Licht

LICHT

LICHT CHRISTIAN BARTENBACH

Meine Erkenntnisse

Birkhäuser Basel

Inhalt

Geleitwort  7 Vorwort  11 Danksagung  15 Einleitung  23

Kapitel 1 Allgemeine theoretische Grundlagen 1.1

Der Zusammenhang zwischen Leuchtdichte, ­Beleuchtungsstärke, Materialeigenschaften und der ­ökologischen Optik  30

1.2

Das Gesichtsfeld  42 1.2.1 Allgemeines  42 1.2.2 Das Gesichtsfeld – das Blickfeld  43 1.2.3 Der Aufbau des Auges  44 1.2.4 Definition und Einstufung der Netzhaut, des Gesichts­ feldes, des Blickfeldes und des Sehfeldes  47 1.2.5 Ausblick  48 1.2.6 Selektive Aufmerksamkeit – Gesichtsfeld – ­Verarbeitung  49 1.2.7 Vertiefung des Gesichtsfeldes  51

1.3

Das Infeld und das Umfeld  53 1.3.1 Die visuelle Leistung in Abhängigkeit der ­Infeldleuchtdichte  56 1.3.2 Mehrere Infelder im Gesichtsfeld  59

1.4

Licht- und Raummilieu: Das Theoretische ­Leuchtdichtemodell  71 1.4.1 Das Theoretische Leuchtdichtemodell  74 1.4.2 Anwendungsbeispiel des Theoretischen Leuchtdichte­ modells  77 1.4.3 Die Bedeutung der stabilen Wahrnehmung für die ­Lichtgestaltung  81 1.4.4 Darstellung des Licht- und Raummilieus durch ­Modellsimulationen im Künstlichen Himmel  85

1.5

Einfluss von Farben und Texturen der ­raumbegrenzenden ­Flächen auf die visuelle Leistung und Herzratenvariabilität  87 1.5.1 Allgemeines  87 1.5.2 Ergebnisse der visuellen Leistung  89 1.5.3 Herzratenvariabilität (HRV)  97 1.5.4 Ergebnisse der Herzratenvariabilität   99 1.5.5 Zusammenfassung der Ergebnisse der Herzraten­ variabilität  101

1.6

Der Einfluss des Adaptations- und ­Aufmerksamkeitsvorgangs auf die visuelle Leistung  104

1.7

Die Bedeutung der Aufmerksamkeitsvorgänge für das ­Erkennen  106 1.7.1 Allgemeines  106 1.7.2 Visuelle Wahrnehmung des Gehirns bei visueller Suche  107 1.7.3 Der Begriff der Aufmerksamkeit und ihr Zusammenhang mit der visuellen Leistungsfähigkeit  110

1.8

Wirkung und Einfluss von Aufmerksamkeitsund ­Adaptationsvorgängen auf die visuelle Leistung  113 1.8.1 Auswirkung unterschiedlicher Kunstlichtsysteme auf die ­visuelle Leistung  113 1.8.2 Veränderungen der visuellen Leistung durch die Struktur oder der Einfluss von Farben der Raum­ oberflächen  115

1.9

Die Bedeutung der Pupillenweite für die ­visuelle ­Leistung  115

Kapitel 2 Licht und Gesundheit 2.1

Prolog  125

2.2

Das visuelle System  127

2.3

Herzratenvariabilität – HRV  145

2.4

Das nichtvisuelle System  146 2.4.1 Wie viel Licht braucht der Mensch …  150 2.4.2 Tageslicht- und Kunstlichtwirkung auf das visuelle und das nichtvisuelle System  157 2.4.3 Forschungsstudie „Einfluss von Tageslicht und Kunstlicht auf Bildschirmarbeitsplätze“ – der Sonnenraum  160 2.4.4 Die „neue Helligkeit“  166

2.5

Serotonin  168

2.6

Darstellung von realen Tageslichtsituationen  170

2.7

Lichttherapie  171

2.8 Melatonin  180 2.9

Lichtwirkung und Melatoninproduktion

2.10

Ermittlung von melatoninerhaltenden Spektren  185

2.11

Anwendungsmöglichkeiten  186

181

Kapitel 3 Der visuelle Raum 3.1

Allgemeines  191

3.2

Physiologische Voraussetzung eines optimierten ­Sehablaufs im visuellen Raum  194

3.3

Komponenten der ökologischen Optik im visuellen Raum  197

3.4

Information – Wahrnehmung – Bewusstsein – ­Gedächtnis  200

3.5

Visuelle 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.5.7 3.5.8

Organisation des Arbeitsplatzes   202 Der Bildschirmarbeitsplatz  202 Reflektierende Belege am Arbeitsplatz  205 Mehrere Arbeitsplätze im visuellen Raum  206 Die Bedeutung der Infeldleuchtdichte im globalen ­Umfeld  207 Darstellung der visuellen Komponenten zur Optimierung von Arbeitsplätzen  210 Die Bedeutung der gerichteten Aufmerksamkeit beim ­Sehvorgang  211 Bewegung im visuellen Raum – aktive visuelle Wahr­ nehmung – Blickfelderweiterung  213 Anwendung der Erkenntnisse am Beispiel eines ­Konferenzraums  214

3.6

Umfeldbereich des visuellen Raumes – begrenzende, ­reflektierende, transparente Oberflächen  221 3.6.1 Reflektierende Raumoberflächen   222 3.6.2 Diffus reflektierende Raumoberflächen  224 3.6.3 Der Raum als Reflektor für unterschiedliche Raum­ geometrien und Reflexionsarten  225 3.6.4 Gerichtet reflektierende Raumoberflächen  233

3.7

Systeme und Systemkomponenten  241 3.7.1 Leuchtende Deckenflächen direkt strahlend – ­Strahlungsart 2 (gerichtet) und Strahlungsart 1 ­(diffus)  241

3.8

Wandflächen mit gerichteter Strahlung – ­Strahlungslenkung zur Erzeugung hoher vertikaler B ­ eleuchtungsstärken  249 3.8.1 Gesichtserkennung  249 3.8.2 Gerichtet reflektierende Wände  253 3.8.3 Leuchtende bzw. gerichtet strahlende Teil­ flächen an den Wänden und Möglichkeiten ihrer ­Umsetzung  255

Kapitel 4 Tageslicht 4.1

Allgemeines  263

4.2

Kriterien eines tagesbelichteten Raums  268 4.2.1 Tageslichtmenge  268 4.2.2 Tageslichtverlauf  269 4.2.3 Optische Wahrnehmung  269 4.2.4 Bezug nach außen   269 4.2.5 Sonnenschutz   270 4.2.6 Spektrale Verteilung  270 4.2.7 Energie  271 4.2.8 Seitenlicht – Oberlicht   271

4.3

Seitenbelichtete Räume   271 4.3.1 Reflektorische Tageslichtumlenkelemente  274 4.3.2 Prismatische Tageslichtumlenkelemente   277 4.3.3 Optische Wahrnehmung  278 4.3.4 Bezug nach außen  279 4.3.5 Sonnenschutz  280 4.3.6 Zusammenfassung der Sonnenschutzsysteme auf dem Prinzip der Verschattung   288 4.3.7 Sonnenschutzsystem und Lichtumlenkung – integrierte 30°-Umlenklamelle und Mehrfachbehang  289 4.3.8 Sonnenschutzsystem und Lichtumlenkung – außen ­liegende Spiegelreflektorsysteme am Beispiel eines realen Projektes  296 4.3.9 Nachgeführter Prismensonnenschutz  301 4.3.10 Feststehendes Sonnenschutz- und Lichtlenksystem  304

4.4

Vergleich und Bedeutung von Tageslichtsystemen – Seiten­ licht  304

4.5

Emotionale und subjektive Einflüsse von Tageslicht – Wirkung auf Stimmung und Wohlbefinden  310

4.6

Oberlichtsysteme  313 4.6.1 Oberlichtöffnungen und ihre Lichtverteilung bei ­bedecktem Himmel  314 4.6.2 Reflektorische Oberlichtsysteme (System 4, 5 und 6)  315 4.6.3 Oberlichtöffnungen, die das gesamte Tageslicht bei Sonne und bedecktem Himmel in das Raum­ innere strahlen – auf ­Grundlage der Spiegelreflektor­ technik  319 4.6.4 Tageslichtrohr  320 4.6.5 Verspiegelter Sonnenschutzraster  322 4.6.6 Prismatisches Oberlicht  327 4.6.7 Nachgeführtes retroreflektierendes Prismensys­ tem  328 4.6.8 Anwendungsbeispiele mit komplexer Aufgaben­ stellung  330

4.7

Tageslichtwirkung auf das visuelle und das ­nichtvisuelle ­System  335 4.7.1 Die Bedeutung des visuellen Systems in der ­Anwendung  339 4.7.2 Die Bedeutung des nichtvisuellen Systems  340 4.7.3 Trennung der Funktionen  341 4.7.4 Realisierung (Beispiel bezogen auf einen seiten­ belichteten Raum – Raumtyp 1)  342

4.7.5 4.7.6 4.7.7 4.7.8

Zirkadianer Rhythmus und die Realität der ­Veränderung  356 Licht- und Raummilieu unter Einbeziehen des ­zirkadianen Rhythmus  356 Erscheinungsbilder bei Veränderung der Außenhelligkeit im Versuchsraum und Künstlichen Himmel  360 Zusammenfassung  360

Kapitel 5 Kunstlicht 5.1

Prolog  369

5.2

Licht und Raummilieu  371 5.2.1 Allgemeines  371 5.2.2 Visuelle Wahrnehmung  371 5.2.3 Milieu  374 5.2.4 Umfeld  375 5.2.5 Energie  375 5.2.6 Zonierung  375 5.2.7 Auswirkung auf das Licht- und Raummilieu  376 5.2.8 Visueller Einfluss durch Lichtquellen, Lichtsysteme, ­Materialien, Farben und Farborte   379

5.3

Identität eines Verwaltungsgebäudes durch Licht  409 5.3.1 Allgemeines  409 5.3.2 Verkehrsbereiche  410 5.3.3 Sitzungs-, Konferenz- und Speiseräume  413 5.3.4 Kantinen, Firmenrestaurants  417 5.3.5 Büroräume mit besonderer Nutzung  419 5.3.6 Foyers  421 5.3.7 Eingangshallen, Eingangsbereiche  421

5.4

Tageslicht oder Kunstlicht?  426

5.5

Beleuchtungskonzepte für Innenräume  427 5.5.1 Das direkte Beleuchtungssystem  427 5.5.2 Das indirekte Beleuchtungssystem  430 5.5.3 Das direkt-indirekte Beleuchtungssystem  434 5.5.4 Das sekundäre Beleuchtungssystem  438 5.5.5 Das Spiegel-Werfer-System  442

5.6

Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Beleuchtungen  445 5.6.1 Die Wirtschaftlichkeit von Tageslicht  446 5.6.2 Die Wirtschaftlichkeit von Kunstlicht  447

Über den Autor  451 Projektnachweis  453 Abbildungsnachweis  457 Literaturverzeichnis  459

Einleitung

Ziel dieses Buches ist es, die Möglichkeit zu schaffen, die praktischen Erfahrungen, die ich in meinem Leben gemacht habe, Interessierten zu­ gänglich zu machen. Ich war bei all meinen Projekten stets bemüht, die Planungskonzepte am konkreten Bedarf und Wunsch meiner Auftraggeber auszurichten und weniger an der verfügbaren Technologie. Dazu muss­ ten jedoch zuerst Varianten erstellt, diskutiert, interpretiert und die Partner von meinem veränderten Zugang zum Thema überzeugt werden, bevor die Projekte realisiert werden konnten. Die Realisierung der Konzepte ­erforderte bei neuen Ideen und Vorstellungen von Leuchtensystemen oder Licht-Raum-Milieus, diese zuerst zu erfinden oder anzupassen, wenn es sie noch nicht gab. Das bedeutete, vorrangig die visuellen Wahrnehmungs­ vorgänge zu ermitteln und Prozesse für die Planungsabläufe zu entwickeln, die dann zur Entstehung dieser neuen Systeme führten. So sehe ich den Bedarf, die Planungskonzepte auf die „neuen Helligkeiten“ auszurichten. Teile des strukturellen Aufbaus und die Gliederung des Buches sind auf das Verständnis für diese „neuen Helligkeiten“ und den Weg, diese mit technischen Maßnahmen zu erreichen, ausgerichtet. Zum besseren Ver­ ständnis enthält es auch Ergänzungen hinsichtlich der Begriffsbildung und der Erkenntnisse aus den dafür notwendigen Forschungsinhalten, die zum Teil noch unveröffentlicht sind. Kapitel 1 – „Allgemeine theoretische Grundlagen“ sind, wie der Titel schon sagt, die spezifischen Grundlagen und eine Erweiterung derselben. Das Kapitel bezieht sich auf die visuellen Wahrnehmungsvorgänge, die von Er­ gebnissen eigener und allgemeiner Forschungsarbeiten begleitet sind, wie • die ökologische Optik, • neuronale Vorgänge und die Verarbeitung im Gehirn, bezogen auf ­visuelle Wahrnehmungsvorgänge, • Aufmerksamkeit, Ablenkung, Adaptation und Pupillenvorgänge in Bezug auf die Anwendung, Ergänzung und Vorstellungen der Gesichts­ feldbegriffe, das Theoretische Leuchtdichtemodell und die Verbindung zur Umsetzung sowie weitere grundsätzliche Betrachtungen. Kapitel 2 – „Licht und Gesundheit“ ist ein Thema, das im Zusammenhang mit Licht viel Bedeutung bekommt. Es wird der Einfluss des Lichts auf das visuelle und das nichtvisuelle System dargestellt und mit Forschungsergeb­ nissen unserer eigenen Studien ergänzt. Diese beziehen sich auf die licht­ empfindlichen Hormonbereiche wie das Serotonin, den dritten Rezeptor Melanopsin und das Nachthormon Melatonin. Dazu kommen die Anwen­ dungsbereiche mit ihrem sinnvollen und realisierbaren Einsatz, um diese Hormonbereiche mit Licht zu unterstützen. Kapitel 3 – „Der visuelle Raum“ als visuelles Gebilde, der sich vorwiegend durch seine ihn umschließenden Oberflächen auf das Fließgleichgewicht einstellt. Der visuelle Raum als Reflexionskörper, der durch die Eigenschaf­ ten der Indikatrix das reflektierende Material differenziert und damit die Lichtverteilung / den Strahlungsverlauf beeinflusst. Diese Wirkungen wer­ den untersucht, für die Anwendung aufbereitet, und der Arbeitsplatz wird hinsichtlich seiner visuellen Komponenten analysiert. Der Beitrag zeigt die Notwendigkeit, den gesamten Raum als Strahlungskörper zu sehen und 23

die visuellen Vorgänge und das visuelle Verhalten in die Gestaltung mit­ einzubeziehen. Kapitel 4 – „Tageslicht“ stellt den Wissensstand in der Tageslichttechnik dar und befasst sich mit dem Tageslichteintrag durch bestehende Tageslicht­ öffnungen in Form von Seiten- und Oberlicht. Es werden Sonnenschutz, solare Nutzung, Lichtumlenkung und Blend- und Ablenkungsvorgänge aufgezeigt, die von Möglichkeiten und Maßnahmen für die Anwendung begleitet sind. Das Kapitel zeigt die konventionelle Tageslichttechnik wie Verschattung und Systemarten, die durch die Lichtlenkung grundlegend den Tageslichtkomponenten entsprechen. Sie werden optimiert und mit konventionellen Systemarten verglichen. Überlegungen hinsichtlich der Re­ alisierung und die Bedeutung des visuellen und nichtvisuellen Systems wer­ den analysiert und mittels realer Projektbeispiele und Tageslichtmodelle im Künstlichen Himmel dargestellt. Es ist mir ein besonderes Anliegen, mit diesem Kapitel den aktuellen Wissensstand aufzuzeigen, denn das immer noch abstrakte Medium Tages­licht ist in seiner Komplexität nur schwer ganzheitlich erfassbar, hat jedoch einen großen Einfluss auf uns Menschen. Kapitel 5 – „Kunstlicht“ versucht die Bedeutung des Kunstlichts aufzuzei­ gen, Anwendungsbereiche zu definieren, zu gliedern und sich mit der Umsetzung zu befassen. Die Leuchtdioden (LEDs) erfahren derzeit eine progressive dynamische Entwicklung, was die Bedeutung vieler Lichtquel­ lenarten verändert. Ich stelle daher nur die grundlegenden Eigenschaf­ ten derselben mit Vorschlägen für entsprechende Systemtechnik dar. Das Thema der Lichtquellen umfasst eine große Vielfalt, und sie sind verbunden mit einer langen Historie, die bis in die heutige Zeit reicht. Sie sind nicht nur von wirtschaftlichen und technischen Kriterien bestimmt, sondern werden in hohem Maße auch von psychologischen und emotionalen Aspekten be­ gleitet. Man denke z. B. an Kaminfeuer, Kerzen, Lüster, Glühlampen, das kalte und unpersönliche Licht von Leuchtstofflampen (umgangssprachlich „Neonlampen“) und dergleichen. Der Beitrag beschränkt sich auf meine persönlichen Gedanken, die auf einer in diesem Buch nicht erarbeiteten Lichtphilosophie beruhen und sich somit auf die Darstellungen von Licht­ quellen, Lichtsystemen und realisierten Anlagebeispielen stützen. Es ist mir bewusst, dass die Bedeutung des Mediums Licht nur zu einem Teil von mir dargestellt werden kann. Da wir das primäre Licht nicht sehen, jedoch über das sekundäre Licht informiert werden, macht es den Pla­ nungsvorgang im Grunde zu einer Abstraktion, denn wir müssen unsicht­ bare primäre Lichtvorgänge über ihre zu erwartende Wirkung bestimmen. Das ist vermutlich auch eine der Ursachen dafür, dass das Medium Licht nach wie vor viel zu wenig bewusst betrachtet wird und die Vorstellung von einem Licht-Raum-Milieu und seiner Bedeutung schwierig ist. Es wird eine Anzahl realer Beispiele in Form von Diagrammen und Fotos beigefügt, um die beschriebenen Gedanken und Überlegungen besser vermitteln zu können. Diese Projektbeispiele und -beschreibungen sind zum Teil aktuell und zum Teil visionär und werden als zu erwartende Er­ scheinungsbilder im Künstlichen Himmel dargestellt. Ebenso bespreche ich vergangene Projekte und Anwendungsbeispiele, um die aufgeführten Lichtwirkungen und Licht-Raum-Milieus darstellen zu können.

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Ich zitiere in diesem Zusammenhang: Johann Wolfgang von Goethe: „[…] eigentlich unternehmen wir umsonst, das Wesen eines Dinges auszu­ drücken. Wirkungen werden wir gewahr, und eine vollständige Geschichte dieser Wirkungen umfaßte wohl allenfalls das Wesen jenes Dinges. Ver­ gebens bemühen wir uns, den Charakter eines Menschen zu schildern; man stelle dagegen seine Handlungen, seine Taten zusammen, und ein Bild seines Charakters wird uns entgegentreten.“ Albert Einstein: „Die ganzen 50 Jahre bewußter Grübelei haben mich der Antwort auf die Frage ‚Was sind Lichtquanten?‘ nicht näher gebracht. Heute glaubt zwar jeder Lump, er wisse es, aber er täuscht sich …“ (aus einem Brief Albert Einsteins an Michele Besso vom 12. 12. 1951, zitiert nach Melcher, Horst: Albert Einstein wider Vorurteile und Denkgewohnheiten, Akademie Verlag, Berlin, Reihe Wissenschaftliche Taschenbücher, 1979, S. 69) Professor Arthur Zajonc, ein renommierter Quantenphysiker (Fulbright Award), schreibt in seinem Buch Die gemeinsame Geschichte von Licht und Bewußtsein: „Sobald wir gelernt haben Licht zu sehen, könnte sich alles von selbst ergeben. Es ist deutlich geworden, daß Licht einen eigenen Charakter besitzt. Alle Annahmen, die uns darüber vertraut sind, führen in die Irre.“ Christian Bartenbach

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Kapitel 1 Allgemeine theoretische Grundlagen

Im Inhaltsverzeichnis habe ich die Gliederung der Themen dargestellt und werde die Begriffe und die Bedeutung derselben erläutern. Das bezieht sich auf die Kapitel 2 bis Kapitel 5. Das ist meiner Ansicht nach deshalb notwendig, um die Inhalte der visuellen Vorgänge, die z. B. durch die anschließende neuronale Verarbeitung im Gehirn oder durch die Wirkungen von zirkadianen Rhythmen auftreten, verständlich zu machen. Da die Wirkung des Lichts auf den Menschen unter Einbeziehen seiner Umgebung eine ganzheitliche ist – wovon ich überzeugt bin –, habe ich den Inhalt des Kapitel 1 vorwiegend so strukturiert, dass die damit verbundene Begriffswelt verständlich wird.

Abb. 1 Der Weg des Lichts vom informationslosen ­Medium (= Beleuchtungsstärke) zum infor­ mativen Licht (= Leuchtdichte), moduliert an der Oberfläche und beeinflusst durch ­Eigenschaften des Materials.

Allgemeine theoretische Grundlagen

29

1.1  Der Zusammenhang zwischen Leuchtdichte, ­Beleuchtungsstärke, Materialeigenschaften und der ­ökologischen Optik Wir wissen, dass der von einer Lichtquelle abgestrahlte Lichtstrom auf eine Oberfläche auftrifft, von dieser reflektiert wird und auf diesem Weg in unser Auge gelangt. Unter Oberflächen verstehen wir sowohl die raum­begrenzenden Flächen als auch die im Rauminneren befindlichen ­Objekte. Das von einer Lichtquelle abgestrahlte Licht ist das sogenannte „primäre Licht“, welches nicht sichtbar ist und als Beleuchtungsstärke (E in lx) definiert wird. Die Beleuchtungsstärke stellt eine abstrakte Mess- und Rechen­einheit dar und ist als solche in ihrem Ursprung informationslos. Sie ist Energieträger. Durch die Interaktion mit der Oberfläche, auf die das primäre Licht auftrifft, entsteht das „sekundäre Licht“ – also das, was wir gewohnt sind zu sehen. Das reflektierte Licht wird durch die Charakteristika der reflektierenden Oberflächen verändert (moduliert). Dieses Licht liefert uns nun die Information über das, „was wir gerade betrachten“. Doch entscheidend ist auch die physikalische Charakteristik des primären Lichtes und die physikalischen Auswirkungen allfälliger weiterer Reflexionen. Durch das Auftreffen auf eine Oberfläche wird das primäre Licht – also die Beleuchtungsstärke – reflektiert und dabei durch seine spezifischen optisch-­physikalischen Eigenschaften wie Reflexion, Transmission, Absorption, Remission, Farbe, Oberflächenstruktur, Textur und Form verändert und moduliert. Danach gelangt es über die Mehrfachreflexion – welche in Lichtgeschwindigkeit (300.000 km/sec) erfolgt – als „sekundäres Licht“ in unser Auge und wird im Gehirn verarbeitet. Das sekundäre Licht wird als Leuchtdichte (L in cd/m²) definiert. Das informationslose Licht der Primärlichtquelle erlangt somit einen psychologisch erfassbaren Informationsgehalt und wird sogar zum Informanten, nachdem es die Modulation durch die spezifischen Eigenschaften einer Oberfläche erfahren hat. Farb- und Helligkeitsunterschiede in unserem Gesichtsfeld sind in dieser Veränderung begründet, ebenso wie das Sichtbarwerden unserer Umgebung. Ist der Reflexionsgrad (ρ) eines Materials bzw. einer Oberfläche bekannt, so kann auf mathematischer Ebene aus der Beleuchtung (E) der Oberfläche die Wirkung bestimmt werden. Dies lässt sich gut anhand der folgenden Formel für diffuse Reflexion erkennen: E × ρ L= π

L … Leuchtdichte L in cd/m² (sekundäres Licht) E … Beleuchtungsstärke E in lx (primäres Licht) ρ … Reflexionsgrad

Diese Formel gilt zwar wie o. a. nur für diffuse Oberflächen, d. h. für Oberflächen, die an jedem Punkt gleich stark in alle Richtungen reflektieren („Lambert-Strahlung“). Sie wird jedoch als Richtlinie verwendet, um die einzelnen Parameter eruieren und bestimmen zu können. Aufgrund der Helligkeitsempfindung sind die Beleuchtungsstärke und der Reflexionsgrad variierbar, ohne dass sich die Leuchtdichte verändern muss. Wir müssen uns bewusst sein, dass vorwiegend das sekundäre Licht (= Leuchtdichte) unser Auge erreicht. Es erzeugt aufgrund der unterschiedlichsten Helligkeiten im Gesichtsfeld eine vertikale Beleuchtungsstärke (= EV) am Auge, die für den Adaptationsvorgang bzw. die Stabilität des Adaptationsniveaus die entscheidende Größe darstellt und der mittleren 30

Kapitel 1

Abb. 2 Die Grafik stellt die Vertiefung und Erweiterung der obigen Überlegungen dar. Sie zeigt den Weg des Lichts der primären Lichtquelle, deren Farbtemperatur und ihren Strahlungsverlauf unter Einbeziehen der Mehrfachreflexion des Raumes und ihres Einflusses aufgrund der spektralen Veränderungen, welche auch von den Remissionseigen­ schaften spektraler und quantitativer Art der Materialoberflächen im Raum beeinflusst werden und durch diese Transformierung zum sekundären Licht führen, das durch die Informationsvermittlung und deren Verarbeitung zur Sichtbarkeit führt. Entscheidende Komponenten dafür sind die Leuchtdichtewerte, deren Verteilung im Raum, die entsprechenden Farborte am Auge, begleitet von den Intensitäten d ­ erselben. Nicht zu übersehen sind bei solchen Analysen die begleitenden vertikalen ­Beleuchtungsstärken. Vor allem die am Auge auftretenden Beleuchtungsstärkeverteilungen sind für die lichttechnischen Realisierungsvorgänge hilfreich, aber für die Vorstellung von Erscheinungs­bildern zu abstrakt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass Verän­derungen des primären Lichts – z. B. bei Tageslicht – unmittelbar bedingt durch die Lichtgeschwindigkeit sofort zu Veränderungen des Licht- und Raummilieus führen, das auch die Komponenten der Informationsvermittlung und des Erscheinungsbildes verändert (ganzheitlicher ­Vorgang).

Allgemeine theoretische Grundlagen

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Abb. 3 Die Abbildung zeigt, gegenübergestellt und zusammengefasst, die Struktur und Wirkung von primärem und sekundärem Licht (J. J. Gibson).

Umgebungsleuchtdichte entspricht. Dazu kommen die spektralen Komponenten und ihre Eigenschaften. Beim ersten Schritt des Sehvorgangs wird durch die Augen sensorisch die aktuelle visuelle Szenerie der Außenwelt auf die Netzhaut projiziert. Diese zweidimensionale Projektion mit all ihren Reizinformationen wird im zweiten Schritt über die Sehbahn der Hirnrinde zugeführt. Dort erfolgt als dritter Schritt die Informationsverarbeitung, die das visuelle Wahrnehmungserlebnis generiert. Dadurch wird für uns die Welt erst visuell erlebbar. Wie wir eine Szenerie optisch erleben, hängt also in erster Linie vom vorherrschenden Lichtverhältnis ab. Also vom primären Licht der Lichtquelle und in der Folge vom sekundären Licht, das im Grunde erst sichtbar macht und das die informationsgebende Potenz in sich trägt. Das gilt sowohl für das Kunstlicht als auch für das Tageslicht. Das primäre Licht legt – nachdem es durch die Materialeigenschaften moduliert und reflektiert wird – die wesentlichen Eigenschaften des sekun­ dären Lichts fest und informiert über die Art des Reflektors bzw. des Lichtsystems. Wir erkennen also deutlich, dass primäres und sekundäres Licht zusam­ menwirken und gemeinsam zum Informationsinhalt führen. Im lichttechnisch spezifizierten Zusammenhang L = (E × ρ) / π jedoch kommt der informierende Gehalt des sekundären – also des sichtbaren Lichts – kaum zum Ausdruck. Um nun der in der Formel vernachlässigten Wichtigkeit der Interaktion von Licht und Material besser gerecht zu werden, bedarf es der Begriffsbildung der „ökologischen Optik“ im Sinne vom J. J. Gibson (Wahrnehmung und Umwelt, 1982). Die Ökologie ist Teildisziplin der Biologie und definiert sich als die Wissenschaft von den „Beziehungen des Organismus zur umgebenden Außenwelt“. Nach der ökologischen Optik (Abb. 4) der Wahrnehmungstheorie von J. J. Gibson ist das Wahrnehmungssystem darauf ausgerichtet, seine Information aus der Umwelt zu beziehen. Demnach ist in der ökologischen Optik der Unterschied zwischen leuchtenden und beleuchteten Flächen ganz entscheidend. J. J. Gibson definiert Licht • als physikalische Energie, d. h. Beleuchtung im Sinne der physikalischen Optik: Licht als Strahlung, 32

Kapitel 1

Abb. 4 Begriffsbildung der ökologischen Optik.

Abb. 5 In diesem Foto befindet sich der Beobachter auf dem Mond mit Blickrichtung auf die Erde und ist umgeben vom ­Universum. Die Sonne als die primäre Lichtquelle beleuchtet alles mit einer Beleuchtungsstärke von ca. 80.000 lx, ist jedoch nicht sichtbar. Sichtbar und damit zum sekundären Licht wird die Sonnenstrahlung erst, sobald sie auf einen Gegenstand auftrifft. In diesem Fall sind das der Mond und die Erde. Die Leuchtdichte der Mondoberfläche beträgt aufgrund ihrer geschätzten Reflexionseigenschaft (ρ = 0,2–0,3) LM ≈ 4.000–6.000 cd/m² und die Erde im bestrahlten ­Bereich LErde ≈ 3.500–15.000 cd/m². Das Universum ­hingegen erscheint trotz der vorherrschenden hohen ­Beleuchtungsstärke aufgrund seiner geringen Reflexionsfähigkeit dunkel.

Allgemeine theoretische Grundlagen

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• als Reiz zum Sehen, d. h. Beleuchtung im Sinne der physiologischen Optik: Licht als Empfindung, • als Parameter der Umwelt, d. h. Beleuchtung im Sinne der ökologischen Optik: Licht als Information. Die folgende Betrachtungsweise zeigt deutlich, welch hohen Stellenwert Materialoberflächen haben und wie wir sie unbedingt einer erweiterten Betrachtungsweise unterziehen müssen. Hier die Ansätze von J. J. Gibson aus der ökologischen Optik für die Wahrnehmung von Oberflächen: 1. Alle beständigen Substanzen haben Oberflächen, und alle Oberflächen haben eine Anordnung zueinander (= Layout). 2. Jede Oberfläche besitzt eine charakteristische Textur, die von der Substanz abhängt (= Pigmentierung, Struktur, Glanz). 3. Jede Oberfläche hat eine charakteristische Form, eine Flächenanordnung im Großen (= Umschließung). 4. Eine Oberfläche kann stark oder schwach beleuchtet sein, im Licht oder im Schatten liegen (= primäre Lichtkomponente). 5. Eine Oberfläche kann einen größeren oder geringeren Teil des primären Lichtanteils absorbieren (= absolute Reflexionseigenschaft). 6. Eine Oberfläche besitzt in Abhängigkeit von ihrer Substanz eine charakteristische Verteilung der Reflexionsgrade in Abhängigkeit der Lichtwellenlänge (= Remission). Diese Eigenschaft der Oberfläche kennt man als ihre Farbe, in dem Sinne, dass verschiedene Verteilungen verschiedene Farben hervorrufen. An dieser Stelle möchte ich deutlich noch einmal darauf hinweisen, dass das vorerst informationslose Licht einer Primärlichtquelle (= Beleuchtungsstärke) erst dann einen psychologisch erfassbaren Informationsgehalt ­erhält oder/und selbst zur Information wird, nachdem es eine material­ adäquate Modulation und Strukturierung erfahren hat und so als sekun­ däres Licht (= Leuchtdichte) in unser Auge gelangt (siehe Abb. 1). In der weiteren kognitiven Verarbeitung des Menschen entsteht ein Raum­er­schei­nungs­bild, der sogenannte „visuelle Raum“. Dieser visuelle Raum bildet sich aufgrund unserer aktiven Wahrnehmung, indem wir – als interpretierendes Wesen – unsere Erfahrungen und Erinnerungen mit einflie­ ßen lassen. Das bedeutet, dass Beleuchtungsstärke, Reflexionseigenschaf­ ten und Leuchtdichte aufgrund unserer aktiven Wahrnehmung durch Informationen erweitert werden. An den folgenden Beispielen möchte ich deutlicher darstellen, wie wichtig das Einbeziehen der ökologischen Optik bei der Beleuchtungsplanung und auch bei der Raumgestaltung ist. Eine diffuse Oberfläche ist durch ihr Reflexionsverhalten und ihren Reflexionsgrad lichttechnisch festgelegt. Darüber hinaus impliziert eine diffuse Oberfläche Festigkeit und Stabilität. Diffuse Bodenflächen z. B. vermitteln Stabilität und damit mehr Sicherheit, weiße Deckenoberflächen eine visuelle Begrenzung. Würde man die Decke jedoch nun so gestalten wollen, dass sich der Raum visuell nach oben hin öffnet und höher erscheint, dann ist es notwendig, entmaterialisierende Materialien zu verwenden wie z. B. glänzende, metallische oder lackierte Oberflächen (Abb. 7). Das oben Beschriebene funktioniert ebenfalls mit einem glänzenden, verspiegelten oder gläsernen Boden, der den Eindruck von Transparenz und Tiefe vermitteln würde. Jedoch ginge in diesem Fall der Eindruck von Stabilität und Sicherheit verloren (siehe Abb. 8). 34

Kapitel 1

Abb. 6 Diffuse Oberflächen reflektieren das auftreffende Licht und zerstreuen es in alle Richtungen, wobei es durch Absorption vermindert wird. Dabei entsteht eine visuell wahrnehmbare raumbegrenzende Oberfläche. Die ­Bewertung solcher diffusen Oberflächen kann durch Farben, Texturen, Formen beeinflusst ­werden (siehe Kapitel 5).

Abb. 7 Die seidenmatte Aluminium­decke entmaterialisiert den Raum, erzeugt ein virtuelles Bild und ist ­wesentlich an der Mittelbildung der Umgebungsleuchtdichte beteiligt. Unter entmaterialisiert verstehe ich eine Materialoberfläche, die ein virtuelles Bild der reflektierten Umgebung erzeugt und damit die Raumbegrenzung verändert.

Abb. 8 In dieser Abbildung haben wir aufgrund des glänzenden und spiegelnden Materials das virtuelle Bild am Boden. Die Spiegelung beinhaltet ca. 10 % der Umgebungsleuchtdichte und passt sich den laufenden Veränderungen der Raumhelligkeiten an. Der Eindruck von Stabilität und Sicherheit – der einem Boden üblicherweise zugewiesen wird – ist stark reduziert. In der Realität kommen solche Situationen häufig vor, und sie zeigen uns, welche Bedeutung der ökologischen Optik zufällt und wie wichtig es ist, bereits in der Planungsphase die Lichtgestaltung miteinzubeziehen.

Allgemeine theoretische Grundlagen

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Abb. 9a Modellsimulation des Eingangsbereichs der Passagenstudie.

Abb. 9b Modellsimulation Eingangs­ bereich.

Abb. 10 Realisierung der o. a. Modellstudie in der Passage Große Bleichen in Hamburg.

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Kapitel 1

2

Kapitel 2 Licht und Gesundheit

2.1 Prolog Licht beeinflusst unseren Körper, Licht beeinflusst unser Wohlbefinden, und Licht erhält unsere Gesundheit. Der Begriff „Gesundheit“ wird von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als der Zustand des vollständigen • körperlichen, • geistig-seelischen und • sozialen Wohlbefindens und nicht nur als das Freisein von Krankheit und Gebrechen definiert. In diesem Kapitel geht es um die komplexe Wirkung des Mediums Licht auf das visuelle und das nichtvisuelle System des Menschen. Es geht hier nicht nur um „das gute Sehen“, sondern darüber hinaus um „das Schaffen von Erkenntnis“. Das ist die Voraussetzung für die Bewusstseinsbildung und trägt somit ebenfalls zur Gesundheit und zum Wohlbefinden bei – man kann auch sagen, es trägt zur Sinnhaftigkeit unseres Lebens bei. Die Urfunktion unseres Gehirns ist das „Streben nach Erkenntnis“, und es verfolgt diese Aufgabe durch die „Bildung von Konzepten“, so schreibt der Neurologe Prof. Semir Zeki. Wesentliche Grundlage dafür ist das visuelle System. Der Mensch erhält über das Sehvermögen die meisten Informationen, die zu unserem täglichen Leben und zu unseren unmittelbaren Tätigkeitsbereichen gehören. Wir sind durch und durch Augentiere, und wir leben in einer Welt, die weitgehend auf das Sehen ausgerichtet ist. Tatsächlich sind gut die Hälfte aller Sinnesreize, die unser Gehirn erreichen, visueller Natur, sagt Eric Kandel in seinem Buch Das Zeitalter der Erkenntnis. Im Laufe meiner jahrzehntelangen Tätigkeit und Studien zum Thema Licht habe ich erkannt, dass die Verarbeitung durch das Gehirn mit seinen visuel­len Konzeptionen auch aufgrund unserer Umwelt einen bedeutenden Einfluss auf unser Verhalten hat. Das bezieht sich im Besonderen auf das Tageslicht mit seinem zeitlichen Tagesablauf, den ihn begleitenden zirkadianen Rhythmus, seine Quantität, seine Verteilung, seine spektrale Zusammensetzung und das damit verbundene visuelle Informationsangebot. OHNE LICHT KEIN LEBEN „Gutes Licht“ aus meiner Sicht bedeutet, dass hohe Sehschärfe und visuelle Leistung in unserer Lichttechnik ein wesentliches Kriterium sind. Das visuelle Wahrnehmen, das Erkennen, die Aufmerksamkeit und die Erweiterung des Bewussten und des Unbewussten – die durch die Verarbeitung Licht und Gesundheit

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des Informationsangebots im Gehirn entstehen – haben eine höhere Dimension, als wir ihr bisher einräumten, denn sie bestimmen weitgehend unser Verhalten. Gutes Sehen ist wichtig, jedoch ist es eine vorwiegend begleitende und orientierende Komponente des „visuellen Systems“. Zum besseren Verständnis möchte ich in diesem Kapitel visuelle Verarbeitungsvorgänge im Gehirn anführen. Studien der Neurologie kann man entnehmen, dass die Funktion des Gehirns die kontrollierte Produktion von Verhalten ist. Es verarbeitet Informationen und fungiert wie ein Rechner, der zwischen sensorischen Eingängen und motorischen Ausgängen geschaltet ist. Die Produktion von Verhalten wird vom Gehirn über Muskelkontraktionen gesteuert, die über emotionale und kognitive Verarbeitung von Reizen kontrolliert wird. Der Informationsfluss des Gehirns erfolgt über Sinneszellen, welche die Informationsschnittstelle zwischen Außenwelt und Gehirn darstellen. Die Funktion eines Sinnesorgans ist die Übersetzung von Reizinformationen, die über sensorische Eingänge erfolgt, wie z. B. der Sehapparat des visuellen Systems. Der Informationsfluss von außen gelangt zum Gehirn und wird begleitet von der Verhaltenskontrolle über den inneren Zustand des eigenen Körpers. Diese Art der Informationsübertragung nennt man Eigenwahrnehmung oder Propriozeption. Wahrnehmen bedeutet also nicht nur Reizaufnahme, sondern es bringt bereits gespeicherte Erfahrung und Informationen in Verbindung und hat immer einen relativen Charakter. Das bedeutet jedoch nicht, dass jeder Informationsfluss zu einer Wahrnehmung führt. Die ersten Verarbeitungsschritte betreffen einfache Komponenten, z. B. sensorische Informationen, die zu immer komplexeren Vorgängen verarbeitet werden. An einem bestimmten Zeitpunkt werden Zusammenhänge (wieder)erkannt. Diese einfache sensorische Informationsverarbeitung ist bereits in der Lage, eine Gedächtnisleistung zu erbringen. Ab dieser Phase arbeitet das Gehirn mit Wissen und ist die Voraussetzung für das Bewusstsein, das mit dem Wissen verbunden ist. Wissen über Bedeutung führt aber nicht immer zu Bewusstsein. Das Gehirn kontrolliert auch unabhängig vom Bewusstsein das Verhalten, benötigt dafür jedoch eine Menge semantischer Informationsverarbeitung. Vieles davon beansprucht nicht unbedingt unsere bewusste Aufmerksamkeit. Diese Funktionsweisen des Gehirns sind im ersten Schritt die „sensorischen Informationen“ der Außenwelt. Um sie der Innenwelt – also dem Gehirn – zugänglich zu machen, werden sie in spezifischen Gehirnarealen verarbeitet. Die Informationen werden zusammengefügt und sind vorwiegend ein Resultat der bewussten Wahrnehmung. In einem zweiten Schritt werden diese Informationen emotional und kognitiv verarbeitet. Die Emotion im weitgehenden Sinne bedeutet „Regung“. Dieser Zustand ist nach außen hin sichtbar und lässt eine positive oder negative Erregung erkennen. Bemerkenswert ist, dass ein emotionaler Zustand als Reaktion auf ein Ereignis nur wenige Minuten anhält und dann wieder verschwindet. Emotion als Reaktion auf ein bestimmtes Ereignis führt in der Folge zur Ausschüttung von Hormonen wie z. B. Adrenalin und Cortisol, was in der Folge meist zu Schweißausbrüchen, Pulsanstieg oder dergleichen führt. Dieser Hormonanstieg bleibt im Körper für eine Weile erhalten und führt zu einer gesteigerten Bereitschaft zur Handlung und Aktivität. Das benennen wir mit einem Gefühl (= unbewusste Emotion). Der rationelle Teil der Entscheidungsfindung ist kognitiv. ­Grundsätzlich beginnt Kognition oder Denken mit dem Verstehen bzw. mit ­Wissen. Es gibt in unserem Gehirn zusammengehörige Zellverbände, deren Akti­vi­täts­ muster zu bestimmten Gehirnkonzepten führen. Donald Hebb nennt solche Zellverbände „Ensembles“. Man kann ein solches Konzept am besten als 126

Kapitel 2

Antwort auf die Frage „Was kann dieses Objekt?“ verstehen. Je differenzierter man über diese Frage nachdenken kann, desto ­besser ­funktioniert das komplexe Denken. Denken ist also ein Prozess, der mit solchen Gehirnkonzepten (= neuronale Repräsentation) jongliert. „­Gedacht“ werden kann auch unterhalb der Bewusstseinsgrenze wie z. B. Intention. Eine intuitive Entscheidung basiert auf Leistung unter der ­Bewusstseinsgrenze.

2.2  Das visuelle System Das visuelle System wurde in den Beiträgen in Kapitel 1.1 mit den Kriterien der visuellen Leistung erarbeitet. Es basiert vorwiegend auf der Verarbeitung der sensorischen Informationen aus dem Bereich der Fovea. Die Unterschiedsempfindlichkeit und die Sehschärfe wurden als physiologische Funktionen beschrieben und in weiterer Folge das Erkennen, das zur Wissenserweiterung führt und dessen Vertiefung über die gerichtete Aufmerksamkeit zur Bewusstseinsbildung beiträgt. Begleitet werden diese Vorgänge von den visuellen Wahrnehmungsabläufen, in welchen ca. 80 % des Informationsangebots verarbeitet werden. Die Optimierung der visuellen Wahrnehmungsvorgänge beruht auf stabilen visuellen Voraussetzungen, deren Inhalte ebenfalls in Kapitel 1.1 ausführlich erarbeitet und dargestellt wurden. Besonders aus den Kapiteln 1.2.6 und 1.2.7 geht hervor, dass die Verarbeitung des fovealen Gesichtsfeldbereichs (Infeld) über das neuronale Nervensystem erfolgt und vorwiegend der Informationsvermittlung dient. Die neuronale Verarbeitung geschieht blitzschnell. Das visuelle System passt sich ebenfalls den Erfordernissen der Sehbedingungen an und bewältigt die enormen – auch in der Natur auftretenden – Helligkeitsunterschiede am Tag und auch teilweise in der Nacht, die von EA Sonne ≈ 100.000 lx bei Sonnenschein bis EA Nacht ≈ 0,1 lx betragen können. Unser Sehorgan ist fähig, zu adaptieren und in diesem Bereich zu sehen. Im Kapitel „Licht und Gesundheit“ werden die bedeutenden Komponenten für das visuelle System aufgezeigt wie • visuelle Leistung, • visuelle Wahrnehmung, • Aufmerksamkeit und • Informationsverarbeitung. Es geht um die Optimierung der visuellen Leistung und der dazu notwendigen Voraussetzungen, die zu gutem Sehen führen. Notwendig hierfür sind • die Kriterien der Unterschiedsempfindlichkeit, • die Adaptationsvorgänge, • die Bedingungen der stabilen Wahrnehmung, • die Leuchtdichtezuordnungen für Infeld und Umfeld in den Gesichtsfeldbereichen, • die Positionierung und • die Texturen und Farben mit ihren örtlichen Positionen im visuellen Raum. Noch einmal möchte ich ganz deutlich darauf hinweisen, dass über die visuelle Wahrnehmung ca. 80 % des Informationsangebots verarbeitet werden und dass dieser autonome Vorgang des visuellen Systems die Voraus­ setzung für „das gute Sehen“ ist. Die Mechanismen und Abläufe der unwillkürlichen und geteilten Aufmerksamkeit erfolgen ebenfalls weitgehend autonom und unbewusst. Sie werden fast ausschließlich vom vegetativen Nervensystem beeinflusst. Um Licht und Gesundheit

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Erkenntnisse und die damit verbundene Wissenserweiterung zu erlangen, sind allerdings die gerichtete Aufmerksamkeit und die Bewusstseinsbildung notwendig. Das visuelle Informationsangebot ist zu groß, um vollständig verarbeitet werden zu können, und würde die Wahrnehmung und die Verarbeitung überfordern. Aus diesem Grund reduzieren die Aufmerksamkeitsvorgänge das Informationsangebot selbstständig durch Selektion. Bewusstseinsvorgänge beschränken sich nicht nur auf mechanistische und autonome Voraussetzungen. Sie umfassen aufgrund des Vorbewusstseins das für die jeweilige Situation zugeordnete geistige Umfeld und sind dadurch ein tiefgreifender und bedeutungsvoller Vorgang. Bewusstsein gilt als geistig-mentaler Zustand. Neurologen bezeichnen das individuelle Bewusstsein als Ergebnis von Wahrnehmen, Erkennen, Vorstellen, Erneuern und Handeln. Charakteristische Formen des Bewusstseins sind das sogenannte Ich-Bewusstsein (= Identität) und das Aufmerksamkeit-Bewusstsein (Gerhard Roth, 1997). Diese letzte Bewusstseinsform hat auf unsere Vorgehensweise großen Einfluss, da Aufmerksamkeit und Bewusstsein bis hin zur Identität miteinander verbunden sind. Je stärker unsere Aufmerksamkeit auf ein Geschehen gerichtet ist, desto bewusster wird es uns und desto mehr verschwinden andere Geschehnisse aus unserem Bewusstsein (Enge des Bewusstseins – Fokusbereich). Die Vorgänge, die zur Optimierung der visuellen Leistung führen – also zu gutem Sehen –, sind die Adaptationsabläufe, der stabile Wahrnehmungszustand, die Unterschiedsempfindlichkeit, die Sehschärfe etc., also die visuellen physiologischen Komponenten. So sind einwandfreie visuelle Abläufe der optischen Wahrnehmung sowie die der Aufmerksamkeitsvorgänge unter Einbeziehung der Sehaufgaben und der visuellen Information Voraussetzung für Wohlbefinden und Gesundheit. Darin enthalten ist auch der Einfluss der räumlichen visuellen Umgebung mit seinen Farben, Texturen, Oberflächen und optischen Erscheinungsbildern. Das daraus entstehende Licht- und Raummilieu hat ebenfalls wesentlichen Einfluss auf das Wohlbefinden (siehe Abb. 99). Bei der Konzeption von Licht- und Raummilieus ist demnach wichtig, darauf zu achten, dass bei der visuellen Wahrnehmung und ihren Verarbei­ tungsprozessen unbewusste (autonome) und auch bewusste, mit Aufmerksamkeit gekoppelte Vorgänge beteiligt sind. Wir erkennen und verstehen dadurch deutlich, dass ein unbehagliches Licht- und Raummilieu mit unausgeglichenen Leuchtdichtebereichen mentale Belastung, Ermüdung und Stress bewirken kann. Dazu kommen meist noch Störungen durch Blendung und weitere zusätzliche Ablenkungen, die zur Reduktion der Aufmerksamkeit führen und den Bewusstheitszustand negativ beeinflussen. Wesentliche Voraussetzung für ein behagliches Licht- und Raummilieu ist demnach die ausgewogene Helligkeitszuordnung für die einzelnen Sehaufgaben. Die angeführten Betrachtungen befinden sich im Bereich des visuellen Systems. Ebenso von Bedeutung ist das nichtvisuelle System, das den Hormonhaushalt umfasst und beeinflusst. Die qualitative Beurteilung der Beleuchtung erfolgt bedauerlicherweise meist immer noch nach vorwiegend quantitativen Kriterien, wie wir anhand der Normen sehen können. Es werden zwar die physiologischen Komponenten des Sehens berücksichtigt, die jedoch nicht ausreichen, um den komplexen Prozess der visuellen Wahrnehmungsabläufe zu erfassen. Dies ist aber unbedingt notwendig, um objektivierbare Erkenntnisse zu erhalten, auf deren Basis die Beleuchtungsqualität von Räumen hinsichtlich unterschiedlicher Anforderungen wie Nutzung, Tätigkeit und Sehaufgaben beurteilt werden kann. Wichtig für uns Lichtplaner ist somit, die Erkenntnisse der visuellen Wahrnehmung in die Planungsvorgänge miteinzubeziehen, speziell bei der 128

Kapitel 2

Abb. 99 Stufen der Lichtintegration in ein visuelles ­Gesamterlebnis.

Konzeption des Licht- und Raummilieus. Die visuelle Wahrnehmung muss im Mittelpunkt stehen, und die Beurteilung der Erscheinungsbilder sollte durch die Komponenten des Wahrnehmungsablaufs erweitert werden. Die vorwiegend als Randbedingungen bewerteten Themen wie Farbe, Textur, Materialoberfläche, Möblierung etc. sollten ebenfalls unbedingt in die Überlegungen einfließen, um so ein gesamtheitlich-integratives Erscheinungsbild auf visuellen Grundlagen real planen zu können. Die visuelle Erfassung eines Raums ist ein komplexer geistiger Prozess, und so gilt es, sich dem realen Erscheinungsbild in differenzierteren Schritten/Stufen anzunähern. Dieser Vorgang kann reversibel gehandhabt werden, denn in den meisten Fällen werden das Raumkonzept und das gewünschte Erscheinungsbild von den Bauherren und den Architekten vorgegeben. Die Zielsetzung sollte es also unbedingt sein, ein Licht- und Raummilieu so zu gestalten, dass seine Wirkung sowohl dem visuellen System als auch dem nichtvisuellen System des Menschen entspricht. Adaptation Beim neurophysiologischen Mechanismus der Adaptation passt das Auge seine Hellempfindlichkeit autonom – also größtenteils unbewusst – den ständig wechselnden Helligkeitsbedingungen im Gesichtsfeld an. Dadurch werden die Helligkeitsschwankungen als eine weitgehend invariante – also unveränderliche – Größe gesehen, was die primäre Voraussetzung für die relativ kontinuierliche Raumwahrnehmung ist. Die Adaptation ist also dafür verantwortlich, dass die Helligkeit zur Invariante wird. Dieser Bereich ist dann gegeben, wenn der Adaptationsvorgang bei den gegebenen Leuchtdichteverhältnissen seinen Endzustand erreicht hat (siehe Kapitel 1.4 und Kapitel 1.6). Wir sehen anhand Abb. 54 in Kapitel 1.4 auch, dass ein Zusammenhang zwischen mentaler Belastung und Adaptationslabilität besteht. Bei Optimierung der Helligkeitsverhältnisse zwischen Sehaufgabe und Umgebung erreichen auch die Sehfunktionen (Scharf-, Farb- und Tiefensehen) ihren Bestwert und minimieren die visuelle Belastung. Ein Festlegen der Licht und Gesundheit

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Abb. 100 Bildschirmarbeitsplatz und die ergonomisch ­relevante Gliederung des Gesichtsfeldes in seine räumlichen Teilkomponenten.

lichttechnischen Kriterien wie Leuchtdichte, Beleuchtungsstärke und Reflexionseigenschaft kann also im Sinne eines psycho-physiologischen Sehkomforts über die Gesetzmäßigkeiten der Wahrnehmungsvorgänge durch Anwendung des Theoretischen Leuchtdichtemodells erfolgen. Diese o. g. empfohlenen Leuchtdichtebereiche wurden anhand von Versuchen in unserem Labor erarbeitet und werden bis heute in unseren Planungsvorgängen – speziell bei der Bürobeleuchtung – umgesetzt. In der folgenden Abbildungsreihe 101–118 zeige ich einen Ausschnitt der o. g. Versuchsreihe mit ihren Ergebnissen. Für mich ergab sich daraus deutlich, dass, wenn man sich mit den Leuchtdichteverteilungen eines Raums nicht im stabilen Wahrnehmungsbereich befindet, das Wohlbefinden leidet und sogar mit gesundheitlichen Auswirkungen gerechnet werden kann. Der Versuchsaufbau wurde in einem eigens dafür errichteten Testraum installiert und hatte folgendes Modell der optischen Wahrnehmung und Informationsverarbeitung als Grundlage: „Quantitative Erfassung der psycho-physiologischen Stressbelastung unter variierbaren Leuchtdichteverhältnissen zwischen Infeld und Umfeld“ (Abb. 101, 102). Wir haben mehr als 30 Beleuchtungsvarianten unter dem Gesichtspunkt des Leistungsabfalls und der Ermüdung miteinander verglichen und dafür pro Beleuchtungsvariante ca. 30 Testpersonen herangezogen. Im Zuge dieser Forschungsarbeit stellte sich mehr und mehr heraus, dass die objektive Methodik für die Ermittlung des visuellen Systems besser geeignet ist, um psychomentale Belastungen in Abhängigkeit von Beleuchtungsbedingungen zu erfassen und zu interpretieren, als ausschließlich subjektive Akzeptanzerhebungen. Es ist möglich, die entwickelten Testverfahren auch an bestehenden Arbeitsplätzen durchzuführen, indem der sogenannte Ist-Zustand erfasst wird und diesem optimierte Lichtlösungen gegenübergestellt werden. Bei der objektiven Methode werden in den Versuchsanordnungen visuelle Aufgabenstellungen angeboten und die Kriterien variieren. Als Ergebnis wird dann z. B. die Unterschiedsempfindlichkeit als Bewertungskriterium für die visuelle Leistung herangezogen (Kapitel 2.2, Abb. 110, 111). 130

Kapitel 2

Literaturverzeichnis

Ein Teil der in diesem Buch angeführten Literaturangaben basiert auf der Grundlage von Forschungsergebnissen, die von der Bartenbach GmbH (ehem. Bartenbach LichtLabor) erarbeitet wurden. Sie sind meist einem spezifischen Thema zugeordnet und mit diesem Bearbeitungs- oder Erklärungsvorgang vernetzt. Diese Arbeiten sind meist in ihrer Zusammenfassung mit „unveröffentlicht“ vermerkt und liegen vorwiegend bei Bartenbach auf und erfassen einen Großteil des Literaturumfangs. Die Ursache dafür ist, dass der Inhalt des Buches überwiegend auf den Erfahrungen und der realen Durchführung von Aufgabenstellungen beruht. Häufig sind diese von Forschungen an der Wahrnehmung und der Entwicklung lichttechnischer Systemtechniken für Tages- und Kunstlicht begleitet. Diese Forschungsergebnisse machen einen bedeutenden Wissensanteil am Inhalt dieses Buches aus.

Christian Bartenbach (sen.): „Von der Helligkeit zur Wahrnehmung“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Licht- und Raummilieu“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Licht und Farbe“ Lichtplanung Ch. Bartenbach, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Ökologische Optik“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Vergleich v. künstlichen Beleuchtungssystemen“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Beleuchtung mit Sekundärsystemen“ Sonderdruck TAB (Technik am Bau), 1990 Christian Bartenbach (sen.): „Identität eines Verwaltungsgebäudes durch Licht“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Mehrere Infelder“ (Dr. Rasch Architekturbüro – Astronomy Museum Mekka – Projekt Nr. 1719) 2020 Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Neue Tageslichtkonzepte“ Sonderdruck TAB (Technik am Bau), 1986 Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck Christian Bartenbach (sen.): „Tagesbelichtung von Arbeitsräumen“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Tages- und Kunstlicht in Einkaufspassagen“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.) „Lichtvorhänge oder Fensterbehänge“ Lichtplanung Bartenbach, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.): „Sonnenraum – Detailbericht Analyse der Leistungsund Befindlichkeit – physiologische Messungen“, 2006 Lichtplanung Bartenbach – Kompetenzzentrum 09, Aldrans/Innsbruck Christian Bartenbach, Martin Klingler: „Tageslicht“, S. 88 ff.

Jahrbuch für Licht und Architektur; hrsg. von Ingeborg Flagge, 1995.

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Bartenbach LichtLabor: Bauen mit Tageslicht und Bauen mit Kunstlicht Herausgeber: Roland Gfeller-Corthésy Verlag Vieweg und Sohn, 1998 Christian Bartenbach (sen.), Walter Witting: „Welches Licht am Bildschirm“ Quantitativer Leistungsvergleich verschiedener Lichtbedingungen (am Bildschirm) am Arbeitsplatz Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.), Walter Witting: „Wellness, Licht und Gesundheit in Gastronomie und Hotellerie“ Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck – unveröffentlicht Christian Bartenbach (sen.), Walter Witting: Handbuch für Lichtgestaltung. Lichttechnische und wahrnehmungspsychologische Grundlagen Bartenbach LichtLabor, Aldrans/Innsbruck Springer Verlag, 2009 Christian Bartenbach (sen.), Ottokar Uhl (Universität Karlsruhe), Fa. Osram, München: „Halogenisierung des Wohnraumes“ Christian Bartenbach (sen.), Markus Canazei, Siegmund Staggl, Julia Wörgötter: „Therapeutische und nicht themenspezifische Lichtwirkungen“ (Theoretisches Modell), Projekt Nr. 2230 Bartenbach LichtLabor – KPZ 2009 – unveröffentlicht – KPZ 130 + Medizinische Universität Innsbruck, Prof. Hartmann Hinterhuber, Dr. Josef Marksteiner Christian Bartenbach (sen.), Markus Canazei, Siegmund Staggl, Martina Ascher: „Kriterien der Psychophysiologischen Behaglichkeit“, Projekt Nr. 133, 2009 (Wissenschaftliche Gesamtdokumentation) Bartenbach LichtLabor, Kompetenzzentrum, Fa. Egger – unveröffentlicht Doris Eller-Berndl: Herzratenvariabilität Verlagshaus der Ärzte, 2010 MS Rea PhD, MG Figueiro MSc, JD Bullough MSc, Lighting Research Center, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York, USA: „Circadian photobiology: an emerging framework for lighting practice and research“, 2002 Stephen Bitgood, Jacksonville University, USA: „The Mind in visual search“ Sam M. Berman, George Fein, Don L. Jewett, Blaine R. Benson, T.M. Law, Alan M. Myers: „Visual Performance and Light Spectrum: The Inadequacy of Conventional Photometry“, November 1996 Peter Dal-Bianco, Peter Walla: Verrückt, was unser Hirn alles kann Galila Verlag, 2010 Andreas Berke: „Blaues Licht – gut oder schlecht?“ (Teil 1 und 2) DOZ-Verlag (www.doz.verlag.de unter „Service“ im Download-Bereich) Atelier 5: Architektur und Tageslicht – Haus Vaucher Ammann Verlag, , 1984 Julia Anna von Chamier: „Die Interdependenz von Material und ihre Folgen für Raumgefühl und Wohlbefinden“ Dissertation, TU München, Lehrstuhl für Raumkunst und Lichtgestaltung, 2020 Wolfgang Ehrenstein: „Das Auge stellt die biologische Uhr des Menschen“ Konsequenzen für Lichtnutzung und Lichttechnik (3. Symposium „Licht und Gesundheit“, Berlin, Februar 2002) Universität Hohenheim, Angewandte Physiologie James J. Gibson, Ivo Kohler: Die Sinne und der Prozess der Wahrnehmung Verlag Hans Huber, 1973 James J. Gibson: Wahrnehmung und Umwelt Verlag Urban und Schwarzenberg, 1982 E. Bruce Goldstein: Wahrnehmungspsychologie, 7. Auflage Spektrum Akademischer Verlag, 2008 Springer Verlag, 2008 Herbert Hagendorf, Joseph Krummenacher, Hermann-Josef Müller, Torsten Schubert: Wahrnehmung und Aufmerksamkeit Springer Verlag, 2011 Gunther Hildebrandt, Maximilian Moser, Michael Lehofer: Chronobiologie und Chronomedizin (Biologische Rhythmen – Medizinische Konsequenzen) Verlag Hippokrates, 1998 György Kepes: Sprache des Sehens Florian Kupferberg (Paul Theobald und Company), 1970 460

Anhang

Eric Kandel: Das Zeitalter der Erkenntnis Pantheon Verlag, 2014 Daniel Kahneman: Schnelles Denken, langsames Denken Verlag Siedler, 2011 Russel J. Reiter, Jo Robinson: Melatonin Verlag Knaur, 1996 Gerhard Roth: Persönlichkeit, Entscheidung und Verhalten Verlag Klett-Cotta, 2007 Ders.: Das Gehirn und seine Wirklichkeit Suhrkamp Verlag, 1997 Thomas Herzog: Nutzung – Effizienz – Nachhaltigkeit SOKA-BAU (KFW-Wiesbaden, 1994) Prestel, 2007 Peter Spork: Das Uhrwerk der Natur Rororo – Rowohlt Taschenbuch Verlag, 2004 R. O. Schumacher: „Die Unterschiedsempfindlichkeit des helladaptierten menschlichen Auges“ Dissertation, Technische Hochschule Berlin, Charlottenburg, 1940 Peter Scheffler: „Anpassung an Farben“ Dissertation, Philosophische Fakultät der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, 1949/1950 Wolf Singer: Der Beobachter im Gehirn Suhrkamp Verlag, 2002 Herbert Schober: Das Sehen (Band I/II) Fachbuchverlag Leipzig, 1957/1964 Semir Zeki: Glanz und Elend des Gehirns Ernst Reinhardt Verlag, 2010 Arthur Zajonc: Lichtfänger – die gemeinsame Geschichte von Licht und Bewusstsein Verlag Freies Geistesleben, 2008 Jürgen Zulley, Barbara Knab: Unsere Innere Uhr Herder Verlag, 2000 Daniel L. Schacter: Wir sind Erinnerung Rowohlt Verlag, 1999 Franco Pestilli, Gerardo Viera, Marisa Carrasco: „How do attention and adaptation affect contrast sensitivity?“, Journal of Vision, 2006 Bartenbach LichtLabor – KPZ35 (2011) – UMIT Hall (Prof. Wolfgang Schobersberger): „Lichtwirkung und Melatoninproduktion“ Rolfdieter Krause, Rainer Stange (Hrsg.): Lichttherapie Springer Verlag, 2012 (Seite 58, Abb. 4.2) E. Bruce Goldstein: Wahrnehmungspsychologie, 7. Auflage Spektrum Akademischer Verlag, 2008

Literaturverzeichnis

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Christian Bartenbach Rans 2 6071 Aldrans Acquisitions Editor: David Marold, Birkhäuser Verlag, A-Wien Content & Production Editor: Katharina Holas, Birkhäuser Verlag, A-Wien Korrektorat: Monika Paff, D-Langenfeld Layout, Covergestaltung und Satz: Ekke Wolf, A-Wien Litho: Pixelstorm Litho & Digital Imaging, A-Wien Druck: Holzhausen, die Buchmarke der Gerin Druck GmbH, A-Wolkersdorf

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