Phương pháp điểm (Point by Point) đã cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận thiết kế chiếu sáng bằng việc cho phép tính toán độ rọi một cách chi tiết tại từng điểm cụ thể trên bề mặt nhận.
Điều này không chỉ đem lại độ chính xác cao mà còn đảm bảo rằng ánh sáng được phân bố đều khắp không gian, từ đó giảm thiểu các vùng tối hoặc quá sáng, thường gặp trong các phương pháp tính toán truyền thống dựa trên các ước lượng tổng quát. Với việc mỗi điểm trên bề mặt đều được xem xét, phương pháp điểm giúp tối ưu hóa hiệu quả chiếu sáng theo nhu cầu cụ thể của không gian đó, nhất là trong các môi trường đòi hỏi sự chính xác cao về mức độ và chất lượng ánh sáng.
Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như thiết kế chiếu sáng cho bảo tàng hoặc phòng trưng bày nghệ thuật, nơi mà ánh sáng không chỉ ảnh hưởng lớn đến trải nghiệm thẩm mỹ mà còn cả việc bảo quản các tác phẩm nghệ thuật. Ánh sáng phù hợp giúp làm nổi bật chi tiết và màu sắc của tác phẩm, đồng thời tránh gây hại do bức xạ hoặc nhiệt độ ánh sáng không thích hợp.
Ngoài ra phương pháp điểm cũng rất hữu ích trong thiết kế chiếu sáng cho văn phòng và nội thất. Trong môi trường văn phòng, việc áp dụng phương pháp này giúp tạo ra một môi trường làm việc thoải mái và hiệu quả, bằng cách đảm bảo độ sáng phù hợp ở từng khu vực làm việc, giảm mỏi mắt và tăng cường năng suất làm việc.
Phương pháp tính
Xác định vị trí và thông số hình học
Khi tiến hành tính toán chiếu sáng theo phương pháp điểm, việc xác định vị trí và thông số hình học của không gian là bước đầu tiên và cực kỳ quan trọng. Thông tin này giúp xác định các điểm cần tính của cường độ ánh sáng phân bố trong không gian.
Vị trí nguồn sáng: Định vị chính xác vị trí nguồn sáng trong không gian, bao gồm chiều cao của nguồn sáng so với mặt đất hoặc mặt phẳng chiếu sáng, và vị trí tương đối so với các điểm quan tâm trên mặt đất hoặc trên bề mặt làm việc.
Điểm nhận ánh sáng: Xác định các điểm cụ thể trên mặt đất hoặc bề mặt mà tại đó cường độ ánh sáng cần được tính toán. Các điểm này có thể nằm trên bàn làm việc, khu vực trưng bày, hoặc bất kỳ khu vực đặc biệt nào trong không gian.
Khoảng cách ngang và dọc: Đo khoảng cách ngang (chiều rộng) và dọc (chiều sâu) từ nguồn sáng đến điểm nhận ánh sáng. Đây là những thông số quan trọng để xác định góc chiếu của ánh sáng và là cơ sở để tính các điểm sáng.
Chiều cao của nguồn sáng: Chiều cao của nguồn sáng so với mặt đất hoặc mặt phẳng nhận ánh sáng, quan trọng để xác định góc chiếu sáng dọc.
Tính góc θ
Việc tính toán góc θ giữa nguồn sáng và điểm quan sát vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ rọi mà điểm đó nhận được. Đây là một yếu tố cốt lõi trong việc áp dụng nguyên lý vật lý liên quan đến “Định luật Cosine” và sự phân tán ánh sáng.
Ánh sáng giảm mạnh khi góc θ tăng lên do phần lớn ánh sáng không chiếu trực tiếp vào bề mặt. Do đó, việc xác định góc này giúp đảm bảo rằng ánh sáng được tối ưu hóa cho mục đích sử dụng.
Góc θ ảnh hưởng đến cách ánh sáng từ nguồn chiếu đến bề mặt nhận. Định luật Cosine mô tả mối quan hệ giữa góc chiếu sáng và cường độ ánh sáng nhận được trên một bề mặt. Công thức cụ thể để tính cường độ ánh sáng nhận được ở một điểm dựa trên góc này là:
Iθ=Im x cos(θ)
trong đó Im là cường độ ánh sáng tối đa khi ánh sáng chiếu thẳng (góc 0 độ) từ nguồn.
Phương pháp hình học để tính góc θ
Để tính góc θ chúng ta áp dụng nguyên lý hình học cơ bản kết hợp với hàm lượng giác, cụ thể là hàm arctangent (tan-1), để xác định góc giữa đường nối từ nguồn sáng đến điểm nhận ánh sáng và phương thẳng đứng.
Đầu tiên, để tính góc θ, chúng ta cần xác định khoảng cách ngang (l) và khoảng cách dọc (h) từ nguồn sáng đến điểm cần tính. Dựa vào Định lý Pythagoras, chúng ta có thể tính đường chéo (d) giữa nguồn sáng và điểm nhận ánh sáng.
Khi đã có đường chéo d và chiều cao ℎ từ nguồn sáng xuống điểm tính, góc θ từ phương thẳng đứng đến đường chéo có thể được tính bằng hàm arctangent:
Phương pháp này đem lại góc giữa đường nối nguồn sáng và điểm nhận ánh sáng so với phương thẳng đứng.
Tính toán độ rọi tại điểm cần xét
Lựa chọn thiết bị và thu thập thông số cường độ sáng từ nhà cung cấp: Trong quá trình lựa chọn và đánh giá thiết bị chiếu sáng, nhà sản xuất thường cung cấp bảng cường độ sáng rất chi tiết, bao gồm thông tin về cường độ sáng tại các mặt phẳng C và ở các góc γ.
Mặc dù những thông tin này rất quan trọng trong việc phân tích tổng thể cách thức mà ánh sáng được phân phối từ đèn, tuy nhiên chúng ta chỉ cần xác định cường độ đèn trung bình trong mặt phẳng. Giá trị này cung cấp một cái nhìn trực tiếp và tổng quát về cường độ ánh sáng mà một thiết bị chiếu sáng có thể cung cấp trong mặt phẳng thẳng đứng, tính trên mỗi 1000 lumen của đầu ra ánh sáng.
Tính góc chiếu ánh sáng θ: Như đã mô tả trước đó dựa trên vị trí hình học của nguồn sáng so với điểm quan sát. Góc này quyết định mức độ mạnh của ánh sáng mà điểm nhận được do sự thay đổi của cường độ ánh sáng phụ thuộc vào góc chiếu.
Áp dụng định luật Cosin và Cosin Cube: Tính toán độ rọi (lux) tại một điểm dựa trên cường độ ánh sáng và góc chiếu từ nguồn sáng đến điểm đó.
E: Độ rọi tại điểm cần tính (lux)
Iθ : Cường độ ánh sáng tại góc θ so với phương thẳng đứng từ nguồn sáng xem tại bảng cường độ sáng của đèn.
Cos3θ: Đây là hàm lượng giác cosine mũ ba, phản ánh sự giảm sút của cường độ ánh sáng tại góc θ. Hàm cosine được sử dụng để điều chỉnh cường độ ánh sáng dựa trên góc chiếu, và lũy thừa ba ở đây nhằm mô phỏng sự suy giảm mạnh hơn của ánh sáng khi góc chiếu tăng lên.
h2 : Là bình phương của chiều cao từ nguồn sáng đến mặt phẳng làm việc hoặc điểm đo. Việc lấy bình phương khoảng cách này phù hợp với định luật nghịch đảo bình phương trong vật lý, theo đó cường độ ánh sáng giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn.
Qua hướng dẫn này, ta thấy rằng phương pháp điểm cung cấp một cách tiếp cận chính xác và chi tiết để tính toán cường độ ánh sáng và quang thông trong thiết kế chiếu sáng, giúp đảm bảo rằng ánh sáng được phân bố đều và hiệu quả, đáp ứng nhu cầu cụ thể của từng không gian cụ thể.