要長時(shí)間地分辨差1 根本看不清楚,不能識(shí)別文字非常差(3由實(shí)驗(yàn)操作人員站在距離投影幕布0.5m的位置測(cè)量投影幕布表面的垂直照度,記錄該值以及此時(shí)投影機(jī)的亮度級(jí)別,填寫在表3中。表3 六種不同的環(huán)境光下投影幕布的最適亮度級(jí)別統(tǒng)計(jì)表照度照度照度照度照度照度最適投影亮度(級(jí)投影幕布亮度(Lux(314名視覺識(shí)別主體依次完成以上的實(shí)驗(yàn),最后由實(shí)驗(yàn)操作人

9、員將每一種光環(huán)境下投影機(jī)的最適亮度級(jí)別以及投影幕布最適照度累加、取平均值,記錄下來,結(jié)果如表4所示。(4根據(jù)表4繪制出最適投影幕布照度與環(huán)境光照度統(tǒng)計(jì)圖,并根據(jù)該圖分析探究規(guī)律。5.關(guān)鍵問題(1在多媒體教室中創(chuàng)造出幾種照度不同的光環(huán)境。此過程應(yīng)注意排除室外環(huán)境光的干擾,而且盡量使教室內(nèi)的光照均勻。(2實(shí)驗(yàn)操作人員調(diào)節(jié)投影機(jī)亮度級(jí)別的過程可以反復(fù)進(jìn)行,直到達(dá)到視覺識(shí)別主體所認(rèn)為的最舒適投影幕布亮度。三、實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)與分析六種不同的環(huán)境光下環(huán)境光照度與投影幕布的最適照度測(cè)量結(jié)果如下表:表4 不同環(huán)境光下環(huán)境光照度與投影幕布的最適照度測(cè)量統(tǒng)計(jì)表舒適投影亮度平均值(級(jí)環(huán)境光照度 (Lux 投影幕布最適

10、照度(Lux 照度 -7.21 052.88 照度 1.00 120 186.24 照度 0.57 160 223.20 照度 5.07 170 227.20 照度 1.93 180 237.40 照度5.29220283.57為了更好地反應(yīng)數(shù)據(jù)間的變化規(guī)律,我們將上述的表格繪制成如下統(tǒng)計(jì)圖:圖1 六種不同的環(huán)境光下環(huán)境光照度與投影幕布的最適照度折線統(tǒng)計(jì)圖投影幕布最適照度與環(huán)境光照度的關(guān)系可以表示為下圖: 環(huán)境光照度(Lux 最適投影幕布亮度(Lux 圖2 最適投影幕布亮度與環(huán)境光照度的關(guān)系散點(diǎn)圖由以上兩個(gè)圖我們分析如下:由圖1可以看出,在教室內(nèi)光照強(qiáng)度依次為0Lux、120Lux、160Lu

11、x、170Lux、180Lux、220Lux時(shí),室內(nèi)光照水平逐漸升高。而且隨著環(huán)境光的照度的增加,最適投影幕布的照度也逐漸增加。由圖2可以看出,由環(huán)境光照度與投影幕布最適照度共同確定的點(diǎn)大致分布在一條直線附近,并且點(diǎn)從圖的左下角分布至右上角,所以最適投影幕布的照度與環(huán)境光的照度正相關(guān),由于影響光源亮度和照度高低的物理量是共同的,所以投影機(jī)的最適亮度與環(huán)境光的照度也是正相關(guān)的。圖1中的2條折線可以比較明顯地看到3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),這3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)將折線分為4小段,每一小段的上下2條線段大致平行,也就是說在不同的環(huán)境光的照度范圍內(nèi),投影幕布亮度與環(huán)境光的照度之差大致上是一定的。我們將14名測(cè)試者分別在上述6種

12、環(huán)境光照度下所測(cè)得的投影幕布最適照度與環(huán)境光的照度之差計(jì)算出來,用軟件spss統(tǒng)計(jì)并分析得出結(jié)果如圖3所示: 圖3 投影幕布最適照度與環(huán)境光照度差值直方圖由圖3可以觀察出,所有的差值大致上是呈正態(tài)分布的,且平均值約為60Lux,也就是說,當(dāng)投影幕布照度高于環(huán)境光照度60Lux時(shí),能達(dá)到觀看投影幕布的最舒適的效果。在平均差值60Lux正負(fù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的范圍,即41.2Lux78.8Lux之間調(diào)整投影幕布與環(huán)境光的差值時(shí),我們能獲得觀看投影幕布的較舒適的效果。為了探尋以上規(guī)律的指導(dǎo)意義,我們對(duì)同一品牌的投影儀的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)研,得出在投影儀分辨率、投影屏幕比例相同的情況下,投影儀的價(jià)格與其亮度的關(guān)

13、系如圖4所示:觀察圖 4 我們可以得出在其他條件一定的情況下，投影機(jī)的價(jià)格與亮度基本上是正相關(guān)的， 即投影機(jī)的亮度越高，其價(jià)格也就越高。 四、結(jié)論 （1）由于在一定范圍內(nèi)，多媒體教室內(nèi)最適投影幕布的亮度隨著環(huán)境光照度的升高而升高， 當(dāng)室內(nèi)環(huán)境光的照度水平較低時(shí)，我們可以在不影響學(xué)生觀看課本和黑板的情況下適當(dāng)?shù)貙?投影儀的亮度調(diào)低；當(dāng)教室內(nèi)的照度較強(qiáng)時(shí)，為了獲得較好的投影幕布觀看舒適度，我們可 以適當(dāng)?shù)貙⑼队皟x的亮度調(diào)高。 當(dāng)投影幕布的照度與環(huán)境光的照度之差在 41.2Lux78.8Lux 之間時(shí)可以獲得觀看投影幕布的最適照度。 （2） 學(xué)校在采購?fù)队皺C(jī)時(shí)， 應(yīng)根據(jù)多媒體教室投影幕布最適照度與環(huán)

14、境光照度的差值的分布 情況確定比較舒適的投影儀的亮度范圍，最后根據(jù)投影機(jī)的價(jià)格與投影機(jī)亮度的關(guān)系來確定 所需購買的投影機(jī)的價(jià)格范圍。這樣既可以避免投影儀亮度指標(biāo)過高而造成的浪費(fèi)，也可以 避免投影儀亮度指標(biāo)過低而影響使用。 （3）投影機(jī)的設(shè)計(jì)可以向更加智能化、人性化的方向發(fā)展：在投影機(jī)上設(shè)計(jì)一個(gè)感應(yīng)器，用 于感應(yīng)教室內(nèi)的環(huán)境光，然后投影機(jī)根據(jù)所感應(yīng)到的環(huán)境光照度值以及上述的最適投影幕布 照度與環(huán)境光照度的差值范圍自動(dòng)調(diào)節(jié)投影燈泡亮度，從而給視覺識(shí)別主體創(chuàng)造一個(gè)較為舒 適的投影幕布亮度。 五、研究局限 1.白天多媒體教室內(nèi)環(huán)境光照度過強(qiáng)且難以控制，實(shí)驗(yàn)只能在晚上進(jìn)行，而晚上多媒體教室 環(huán)境光照度一

15、般低于標(biāo)準(zhǔn)值 300Lux。 2.投影儀的實(shí)際亮度難以量化， 因而不能直接得出在不同環(huán)境光照度下投影幕布的實(shí)際亮度。 參考文獻(xiàn) 1 GB50034-2004,建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)S2004 3胡又農(nóng)，趙錦紅，視覺類教育裝備效能指標(biāo)的探討J 中國教育裝備，2012（6） 4高帥，教室光環(huán)境研究綜述N 照明工程學(xué)報(bào)，2013（10） 5段海濤，王敬，王鳳展，胡東風(fēng)，盤湘龍，高等學(xué)校多媒體教室投影機(jī)有效亮度的研究A 2012（8） The Research on Light Environment of Multimedia Classroom Liu Lian Educational Technology Capital Normal University, Beijing, China 100048 Abstract The aim of this research project is Exploring the relationship between the comfortable brightness of Projection screen and ambient light in multimedia classroom. Through this research ,we can gain the changing law between