что такое светотеневая граница
Виды автомобильной оптики: фара головного света
Сегодня даже опытные автомобилисты порой имеют весьма поверхностные представления о конструкции фары головного света – такое их теперь многообразие.
Давайте попробуем внести ясность в этот вопрос и вместе разобраться в столь важной детали современного автомобиля.
Безопасность и комфорт
Главная задача фары головного света – максимально ярко освещать дорогу перед автомобилем и не слепить других участников движения. Прежде всего, это касается ближнего света. По принятым в 1957 году европейским стандартам установлено понятие светотеневая граница (СТГ) с асимметричным светораспределением. СТГ – это такая линия на дороге (примерно в 55-60 метрах перед автомобилем), где луч света должен заканчиваться и переходить в практически полную темноту. Асимметричность заключается в том, что правая часть светового потока светит дальше, обеспечивая акцентированное освещение правой стороны дороги и обочины. До 90-х годов правильная СТГ достигалась путем отсечения световых пучков фильтрами и шторками, позже появились другие решения, но обо всем по порядку.
С параболическим отражателем
Вплоть до 90-х годов все автомобили были оснащены фарами с зеркальным параболическим отражателем. Лампа в них располагалась строго по центру, что удобно для дальнего света, когда лучи попадают на всю поверхность отражателя. При включении ближнего света, специальный фильтр не давал лучам падать на нижнюю часть зеркала. Также лампа прикрывалась специальным колпачком, который не позволял свету проходить прямо.
Недостатком таких фар была низкая эффективность. Лишь часть света лампы в итоге попадало на дорогу. Что подтверждает КПД в 27%. Ни один современный автопроизводитель уже не использует такой вид головной оптики в конструкции автомобиля.
С отражателем сложной формы (рефлекторные)
В 90-х годах, с появлением совершенно новых материалов, изменением технологий и внедрением компьютерного моделирования в автопромышленность пришли отражатели сложной формы, что кардинально преобразило внешний вид фары.
Отражатель в них разработан таким образом, чтобы свет от него попадал в нужное место дороги. Каждый изгиб отвечает за освещение конкретного участка дороги. При этом задействована и верхняя, и нижняя часть.
Рассеиватель стал больше не нужен, фара закрыта теперь ровным поликарбонатом. Отказ от стекла позволил снизить вес конструкции почти на килограмм.
Благодаря всем изменениям эффективность фары повысилась почти в два раза, до 45%.
Линзовая фара с проекционным (эллипсоидным) отражателем
Это самый современной тип фары, использующей отражатель. Пучок света в них формирует линза, которая и распределяет его в нужное место дороги.
Для получения четкой СТГ, применяется специальный экран, отсекающий часть света. Он выполняет роль заслонки, прерывающей луч света снизу. Подобная технология используется в биксеноновой фаре, но об этом позже.
КПД линзовой фары составляет 52%.
Корректоры света
Первые фары с параболическим отражателем нуждались в механической регулировке при помощи специальных винтов. Сегодня все автомобили оснащаются устройством, меняющим высоту света из салона. Водитель приподнимает лучи или опускает их, в зависимости от рельефа местности и загруженности багажника. Называется такое устройство корректором.
Бывают механические, гидравлические, пневматические и электромеханические устройства. Чаще всего встречаются электромеханические корректоры. Их начали применять с середины девяностых годов 20 века и используют до сих пор в большинстве легковых автомобилей.
С появлением ксеноновых ламп, понадобились автоматические корректоры. Они регулируют высоту лучей на основе телеметрических датчиков, отслеживающих высоту дорожного просвета.
Если вы решили самостоятельно установить ксенон в фары, в которых он не предусмотрен штатно, учтите, что по ГОСТ Р 51709-2001 вам придется раскошелиться и на автоматический корректор, иначе серьезного разговора с инспектором ДПС не избежать.
Какие лампы подойдут?
Часто на автофорумах приходится читать утверждения «опытных» водителей о том, что «линзованная оптика разработана исключительно для ксенона».
Начнем с того, что любая ксеноновая лампа имеет в своем названии букву S или R. S-type предназначена для элипсоидных отражателей, R–type – для рефлекторных.
S-type применяется в биксеноне. При переключении на ближний, свет лампы не уменьшается, как думают многие, а используется механическая шторка, которая поднимается и перекрывает нижнюю часть отражателя, образуя светотеневую границу.
R –type разработана для рефлекторных отражателей и работает, как правило, в качестве лампы ближнего света. Функцию механической шторки выполняет фильтр, расположенный на самой колбе лампы. По сути, это защитное покрытие, которое не пропускает свет на нижний отражатель и формирует все ту же СТГ.
Как увеличить яркость?
Еще один распространенный вопрос автомобилистов: «Можно ли ставить лампу большей мощности, чем рекомендует изготовитель?». Если на фаре написано 55Вт, то превышать эту цифру не стоит.
Во-первых, вырастет энергопотребление бортовой сети. Во-вторых, более мощная лампа будет перегревать фару, что в конечном итоге выведет из строя весь блок. Если вы не удовлетворены яркостью лампы, вам не обязательно повышать ее мощность. Например, новое поколение NIGHT BREAKER LASER является сегодня самой яркой галогенной автолампой OSRAM! При этом потребляемая мощность составляет все те же 55 Вт.
Инновационные лазерные технологии обеспечивают до 150% больше яркости, если сравнивать с минимальными установленными требованиями, а тщательно продуманная структура нити накала позволила добиться дополнительной светоотдачи. Световой луч от этой лампы до 150 м длиннее, а излучаемый свет до 20% белее. Как конструкторам удалось добиться столь выдающихся показателей, мы расскажем позже в отдельной статье.
Азбука отражателей света
Отражатель H4 — светотеневую границу формируют боковые грани отражателя. И чем дальше от лампы — тем ближе к СТГ укладывается свет. То есть чем больше отражатель — тем эффективнее используется его площадь и тем больше света на дороге.
За океаном распространено другое светораспределение — прямой линией, но даже в этом случае всё равно светотеневая граница формируется боковыми сторонами отражателя.
Отражатель H13 — несколько иной вариант совмещённого отражателя ближнего и дальнего света. Свет формируется следующим образом.
Отражатель H7 — так называемый свободной формы (free form). Максимум света по горизонтали формируется опять же боковыми сторонами отражателя, а верхняя часть формирует галку.
Отражатель прожекторного источника света (линзы). Автор экспериментов upashi:
Разобьём отражатель на сектора и посмотрим как складывается свет.
На картине отчётливо видно что максимальная составляющая складывается из боковых сторон отражателя.
Еще важная картина для любителей светодиодных поделок:
Как видно при установке одного светодиода строго вверх — свет будет только перед носом. Боковая засветка так же минимальна. Отличные ПТФ, но никак не ближний!
При установке светодиодов вертикально на две стороны — опять попадаем мимо. Автор экспериментов даже не стал фиксировать такой вариант — как видно он отклонил на 45 градусов в стороны чтобы добиться максимума света у свето-теневой границы. Таких светодиодных конструкций я еще не встречал чтобы светики были размещены домиком /‾\
На последок покажу известную всем картину:
И скажу доступную истину: в ксеноновых фарах и обычных фарах применяются разные отражатели, по разному формирующие световой поток из расчёта применяемого источника света. И не важно что на корпусе фар имеется маркировка о ксеноне — в большинстве случаев корпуса идут одинаковые, а как видно начинка разная. Поэтому вставлять китайский ксенон в галогеновую фару — преступление.
В литературе добавление — на этот раз всё о свете от Valeo (на английском и в jpg)
Лампы «light +»: как это работает, где правда и где обман?
Так называемые лампы «повышенной яркости» регулярно порождают споры в автомобильном коммьюнити. Люди не вполне понимают их сущность и заложенные в конструкцию принципы – постоянно звучат фразы, что эти лампы слепят встречных водителей, что они нарушают закон Ома и что это вообще фикция… Отчасти в непонимании виноваты и производители, которые изначально не объяснили четко и внятно суть этого направления потребителям, а начали лишь год от года наращивать проценты «плюса». «Колеса» предлагают прекратить холивары раз и навсегда, раскрыв все секреты ламп «light +».
Мощность
Мощность лампы накаливания пропорциональна ее яркости. И сколько фар было испорчено лампами повышенной, по сравнению со штатной, мощности, вставленными наобум, бездумно – не перечесть…
Поэтому лампы повышенной яркости НЕ МОЩНЕЕ! Их мощность строго-настрого соответствует штатной. Если у вас с завода в фаре, скажем, стоит обычная лампа H7 на 55 ватт, то и ЛЮБАЯ лампа повышенной яркости, имеющая одобрение ECE, (хоть «+20%», хоть «+200%), также будет потреблять от бортсети 55 ватт!
Яркость
Многие из нас в босоногом детстве считали, что «чем круче тачка – тем мощнее у нее всё!». Сильнее мотор, ярче фары и так далее… Насчет мотора – наверное, справедливо, а вот с фарами такого не работает…
Мощность ламп фар (и проистекающая из нее яркость) строго стандартизированы на компромиссном уровне – чтобы и дорога освещалась достаточно, и водители встречных машин не были ослеплены. Увеличивать яркость по желанию строго запрещено, и этого не делает ни один автопроизводитель и ни один производитель автоламп. И лампа повышенной мощности, и фара с такой лампой никогда не пройдут сертификацию, которая весьма строга. Количество нормированных международными стандартами люмен светового потока превышать нельзя.
Мощность – та же, яркость – та же… И вот мы приходим к парадоксальному выводу, ступая на тонкий лед холиваров и срачей: если мощность и яркость у ламп «light +» такая же, как и у обычных ламп, то где же скрывается профит для водителя?! Для чего все затевалось и не обманывают ли нас?!
Не торопитесь – все не так просто!
Так чем отличается обычная лампа и лампа «light +»?
Так называемые лампы с увеличенной яркостью отличаются от обычных двумя основными элементами. Конструкцией нити накала и стеклянной колбы. Они у них совершенно иные!
Нить накала лампы повышенной яркости более тонкая. Соответственно, она нагревается до более высокой температуры и излучает световой поток повышенной интенсивности. Тем не менее электрическая мощность лампы, подчеркнем, неизменна! Конструкция нити накала, ее геометрия и материал сплава подобраны так, что мощность аналогична стандартной лампе, и никаких особенностей и нюансов применения лампа повышенной яркости не имеет – просто меняется одна на другую.
Колба лампы повышенной яркости также иная. Она имеет особое градиентное покрытие стекла. По сути – своего рода маску-светофильтр, которая пропускает более интенсивное световое излучение только туда, куда нужно, строго в зоны границ стандартизированного и нормированного светового пучка.
Почему же с лампами «light +» эффективность фар заметно повышается, однако не происходит увеличения общей яркости, следствием которой не может не являться ослепление водителей встречной полосы? Потому что многие люди путают яркость и освещенность… Да еще и общую – с зональной.
Все производители ламп следуют стандартам безопасности, принятым в ECE (Европейской экономической комиссии). Стандарты требуют от лампы каждого типоразмера не превышать определенный максимальный световой поток, измеряемый в люменах внутри специальной контрольно-измерительной сферической камеры, в центре которой при экспертизе размещается лампа. Лампа излучает практически на все стороны (ну, кроме цоколя), и световой поток в каждой точке тестовой сферы снимается датчиками и суммируется. К примеру, у тех же весьма распространенных H7 он в сумме не должен превышать допустимо разрешенные 1500 люмен.
Когда же в центр этой сферы ставят лампу повышенной яркости, «light +», она тоже показывает те самые разрешенные 1500 люмен – никакого превышения нет! И это происходит именно благодаря маске-фильтру на колбе. Если бы маска отсутствовала, общий световой поток, конечно, был бы выше разрешенного и слепил бы встречку. Но фильтр приглушает свет в тех секторах излучения, где он не нужен, пропуская в необходимых. В итоге у нас возрастает именно полезное излучение лампы в сравнении с лампой стандартной конструкции.
Проценты «плюса» – не вполне понятная вещь, и вот тут производители таких ламп в свое время слегка недоработали в плане информирования аудитории автовладельцев. Многие считают это процентами яркости, что, безусловно, не соответствует действительности.
Проценты «+ХХХ» – это достаточно сложная комплексная величина. Сравнение идет с минимально допустимым по стандартам безопасности светом некой условной лампы, а вот проценты «в плюс» высчитываются по замерам в четырех определенных точках светотеневой границы светового потока. Поэтому, разумеется, «+100%» или «+150%» – это не прирост яркости фар в два или два с половиной раза, а увеличение эффекта освещенности именно там, где его обычно недостаточно, на светотеневой границе. Также этот прирост влияет на максимальную дальность освещенной фарами зоны – эти цифры указываются на упаковке ламп в метрах, но надо понимать, что это не гарантированный четкий прирост, а цифры «ДО ххх». Ибо прирост этот индивидуален и зависит от изначальной конструкции фар конкретного автомобиля и от их технического состояния – качества отражателя, прозрачности стекла и т.п.
Срок службы
Срок службы ламп «light +» – бесконечный источник споров, шумящих повсюду, от гаражей до автомобильных форумов. Главная претензия к таким лампам – «они быстро перегорают», и автовладельцы, приобретя недешевый продукт, чувствуют себя обманутыми… Почему это происходит и есть ли тут обман?
Законы физики неумолимы, и если нить лампы «light +» более тонкая и нагрета до более высокой температуры, то она действительно служит меньше, чем нить аналогичной обычной лампы – более толстой и менее горячей. Никак иначе!
Срок службы ламп «light +» примерно вдвое меньше, чем у ламп классической конструкции: в среднем примерно 250 часов против 500 часов. Это обычно не скрывается и указывается на упаковке, но покупатели редко обращают внимание на такие «мелочи», что в итоге нередко приводит к разочарованию.
Нужно понимать следующее. Лампы «light +» являются ЕДИНСТВЕННЫМ способом законно и безопасно для своей машины и для окружающих сделать свет фар эффективнее. Ну, во всяком случае, единственным бюджетным – уж точно. Ибо менять полностью фары под галогенный свет на ксеноновые, взятые от более дорогой (или более свежей по годам) модификации вашей модели авто – крайне затратный вариант. И если вы реально много и часто ездите в темное время суток, то снижение срока службы ламп – это осознанный компромисс в пользу повышения безопасности движения и снижения усталости водителя. В случае традиционных галогеновых фар идеального варианта просто нет – либо улучшение освещенности и несколько более частая смена ламп с «light +», либо стандартный свет и долговечность с лампами обычной конструкции.
Также «light+» способен выручить тех, у кого даже исправные новые фары изначально не отличались хорошим светом – ну просто так спроектированы, бывает такое частенько в бюджетном классе авто… И тем более они полезны тем, у кого фары уже старенькие и изношенные, с помутневшими стеклами и частично потерявшими зеркальность отражателями. Если по каким-то причинам менять такие фары затруднительно, вернуть им характеристики, близкие к заводским, можно как раз более эффективными лампами.
Osram Night Breaker 200
Ну и подытожим рассказ о лампах повышенной яркости анонсом новинки – появившимися совсем недавно самыми эффективными лампами в рамках технологии повышения эффективности от OSRAM, Night Breaker 200. Прибавка освещенности у этих ламп составляет рекордные +200%.
«Все вышесказанное исчерпывающе характеризует лампы «light+» большинства производителей. Главное – изначально понимать их особенности и правильно расставлять свои приоритеты. И тогда преимущества более эффективных фар для вас осознанно перевесят вынужденную необходимость несколько более частой замены ламп. Качественный свет позволит свободно выбирать лимит разрешенной скорости, а не тормозить на ровном месте из-за плохой освещенности трассы и обочины», – рассказывает «Колесам» технический специалист компании OSRAM Артем Нуриахметов.
«Ну и все же кратко дополню этот ликбез некоторыми индивидуальными особенностями ламп OSRAM Night Breaker 200! Помимо двух ключевых технических решений, отличающих их от обычных ламп (нить накала и колба), в Night Breaker 200 применено еще немало мелких вспомогательных технологий, которые в сумме позволили при столь высоком приросте эффективности сохранить продолжительность службы Night Breaker 200 на уровне предыдущего поколения Night Breaker».
Это увеличенное давление и объем галогена в колбе, позволяющее улучшить регенерацию вольфрамовой нити (эффект, давно известный по любым галогенкам, а не только «light+» – осаждение испаряющегося металла нити обратно на нить). Нить накала сделана более вибростойкой – максимально, насколько это сегодня возможно для тонкой нити, работающей при повышенной температуре. Еще одна новация – помимо обычного галогена в колбу лампы добавлен ксенон! Нет, конечно, ксеноновой эта лампа не стала – у газоразрядной ксеноновой лампы совершенно иная конструкция и принцип работы, но и в галогенке ксенон, как выяснилось, может быть весьма полезен! Атомы ксенона – крупного размера, и, «окутывая» нить накала, они не позволяют отрывающимся атомам вольфрама далеко отлетать от основы, ускоряя процесс регенерации и работая в качестве своеобразного «газового теплоизолятора», не выпуская на поверхность колбы избыточное тепло от сильно нагретой нити.
Свет Night Breaker 200 на 20% более белый, чем свет стандартных галогеновых ламп – цветовая температура повышена (до 3700 Кельвинов у ламп Night Breaker 200 H7 и 4050 Кельвинов у ламп Night Breaker 200 H4), что создает более комфортную для глаз освещенность. А дальность освещенной зоны увеличена на расстояние до 150 метров (в зависимости от типа и состояния фары, разумеется).
Урок 5. Светотень.
Светотенью называется распределение света и тени на поверхностях предметов. Законами светотени — принципы этого распределения.
Благодаря правильному распределению света и тени, мы можем показать на рисунке форму предмета и характер освещения.
Помимо этого, светотень мощное выразительное средство. Творческий метод таких мастеров как Караваджо, Рембрандт, Сурбаран основан на работе со светотенью. Уводя в тень второстепенное и освещая главное они создавали удивительно точные, цельные и лаконичные образы.
Светотень в рисунке.
Распределение света и тени в рисунке мы делаем на глаз, без точных построений.
При этом, если мы хотим создать реалистичное изображение, необходимо соблюдать ряд правил:
И этот предмет отбрасывает падающую тень.
Давайте отработаем эти правила на практике.
Упражнение 1.
Светотень как выразительное средство. Прежде чем учиться делать светотеневую моделировку, давайте поймем какие огромные выразительные возможности дает нам ее применение.
Возьмите интересный для вас предмет. Сфотографируйте его при разном освещении:
Отберите три самые выразительные фотографии.
Упражнение 2.
Есть только два способа научиться штриховать по форме: копирование и практика. Давайте начнем с первого. Скопируйте рисунки, приведенные ниже. Ваша задача — сделать это максимально точно, вплоть до штриха.
Упражнение 3.
Тональный рисунок коробки с натуры.
Упражнение 4.
Тональный рисунок чашки с натуры. Делаем в той же последовательности, как в предыдущем задании.
Упражнение 5.
Рисунок темного и светлого предмета с натуры. Если у вас нет опыта, не изображайте ткани, стекло или металл. Помним, что тень более светлого предмета светлее тени более темного, свет более светлого предмета светлее света более темного.
Упражнение 6.
Зарисовки предметов сложной формы с натуры. Натуру ставим с контрастным освещением, чтобы граница света и тени была видна. в рисунках можно использовать линии. Строим форму, по возможности, подробно и напросвет. Определяем границу тени, штрихуем тень. СВЕТА НЕ НУЖНО ПРОРАБАТЫВАТЬ.
Дополнительное упражнение 1.
Тональный рисунок предмета сложной формы с натуры. Выполняем в той же последовательности, что и рисунок коробочки.
Дополнительное упражнение 2.
Натюрморт, черно-белая графика. У вас есть только два тона — черный и белый. Задача — передать объем и форму. Тени могут и должны сливаться, линии стараемся не использовать.
Основы построения падающих теней в перспективе.
Когда мы рисуем с натуры, мы изображаем падающие тени на глаз. Но для того чтобы изображать их более достоверно, полезно понимать, как они образуются и как их можно построить.
Для построения теней мы пользуемся проекциями. Чтобы получить проекцию точки на плоскость, нам нужно опустить перпендикуляр из этой точки на эту плоскость.
Чтобы получить проекцию прямой на плоскость, нам нужно из двух точек прямой опустить перпендикуляры на плоскость и соединить их между собой.
Грубо говоря, проекция на горизонтальную плоскость — это то место, над которым находится прямая или точка.
Чтобы построить тень точки, нам нужно через точку провести луч, а через проекцию точки — проекцию луча. На месте их пересечения и будет тень точки.
На этом видео я простыми словами объясняю логику этого построения.
Есть два типа построения теней: от естественного источника света (солнце, луна) и от искусственного (лампа, свеча и т.д. ).
Но какой бы ни был источник света, алгоритм построения не меняется: проводим луч через точку и проекцию луча через ее проекцию. На месте пересечения получаем тень точки. Строем тени основных точек объекта, соединяем и получаем тень объекта.
Построение тени от естественного источника света.
Так как естественные источники света бесконечно удалены от нас, мы условно считаем, что их лучи параллельны.
Из этого следует, что проекции лучей естественных источников света также параллельны между собой.
Возьмем самый простой случай — естественный источник света находится строго сбоку, то есть проекции его лучей параллельны картинной плоскости. Построим тени от всех его вершин и, соединив их между собой, получим тень от прямоугольника. Обратите внимание, что тени вершин, лежащих на горизонтальной плоскости, совпадают с этими вершинами.
Дополнительное упражнение 3
Постройте тень от прямоугольного параллелепипеда при естественном освещении.
Построение тени от искусственного источника света.
При построении теней от искусственного источника света, мы условно считаем, что все лучи исходят из одной точки — источника света, и, соответственно, проекции лучей — из проекции источника света.
Когда мы рисуем по представлению, чтобы построить тени от предмета при искусственном освещении, мы произвольно, в соответствии с нашим замыслом, задаём положение источника света и его проекции.
Дальше действуем по общему алгоритму: проводим луч через точку и проекцию луча через проекцию этой точки. На месте пересечения получаем тень точки.
Найдя тени основных точек предмета, соединяем их в той же последовательности, как они соединены в самом предмете и получаем тень предмета.
На рисунке разобрано построение тени от прямоугольника при искусственном освещении.
Дополнительное упражнение 3
Постройте тень от прямоугольного параллелепипеда при искусственном освещении.