4. Физиолого-гигиенические основы цветового оформления

4.1. Основные принципы выбора гаммы цветов

Научно-техническая революция на производстве, увеличение скоростей движения на транспорте, борьба за рост производительности труда и ряд других причин предъявили к человеку новые повышенные требования в отношении быстроты реакции, точности движений, четкости выполнения рабочих операций и т. д. Возможность осуществления этих требований в первую очередь зависит от снижения физиологического, нервного и зрительного утомления работающих. Поэтому в настоящее время появилась необходимость выявить все резервы с целью компенсации указанных видов утомления. Одним из таких резервов является рациональное использование цвета в совокупности с освещением.

Повышение требований к зрительному органу человека связано с необходимостью обеспечить максимально благоприятные условия для его нормального функционирования, т. е. условия, которые способствовали бы уменьшению напряжения, зрительного и цветового утомления, травматизма.

Цвет как свойство лучистой энергии видимой части спектра является мощным биологическим фактором, оказывающим в одном случае стимулирующее влияние на человека, на восприятие им информации из внешней среды, а в другом - угнетающее.

В результате многочисленных исследований отечественных и зарубежных ученых установлено, что цвета различных участков спектра, разной степени чистоты и яркости оказывают неодинаковое действие на глаз человека и его психологическое состояние. Существует определенная зависимость уровня возбудимости нервных центров, физиологического и психологического состояния, периодики физиологических функций, особенно в зрительном анализаторе, от спектрального состава и интенсивности действующих излучений. Механизм действия цветовых раздражителей на зрительный анализатор связан с центральным и периферическим отделами нервной системы и объясняется законами общей физиологии и психологии. Помимо спектрального состава, на зрительный анализатор влияют угловой размер раздражителей, длительность их действия, контрастные отношения и др.

Цветовое оформление объектов на производстве и в быту в одних случаях способствует повышению работоспособности и производительности труда, а в других - возникновению зрительного и общего утомления, которое нередко приводит к травматизму и снижению производительности труда. Значит, применяемые цвета должны создавать необходимые физиологические, психологические и эстетические благоприятные условия для органа зрения и всей центральной нервной системы человека, весьма чувствительной к цвету. В связи с этим большое теоретическое и практическое значение приобретает проблема применения "физиологически оптимальных" цветов, которые оказывают наибольшее стимулирующее действие на орган зрения человека. Рациональное цветовое оформление производственных и других объектов на основе физиологически, психологически и эстетически обоснованного выбора цвета с учетом его качественных и количественных свойств (цветового тона, чистоты и яркости), а также специфических особенностей функционального использования самих объектов связано с применением "физиологически оптимальных" цветов.

Под "физиологически оптимальными" цветами подразумеваются не цвета, имеющие максимальные характеристики (λ, P, ), а цвета, которые можно отнести к разряду оптимальных с физиолого-гигиенических, психологических и эстетических позиций.

В лаборатории цветового зрения ВНИИЖГ МПС на протяжении ряда лет проводились экспериментальные исследования с целью определения тех цветов и их оттенков, которые можно отнести к "физиологически оптимальным" и рекомендовать для функциональной окраски производственных, школьных, культурно-бытовых, лечебных и других помещений и оборудования.

Критериями для оценки влияния различных цветов на функциональное состояние зрительного анализатора [3, 4, 52] приняты:

состояние устойчивости цветоразличения в зависимости от длины волны спектрального раздражителя;

влияние предварительной адаптации к хроматическому и ахроматическому цветам;

уровень контрастной чувствительности в зависимости от условий адаптации;

зависимость выполнения зрительной работы от разных условий цветового освещения;

уровень спектральной чувствительности по всему видимому спектру и др.

Устойчивость хроматического и ахроматического зрения определялась путем определения временных порогов цветоразличения (адиспаропия). Методика исследования заключалась в следующем. Испытуемому показывали цветовое поле, состоящее из двух полукругов разной цветности. В начале наблюдения он четко различал их, но через некоторый промежуток времени (неодинаковый для разных цветов и для разных испытуемых) наступала фаза подравнивания цветов, когда испытуемый на короткий отрезок времени воспринимал качественно различные цветные раздражители как одноцветные. Отрезок времени от начала наблюдения до момента восприятия цветового неравенства как равенства и является временным порогом адиспаропии. Последний характеризует собой уровень устойчивости хроматического и ахроматического зрения.

Эксперименты проводились при помощи спектральных и пигментных методов. Результаты некоторых исследований (средние данные) представлены на рис. 4.1 и в табл. 4.1.

Во время экспериментов исследовалась устойчивость цветоразличения после предварительной адаптации к разным цветам:

Таким образом, наиболее высокий уровень устойчивости цветоразличения к зеленому отмечается после предварительной адаптации к белому, желтому и зеленому цветам. Устойчивость же к зеленому цвету при адаптации к цветам крайних участков спектра - красному и синему оказывается сниженной.

Из табл. 4.1 следует, что временные пороги ахроматической адиспаропии значительно выше для больших контрастов. Наиболее высокая устойчивость контрастной чувствительности наблюдается при предварительной адаптации к желтому, зеленому и белому цветам при соотношении контрастности между полями (5 и 12%, 5 и 20%).

При исследовании зависимости выполнения зрительной работы от цветности освещения выявилось, что быстрее всего зрительная работа осуществляется в условиях предварительной адаптации к желтому, зеленому цветам, а также к белому с определенным коэффициентом отражения:

Таким образом, исследования показали, что из всех цветов выделяются цвета средневолновой части спектра и близкие к ним в области 590 - 495 нм (оранжево-желтый, желтый, желто-зеленый, зеленый, зелено-голубой и голубой цвета), а также ахроматический белый цвет. Именно эти цвета оказывают наиболее выраженное стимулирующее влияние на функциональную способность зрительного анализатора, уменьшая зрительное, цветовое и общее утомление, а также повышая уровень устойчивости хроматического и ахроматического зрения.

Таблица 4.1. Устойчивость контрастной чувствительности после предварительной световой и цветовой адаптации

Экспериментами установлено, что временные пороги хроматической адиспаропии, характеризующие степень цветового утомления и состояние функциональной устойчивости хроматического зрения, в средневолновой зоне спектра наиболее высокие (минимум утомляемости). Между тем чистота, а также насыщенность цвета в этой зоне, наоборот, очень низкая и достигает своего максимума в крайних концах спектра.

Установленные выше закономерности об особенностях воздействия средневолновых излучений на лиц с нормально трихроматическим зрением правомерно связать с характером спектральной чувствительности органа зрения человека (рис. 4.2). Максимум яркости в солнечном спектре (кривая 5) и максимум чувствительности глаза (относительной видности - 4) соответствуют зоне видимости спектра с длиной волны 555 - 556 нм, т. е. желто-зеленой области. Именно в этой зоне наблюдаются наиболее высокие уровни электрической чувствительности (У), временных порогов адиспаропии (2) и функциональной устойчивости (3). В то же время этой зоне видимого спектра соответствует минимум цветовой насыщенности (6) и минимум цветового утомления (7).

Рис. 4.1. Зависимость уровня цветоразличения от длины волны спектрального раздражителя

Распределение указанных данных в зависимости от длины волны видимого спектра, по-видимому, не случайно, а обусловлено приспособлением человеческого глаза к восприятию солнечных излучений, возникших в процессе фило- и онтогенеза. Этим объясняется, вероятно, что в зрительном аппарате под действием средневолновых раздражителей усиливается возбудимость, повышаются функциональная способность и уровень устойчивости хроматического и ахроматического зрения.

Рис. 4.2. Схематические кривые спектральной чувствительности глаза человека

Проведенные исследования позволили также определить зависимость уровня цветоразличительной способности глаза не только от длины волны, но и от других характеристик цвета - чистоты и яркости. Как известно, высокие степени чистоты, в особенности для крайних участков спектра, действуют утомляюще на зрительно-нервный аппарат человека. Было выяснено, что цвета средневолновой области спектра являются оптимальными при чистоте, не превышающей 40%, цвета крайних участков спектра - для красной области с чистотой не более 15%, а для синей - не более 10%, поэтому их называют основными.

Испытания показали, что временные пороги хроматической адиспаропии при предварительной адаптации к цветам крайних участков спектра малой чистоты (10 - 15%) составляют для красного цвета 18 - 19 с, а для синего 17 - 18 с. Это довольно высокие временные пороги, близкие к данным, полученным для средневолновой области спектра. Цвета зоны средневолнового участка спектра с чистотой более 40% можно использовать в качестве вспомогательных цветов. Однако чистоту их следует принимать не более 60%. Чистота цветов крайних участков спектра, применяемых как вспомогательные цвета, рекомендуется в среднем 30%. Все другие цвета с чистотами, указанными в области III′ на рис. 6.1, следует отнести к сигнально-опознавательным или акцентным цветам. Цвета средневолновой зоны спектра, имеющие коэффициент отражения менее 40% и больше 10%, а также цвета с длиной волны от 620 до 590 нм и от 477 нм по пурпурной зоне до 620 нм, имеющие коэффициенты отражения более 40%, относятся к группе вспомогательных цветов. Цвета всех длин волн видимого участка спектра с коэффициентом отражения менее 10% следует отнести к группе акцентных цветов.

Опыты со световой адаптацией показали целесообразность применения достаточно высоких уровней яркости, к которым приспособился глаз человека в процессе его эволюции. Чем выше коэффициент отражения поверхности наблюдаемых объектов, тем выше уровень яркости последних. При цветовом оформлении в случае использования основных цветов коэффициент отражения окрашиваемой поверхности должен быть не ниже 40%.

Результаты экспериментальных исследований позволяют обосновать выбор необходимой гаммы цветов для цветового оформления производственных, транспортных, лечебных и культурно-бытовых помещений и оборудования. В процессе выбора необходимых цветов для оформления следует иметь в виду, что правильная их оценка зависит от многих факторов:

спектрального состава применяемых источников света, системы освещения, а в случае естественного освещения от времени дня и времени года, состояния облачности и т. д.;

наличия или отсутствия бликов, связанных с углом падения света на поверхность полей, а также от угла наблюдения, под которым рассматриваются цветные поля;

состояния цветового зрения наблюдателя и т. д.

При подборе цветов для цветового оформления различных объектов необходимо учитывать все условия, способствующие рациональному выбору цвета.

Определение оптимального соотношения цветовых фонов и полей хроматических цветов с ахроматическими, контрастных отношений и др. способствует улучшению цветоразличительной функции человека.

Нельзя не упомянуть о роли монотонности при цветовом оформлении. Установлено, что отсутствие или недостаточность контраста между фоном и полем наблюдения утомляет так же, как и чрезмерно резкие световые и цветовые контрасты. Параметры последних должны быть дифференцированы и уточнены соответственно особенностям производства и специфическим условиям производственных процессов.

Не лишено интереса то обстоятельство, что в противовес установленным и принятым закономерностям психологического и эстетического порядка, описанным ниже, некоторые архитекторы допускают ошибочные толкования применения научно обоснованных, оптимальных с физиологических, психологических и эстетических позиций цветов, которые, якобы, создают монотонность в цветовом оформлении и препятствуют свободному творчеству художников в создании гармоничных гамм цветов.

Подобные представления лишены оснований в связи с тем, что рекомендуемая для рационального цветового оформления "физиологически оптимальная" гамма цветов является достаточно обширной, не оставляющей места для монотонности, однообразия.