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照明常识及进阶

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电梯直达

楼主

菠萝兔 发表于 2018-5-27 09:16:48 |只看该作者 |倒序浏览

本帖最后由菠萝兔于 2018-5-28 09:24 编辑

本文又是从网上“挽救”回来的一篇巨著，对于深入了解水草缸的照明有一定的指导意义。
因为内容过多，分几个楼层来介绍。

作者：无眠
特此感谢

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沙发

菠萝兔 发表于 2018-5-28 09:25:30 |只看该作者

一、光的本质

光的本质是什么？这是目前的科学还不能圆满回答的问题。

光学是物理学中最为经典的一门学科，也是最为基础的学科之一，但是人类科学发展到今天就是这个样子，越是基础的东西越说不清楚。在我们的物理课本中，光是一种说不清是什么东西的“东西”。

光是一种波，具有和波一样的频率、幅度、衍射、反射、折射等特性，但是却不需要波传输所需要的“介质”。

我们知道，波在传输过程中，其传播介质实际上在纵向方向运动速度以及距离并不大，基本上是在原地“来回摆动”，而光在传播过程中是找不到这样的介质的。光是一种粒子，有人称之为“光子”所以可以不需要任何介质在空间中传播，但是迄今为止，没有人真正发现“光子”，谁也不知道每个“光子”的质量、能量；于是，物理学中就有了“糊弄人”的“波粒二象性”一说，光即是粒子也是波（有些特性像粒子，有些特性像波，基本上等于废话），或者既不是粒子也不是波，是一种无法分类的东西（或者不是东西~~）。

光速是目前人类所能发现的最快的速度，大约每秒钟能跑30W公里，在不同的传输介质中，光速会有点不同，其中在真空中最快，这情形看，光似乎应该是一种粒子（物质），会受到介质的“阻力”而减速。

也有一种说法，认为光还是一种波，只不过其传输的介质是我们人类目前所无法探测的东西，那东西叫做“以太”。所谓“以太”，大致和乌托邦、虚空之类的词汇有着相近的概念，总之你不知道那东西是什么东西就是了。

有人说，我们人类的现代科学实际上是一种某种意义上的“伪科学”，很多东西并不能被我们所感知和证实，它们的存在仅仅限于书本和理论之中。我们的科学实际上是构建在几个无法被证实的“假设”的基础上的。而我们的很多科学家，一辈子的工作就是去证实这几个假设，或者在这几个假设的基础上再去假设。一旦假设被更多的人所相信，或者发现的结果可以证实或者**这些假设，伟大的科学家就诞生了，爱因斯坦就诞生了，诺贝尔奖就诞生了。

有人说，现代科学实际上是一种新的宗教，或许几千年后的人类看待现代科学的时候，可能认为这只是比中世纪的巫术、玄学更为理性的巫术玄学吧~不管现代科学是什么，它至少目前能够比较成功地指导人类的实践活动，它至少是在统计学和概率学上最为有效的一种方法。尽管有很多科学说不清的东西存在，但是我们必须尊崇它，因为我们实在也没有什么别的更好的东西可尊崇的。

话扯远了。以我们水草养殖的目的来讲，我们不妨将光看成一种能量，正如人需要吃食物来获取生存、活动所需的能量一样，水草的活动能量就来自于光。
光是个奇妙的东西，是万物生长之源。

地球的生态的根本来自于地球和太阳的距离，以及两个星体的质量比。这其中最重要的就是太阳光的影响。由于地球和太阳的距离，使得照射到地球上的阳光“恰到好处”，既不会过多而使地球变成火的世界，也不会过少而使地球一直处于冰河世纪。

如果说养育水草最好得光源是什么，那无疑就是阳光，道理很简单，地球上的一切生物本来就是源于太阳的~在数亿年的进化中，只有那些善于利用阳光的物种才能存活下来。我们目前还无法完全掌握光的本质，但是我们可以反过来肯定一点，光是生命的本质。即使是那些不需要靠阳光而能生活的物种，它们的能量来源归根结底还是太阳光，或者受着太阳光的制约~

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板凳

菠萝兔 发表于 2018-5-28 09:26:11 |只看该作者

二、光的一些概念

在大多数的时候，我们都喜欢把光当作一种“波”来处理，因为把光“看成”波有非常大的好处，我们因此就可以用数学公式去计算它，而不是只能靠试验去验证。现代物理的最大进步就是把实验物理进化成的理论物理。

当初伽利略需要喘着粗气在比萨斜塔顶上向下扔铁球来证明自由落体定律，我们现在只需要写几个公式就可以证明了~~既然是波，就有着波的一些特性，也就是光的特性。

光的特性就是波的特性，包括频率（波长），速度、幅度、相位、波形等等（其中的“波形”，实际上就是光谱。）光的频率（波长）在可见光中，就是颜色，光的频率越高，颜色越偏向蓝紫，频率越低，越偏向红色。当光的频率可以更高或者更低，更高被称为紫外线、X射线、γ射线等等~~更低被称为“红外线”。

再低的话，有可能被称为“电磁波”，只不过电磁波会受到磁场的影响，而光却不会~光的速度对于我们绝大多数人来说是不需要考虑的玩意，毕竟爱因斯坦们是人类分子中最少最少的那一小撮~~幅度，或者说振幅，代表着一束光线中所蕴含的能量的大小，通俗地讲就是亮度，这是相当重要的一个东西，因为能量很重要~
相位？？是的，光是有相位的，所以会产生干涉和衍射现象（不知道什么叫干涉和衍射？中学物理课本里有~~），这也是光被认为是“波”的重要佐证，只不过，我们不需要考虑它，因为实际上我们养水草只需要考虑能量问题。

当然水族摄影或许需要这个，但那也只是镜头制造商们所需要考虑的~~波形，这个实际上就是光谱。我们所见的白光实际上并不是“纯粹”的光，而是由不同“频率”（波长）的光组合而成的。

我们知道，无论多么复杂的波形，最终都可以用一连串的不同频率和幅度的单纯的正弦波叠加而成，反之也可以用一些单纯的波去构建成复杂的波形~~这是一种数学方法（傅里叶函数、傅里叶级数、傅里叶积分等等，反正傅里叶这个人很伟大就是了）

实际上，这种方法也是我们目前所广泛应用的数字科技的基础，我们的手机、MPS、数字影音设备，他们的原理实际上都来源于这个方法（当然还有方法的方法，就不细说了）。

此外，我们还会碰到一些有关光的一些名词，它们并非是光的基础特性，但是却是我们在使用光这种能源时非常方便的工具，这些特性包括：光通量、色温、折射率、反射率等等，这中间有描述光的特性的，也有描述光的传输介质的特性的。

光通量是一个比较“晦涩”的概念，它把光从波的概念拉回到了物质概念（或者能的概念），这使得光成为一种可以测量数量的“东西”，在单位时间里，光源所能产生多少“能量”的光就是光通量。我们也可以把它看成产生的“光子”的数量~

但是，这个解释并不完全正确，因为光通量实际上是建立在“亮度”这个基础上的，也就是是由我们视觉所规定的，由于我们的眼睛对不同频率的光的亮度感受不同，因此即使是携带同样多的能量，红光所产生的光通量也要比绿光少，这是因为我们的眼睛对绿光更为敏感~所以，光通量是一个和光波的频率以及幅度有关的二元函数~~光通量的单位是流明(LM)

由光通量又可以引申出另外一些概念，光强、照度、亮度。

所谓光强，是指光源在一个立体角（空间）内向外发送的光通量的的数量，单位是坎德拉(CD)

照度则是在一个单位面积的平面内所得到的光通量的多少，单位是勒克斯（LUX）

亮度，则是垂直于指定方向上有效发光单位面积上的发光强度（和照度类似，但是单位不同，并且可以定义光源特性），单位是CD/㎡

亮度这个概念定义起来似乎让人看不懂，其实是很“实在”的一个概念，比如说一个射灯，直视和侧视时感觉的亮度不同，这就是“有效发光面积”不同所致。与其它概念相比，亮度更重视“眼睛”的感受。

对于我们养草来说，照度是一个最值得重视的概念，因为水草的光合作用的强度和这个概念是紧密相关的~这个概念实际上就是指在一片叶子上，每秒钟究竟能从光源得到多少能量~

光通量对于研究光源或者灯具设计的人来说也是非常重要的一个概念，这是因为我们所购买的大多数光源都会提供光通量这个参数，这个参数表明一个光源在单位时间内总共可以向外发送多少能量~

而我们设计灯具的主要目的，就是要想办法尽量将这些能量都发送到水草叶片上去，而不是别处~

色温是一个很有趣的概念，这个概念是建立在一个在自然界根本不存在的东西上的一个推论~这个不存在的东西就叫做“绝对黑体”（也叫黑球）~

绝对黑体是一个想象中的一个理想物体，或者说是一个虚构的模型，这个物体没有体积没有质量，只有一个特性，那就是你给它多少能量，它就能把多少能量全部转变为光能辐射出去。

自然界中是不存在这样的物质的，所有的物质都会一边辐射光能，一边辐射热能，还会通过向外发射电子、质子、甚至中子等粒子将能量转化为动能，并且还会通过“变形”将能量转变为“势能”。

我们可以想象这给这个黑体加温，随着温度的不断升高，这个物体就开始向外辐射一定的光，并且，它不会只辐射一种频率的光，而是各种频率的光的组合~~温度越高，发出的光线中蓝色光的比例越高~

如果我们无限度提高加热温度，那么这个黑体最后会变得“非常黑”，因为其发出的光线的频率已经远远超过了可见光范围。色温是一个虚拟的概念，它用加热“绝对黑体”温度的这个概念来表征各种频率的光的比例。由于自然界中并不存在“绝对黑体”，因此可以肯定地说，色温和发光物体表面温度没有直接的联系~

比如说，我们所使用的荧光管，有色温达到20000K的，虽然开氏温度是以绝对零度为起点的，但是20000K的温度也足以使地球上的任何物质液化甚至气化，显然，我们的灯管没有消失~色温只代表光线中各种频率的光的比例，并不能说明光的亮度或者照度~色温越高，光的颜色越接近蓝色，色温越低，光色越接近红色~~

显色性是另一个“不太靠谱” 的概念，这个概念大概只有光源专业才会使用，而在基本的物理光学中，用这个概念去计算什么恐怕是要被“耻笑”的~但是，它很实用，这就够了~

所谓显色性，是指光源发出的光照射到物体上后，物体所呈现的颜色有多“真实”~~这个真实是以太阳光为参考的~我们知道，太阳目前处于壮年期，其中各种物质的比例非常稳定，温度也很稳定，因此发光的光谱也很稳定，也就是说，以人类的寿命乃至人类文明的寿命为参考的话，太阳所发出的光中，各种频率的光的比例是恒定不变的~

早晨和中午的阳光呈现不同颜色，不是因为太阳有什么改变，而是地球大气的影响所致。我们把一个物体在阳光下所呈现的颜色看成“最正确的颜色”，因此阳光的显色性（指数）就是100（Ra），不管阳光在一天中所呈现的色温有什么不同，反正阳光就是对的~这就是显色性的“强权定义”~

现实中显色性最接近阳光的人工光源是白炽灯，白炽灯和太阳一样，都算是不太标准的“黑球”，因此在同样的温度下，它们所发出的光线的光谱是很近似的。说显色性的定义方法完全是“强权”也不太正确，因为这种强权中是包含着一定道理的。

太阳光的光谱是连续的，也就是说任何频率的可见光都可以在阳光中被找到。物体的颜色是是靠反射不同频率的光来呈现的，我们可以想象用一束蓝光去照射一个纯红色的物体，那个物体应该呈现什么颜色呢？当然不是蓝色，也不是红色，更不是紫色，而是黑色！因为这个物体只能反射红光，并且光源中不存在红光，因此没有光被反射回来，也就是黑色~~

这就是说，如果光源中某种频率的光不存在，那么即使是物体本身存在这这种颜色，也会显现不出来~那么，显色性的实质就是指光源发出的光中各种频率的光是否“齐全”，并且不管光源的色温如何，其各种频率的光是否和阳光所发出的光一致~光源的显色性越好，说明其发光的频谱越丰富，其中包含的各种颜色的光越齐全~~当然，不光是齐全，还要合乎比例~~

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地板

菠萝兔 发表于 2018-5-28 09:26:33 |只看该作者

三、三基色原理

这一章节请容许我抄一下别人的东西，然后再做个总结~

“在中学的物理课中我们可能做过棱镜的试验，白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱，颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是可见光谱。
其中人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛就像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。

同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这是色度学的最基本原理，即三基色原理。

三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝是三基色，这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。

红色+绿色=黄色
绿色+蓝色=青色
红色+蓝色=品红
红色+绿色+蓝色=白色
黄色、青色、品红都是由两种及色相混合而成，所以它们又称相加二次色。另外：
红色+青色=白色
绿色+品红=白色
蓝色+黄色=白色
所以青色、黄色、品红分别又是红色、蓝色、绿色的补色。由于每个人的眼睛对于相同的单色的感受有不同，所以，如果我们用相同强度的三基色混合时，假设得到白光的强度为100%，这时候人的主观感受是，绿光最亮，红光次之，蓝光最弱。

除了相加混色法之外还有相减混色法。在白光照射下，青色颜料能吸收红色而反射青色，黄色颜料吸收蓝色而反射黄色，品红颜料吸收绿色而反射品红。也就是：

白色-红色=青色
白色-绿色=品红
白色-蓝色=黄色

另外，如果把青色和黄色两种颜料混合，在白光照射下，由于颜料吸收了红色和蓝色，而反射了绿色，对于颜料的混合我们表示如下：

颜料(黄色+青色)=白色-红色-蓝色=绿色
颜料(品红+青色)=白色-红色-绿色=蓝色
颜料(黄色+品红)=白色-绿色-蓝色=红色

以上的都是相减混色,相减混色就是以吸收三基色比例不同而形成不同的颜色的。所以有把青色、品红、黄色称为颜料三基色。颜料三基色的混色在绘画、印刷中得到广泛应用。在颜料三基色中，红绿蓝三色被称为相减二次色或颜料二次色。在相减二次色中有：(青色+黄色+品红)=白色-红色-蓝色-绿色=黑色

用以上的相加混色三基色所表示的颜色模式称为RGB模式,而用相减混色三基色原理所表示的颜色模式称为CMYK模式,它们广泛运用于绘画和印刷领域。RGB模式是绘图软件最常用的一种颜色模式，在这种模式下，处理图像比较方便，而且，RGB存储的图像要比CMYK图像要小，可以节省内存和空间。

CMYK模式是一种颜料模式,所以它属于印刷模式,但本质上与RGB模式没有区别,只是产生颜色的方式不同。RGB为相加混色模式，CMYK为相减混色模式。
例如，显示器采用RGB模式，就是因为显示器是电子光束轰击荧光屏上的荧光材料发出亮光从而产生颜色。当没有光的时候为黑色，光线加到最大时为白色。
而打印机呢？它的油墨不会自己发出光线。因而只有采用吸收特定光波而反射其它光的颜色，所以需要用减色法来解决。 ”

以上内容均来自“百度知道”

其实罗里啰嗦一大堆，就是说明一个问题，就是单纯利用红、绿、蓝三个纯色就可以合成可见光里所有颜色的光~~

三基色日光灯就是利用了这个原理，将能够发出这三种颜色光的荧光粉（或者不同元素成分）按照一定比例掺和在一起，就能够发出比较连续的光谱，使得物体的颜色看上去比较自然真实~~

而不是三基色的日光灯，由于比较追求亮度，所以其光谱中含有大量人眼敏感的黄绿光，而黄绿光会对人眼产生较强的刺激，使用时间过久的话，会对人眼产生慢性伤害~这就是所谓“护眼灯”的原理。护眼灯就是色温相对较低的三基色日光灯~~

很巧的是，水草也不太需要黄绿光，过强的黄绿光不仅仅会衍生藻类（因为水藻不太在乎黄绿光），而且有时候会令水草产生生理障碍~过多的黄绿光并不会使水草看上去更翠绿（因为那还需要一定的蓝色光），而是显现出一种不健康的**焦黄色，巧的是，长期在这种条件下生长的水草，即使移到正常的灯光下，也会仍然呈现出不健康的黄绿色~