Objetivo:

• Apresentar a Técnica de elaboração da “Luz Natural – ARTEFAKTUS”.

• Que garante, de forma significativa, a distinção dos Objetos e a fidelidade de suas Cores para o Observador e para Registros fotográficos.

• Proporciona também uma sensação de Conforto visual muito elevado.

• Solução técnica de associação de LEDs comerciais de alta durabilidade, mas com IRC>80 e com Faixas espectrais diferentes, cujo resultado da associação produz um Espectro de luz equivalente à “Luz Natural” (para o Olho humano).

• Resultando num Espectro completo de 2800 a 7500 [K] e com IRC>95.

Metodologia:

• Construção do conhecimento de forma aplicada.

• Recursos de Apresentação que facilitam o processo de compreensão dos conceitos envolvidos.

• Metodologia: “do princípio”.

A quem se destina:

• Arquitetos, decoradores, designers de interiores, maquiadores, fotógrafos, técnicos de iluminação, além de Professores ou Alunos, ou qualquer pessoa com interesse em ter uma iluminação com as mesmas características da “Luz Natural” (para o olho humano) ou que queiram apenas usufruir do conforto visual proporcionado por esta técnica, mas também ter o conhecimento das características deste tipo de iluminação especial.

Descrição do Problema:

• Durante o Projeto do “Espelho tipo Camarim”, surgiu a necessidade óbvia de fornecer uma Iluminação adequada para maquiagem.

• Sabendo que as características da “Luz Natural” atendem as exigências de reproduzir a “realidade das cores”, e como os LEDs são o estado atual da técnica para iluminação, a ação necessária foi partir para a pesquisa de LEDs comerciais que pudessem atender a esta condição.

  Para isso foi necessário entender “do princípio” todas as características tanto da “Luz natural” quanto dos LEDs.

  Este estudo já estava avançado em decorrência de um outro Projeto, o das “Luminárias de sobrepor”, em andamento já a algum tempo (2012).

  Identifiquei que não existia um LED comercial que atendesse a exigência de reprodução da “Luz natural”. Daí surgiu o estudo para determinar se havia uma combinação de LEDs comerciais que pudessem atender tal exigência.

  Assim intensifiquei as pesquisas e cheguei ao resultado desejado, cuja trajetória, de estudo e resultado, será descrita neste Artigo.

  Espero que seja útil para sua necessidade.

  Boa leitura.

Técnica de Elaboração da “Luz Natural - ARTEFAKTUS”. "Espectro Completo (2800K-6000K) com IRC elevado"

Licença: Creative Commons BY-NC-SA

• A licença deste Artigo permite que se remixem, adáptem e Criem", a partir deste Trabalho.

  Mas para fins não comerciais, desde que atribuído o devido crédito ao Autor.

  E que as novas criações, sejam licenciadas sob Têrmos Idênticos.

1    Resumo

• O objetivo deste Artigo é apresentar a “Técnica de reprodução da Luz Natural – ARTEFAKTUS” - Solução técnica de associação de LEDs comerciais de alta durabilidade, mas com IRC>80 e com Faixas espectrais diferentes (“Luz fria” e “luz Quente”), cujo resultado da associação produz um Espectro de luz compatível à “Luz Natural” (para o Olho humano), resultando num “Espectro completo de 2800 a 7500 [K] e com IRC>95”.

• A Descrição foi dividida em 3 Passos:

• PASSO 1: Apresenta as características da “Luz”, tais como:

  • Espectro Solar.

  • Curvas de sensibilidade dos Sensores fotocromáticos do Olho Humano e como a formação da ”Imagem” é dependente da “Iluminação”.

  • Índice de Reprodução de Cores - IRC.

  • Conforto Visual.

  • Temperatura de Cor.

• PASSO 2: Apresenta as características dos LEDs comerciais para Iluminação.

  • “Fluxo luminoso” - “Lumen” (lm).

  • Faixas principais de “Temperatura de Cor”:

    • “Branco Quente”: por volta de 3000 [K].

    • “Branco Frio”: por volta de 6500 [K].

    • Espectros de Luz dos LEDs (“Branco Quente” e “Branco frio”).

  • “IRC – Índice de reprodução de cores” mais comum para LEDs de alta durabilidade = IRC>80.

• PASSO 3: Descreve o processo de Solução.

  • Após a análise dos “Espectros de Luz” emitidas pelos 2 tipos de LEDs (“Branco Quente” e “Branco Frio”).

  • A conclusão foi que a associação dos 2 tipos de LEDs, na proporção de 2X1 (2 “Branco Frio” para cada “Branco Quente”), atingiu o o bjetivo esperado. A Figura 0.1 ilustra a Solução final.

2 - Processo para obter a Solução:

PASSO 1:

• Entender como os Objetos são iluminados e como percebemos sua forma e principalmente suas Cores.

• Aqui cabe uma breve recapitulação dos Conceitos escolares sobre a “Luz”:

  • O “Sol” é a principal fonte de “Luz” e emite uma faixa contínua, com várias tipos ondas, denominado de “Espectro Solar”. Uma parte delas é percebida pelos “Sensores do Olho Humano” como “Cores”.

  • A faixa de Luz, proveniente do “Sol” que podemos ver, chega para nós num “Espectro contínuo das cores”, mas suas “Intensidades - [I]” variam, inclusive durante as horas do dia.

  • A Região do “Espectro” do “Ultra violeta” (UVC, UVB e UVA) e a faixa do “Infravermelho” não são captadas pelos “Sensores do Olho Humano”.

• • As “Cores” são “Ondas eletromagnéticas” que são determinadas por seus “Comprimentos de onda [λ]”, medida dada em [nm].

  • O “Comprimento de onda” nada mais é do que o “Período” da “Onda eletromagnética” (= distância entre dois pontos de repetição da onda), por isso é uma medida de comprimento, no caso, nano metro [nm] = 10 ⁻9 metros.

  • A “Luz Azul” possui comprimento de onda menor do que a “Luz Vermelha”.

  • A Figura  ilustra todos estes conceitos.

• • O “Olho Humano” possui “Células Fotorreceptoras”, presentes na “Retina”,que captam a “Luz recebida” e convertem em informação para o “Cérebro”.

  • Estas “Células Fotorreceptoras” do “Olho Humano” são denominadas de: “Bastonetes” e “Cones”.

  • Os “Bastonetes” estão presentes em muito maior número que os “Cones” e possuem maior Sensibilidade para informar a Intensidade da Luz presente, mesmo que muito fraca, propiciando a chamada “Visão Noturna”. Fornecendo uma “Visão monocromática”.

  • Já os “Cones” são de 3 tipos, cada um com capacidade para captar as Cores dentro de uma faixa específica de Luz:

    • Azul.

    • Verde.

    • Vermelho.

• • A Figura mostra as “Curvas de Sensibilidade” dos 3 tipos de “Cones” e dos Bastonetes, em relação às “Cores” do “Espectro de luz”.

• • O que chamamos de “Cor” é o resultado de uma interação entre três elementos: uma “Fonte de luz”, um “Objeto” e um “Observador”.

  • A “Luz” é o estímulo que nos permite ver as “Cores”. Quando a luz atinge um “Objeto”, alguns de seus “Comprimentos de onda” são absorvidos pelo “Objeto” enquanto outros são refletidos.

  • Os componentes refletidos chegam aos “Fotosensores do Olho”, presentes em sua “Retina”. As informações dos “Fotosensores” são interpretadas pelo Cérebro como uma “Imagem”.

• • Assim, podemos concluir:

    • SE A “FONTE DE LUZ” NÃO CONTÉM TODOS OS TIPOS DE “CORES” QUE O “OBJETO” PODE REFLETIR, ENTÃO A “IMAGEM” OBTIDA NÃO SERÁ FIEL.

• Sobre o Conforto Visual

• Estudos consideram que, o “bem-estar” físico e emocional do ser humano é influenciado por fatores como o som, o aroma, as texturas e formas, além da Luz e da Cor. E que tais elementos possuem impacto considerável nas condições físicas e psicológicas humanas.

• Estes estudos, também afirmam que, Sensações de “Conforto Visual” são dependentes da relação entre a “Intensidade da Luz” e das “Cores”, seguindo um Padrão presente na “Natureza”. Exemplo:

  • Com o “Crepúsculo”, a “Luz do Sol” possui a predominância de componentes de “Cores”, entre Vermelho e Amarelo e que passam a sensação mais “Quente”, possuindo Intensidade” menor. Resultando em uma sensação mais aconchegante e relaxante.

• • O Gráfico da Figura, mostra o Espectro de Luz do Crepúsculo, onde há a predominância do Vermelho e Amarelo.

• • Já no meio do Dia, a “Luz do Sol” possui a predominância de componentes de “Cores”, entre Branco (soma de todas as cores) e Azul, que passam a sensação mais “Fria” e possuem “Intensidade” maior. Resultando em uma sensação mais estimulante.

• • O Gráfico da Figura, mostra o Espectro de Luz do Meio dia, onde há a predominância do Azul e Branco.

• • Assim podemos garantir o “Conforto visual” seguindo as seguintes regras:

  • Quanto maior for a predominância das “Cores Quentes”, menor deve ser sua “Intensidade”.

  • Quanto maior for a predominância das “Cores Frias”, maior pode ser sua “Intensidade”.

  • A Figura  mostra o Gráfico contendo estas condições.

• Sobre o “Ofuscamento”:

  • Trata-se da Sensação Visual desconfortável produzida pela Intensidade excessiva da reflexão da Fonte de Luz sobre um ou mais “Objetos”, dentro do campo de visão.

  • Esta reflexão ultrapassa a capacidade de absorção dos “foto sensores” do “Olho Humano”.

  • Pode impedir, parcialmente ou totalmente, que haja a formação da imagem do(s) “Objeto(s)” na “Retina”.

  • Nos nossos Artefatos são utilizados os “Difusores” para garantir a distribuição correta da Luz, impedindo o “ofuscamento”.

• Leitura complementar:

  A distribuição uniforme da luz é tão importante quanto o “Espectro da Luz” para o “Conforto visual”. Para entender como desenvolvo os “Difusores” que eliminam pontos de luz e produzem uma iluminação homogênea — incluindo a “Ferramenta” que criei para dobrar Acrílico — consulte o Artigo:
  "Difusores de luz uniforme para a Técnica “Luz Natural - Artefaktus".

Definição de “Temperatura de Cor”:

Define a Sensação visual da luz emitida por uma fonte luminosa.

• Quanto mais “Quente” for a predominância de “Cor” da “Luz”, menor o valor dado para sua “Temperatura de Cor”.

• Quanto mais “Fria” for a predominância de “Cor” da “Luz”, maior o valor dado para sua “Temperatura de Cor”.

A unidade de medida da temperatura de cor é o Kelvin (K).

Os termos “Quente” ou “Fria”, não se referem ao calor físico da fonte luminosa e sim a sensação passada por sua predominância de “Cor”, definida como “impressão cromática”.

Sobre o parâmetro: “IRC – Índice de Reprodução de Cores”

• Também chamado de “Índice de Rendimento Cromático”, foi criado, com o intuito de classificar as fontes luminosas por sua capacidade de reproduzir com fidelidade as cores quando comparadas com a “Luz natural”.

• Esse índice é medido numa escala de zero a cem, quanto mais próximo o IRC for ao número 100 (Luz solar), mais fielmente as cores serão reproduzidas.

O Quadro da “Figura” apresenta uma Visão Geral dos Conceitos estudados e visa reforçar o entendimento destes Conceitos, além de mostrar como se relacionam.

Agumas considerações:

• O “Espectro de Luz” produzido pela “Lâmpada fluorescente” não é “contínuo” como o do “Sol”. Isto é, faltam elementos de “Cor” para iluminar o “Objeto”, o que decorre em uma reprodução não fiel das “Cores” para o “Olho humano” = “Índice de reprodução de cores (IRC)” baixo (IRC<60).

• No caso da “Lâmpada Fluorescente” do tipo “Luz Quente”:

  • Seu “Espectro” possui as “Intensidades” das “Cores” Vermelha e Amarela maiores do que as da Azul = predominância da “Temperatura de Cor” na faixa de 2700 a 3000 [K].

• Já no caso da “Lâmpada Fluorescente” do tipo “Luz Fria”:

  • Seu “Espectro” possui as “Intensidades” da “Cor” Azul maiores do que as da Vermelha e Amarela = predominância da “Temperatura de Cor” na faixa de 5000 a 6500 [K].

PASSO 2  - Estudar as Características dos LEDs Industriais para Iluminação.

Sobre os LEDs:

• LEDs (Diodos Emissores de Luz) são componentes eletrônicos que convertem energia elétrica em Energia Luminosa (Luz), através um fenômeno físico conhecido como eletroluminescência.

• A Energia Luminosa total emitida por uma “Fonte de Luz” é denominada de “Fluxo luminoso” e sua Unidade é o “Lumen” (lm) e o Símbolo utilizado para esta Unidade é o Ø.

• LEDs para Sinalização:

  • Aqueles que a maioria dos Aparelhos eletrônicos usam para indicar algum estado do Sistema (Ligado/Desligado, por exemplo).

  • São feitos em várias cores e são de baixa “Potência elétrica” e baixa capacidade de “Emissão de Luz”, suficientes para seu destino de aplicação.

• LEDs para Iluminação:

• São nosso foco nesta Artigo.

• Podem ficar ligados indefinidamente, sendo projetados para uma “Vida útil” muito longa (> 45000 horas – dependendo do tipo).

• Existem vários tamanhos e tipos, de acordo com a “Potência elétrica” e “Quantidade e Tipo de Luz” que podem emitir.

• Vamos tratar apenas dos parâmetros relativos a sua parte de emissão de Luz, os parâmetros elétricos não estão no escopo deste Artigo.

• Existem, basicamente, 2 tipos de LEDs comerciais: LEDs para Sinalização e LEDs para Iluminação.

• A maioria dos “LEDs comerciais para Iluminação, com durabilidade muito alta” possuem IRC>80, mas também há os com IRC>90, com potência luminosa elevada, mas com custo muito alto e de menor durabilidade.

  • Assim, foram considerados somente os tipos de LEDs com IRC>80, que já são classificados como “Muito bons” para a maioria das Aplicações, além da oferta comercial ampla e de oferecerem uma boa relação custo-benefício.

  • O objetivo do Trabalho foi combinar LEDs com IRC>80 para se chegar a IRC>95, pelo menos.

• Os “LEDs comerciais para Iluminação” são oferecidos em várias faixas de “Temperatura de Cor”, sendo as principais:

  • “Branco Quente”: por volta de 3000 [K].

  • “Branco Frio”: por volta de 6500 [K].

• A Figura  a seguir mostra o “Espectro padrão” dos “LEDs comerciais para iluminação” do tipo “Branco Quente” (3000[K]).

• Nota-se que, diferente das “Lâmpadas Fluorescentes”, seu “Espectro” é contínuo e com a predominância dos componentes de Luz do Amarelo e Vermelho.

  • Por isso o IRC é maior (>80) por estar mais próximo da “Luz Natural”, mas com a deficiência das Intensidades dos componentes do Azul serem muito baixas.

• A Figura  a seguir mostra o “Espectro padrão” dos “LEDs comerciais para iluminação” do tipo “Branco Frio” (6500[K]).

• Também com Espectro” contínuo, mas com a predominância dos componentes de Luz do Azul.

  • Por isso o IRC é maior (>80), por estar mais próximo da “Luz Natural”, mas com a deficiência das Amplitudes próximas ao Amarelo e Vermelho.

PASSO 3 - Solução

Objetivo:

• A partir dos LEDs com IRC>80 (dos tipos “Branco Frio” e “Branco Quente”), alcançar uma combinação que resulte num “Espectro” muito próximo ao da “Luz Natural”, atingindo um IRC>95.

Descrição do Método de Solução adotado:

A partir da análise preliminar dos “Espectros”, pude verificar que:

1. Tanto o “Espectro do Branco Quente” quanto o “Espectro do Branco Frio”, não possuem componentes necessários no final da “Faixa do Verde”.

2. A “Faixa do Azul” no “Espectro do Branco Quente” é bastante baixa, quando comparada com sua “Faixa Amarelo+Vermelho”.

3. No “Espectro do Branco Frio”, as energias das duas Faixas são mais equilibradas.

Com relação aos pontos 2 e 3 da “Análise preliminar”:

• Uma associação dos dois tipos de LEDs na proporção de 1 para 1 fica descartada, pois resultaria numa “Faixa do Amarelo+Vermelho” com muito mais energia do que a “Faixa do Azul”, diferente do “Espectro da Luz Natural”, que é equilibrada.

Com relação ao ponto 1 da “Análise preliminar”.

• Este parece ser um impedimento incontornável, já que faltam componentes da “Faixa final do Verde”, nos dois tipos de LEDs.

• No entanto, sobrepondo as “Curvas de sensibilidade” dos “Sensores fotocromáticos” do “Olho Humano”, vemos que esta “Faixa final do Verde”, praticamente não é percebida, o que viabiliza a Solução.

• Assim, o Objetivo, agora, ficou resumido em encontrar a proporção de associação entre os dois tipos de LEDs:

• Dada que a “Faixa do Azul” é mais deficiente em relação ao “Faixa do Amarelo+Vermelho”, a proporção de:

• 2 “LEDs de Luz Fria” para 1 “LED de Luz Quente”, permitiu alcançar o Objetivo almejado.

• A Figura a seguir, ilustra o Resultado.

Assim basta replicar esta proporção, até atingir a quantidade de Lumens deseja em cada Projeto.

3 - Conclusão:

• A “Técnica de elaboração da Luz Natural – ARTEFAKTUS”, que consiste na associação de LEDs comerciais de alta durabilidade, mas com IRC>80 e com Faixas espectrais diferentes, para produção um Espectro de luz compatível à “Luz Natural” (para o Olho humano), apresentou o resultado esperado na sua plenitude.

• O Objetivo de conseguir um “Espectro completo” de 2800 a 7500 [K] foi alcançado e os gráficos do “Espectro resultante” atestam o IRC>95.

• Esta Técnica começou a ser desenvolvida por mim em 2012 e continua sendo aprimorada e verificada até hoje. Sendo utilizada em todos os Artefatos que produzo, tanto nas Luminárias, quanto nos Abajures e Espelhos tipo Camarim.

• Todos os Clientes, ao longo destes anos, atestaram a qualidade da “Luz Natural – ARTEFAKTUS”, para obtenção do máximo “Conforto visual” e fidelidade das Cores sob este tipo e Iluminação.

• No momento, estou trabalhando na elaboração de “Iluminadores fotográficos” com esta mesma Técnica, cujos Testes em campo, através de amigos fotógrafos já se mostraram totalmente aprovados. Resta ajustar os procedimentos de produção para permitir o lançamento de mais um Artefato para o Portfólio da ARTEFAKTUS.

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