Khi nói đến lĩnh vực kỹ thuật chiếu sáng, việc nắm vững và ứng dụng ba hệ tọa độ chính mở ra hiểu biết sâu sắc về cách ánh sáng phân bố và tác động đến môi trường xung quanh. Hệ tọa độ Descartes, Hệ tọa độ cực và Isocandela đều đóng vai trò quan trọng trong việc mô tả và phân tích các thuộc tính ánh sáng.
Bắt đầu với Hệ tọa độ Descartes, cách tiếp cận này tập trung vào việc định vị các điểm trong không gian dựa trên hai hoặc ba trục vuông góc với nhau, tạo ra một hệ thống tọa độ dễ dàng để tính toán.
Tiếp theo hệ tọa độ cực, đặc biệt hữu ích trong việc mô tả cách ánh sáng lan tỏa từ một điểm tập trung ra không gian xung quanh. Đây là một công cụ không thể thiếu trong việc phân tích phân bố ánh sáng từ các nguồn sáng như đèn pha hoặc đèn đường.
Cuối cùng, Isocandela là một hình thức biểu diễn phức tạp hơn, thường được sử dụng để mô tả cường độ ánh sáng trên một bề mặt cầu, liên kết các điểm có cùng cường độ ánh sáng để tạo nên một hình ảnh tổng thể về phân bố ánh sáng.
Trong bài viết này chúng tôi hy vọng sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về ba hệ tọa độ này, mỗi hệ thống có vai trò riêng biệt và không thể thiếu trong việc phân tích và thiết kế hệ thống chiếu sáng.
Hệ tọa độ Descartes
Loại biểu đồ sử dụng hệ tọa độ Descartes (Cartesian coordinates), với trục ngang biểu thị góc so với trục chính của tia sáng (beam axis) và trục dọc biểu thị giá trị cường độ ánh sáng. Điểm đặc biệt ở đây là phân bố cường độ ánh sáng được mô tả là đối xứng qua điểm cường độ cao nhất.
Loại biểu đồ này thích hợp với các máy chiếu có đặc tính hướng sáng mạnh, nghĩa là ánh sáng chủ yếu tập trung theo một hướng cụ thể. Trong những trường hợp này, cường độ ánh sáng thay đổi nhanh chóng theo góc, làm cho các loại biểu đồ khác kém hữu ích hơn.
Một hạn chế của loại biểu đồ này là nếu phân bố cường độ ánh sáng không giống nhau theo mọi hướng (không có tính đối xứng) bạn cần phải vẽ một biểu đồ riêng cho mỗi mặt phẳng cắt ngang qua nguồn sáng.
Để dễ hình dung, bạn có thể tưởng tượng một nguồn sáng như đèn pin. Khi bạn chiếu đèn pin lên tường, vùng sáng nhất sẽ nằm ngay tại điểm mà đèn pin hướng tới. Nếu bạn vẽ một biểu đồ với trục ngang là góc so với hướng đèn pin và trục dọc là cường độ ánh sáng, bạn sẽ nhận được một đường cong đối xứng với cực đại ở chính giữa.
Hệ tọa độ cực
Một phương pháp thể hiện thông tin về đèn đã được các nhà sản xuất sử dụng từ lâu là vẽ các giá trị cường độ sáng trên hệ tọa độ cực. Điều này có lợi thế là tạo ra ấn tượng trực quan dễ hiểu hơn về phân bố cường độ sáng từ một thiết bị chiếu sáng.
Biểu đồ cực này (hoặc đường cong phân bố cường độ sáng) được tạo ra cho một mặt phẳng cụ thể đi qua tâm của thiết bị chiếu sáng. Cường độ tại bất kỳ góc γ nào từ phương thẳng đứng xuống dưới được biểu thị bởi khoảng cách từ góc tới đường cong, như hình 1
Các vòng tròn cường độ bằng nhau thường được gộp chung để đơn giản hóa việc tính toán cường độ theo các hướng cụ thể.
Biểu đồ cực được hiển thị trong Hình 1 đại diện cho đo lường trên một trong các mặt phẳng C của hệ tọa độ Cγ
Trong một số trường hợp, đường cong thu được có hình dạng và độ lớn giống nhau trên tất cả các mặt phẳng C đi qua thiết bị chiếu sáng. Một thiết bị chiếu sáng như vậy được cho là có phân bố đối xứng xung quanh trục thẳng đứng.
Nếu đường cong trong Hình 2 biểu thị cho một hình dạng đối xứng, bạn có thể tưởng tượng đường cong này được quay quanh trục dọc để tạo ra một hình cầu. Do đặc điểm của đường cong này, hình cầu tạo ra sẽ có dạng tương tự như quả táo. Khi bạn cắt một quả táo làm đôi từ giữa hạt, mặt cắt bạn thấy chính là hình dạng của đường cong này.
Cơ bản thì, các đường cong mà chúng ta xem là mặt cắt của một hình cầu và chúng có thể có hình dạng khác nhau tùy theo mặt phẳng cắt. Một ví dụ điển hình là các đường cong của các mặt phẳng dọc và ngang cho một thiết bị chiếu sáng tuyến tính bất kỳ, như được thể hiện trong Hình 3. Nếu bạn xoay bất kỳ đường cong này quanh trục dọc, bạn sẽ không thể tạo ra hình cầu hoàn chỉnh cho thiết bị chiếu sáng đó.
Hệ tọa độ ISOCANDELA
Một cách toàn diện hơn để hiển thị giá trị cường độ ánh sáng là sử dụng biểu đồ isocandela. Hình thức biểu đồ này xuất phát từ việc xem xét nguồn sáng được đặt tại trung tâm của một quả cầu và đánh dấu các giá trị cường độ đo được trên bề mặt của quả cầu.
Biểu đồ được gọi là isocandela vì các điểm có cường độ bằng nhau được nối lại với nhau tạo thành các đường tương tự như đường đồng mức trên bản đồ. Trong Hình 4, đang mô tả loại biểu đồ isocandela
Miễn là chúng ta xem xét quả cầu chứ không phải các hình chiếu của nó, hướng của các tọa độ góc không ảnh hưởng đến hình dạng của các đường cong isocandela, nhưng nó thay đổi cách mà một điểm cụ thể trên quả cầu được xác định. Lợi ích của loại biểu đồ này là nó cung cấp thông tin cường độ ánh sáng trên một phạm vi hướng rộng hơn nhiều so với một biểu đồ cực với giá trị cường độ ánh sáng, chỉ liên quan đến một mặt phẳng duy nhất.
Nhược điểm cũng là điều mà các kỹ sư phải đối mặt đó là việc biểu diễn phù hợp bề mặt cong của quả cầu trên một mặt phẳng. Một trong những hình thức hình chiếu hữu ích nhất được mô tả dưới đây.
Biểu đồ isocandela rất hữu ích trong các thiết kế chiếu sáng, đặc biệt trong những trường hợp cần xác định chính xác và toàn diện cường độ ánh sáng từ nguồn sáng trong không gian ba chiều.
Trong việc thiết kế đèn chiếu sáng cho các ứng dụng như đèn đường, hoặc đèn chiếu sáng công cộng, việc sử dụng biểu đồ isocandela giúp xác định cách mà ánh sáng được phân bố trong không gian xung quanh nguồn sáng. Điều này quan trọng trong việc đảm bảo độ phủ ánh sáng đồng đều và hiệu quả.
Trong ngành công nghiệp giải trí, việc sử dụng biểu đồ isocandela giúp các nhà thiết kế sân khấu và sự kiện hiểu rõ cách mà ánh sáng từ các đèn chiếu sáng phân bố trong không gian, giúp họ tạo ra hiệu ứng ánh sáng mong muốn và đảm bảo độ sáng đồng đều cho khán giả.
Q/A
Trong 3 loại biểu đồ trên, biểu đồ nào sử dụng phổ biến nhất?
Câu trả lời: Trong 3 loại biểu đồ trên, hệ tọa độ cực được sử dụng phổ biến trong việc xác định cường độ sáng trong không gian của đèn và nó là một tham số cực kỳ quan trọng trong dự án thiết kế chiếu sáng khi tính toán độ rọi bất kì trong một diện tích.
Lợi ích của việc sử dụng Hệ tọa độ cực trong kỹ thuật chiếu sáng là gì?
Câu trả lời: Hệ tọa độ cực hữu ích trong việc mô tả và phân tích cách ánh sáng lan tỏa từ một điểm tập trung, giúp tạo ra ấn tượng trực quan dễ hiểu về phân bố cường độ ánh sáng từ các thiết bị chiếu sáng. Nó cho phép dễ dàng tính toán và hiểu cường độ ánh sáng theo các hướng cụ thể từ nguồn sáng.
Việc lựa chọn sử dụng hệ tọa độ nào trong kỹ thuật chiếu sáng phụ thuộc vào điều gì?
Câu trả lời: Lựa chọn sử dụng hệ tọa độ nào trong kỹ thuật chiếu sáng phụ thuộc vào mục tiêu phân tích, loại nguồn sáng, và đặc tính phân bố ánh sáng cần được mô tả. Trong thiết kế chiếu sáng giao thông biểu đồ Isocandela phù hợp trong việc xem xét cách ánh sáng phân bố xuống mặt đường, trong khi Hệ tọa độ cực phổ biến hầu hết trong các dự án thiết kế.