基于声光融合的照明设计研究与探讨_史争光.pdf

2023 年 2 月第 34 卷第 1 期照明工程学报ZHAOMING GONGCHENG XUEBAOFeb2023Vol.34No.1基于声光融合的照明设计研究与探讨史争光1，汪琳沅2，潘裕晨2，居家奇2(1.同济大学建筑与城市规划学院，上海200092;2.上海应用技术大学理学院，上海201418)摘要:随着沉浸式体验与元宇宙等新概念的提出，对照明光环境的设计要求也不断升级。坚持以人为本的照明设计理念出发，对新媒体、新灯光艺术的效果评价将不再局限于视觉体验的单一维度，结合听觉、嗅觉等多感官的体验效果将大大提升视觉信息的体验感。而其背后基于声光融合的照明量化评价模型将是赋能设计师的有力工具。本文简单尝试探索声光融合叠加效果及科学匹配，并将相关研究成果初步应用于具体实践项目，以期在主观情绪表现、客观生理参数等多维度寻找照明效果评价方法，将有利于更多新技术、新产品在照明场景中的应用。关键词:声光融合;主观情绪;生理参数;照明评价中图分类号:TM923文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2023.01.020The esearch and Discussion of Lighting DesignBased on the Fusion of Sound and LightSHI Zhengguang1，WANG Linyuan2，PAN Yuchen2，JU Jiaqi2(1.College of Architecture and Urban Planning，Tongji University，Shanghai200092，China;2.School of Science，Shanghai Institute of Technology，Shanghai201418，China)Abstract:The new concepts of immersive experience and Metaverse upgrade the lighting requirementsAdhering to the people-oriented lighting design concept，the evaluation of the effects of new media and newlighting art will no longer be limited to the single dimension of visual experience，and the experience effectcombining hearing，smell and other multi-sensory will greatly enhance the experience of visual informationThe principal behind the synaesthesia and the evaluation model will enable the designers to create innovativeprojects This paper simply attempts to explore the superposition effect and scientific matching of acousto-optic fusion，and initially applies relevant research results to specific practical projects From the subjectiveemotion and objective physical parameters，a multidimensional evaluation method for lighting will help thenew technology and product to be applied soonKey words:sound-light fusion;subjective emotion;physical parameter;lighting evaluation通信作者:居家奇，E-mail:引言通感一词源自希腊语的同义词，意为“联合感官”，用于描述一系列不寻常的感官体验。在通感中，一种刺激会唤起另一种刺激的感觉，例如当听到声音时会产生光感，也就是对颜色的心理感知。艺术家中拥有强烈通感的比例较多，这对他们来说可能会是更好的创造力 1，2。而声光通感对于非艺术家的一些人来说，听觉也会自动地引出一个明确而可靠的视觉体验。当听音乐时，脑海中会产生“正常”所感觉不到的“真实”世界中存在的颜色:古典音乐为“黑褐色”、电子音乐为“紫色”、交响乐作品为“红色”，还有钢琴上的中间“C”可能是红色的，但是146照明工程学报2023 年 2 月比它高三个八度的音符可能是绿色的，“在桌子上尖锐的敲击可能引起微弱但清晰的窄闪光”。虽然通感融合这一现象在我们生活中经常可以体验，研究应该考虑如何使用通感来为实际设计工作提供理论支撑，声光通感是解决这个问题的一个切入点 3。音乐是一种表达情感的符号，音乐情绪即听众在听音乐的过程中引起的情绪波动。音乐能够诱发情绪的机制除了音乐本身的元素，听众本身的性别、文化背景、所处的时间和场合也能直接诱发情绪。对于音乐本身触发情绪的机制，音乐调性是最早受到研究者关注的，研究表明，大调音乐在听觉效果上明亮开阔，容易唤起高兴和抒情等正性情绪体验;小调音乐则听起来曲折蜿蜒，容易唤起悲伤、恐惧、愤怒等负性情绪体验4。调式对情绪的影响不仅是西方音乐，中国传统音乐调式宫调、羽调与情绪的对应关系和西方的大调、小调相对应，宫调音乐容易唤起正性情绪，羽调音乐容易唤起负性情绪5。对于音乐客观生理上的情绪唤醒，有研究学者发现节奏快和响亮的音乐可使心率增加和肌肉紧张，慢节奏和舒缓风格的音乐可使心率和皮肤电导下降。聆听中国古典音乐能明显提高迷走神经的活性，聆听贝多芬交响曲明显提高交感神经活性6。人体在播放镇静性音乐和刺激性音乐下的状态，LF(心率变异性中的低频部分)和 LF/HF 的值相对于无音乐时在升高，HF(心率变异性中的高频部分)的值则在镇静音乐播放时明显高于刺激性音乐播放时7。光色变化同样会诱发情绪从而产生生理参数变化。根据测试 100 名护士在不同颜色的工作环境下引起的皮肤电阳性反应率，可发现绿色、蓝色和黄色环境下能够稳定护士在高压环境下的情绪，有利于在其工作场合中应用8。当身体处于蓝色光和绿色光时，心率会降低，HV(心率变异性)显著增加，而在红色光下则相反9。本文在以上研究的基础上测量不同音乐和灯光以及两者组合状态下的主观情绪以及生理参数变化，通过分析主观情绪接近的灯光音乐组合下的生理参数变化，探究二者结合下的叠加效应。若是二者相搭配可以引起比任何一种刺激单独进行时更加强烈的情绪反应，即可证明声光通感是一种可行的方案 10。1实验设置本文选取红、绿、蓝 3 种单色 LED 光源以及不同色温(3 000 K、6 000 K)的白光为研究对象。人眼处的照度统一在 150 lx，光源光谱如图 1 所示。实验所选大调音乐为贝多芬的月光奏鸣曲二，小调音乐为贝多芬的月光奏鸣曲三。每首曲子选取60 s 作为刺激片段(图 2)。每首音乐的音量都被设置在相同位置。图 15 种实验灯光光谱Fig.1Spectra of five experimental lights图 2所选大调和小调节选片段Fig.2Music in major and minor episodes for experiment第 34 卷第 1 期史争光等:基于声光融合的照明设计研究与探讨147在暗室里自行搭建实验环境，此暗室可以屏蔽噪音，内壁涂有吸光材料，室内温度在22 24 之间变化，湿度在 74%78.5%之间相对稳定。如图3 所示，搭建了一个 1.6 m 2 m 3 m 的实验区域。为了使被试不直视光源以避免可能出现的残影效应，利用白色平台形成的漫反射进行瞳孔受光反射实验，并提升沉浸式氛围感。图 3实验环境Fig.3Lab environment20 名受测者(男/女各 10 人)，年龄 20 27岁，M(平 均 年 龄)=22.7，SD(标 准 差)=1.78。受测者均无耳疾，且通过了色盲及色弱测试。实验前各受测者被告知完整的实验流程，实验期间要求正常有规律的作息并少接触茶、咖啡、药物等影响血压、心率的物品。实验时间为 13:0018:00，保证每位受测者实验均处在相近的生理节律周期中。分别在单因素照明环境、单因素声音环境以及双因素融合环境下进行主观情绪评价及客观生理参数测试，图 4 为实验数据采集状态。图 4实验数据采集Fig.4Experiment data acquisition2结果讨论及成果应用不同刺激条件下的二维情绪坐标如图 5 所示。7种单因素环境的评分很好地覆盖了效价的维度，小调音乐处于低效价区域，大调音乐处于高效价区域，说明音乐效价受调式的影响明显，不同调式的音乐情绪标签差异明显。不同灯光颜色的情绪标签差异明显:三原色都偏向于低效价，白光都偏向于高效价;在相同的照度水平下，相较于三原色，白色光让人产生的情绪更加积极。图 5情绪效价唤醒度二维坐标图Fig.5Two-dimensional graph of emotional valence-arousal在单因素刺激下，生理参数测量的结果表明，音乐对心率、呼吸频率及皮肤电反应的反应都具有显著性，且大调音乐的显著程度更高。对灯光颜色单因素刺激下的生理参数测量的结果表明，灯光对心率和皮肤电反应的反应都具有显著性，说明灯光确实可以触发生理反应，但对呼吸频率没有很大的影响。比较音乐和灯光对生理参数的影响，发现音乐对人体的影响大于灯光对人体的影响。该结果与先前的研究一致，即同时基于听觉和视觉刺激时，大脑更加倾向于先处理听觉上的感受11。因此当进行视觉效果呈现时，叠加音乐效果可以增强对刺激环境的感知和体验度。双因素声光融合刺激下的生理参数变化显示，双因素环境刺激下的心率和皮肤电反应均有显著变化。与单一照明环境刺激相比，叠加音乐刺激后的环境对人体的影响更强烈。心率方面，在叠加了音乐之后的冷白光显著性效果比单因素冷白光刺激更加明显。皮肤电方面，在叠加了大调音乐之后的暖白光显著性效果比单因素暖白光刺激更加明显。在呼吸频率方面，本身不具有显著性变化的红光(P=0.645)和绿光(P=0.067)，在叠加了音乐刺激后，红光和绿光与148照明工程学报2023 年 2 月音乐的组合都具有了显著性反应，说明音乐可以增强人们对灯光颜色情绪的唤醒。双环境因素对情绪影响实验结果表明，双因素环境会引起更加强烈的生理指标波动，音乐可以增强人们在照明环境中的情绪感知能力，满足情绪标签与双环境因素对情绪影响的一致性。数据分析结果如表1 所示。表 1单因素灯光环境刺激与双因素声光环境刺激下的生理参数对比Table 1Comparison of physiological parameters between light and two-factor environmental stimulus生理参数单因素刺激变量双因素刺激变量平均值差值(I-J)t自由度显著性心率蓝光小调音乐 蓝光2.402.239190.037*皮肤电反应暖白光大调音乐 暖白光0.912.535190.020*红光小调音乐 红光1.053.095190.006 暖白光小调音乐 暖白光0.712.381190.028*注:*P 0.05，P 0.01，P 0.001。下同。同样都是双因素刺激条件，随音乐律动的动态光融合环境下的生理参数都明显高于静态光照明下的声光融合刺激环境，可见基于动态光照明的声光融合刺激环境对于情绪影响的效果更佳，如图 6 所示。其中，大调音乐与动态暖白光结合的模式可以引导积极情绪，小调音乐与动态红光或蓝光结合的模式可以引导消极情绪。灯光的动态律动频率与其引起相似情绪