多媒体教室光环境研究

多媒体教室光环境研究1

摘要本文主要探究高校多媒体教室中最适投影幕布亮度与环境光照度的关系。通过该探究来总结二者之间的变化规律，从而得出多媒体教室中有利于投影幕布观看的环境光的条件并指导投影机的选购。

关键词多媒体教室；投影幕布亮度；环境光照度

一、前言

(一)研究背景

近年来，随着信息通信理论的日益完善以及教育装备的不断发展，多媒体教室以其特有的优势在学校教学中的运用越来越普遍。多媒体教室中的视觉识别对象有投影幕布、黑板、书本等，在高校教学中最主要视觉识别对象是投影幕布，因而我们将目光聚焦到投影系统。一方面，对于视觉识别主体来说，亮度是观看投影幕布的一个重要的指标，过高或者过低都会影响观看，如何确定特定的环境光下投影仪的亮度呢？另一方面，由于投影机的价格昂贵，灯泡寿命有限，使用的频率高，设备老化故障率高等往往导致其维护成本高且难以控制，如何确定投影机的最适亮度以延长投影机灯泡的使用寿命至关重要；基于这两点的考虑，我们将研究的主题定为探究多媒体教室中投影幕布最适照度与环境光照度的关系。

（二）研究目的

本文主要探究高校多媒体教室中最适投影幕布亮度与环境光照度的关系，通过该探究来总结二者之间的变化规律，从而得出多媒体教室中有利于投影幕布观看的环境光的条件并指导投影仪的选购。在这里我们澄清两个物理概念：亮度与照度。这是两个既关联又不同的物理量，亮度指的是人在看到光源时，眼睛感觉到的光的亮度，亮度高低决定于光源的色温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围空间或者地面上，单位被照射面积上的光通量，单位被照射面积上的光通量越高，照度就越高。由此可以得出结论：影响光源亮度和照度高低的物理量是共同的，即光通量。虽然影响的值在数量关系上不相等，但大体的趋势是一致的。而且在实际的照明应用设计中，主要评估照度这个物理量数值。在此次研究中，我们用在投影幕布前0.5m测得的投影幕布照度值来近似表征投影幕布的亮度。根据2004建筑照明设计标准GB 50034-2004：多媒体教室的照度标准为300Lux，而普查照度多在200-300Lux之间，所以本探究在环境光照度不超过300Lux的情况下进行。二、实验方案

（一）研究目标

探究多媒体教室内最适投影幕布亮度与环境光照度的关系

（二）研究对象

本实验以首都师范大学校本部第四教学楼矩形平面、北向侧窗采光教室为研究对象。

其中，教室长9.34m、宽5.26m，座位数为50，北向有3个宽2.5m 、高1.8m的外窗。

教室内有4排灯，每排2盏灯，每盏灯由3条灯管构成。每排2盏灯为串联，4排灯

光并联，分别由教室后方的4个开关控制。教室配置黑板及多媒体设备，其中投影仪

型号为爱普生EMP-6010，亮度3000流明，分辨率1600x1200，对比度600：1，白色

投影幕布尺寸2.4m*1.8m。

（三）实验设计

1.器材说明

（1）CEM华盛昌LDM-40/70激光测距仪（测量范围：0.05-70m、测量精度：±1.5mm、最大输出功率<1kW），用于测量教室的长和宽、窗户的宽和高、投影幕布的尺寸。（2）CEM华盛昌DT-139照度计（量程：400Klux、测量精度：±5%），用于测量环境光照度以及最适投影幕布的照度。

（3）50W 大功率LED投光灯--BRT-TGD-F50L-285(光通量：4600-5000（LM）)，用于改变教室内的环境光的照度。

2.视觉识别对象设计

用Microsoft PowerPoint制作文本文件，其中文本字体为宋体，字的大小为26号，每桢字数为80字，该文本通过投影机投影于白色幕布，文本的版式为白色背景黑色字体。

3.场景设计

为排除空间散射光的干扰，本实验在晚上进行，并且教室内窗帘全部拉上遮挡屏蔽外界环境光。我们用多间多媒体教室反复进行了实验，利用教室内原有的四排灯光和一个功率为50W的LED投光灯的打开和熄灭创设6种照度逐渐增加的光环境。具体情况为：照度①教室内所有灯熄灭,此时教室内的环境光照度为0；照度②第1排灯亮，其余灯光均熄灭；照度③第1、2排灯亮，其余灯光均熄灭；照度④第1、2、3排灯亮，其余灯光均熄灭；照度⑤第1、2、3、4排灯亮，其余灯光均熄灭；照度⑥第1、2、3、4排灯全亮，投光灯亮。这6种条件下环境光的照度情况如表1所示。

表1 教室不同环境条件下对应的环境光照度

4.实验测试设计

（1）从首都师范大学在校生中随机抽取14名大学生作为视觉识别主体(裸眼视力或者矫正视力大于等于5.0)。

（2）视觉识别主体坐在教室内距离投影幕布3m处，在上述6中不同的环境光下，实验操作人员调节投影机的亮度（亮度级别在-24—24范围内离散变化），将投影仪的亮度级别从最低级别调节至最高级别，每一个级别停留2秒，视觉识别主体根据主观的感觉选择一个观看投影幕布上的文字的最舒适的亮度，其中视觉识别对象须参照表2中的评价标准来对投影幕布的亮度是否舒适进行判断，其中最适舒适标准为等级5，即“能看清楚，且很舒适”。

表2 视觉类教育装备文字展示效能评价标准

（3）由实验操作人员站在距离投影幕布0.5m的位置测量投影幕布表面的垂直照度，记录该值以及此时投影机的亮度级别，填写在表3中。

表3 六种不同的环境光下投影幕布的最适亮度级别统计表

（3）14名视觉识别主体依次完成以上的实验，最后由实验操作人员将每一种光环境下投影机的最适亮度级别以及投影幕布最适照度累加、取平均值，记录下来，结果如表4所示。（4）根据表4绘制出最适投影幕布照度与环境光照度统计图，并根据该图分析探究规律。5.关键问题

（1）在多媒体教室中创造出几种照度不同的光环境。此过程应注意排除室外环境光的干扰，而且尽量使教室内的光照均匀。

（2）实验操作人员调节投影机亮度级别的过程可以反复进行，直到达到视觉识别主体所认为的最舒适投影幕布亮度。

三、实验测试数据与分析

六种不同的环境光下环境光照度与投影幕布的最适照度测量结果如下表：

表4 不同环境光下环境光照度与投影幕布的最适照度测量统计表