Villanyszerelők Lapja

Világítástechnika

LED-világítás a Sixtus-kápolna freskói számára

2015. április 14. | Dr. Schanda János Dr. Szabó Ferenc Csuti Péter |  4046 | |

Az alábbi tartalom archív, 5 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

LED-világítás a Sixtus-kápolna freskói számára

Az Európai Bizottság egyik 2011-ben kiírt pályázatának célja az volt, hogy gyakorlati alkalmazáson keresztül bemutatható legyen a világ számára, 2014-ben a LED-ek már alkalmasak lesznek kiváló minőségű, a műalkotásokat nem károsító világítás létrehozására. A konzorcium a bemutató helyeként egy több szempontból is különleges helyszínt választott: a vatikáni Sixtus-kápolnát.

A sikeres pályázat alapján 5 országot felölelő, 6 partnerből álló konzorcium kezdett munkához 2012-ben: a konzorciumvezető németországi OSRAM, az energia auditért felelős spanyolországi IREC, a természetes világítás vizsgálatáért felelős olasz Fabertechnika, a lámpatestek gyártását végző olaszországi OSRAM, valamint a helyszíni mérések alapján színképi optimalizálást és hangolást végző magyarországi Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Kutatólaboratóriumon kívül a Vatikán Múzeum a helyszínt biztosította.

A Sixtus-kápolna sajátságai

A Sixtus-kápolna önmagában is igen különleges helyszín: egyrészt a Vatikán Múzeum részeként múzeumi helyszín, évente 6 millió látogatóval, másrészt egyházi szempontból is kiemelten fontos, hiszen a mindenkori pápa megválasztásának – a konklávénak is helyszínül szolgál. Liturgiáknak és a Vatikáni Kórus fellépéseinek – emiatt gyakran TV közvetítéseknek – is otthont ad. A Sixtus-kápolna freskói Michelangelo, valamint több reneszánsz művész remekművei; közülük az Utolsó Ítélet című, minden idők második legnagyobb freskója.

Hogyan illik/kell megvilágítani egy ilyen adottságú helyszínt?

A Sixtus-kápolnában található páratlan kulturális örökség miatt az ide telepítendő berendezésnek ki kell elégíteni a múzeumvilágítás követelményeit, mind a világítás minősége, mind pedig a műtárgyak védelme oldaláról. Szintén a múzeumi jellegből adódóan a nagy tömegben érkező látogatók (napi 25 000 fő) komfortérzete és biztonsága is fontos szempont, hiszen a kápolnában belső elválasztó fal, illetve lépcső is található. Az egyházi funkció miatt pedig megfelelő megvilágítást kell létrehozni a konklávékor használt asztalokon, a misék alkalmával az oltár környezetében, a TV közvetítésekkor pedig annak megfelelő, villogásmentes világítást kell biztosítani.

A szabványok előírásain és helyszíni sajátosságokon kívül a Vatikán Múzeum kurátorai további, kihívásokkal teli követelményeket fogalmaztak meg:

  • Az új lámpatesteket az épület belsejében kell elhelyezni úgy, hogy azoknak nem szabad láthatónak lenniük.
  • A Sixtus-kápolnában az új világítás színhőmérsékletének illeszkednie kell a Vatikán Múzeum más területein használt melegfehér világításhoz.

Lehetséges fényforrások múzeumvilágítási célra

A természetes sugárzás, amely a Napból érkezik a légköri rétegeken keresztül a Föld felszínére, széles spektrumú, hidegfehér sugárzás. A látható hullámhossztartományba eső sugárzáson kívül tartalmaz a műalkotások számára kártékony ultraibolya és infravörös sugárzást is. Lásd az 1. ábra „Nappali sugárzáseloszlás” görbéjét. Ezenkívül egy napon belül és az év folyamán az intenzitása és a színhőmérséklete is folyamatosan változik, emiatt napjainkban múzeumokban csak nagy körültekintéssel és speciálisan szabályozott árnyékolók beépítésével használják.

1. ábra: Nappali sugárzáseloszlás, izzólámpa és hidegfehér LED spektruma

A mesterséges fényforrások közül a hidegfehér színhőmérsékletűek jelentős teljesítménnyel rendelkeznek a spektrum 350-420 nm közötti tartományában, amely a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (CIE) 157-es ajánlása szerint kerülendő. A rövidebb hullámhosszúságú fotonok energiája nagyobb, mint a hosszabb hullámhosszúságúaké, így a károsító hatásuk is jelentősebb. Az 1. ábrán látható, hogy az izzólámpa spektrumának kék-tartalma már sokkal kedvezőbb lehet, ám a jelentős infravörös sugárzás miatt mégsem alkalmas egy manapság kialakítandó múzeumvilágítási rendszer alapjaként. Az optikai sugárzás károsító hatásait a hullámhossz függvényében a 2. ábra mutatja.

2. ábra: Az optikai sugárzás károsító hatásai a hullámhossz függvényében

A 2. ábrán látható, hogy kerülendő az olyan fényforrások használata, amelyek a 350-420 nm hullámhossztartományban teljesítménycsúccsal, vagy jelentős teljesítménnyel rendelkeznek. Világító dióda alapú világításnál ez a kritérium a kék LED mellőzésével, valamint a fényporos fehér LED fényport gerjesztő kék LED-je teljesítmény csúcsának gondos megválasztásával teljesíthető.

A Sixtus-kápolna korábbi világítási rendszere

A Sixtus-kápolna korábbi világítási rendszere az 1990-es évek közepén készült el, a kápolna freskóinak restaurálása után. Az akkori világítástechnikai megoldások olyan rendszert engedtek meg, amely a múzeumvilágítást a kápolnán kívül, az ablakoknál elhelyezett fémhalogén lámpákkal (90 db 170 W-os) valósította meg. A középkori vastag üvegezés jelentős szűrést jelentett, így a 15,3 kW beépített teljesítmény ellenére a kápolnában csak korlátozott színlátási viszonyok valósultak meg. Az öregedő fényforrások, valamint az egyenetlen felületű üvegezés miatt az egyes ablakokon bejutó fény színképi eloszlása és intenzitása jelentősen különbözött egymástól.

A konklávé, valamint egyházi események alkalmával egy ún. „gála” világítási rendszert kapcsoltak fel a múzeumvilágítás mellé, amely a 11 m magasan – a kápolna két hosszanti oldalfalán – elhelyezkedő korlátokra rögzített halogénlámpa és fémhalogén lámpa alapú, funkcionális világítási rendszert jelentett. Ennek beépített teljesítménye önmagában 50,36 kW, a múzeumvilágítással együtt 65,66 kW. A padlóra irányított fényszórók jelentős káprázást okoztak, a freskók megvilágításán a gálavilágítás nem változtatott jelentősen.

Reneszánsz műalkotások világítása – helyszíni mérések

A reneszánsz műalkotások számára optimális fényforrás spektrumának megtalálásához első lépésként áttekintettük az akkoriban alkalmazott pigmenteket. A reneszánszkori pigmentek reflexiójának méréséhez kezdetben az esztergomi Vármúzeum nyújtott segítséget, ahol Botticellinek tulajdonított freskók restaurálása történik. Előzetes vizsgálataink megállapították, hogy a reneszánszkori pigmentek színképi reflexiója jelentősen különbözik a ma használt pigmentekétől. Emiatt a ma használatos fényforrás színminőségi metrikák (CIE CRI, CQS) egyike sem szolgáltatna megfelelő előrejelzést a Sixtus Kápolnában várható színi megjelenésről.

A kutatások során kétszer került sor helyszíni méréssorozatra a Sixtus-kápolnában: 2013 februárjában a kápolna korábbi világítási rendszerét mértük fel, amely magában foglalta a padló megvilágítási szintjének, valamint az oldalfali freskók fénysűrűség eloszlásának mérését. Ugyanekkor került sor a freskók jellegzetes színes felületein pigment reflexiómérésekre. 2014 szeptemberében a kutatás alapján javasolt színképi teljesítmény-eloszlás megvalósítása, valamint a vatikáni döntéshozók elfogadó véleménye után az új világítási rendszer felmérésére került sor, a 2013. februári mérési sorozattal megegyezően.

A korábbi világítási rendszer felmérése

A padló megvilágítása

A padló megvilágítási szintjének méréséhez egy 2×2 méteres képzeletbeli háló rácspontjait jelöltük fel a Sixtus-kápolna padlójára. A rácspontokban kalibrált megvilágításmérők segítségével végeztünk méréseket. A megvilágításmérők f1’ illesztettségi mutatója <1,4%, a kalibrálás mérési bizonytalansága: ±2,0% (k=2). A 3. ábra a padló megvilágítás mérésének eredményeit mutatja a kápolna alaprajzán jelölve az elválasztó falat és az oltár területét. Az ábrán szereplő értékek lux mértékegységben értendők.

3. ábra: Padlómegvilágítás mérése (korábbi világítási rendszer)

A mérési eredmények területenkénti kiértékelése az 1. táblázatban látható. Az oltár körüli terület alatt a táblázat B2 és E6 cellái által határolt területet, a belső kápolna területén az A1 és N7 cellák által határolt területet, míg a külső kápolna területén az O1 és U7-es cellák által határolt területet értjük.

1. táblázat: Padlómegvilágítás-mérés kiértékelése, lx (korábbi múzeumvilágítási rendszer)

Eav, az oltár körül 3,58
Eav, belső kápolna, az oltár nélkül 4,49
Eav, külső kápolna 5,16
Eav, teljes terület átlaga 4,47

A mérési eredményekből látható, hogy a megvilágítási szint nagyon kicsiny volt, nem tette lehetővé múzeumlátogatók nagy tömegekben történő áramlását. A padló megvilágításának 10 lx körüli értékre emelése volt megfogalmazható célként az új világítási rendszer tervezésekor.

A múzeumvilágítás mellé bekapcsolt „gála” üzemmódban a padló megvilágítás mérési eredményeinek kiértékelése a 2. táblázatban látható. A „gála” világítási üzemmód már megteremti a biztonságos közlekedéshez szükséges megvilágítást, valamint a konklávékor kielégíti a látási feltételeket.

2. táblázat: Padlómegvilágítás-mérés kiértékelése, lx (korábbi gála világítási rendszer)

Eav, az oltár körül 234,4
Eav, belső kápolna, az oltár nélkül 240,9
Eav, külső kápolna 139,8
Eav, teljes terület átlaga 205,2

Az oldalfali freskók fénysűrűség eloszlása

Az oldalfali freskók fénysűrűség eloszlását azok érintése nélkül egy fehér színű vászon segítségével valósítottuk meg. A vászon fénysűrűség eloszlását a TechnoTeam LMK 98-3 típusú fénysűrűség és színmérő kamerával, valamint a Világítástechnikai Társaságtól kölcsönkapott TechnoTeam Canon D450 mobil fénysűrűségmérő kamerával készítettük.
A fehér vászon reflexiós tényezőjének, valamint a faltól való távolságának ismeretében a vászon egyes pontjainak fénysűrűség értékeiből a távolságtörvény segítségével becsülhetjük a freskók egyes pontjainak megvilágítás értékeit. A 4. ábrán látható mintegy 0,6-1,8 cd/m2 fénysűrűség ez alapján 2-5 lx megvilágításnak feleltethető meg. Szintén látható, hogy a freskók fénysűrűségi szintje az ún. mezopos fénysűrűségi tartományba esik, amelyben az emberi látórendszer receptorai közül a nappali körülmények között használt csapok már csak részben ingerlődnek, emiatt valódi színlátásról nem beszélhetünk. Az új világítási rendszer tervezéséhez célként minimum 50 lx átlagos megvilágítás került megfogalmazásra az oldalfreskók esetén.

4. ábra: Oldalfali freskók fénysűrűség-eloszlásának mérése (korábbi, múzeumvilágítási rendszer)

Pigment reflexiómérések

A Sixtus-kápolna freskóinak világításához a LED fényforrások színképét a reneszánszkori festék-pigmentek reflexiós tulajdonságainak figyelembe vételével kellett meghatározni. Ehhez a helyszínen – a freskók érintése nélkül – végeztünk reflexióméréseket a freskók előre meghatározott pontjaiban. A freskó részletét egy ismert spektrumú, stabil fényáramú reflektorral világítottuk meg, majd a spektro-radiométerrel a felületről visszavert fényt mértük. A reflektornak és a spektro-radiométernek a mérendő felülethez képesti pozíciójának, valamint a fényforrás spektrumának ismeretében a felület reflexióspektruma meghatározható.

5. ábra: Reflexiómérés – mérési elrendezés

6. ábra: Reflexiómérés – mérési eredmények

Színképi optimalizálás

A saját helyszíni méréseinken kívül a Vatikán Múzeum rendelkezésünkre bocsátott por alakú pigmenteket, valamint a szakértőik által készített mérési eredményeket is. A fényforrás színképi optimalizáláshoz így összesen 280 reflexióspektrum állt rendelkezésre, amelyből egy reprezentatív halmaz került felhasználásra a fényforrás színképének meghatározásakor.
Az optimalizálás egyik peremfeltétele volt, hogy a lámpatestekben a felhasználható független csatornák száma maximálisan négy lehet. Ennek megfelelően kerültek kiválasztásra a kiindulási LED típusok, melyekből a 7. ábrán látható négy báziscsatorna került kialakításra.

7. ábra: A LED-es lámpatestek báziscsatornái

Az optimalizálás egy új paradigma alapján történt: olyan fényforrás színképet hoztunk létre, amelynél a freskó pigmentek a mesterséges megvilágítás mellett is jó közelítésben olyan színészleletet keltsenek, mint természetes megvilágítás esetén.
A reneszánsz freskók optimális színmegjelenését biztosító színképi teljesítmény-eloszlás a 8. ábrán látható. A megvalósított LED-es színkép néhány színminőségi adatát a 3. táblázatban foglaltuk össze.

8. ábra: Optimalizált LED színképi teljesítményeloszlás

3. táblázat: A megvalósított színképi eloszlás néhány színminőségi paramétere

Ra 93
R9 82
CCT [K] 3496
duv 0,0029
FCI 110,3

Az új, LED-es világítási rendszer felmérése

A padló megvilágítása

Az új rendszer telepítése, valamint finomhangolása után a padló megvilágítás mérése a korábbi rendszer mérésével megegyező módon történt. A 9. ábra a padló megvilágítás mérésének eredményeit mutatja a kápolna alaprajzán jelölve az elválasztó falat és az oltár területét. Az ábrán szereplő értékek lux mértékegységben értendők.

9. ábra:  Padlómegvilágítás mérése (új, LED-es világítási rendszer)

A mérési eredmények területenkénti kiértékelése a 4. táblázatban látható. A mérési eredményekből következtethető, hogy az új világítási rendszer esetén az átlagos megvilágítási szint 2,3-szorosára emelkedett, így a célként megfogalmazott 10 lx körüli megvilágítás teljesült. „Gála” rendszer esetén a padló megvilágítása a korábbinak átlagosan 90 %-a, ami még mindig kielégíti a különböző funkciók világítási igényeit.

4. táblázat: Padlómegvilágítás-mérés kiértékelése, lx (új, LED-es múzeumvilágítási rendszer)

Eav, az oltár körül 8,7
Eav, belső kápolna, az oltár nélkül 11,6
Eav, külső kápolna 10,9
Eav, teljes terület átlaga 10,8

Az oldalfali freskók fénysűrűség eloszlása

Az új, LED-es rendszer beüzemelése után az oldalfali freskók fénysűrűség eloszlását az előbbiekben bemutatott módszer szerint mértük. A 10. ábra a mérési eredményeket mutatja, mely szerint a mintegy 10-20 cd/m2 fénysűrűség átlagosan 50 lx megvilágításnak feleltethető meg. A freskók fénysűrűsége az ún. fotopos fénysűrűségi tartományba esik, amelyben az emberi látórendszer receptorai közül a nappali körülmények között használt csapok is ingerlődnek, emiatt ebben az esetben már valódi színlátásról beszélhetünk.

10. ábra: Oldalfali freskók fénysűrűség-eloszlásának mérése (új, LED-es múzeumvilágítási rendszer)

Összehasonlítás, konklúzió

A Sixtus-kápolna új, LED-es világítási rendszere múzeumvilágításként 40 darab lámpatestből áll, amelyekben egyenként 140 darab LED (kék, türkiz, vörös és fényporos fehér) került elhelyezésre. Ez 3900 W beépített teljesítményt jelent. A „gála” világításhoz 30 darab, motoros fényvető került beszerelésre, amelyek egyenként 50 W teljesítményűek. A múzeumvilágítás 75%-al, a „gála” mód pedig 92%-al fogyaszt kevesebb villamos energiát, mint a korábbi világítási rendszer (LENI EN15193).

Fontos megemlíteni, hogy ilyen mértékű fogyasztáscsökkenés mellett a padló átlagos megvilágítása a régi rendszerhez képest 2,3-szeresére nőtt múzeumvilágítási módban, 0,9-szeresére csökkent „gála” üzemmódban. Az oldalfreskók fénysűrűsége 2 cd/m2-ről átlagosan 16 cd/m2-re növekedett, aminek köszönhetően az emberi látórendszer csap típusú receptorai jobban működnek, így ezentúl teljes színlátásban van része a Sixtus-kápolna látogatójának.

Köszönetnyilvánítás

A kutatás a LED4ART – Minőségi és energiatakarékos LED világítás a művészet számára – című, 297262 szerződésszámú EU ICT-PSP-2010-5 projekt keretében valósult meg. A szerzők köszönetüket fejezik ki Wierdl Zsuzsanna restaurátornak az esztergomi Vármúzeumban történt mérésekért, Böröcz Sándornak és a Lisys Zrt-nek a méréshez használt fényforrás biztosításáért, a Világítástechnikai Társaságnak a mobil fénysűrűségmérő kamera rendelkezésre bocsátásáért, Fáy András és Tátrai Vilmos uraknak a Szépművészeti Múzeum munkatársainak a múzeumban lehetővé tett próbavilágításért.

Irodalomjegyzék

  1. Commission Internationale de l’Eclairage. Control of Damage to Museum Objects by Optical Radiation. CIE Technical Report 157:2004. Vienna: CIE,( 2004)
  2. Commission Internationale de l’Eclairage. Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources, CIE Publication 13. Paris: CIE, (1965)
  3. Davis W, Ohno Y. Toward an improved color rendering metric. Proceedings of the SPIE 2005; 5941: G1–G8
  4. Schanda J. Csuti P. Szabó F. Colour fidelity for picture gallery illumination, Part 1: Determining the optimum LED spectrum. Lighting Res. & Technol. 16, 2014, doi: 10.1177/1477153514538643
  5. Schanda J, Csuti P, Szabó F: A new concept of color fidelity form museum lighting. LEUKOS: The Journal of the Illuminating Engineering Society of North America, DOI: 10.1080/15502724.2014.978503

LEDVilágítástechnika


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem

Kapcsolódó