MODERN FÉNYFORRÁSOK ÉS ÁLLOMÁNYVÉDELEM - Világítástechnika a múzeumi és levéltári gyakorlatban - Tisztelt Hölgyeim és Uraim, kedves résztvevők! SLIDE1 Koltai György vagyok, és tisztelettel köszöntöm Önöket a Novastore Múzeumtechnikai Kft. nevében. Előadásomban egy rövid világítástechnikai áttekintést szeretnék nyújtani a napjainkban használatos fényforrásokról és ezeknek az állományvédelemben betöltött szerepéről, mely Önöket mint restaurátorokat, valamint múzeumi és levéltári szakembereket közelről érinti. SLIDE 2 Annak érdekében, hogy gyűjteményeink nagy gonddal restaurált darabjait bemutathassuk, illetve hogy egyáltalán dolgozhassunk velük, fényre van szükség. A műtárgyak bemutatása során azonban a "láttatni vagy megóvni?" éles dilemmájával találjuk szembe magunkat. Egyfelől nem szeretnénk csökkenteni a műtárgy vizuális élvezetének értékét az elégtelen megvilágítás miatt, de ugyanakkor óvakodunk attól is, hogy a műtárgy értéke csökkenjen az esetleges túlzott, vagy éppen nem megfelelő megvilágítás által okozott károsodások miatt. Előadásomban megpróbálok ötleteket adni ahhoz, hogyan lehetne mérsékelni ezt a feloldhatatlannak látszó ellentétet, ehhez viszont tisztáznunk kell néhány világítástechnikai alapfogalmat. SLIDE3 Maga, a fény, amely a tárgyat láthatóvá teszi számunkra, nem más, mint az emberi szemmel érzékelhető elektromágneses sugárzás. Ez a sugárzás pedig a hullámhosszával és az energiájával jellemezhető. A látható fény a 380-780nm-es hullámhossztartományba esik, és a vöröstől az ibolya színig terjed. Az infravörös sugárzás a látható fénynél nagyobb, de a mikrohullámnál kisebb hullámhosszú sugárzás. Az ultraibolya sugárzás a látható fénynél kisebb, de a röntgensugárzásnál nagyobb hullámhosszú sugárzás. Ebből következik, hogy sem az infravörös, sem az ultraibolya sugárzás nem esik a látható tartományba. Ennek megfelelően elmondhatjuk, hogy a fény nem tartalmaz UV és IR összetevőket.
SLIDE4 A fentiek alapján elmondhatjuk, hogy ezeknek a sugárzásoknak nincs vizuális hatása, és a műélvezetet sem a meglétük, sem a hiányuk nem befolyásolja. Ezért ezekkel a sugárzásokkal kizárólag mint káros sugárzásokkal kell foglalkoznunk. A fény, az IR és UV sugárzások további jellemzője, hogy a fényforrások által keltett fotonok energiája az UV sugárzás irányában egyre gyorsabban nő. A sugárzások által keltett károsodások típusa a résztvevő fotonok energiájának függvénye. Elmondható tehát, hogy az infravörös sugárzásnak nincs elegendő energiája ahhoz, hogya látható fényhez és az UV sugárzáshoz hasonló fotokémiai reakciákat indítson el, ezért az infravörös sugárzást, mint hősugárzást kell figyelembe vennünk. SLIDE5 A felületre beeső fényt a terminológia megvilágításnak nevezi, és mértékegységeként a luxot használja. A mérésükre kifejlesztett műszereket luxmérőknek, vagy megvilágításmérőknek nevezzük. Különösen érdekes számunkra az olyan luxmérő, amely UV tartományba eső lux értéket mér. Ugyancsak fontos számunkra a megvilágítás mértékét egy adott időszakra meghatározni: - Ha például egy adott műtárgy megvilágításánál egy gyenge, 50 lux-os megvilágítást 10 napig napi 8 órában használunk, 4Mlx/ h fénymennyiség éri a tárgyat, de a tárgy egyes részletei nem láthatók a gyenge megvilágítás miatt (bár ez a megvilágítás folyamatos). - Ha pedig egy erősebb, 200 lux megvilágítást mozgásérzékelőkkel használunk, (tehát csak akkor kap megvilágítást a tárgy, ha a látogató ott áll előtte), akkor naponta összesen kb. 2 órát üzemel a fényforrás, ami azt jelenti, hogy a 10 napos ciklusban 4Mlx/ h fénymennyiség éri a tárgyat, vagyis ugyanakkora, mint az előző esetben, de a műélvezet sokkal nagyobb, hiszen az adott időtartamokban erősebb fény éri a műtárgyat. Ahhoz, hogy a tárgy színeit és kontrasztjait megfelelően láthassuk, megfelelő megvilágításra van szükség. A nappali látáshoz (csaplátáshoz) minimum 40lx megvilágításra van szükség. Ez alatt a megvilágítási érték alatt a kevert (csap+pálcika) látás a jellenző, amely alacsonyabb mértékű színfelismerést okoz. SLIDE6 Amikor 60 évvel ezelőtt megfogalmazták a múzeumok számára a világítástervezésnél használható irányvonalat, azt mondták, hogy 50lx elegendő ahhoz, hogy az emberi szem a színeket és mintákat megfelelően felismerje (azaz a nappali, vagy csaplátás álljon be). Ez az 50 lx megvilágítás alkalmas volt arra, hogy a tárgyakat a fény káros hatásaitól megóvja, azonban a műélvezetet ekkora megvilágítás nagyban csökkentette.
Ez nem csak a színfelismerésben okozott problémát, hanem abban is, hogy az emberi szem - anatómiai felépítése folytán - ilyen kis fénynél az apró részleteket, a sötét felületeket, az alacsony kontrasztú különbségeket nehezebben érzékeli, mint erősebb megvilágításnál, arról már nem is beszélve, hogy a szem megfelelő működési határait az életkor is befolyásolja. Márpedig a műtárgy hiteles és pontos bemutatásához annak részletei is hozzátartoznak. A kérdés tehát az, hogy mekkora megvilágítást alkalmazzunk ahhoz, hogy a műtárgyat élvezhetően, minden részletét kiemelve be tudjuk mutatni, de ez mégse menjen a műtárgy élettartamának rovására? Ez a táblázat egy egyszerűsített irányvonalat mutat, hogy az egyes tényezőket (mint a sötét felületeket, az alacsony kontrasztkülönbségű részeket, a finom részleteket, és a szem életkori sajátosságait) hogyan vegyük figyelembe a megvilágítás megválasztásakor. Ez a táblázat nem azt adja meg, hogy a múzeumnak mekkora megvilágítási értékeket kell használnia adott esetben, csupán azt mondja, hogy mekkora értékeknél válik teljesen láthatóvá minden részlet. SLIDE7 Ahhoz, hogy a fent taglalt megvilágítási értékek minél inkább megközelíthetőek legyenek, azaz minél magasabb megvilágítási értéket érjünk el a káros hatások minimalizálása mellett, fontos, hogy néhány alapvető dologra ügyeljünk. - Ezek közül az első, hogy helyesen válasszuk meg a fényforrásunkat. - Aztán ezt a fényforrást úgy helyezzük el, hogy az ne okozzon káprázást. - Fontos, hogy csökkentsük a tükröződést a külső / belső megvilágítás arányával vagy tükröződésmentes üveggel. - Válasszunk megfelelő színű hátteret (a legtöbb tárgy élesebben látható egy sötét, matt felület előtt, mint egy csillogó világos felületen) - Hagyjunk időt a látogatónak, hogy a szeme hozzászokjon a sötétebb fényviszonyokhoz (pl. sötétített hozzávezető folyosók stb.) SLIDE8 Ahhoz, hogy el tudjuk dönteni, mely fényforrások felelhetnek meg műtárgyvédelmi szempontból, tekintsük át a fényforrásokat elsősorban az előbb említett paraméterek mentén. A napjainkban alkalmazott fényforrások három fő csoportba sorolhatók: hőmérsékleti sugárzók, kisüléses fényforrások és félvezető alapú fényforrások. SLIDE9 A fényforrások közül műtárgyvédelmi szempontból alkalmatlanok a következők: - A nátriumlámpák, melyek sárga, monokromatikus fényük miatt rossz színvisszadással rendelkeznek
- A higanylámpák, amelyek alapvetően UV sugárzást bocsájtanak ki és eljárt felettük az idő is - A xenon lámpák, amelyeket autókban, villanófényhez illetve vetítőkben alkalmaznak leginkább, mert nincsenek hozzá megfelelő lámpatestek a múzeumokban, és drágák is - Az indukciós lámpák, amelyek nagyon drágák és inkább ipari felhasználáshoz gyártják őket Nézzük meg tehát, hogy a megmaradt fényforrások közül melyik mire használható. SLIDE 10 Az izzólámpák Edison találmánya óta hatalmas technikai fejlődésen mentek keresztül, alapelvük azonban változatlan maradt: a villamos áram hőhatása által felmelegített izzószál bocsátja ki a látható sugárzást. Az izzó volfrámszál hőmérséklete 2800 K körül van, tehát az izzólámpák meleg színű fényforrások, és mivel az izzószál a gyakorlatban fekete testnek tekinthető, színvisszaadása is ideális. A nagy sorozatú tömeggyártás miatt igen olcsón állíthatók elő és tekintve, hogy működtetésükhöz nem szükségesek segédberendezések, az izzólámpás lámpatestek is igen egyszerű felépítésűek. Azonban az izzólámpák a villamos energiát igen rossz hatásfokkal alakítják át fénnyé, a felvett teljesítmény legnagyobb része hővé alakul. A mai normál izzólámpák fényhasznosítása mindössze 6-19 lm/w körüli értékű (az elméleti maximum 680 lm/w!). A magas hőmérsékleten izzó volfrámszál kristályszerkezete idővel átalakul, az izzószál helyenként elvékonyodik és törékennyé válik. Leginkább ez a jelenség okozza az izzólámpák kiégését. Az átlagosan 1000 óra élettartamú izzólámpák viszonylag sűrű cserére szorulnak. Műtárgyvilágításnál már nemigen használják őket. SLIDE 11 A normál izzólámpák hátrányainak csökkentése érdekében fejlesztették ki a halogénlámpák családját. Az izzószálat körülvevő gáztérbe bevitt halogénvegyületek késleltetik a volfrámszál öregedését, az ún. halogén körfolyamat hatására az elpárolgott volfrám az izzószál legmelegebb, tehát legvékonyabb helyére rakódik vissza és így mintegy befoltozza a kialakulóban lévő szakadást. Természetesen a halogénlámpák sem örökéletűek, de a normál izzólámpák 1000 órás átlagos élettartamával szemben általában 2000 órát működnek. A halogén körfolyamat miatt az izzószál hőmérséklete is megemelhető, a halogénlámpák spirálja 3200-3400 K körüli hőmérsékleten működik. A magasabb hőmérséklet miatt ezeknek a lámpáknak a fényhasznosítása is jobb, azonban a halogénlámpák még így sem tartoznak a kifejezetten energiatakarékos fényforrások közé. Fontos tudnivaló, hogy a bura falának magas hőmérséklete miatt a zsíros ujjlenyomatok eltávolíthatatlanul beégnek. Ezért a halogénlámpák buráját soha ne érintsük meg szabad kézzel! SLIDE 12 Műtárgyi környezetben széleskörűen alkalmazzuk a halogénlámpákat tükrös spot és fényárlámpa kivitelben. Ennek az az oka, hogy a színvisszaadásuk megfelelő, jól
dimmelhetőek (azaz jól szabályozható a fényerejük), és alacsony az árfekvésük, ezért könnyebben cserélhetőek, mégha ez gyakrabban is szükségessé válik. Alkalmazásuknál ügyelni kell arra, hogy magas a hőtermelésük! Ezt a problémát szellőztetéssel oldhatjuk meg, illetve azzal, hogy az érzékeny műtárgyaktól eltérő térbe helyezzük őket, vagy nagy távolságra szereljük. Továbbá előszeretettel alkalmazzuk a halogénlámpákat sínes lámpatestekben, ahol a műtárgyaktól való megfelelő távolságuk révén hőterhelés nem lép fel, és a többi, előnyös tulajdonságuk így jól kihasználható. SLIDE13 A fénycsövek olyan higanygőz-argongáz keverékével töltött, fényporbevonattal ellátott, két végén elektródokat tartalmazó kisülőcsövek, amelyekben a villamos kisülést használják fel fénykeltésre. Az elektródok közötti kisülőtérben az elektronok mozgásuk közben a higanyatomoknak ütköznek és gerjesztik őket. A higanyatomok az ütközés során felvett energia zömét ultraibolya sugárzás formájában adják le. Ezt az ultraibolya sugárzást a fénycső belső falára felvitt fényporréteg alakítja át látható fénnyé. A villamos kisülés megindításához az elektródokat elő kell fűteni ahhoz, hogy elektronokat bocsássanak ki. A működő fénycső esetén a kisülés már nem engedi kihűlni az elektródokat, így a működés folyamatossá válik. Ahhoz, hogy a kisülés létrejöjjön, egy nagyobb feszültséglökést kell az elektródok közé kapcsolni. Ha a kisülés megindult, a lámpa áramát korlátozni kell. Áramkorlátozás nélkül ugyanis a kisülőcsőben folyó áram minden határon túl egyre nőne, és ez áramnövekedés csak a fénycső tönkremenetelével érne véget. Ezeket a bonyolult fizikai folyamatokat viszonylag egyszerű eszközökkel tudjuk szabályozni: a fénycső működéséhez általában előtét és gyújtó szükséges. A parázsfénykisüléses elven működő fénycsőgyújtók csak több-kevesebb próbálkozás után tudják a lámpát begyújtani, ami bekapcsoláskor felvillanásokkal jár. A már begyújtott és rendeltetésszerűen működő fénycső fénye is vibrál, ezt a jelenséget az 50 Hz-es hálózati feszültség okozza. A megoldást az utóbbi időben egyre inkább terjedő elektronikus előtétek használata jelenti. Az ilyen előtétek a csövet azonnal és kíméletes módon gyújtják be, ami a fénycsövek élettartamának megnövekedésével is jár. A lámpa a hálózati frekvencia helyett kb. 30 khz frekvencián működik, gyakorlatilag teljesen villogásmentesen. A fénycsövek fényárama az alkalmazott fénypor tulajdonságaitól függ. Legkorszerűbbek az ún. háromsávos fényporral készült fénycsövek, amelyek energiafelhasználása és színvisszaadása is kedvezőbb. Az egyenes fénycsövek hosszú mérete azonban számos helyen kizárja az alkalmazásukat. Ezt a hátrányt a kompakt fénycsövek megjelenése szüntette meg. Az ötlet egyszerű: a hosszú üvegcsövet "hajtogassuk össze" minél kisebbre. Az egyszerű ötlet megvalósítása természetesen számos technikai nehézséggel járt, de mára már rendkívül nagy számban léteznek kompakt fénycsövek,
amelyekkel ez az energiatakarékos világítási mód gyakorlatilag már bárhol megvalósítható. A kompakt fénycsövek egyes típusainál a működtető elektronikát beépítik a lámpa fejrészébe, így ezek a lámpák közvetlenül becsavarhatók az izzólámpák menetes foglalataiba. Jelenleg a kompakt fénycsövek képviselik a fényforrások leggyorsabban fejlődő területét. SLIDE14 A modern többsávos fényporral rendelkező fénycsövek már bátrabban alkalmazhatók a műtárgyvilágításban. Ezek a fénycsövek más nagyságrendekkel alacsonyabb UV-sugárzással és folytonosabb színképpel, ezáltal jobb színvisszaadással rendelkeznek. Fényhasznosításuk jó, élettartamuk hosszú, így gazdaságosan használhatók. A modern elektronikus előtétek gyors gyújtást, vibrálásmentes fényt garantálnak. Kis mennyiségű hőt temelnek, ezért könnyebben alkalmazhatók zárt terekben, rejtett világításként is. Kialakításukból adódóan elsősorban általános és derítő világításra alkalmasak. Amennyiben fénycsöveket alkalmazunk műtárgyvilágításhoz, főleg érzékeny anyagoknál, körültekintően kell kiválasztanunk a fénycső típusát, esetleg további védelemhez alkalmazzunk a lámpatestekben fényvédő fóliát a káros sugárzás szűrésére. SLIDE15 A higanylámpák korszerű utódai a fémhalogénlámpák, amelyben a higanyhoz különböző ritka földfémeket és azok halogénvegyületeit adalékolják. Ezek hatására a lámpa fényhasznosítása és színvisszaadása is javul. A higanygőzkisülés spektrumában lévő hézagok kitöltésére olyan adalékokat használnak, amelyek nem nyomják el a higany kívánt sugárzását, a hézagokat pedig úgy töltik fel, hogy az javítsa a fényhasznosítást és a színvisszaadást. Az alkalmazott adalékok száma következtében, különös tekintettel a többkomponensű rendszerek variációs lehetőségeire, ezen lámpák színösszetétele igen gazdag választékot kínál. Legelterjedtebb változataik 3500 és 6000 K színhőmérsékletűek. Fényhasznosításuk 70-105 lm/w. Színvisszaadási indexe 65, illetve a nappali fényű lámpáknál akár 90 feletti. A fémhalogén lámpák elektronikus gyújtással rendelkeznek és fényerejük nem szabályozható, mivel az a fény minőségi paramétereinek durva elrontásával jár. SLIDE 16 A kiváló színvisszaadás és a megfelelő üzemeltetési paraméterek ellenére műtárgyvilágításban csak fenntartásokkal alkalmazhatók. Egyrészt magas hőtermelésük miatt csak megfelelő armatúrában használhatók a műtárgytól elzárt térben, vagy attól megfelelő távolságban. UV tartományba is eső sugárzásuk miatt pedig használatuk csak megfelelő kiegészítő UV védelem mellett, vagy UV sugárzásra nem érzékeny anyagoknál indokolt! Mivel a fémhalogén lámpa nem dimmelhető, tervezésekor körültekintően kell eljárni a teljesítmény meghatározásánál, mivel a túlzott fényerősség később már csak a fényforrás, rosszabb esetben a lámpatest cseréjével csökkenthető!
SLIDE 17 A világító diódák (a LED-ek) a közelmúltban kiléptek az egyszerű, elektronikus eszközökön használt, színes jelzőfényeket létrehozó fényforrások kategóriájából. A LED technológia napjainkban a világítástechnika egyik legdinamikusabban fejlődő területének számít. Szinte minden eddig ismert alkalmazásban igyekeznek a hagyományos hőmérsékleti sugárzókat vagy kisüléses fényforrásokat LED fényforrásokkal kiváltani több kevesebb sikerrel. SLIDE 18 A LED nagy előnye, hogy kis méretben legyártható, mozgó-kopó-elhasználódó alkatrész beszerelése nélkül, továbbá UV mentes és csekély hőtermeléssel járó eléggé erős fényének sugárzási szöge optikai lencsével jól szabályozható. Hátránya jelenleg, hogy színvisszaadása sok típusnál nem megfelelő, valamint a vegyes minőségű gyártás miatt szép számban találunk rossz minőségű, gyorsan elhasználódó lámpákat is a kereskedelmi forgalomban. A LED lámpák fény- és élettartamminősége szinte egyenes arányban áll az árukkal, így a megfelelő LED-ek alkalmazása költségesebb. Sok múlik ugyanakkor az alkalmazott tápegység minőségén is, egy olcsó 12V-os adapterrel meghajtott, drága LED lámpa ugyanúgy lehet rövid életű, mint olcsóbb társai. Mivel a LED alapvetően egy pontba sugárzó fényforrás, leginkább irányított fény létrehozására használható. SLIDE 19 LED esetében a fehér fény létrehozására additív fénykeverést, vagy fényport használnak. Ezek közül a legelterjedtebb a sárga fényporos változat. A sárga fényporral állítják be a LED színhőmérsékletét. Jellemzője az ilyen felépítésű fehér LED-eknek, hogy minél sárgább (azaz minél melegebb) a fényük, a fényhasznosításuk és - ezáltal fényerejük - annál kisebb. SLIDE 26 A LED-ek használata a műtárgyvilágításban egyre elterjedtebb. Mivel nincs UVsugárzásuk, minimális a hőtermelésük, kicsi a méretük, ráadásul törpefeszültsgéről (12V-ról) is üzemeltethetők, esztétikus és gazdaságos világítás építhető viszonylag kis ráfordítás mellett. A LED-es lámpatestek a hagyományos fényforrásokhoz igazodó kiszerelés mellett változatos formában (akár flexibilis szalagként) is megtalálhatók. Kis méretük és az alacsony feszültségigény miatt néha meghökkentő formában is felszerelhetők. SLIDE 21 Az üvegszáloptikás világótest használata egy világítási megoldást jelent, amely a hagyományos fényforrások előnyeit használja ki, és emellett kiküszöböli a hátrányukat.
SLIDE 22 A rendszer főbb elemei a lámpa, az üvegszálkábel és az optika. A fényforrás egy zárt, megfelelő hűtéssel ellátott dobozban foglal helyet. Ezt az egységet általában rejtetten, a műtárgyaktól távol eső térben (pl.: egy vitrin tetején) helyezik el. Ebben a dobozban kapnak helyet a különböző szűrő, fénymódosító elemek is. Ehhez csatlakoztatják aztán egy csatolóval az üvegszálkábelt, melyek a fényt a megfelelő helyre szállítják. Az üvegszálkábelek egyes végein a fényt egy optika csatolja ki. Az optika szabadon megválasztható, így beállítható a megfelelő sugárzási szög. Az üvegszálkábel felépítéséből adódik, hogy egyetlen fényforrás fénye egyszerre több helyre is eljuttatható, és a többszálas kábel végei egymástól függetlenül felszerelhetők kicsatoló optikával. Így rendkívül alkalmas többirányú irányított megvilágítás létrehozásához. SLIDE 23 Az üvegszáloptikás rendszerek hasonlóan flexibilisen használhatók, mint a LED lámpák. Egyedüli nehézséget a fényforrás elrejtése és a kábelezés jelentheti. Ennek ellenére például vitrinvilágításoknál számtalan helyen alkalmazzák. Ára alapján nem számít olcsó megoldásnak, sem a fényforrás, sem a kábel, sem az otpika tekintetében. Múzeumi és kiállítótermi sikerének titka az a fénypompa lehet, amit segítségével elő lehet állítani. SLIDE 24 Összefoglalásként: műtárgyvédelmi szempontból megfelelő fényforrások a következők: - halogén spot és fényárlámpák - többsávos fénycsövek (Osram Biolux T8 L30W Daylight 6500K, teljes spektrumú 2690,-Ft bruttó, 5 sávos fénycső) - fémhalogénlámpák - LED-ek - Üvegszálas rendszerek Ezek közül általános világításra alkalmasak a - Halogén fényárlámpák - Fénycsövek - Fémhalogénlámpák Kiemelő világításra használhatjuk a - halogén spotlámpákat - LEDeket - Üvegszálas rendszereket Közvetlenül műtárgyak közelében csak a
- LEDes - Üvegszálas rendszerek használhatók. A fénycsövek kiválasztásánál ügyeljünk azok minőségére, és válasszunk lehetőség szerint többsávos (3 vagy 5 sávos) porral szerelt fényforrást! A LED-ek kiválasztásánál ügyeljünk a színhőmérsékletre, a megfelelő minőségre. Válasszunk lehetőség szerint nagyobb teljesítményű lámpákat, és ne a legolcsóbb kategóriát, valamint megfelelően stabilizált tápegységről üzemeltessük. A komolyabb gyártók a LED-ekhez tápegységet is kínálnak, valamint garanciát adnak a termékekre! Köszönöm a figyelmet.