博物館典型光源對(duì)中國(guó)繪畫有機(jī)顏料的色彩影響

黨 睿，譚慧姣，原 野，劉 杰，王 楠

(天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

博物館典型光源對(duì)中國(guó)繪畫有機(jī)顏料的色彩影響

黨 睿，譚慧姣，原 野，劉 杰，王 楠

(天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

為得到博物館典型光源對(duì)中國(guó)繪畫有機(jī)顏料的色彩量化影響規(guī)律，采用三種博物館典型光源照射繪畫模型試件的實(shí)驗(yàn)方法，周期性測(cè)量試件色彩參數(shù)，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制主波長(zhǎng)、亮度、興奮純度隨照射時(shí)間的周期性變化曲線圖，通過(guò)分析三個(gè)色彩參數(shù)的變化情況，得到典型光源對(duì)中國(guó)繪畫有機(jī)顏料的色彩影響規(guī)律。

博物館照明；典型光源；中國(guó)繪畫有機(jī)顏料；色彩衰變；光照保護(hù)

引言

中國(guó)傳統(tǒng)繪畫色彩豐富，但由于自身所使用的顏料特性，較其他類型文物更易受到光學(xué)輻射損害而發(fā)生褪色和變色[1]。在國(guó)際照明委員會(huì)(CIE，Commission International de L’Eclairage)等按照材料光敏感程度的分級(jí)中，中國(guó)傳統(tǒng)繪畫屬于最敏感級(jí)別[2-5]，因此是博物館保護(hù)性照明研究的重點(diǎn)類型。其中花青、藤黃、胭脂三種有機(jī)顏料較無(wú)機(jī)顏料更易受到光照色彩損傷[6]，因此將其作為研究對(duì)象。

CIE技術(shù)報(bào)告研究表明，紅外和紫外輻射會(huì)對(duì)展品造成嚴(yán)重?fù)p傷，因此消除光源中的不可見光輻射已成為研究共識(shí)[7]。但可見輻射也會(huì)對(duì)展品造成傷害，同時(shí)可見光譜直接決定視看效果而不能消除，所以研究可見輻射影響是當(dāng)前本領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。在對(duì)國(guó)內(nèi)外多座著名博物館展陳照明環(huán)境進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，鹵鎢燈和金鹵燈是目前在繪畫照明中所采用的主要光源類型[8-9]。而白光LED(WLED，White Light Emitting Diodes)近年來(lái)發(fā)展迅速，為L(zhǎng)ED進(jìn)入博物館照明提供了條件。目前滿足中國(guó)傳統(tǒng)繪畫照明要求的低色溫(Tc≤3 300 K)、高顯色性(Ra≥90)WLED[10]雖然已出現(xiàn)，但面世時(shí)間很短，對(duì)繪畫色彩的損傷程度不明，因此實(shí)際適用性缺乏科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 模型試件

由天津大學(xué)繪畫研究所按傳統(tǒng)技法和工藝，制作中國(guó)傳統(tǒng)繪畫模型試件。每組試件上使用有機(jī)顏料花青、藤黃、胭脂繪制青、黃、紅三種顏色，并使用小麥淀粉制成的糨糊按照古典技法進(jìn)行手工裝裱，使試件能最真實(shí)反映中國(guó)傳統(tǒng)繪畫特點(diǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)光源

分別采用博物館典型光源鹵鎢燈(Tc=2 700 K，Ra=97，50 W，同時(shí)結(jié)合使用紅外濾光片濾除其紅外光譜)、博物館專用金鹵燈(Tc=2 700 K,Ra=95,35 W)、RYGB型WLED(Tc=2 700 K,Ra=92，13.3 W)作為實(shí)驗(yàn)光源。采用分光光度計(jì)(量程為300 nm～1 100 nm)分別對(duì)鹵鎢燈、金鹵燈、WLED的光譜進(jìn)行測(cè)量，得到光源的SPD(spectral power distribution)，見圖1。

圖1 博物館典型光源SPDFig.1 SPD: museum typical light source

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)在全暗光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)控制室內(nèi)溫度、濕度及空氣質(zhì)量保持恒定[11]。首先，將光源放置在互相分隔的獨(dú)立空間內(nèi)，使各組實(shí)驗(yàn)不產(chǎn)生相互干擾；然后，將繪畫試件放置于光源下方，光源對(duì)試件進(jìn)行垂直照射。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用燈具性能以及對(duì)光源高度的設(shè)定，控制各樣本表面輻照度相同；第三，對(duì)色彩試塊進(jìn)行周期性照射，每天照射12 h，6天為一個(gè)測(cè)量周期，整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行16個(gè)周期。

每個(gè)照射周期后進(jìn)行色度參數(shù)測(cè)量，采用BM-5型色彩亮度計(jì)在D65標(biāo)準(zhǔn)光源下測(cè)量試件的CIE XYZ色坐標(biāo)(x，y)和亮度值L，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)色度學(xué)和數(shù)學(xué)方法將(x，y)L轉(zhuǎn)換為主波長(zhǎng)、亮度、興奮純度參數(shù)，進(jìn)而繪制主波長(zhǎng)、亮度、興奮純度隨時(shí)間衰變曲線，通過(guò)曲線分析得到三種典型光源對(duì)繪畫色彩的量化影響特點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 主波長(zhǎng)

繪制胭脂、藤黃、花青三種有機(jī)顏料不同光源照射下隨時(shí)間變化的主波長(zhǎng)衰變曲線，見圖2。

2.2 亮度

繪制胭脂、藤黃、花青三種顏色不同光源照射下隨時(shí)間變化的亮度衰變曲線，見圖3。

2.3 興奮純度

繪制胭脂、藤黃、花青三種顏色不同光源照射下的興奮純度隨時(shí)間衰變曲線，見圖4。

圖2 博物館典型光源照射下主波長(zhǎng)隨時(shí)間變化曲線Fig.2 Curve: main wavelength change over time under irradiation of typical light source

圖3 博物館典型光源照射下亮度隨時(shí)間變化曲線Fig.3 Curve: brightness change over time under the irradiation of typical light source

圖4 博物館典型光源照射下興奮純度隨時(shí)間變化曲線Fig.4 Curve: excitement purity change over time under irradiation of typical light source

3 結(jié)果分析

1)胭脂。由圖2可知，胭脂在三種光源下的主波長(zhǎng)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，但整體上有所下降，主波長(zhǎng)由608 nm向592 nm方向改變，色相有略微變化，有逐漸從橙紅色變成橙黃色的趨勢(shì)；由圖3可知，胭脂的亮度從第1周期到第16周期中呈現(xiàn)較為平緩的起伏變化，但均在約第13周期開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，整體上有所上升，即稍有發(fā)白褪色現(xiàn)象；由圖4可知，胭脂的興奮純度在照射周期內(nèi)整體上有所下降，即飽和度稍有降低而變化幅度不大。紅色顏料的主要反射波長(zhǎng)在620 nm～760 nm之間的光譜，實(shí)驗(yàn)光源中位于該范圍的光譜含量較高，因此紅色所吸收的光譜總量較低，但因?yàn)槲盏囊徊糠指吣芩{(lán)綠光，故產(chǎn)生了一定程度的變色。

2)藤黃。由圖2可知,在三種光源照射下的整個(gè)周期內(nèi)，雌黃主波長(zhǎng)曲線平直，幾乎沒(méi)有變化，在577 nm左右輕微波動(dòng)，即色相并沒(méi)有明顯改變。由圖3可知,亮度在整個(gè)照射周期內(nèi)有波動(dòng)變化，整體呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，即有發(fā)烏變暗現(xiàn)象。由圖7可知，興奮純度在第1周期與第20周期處基本一致，中間周期略有波動(dòng)。根據(jù)圖1可知，實(shí)驗(yàn)光源中的黃色光譜含量相較于紅光較低，因此黃色顏料所吸收的光譜相比于紅色多，且二者都吸收高能的藍(lán)綠光，故黃色的變色程度要高于紅色。

3)花青。由圖2可知，花青在金鹵燈和WLED下的主波長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，整體上變化幅度較??；但是花青在鹵鎢燈下的主波長(zhǎng)在約第18周期處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，曲線上升，主波長(zhǎng)由480 nm向490 nm方向改變，色相有略微變化。由圖3可知，三種光源照射下花青的亮度在整個(gè)照射周期內(nèi)略有下降但幅度較小，即有發(fā)烏變暗現(xiàn)象。由圖4可知，花青的興奮純度在整個(gè)照射周期內(nèi)呈波動(dòng)變化，整體上有所下降，即飽和度降低。青色反射入射光中的藍(lán)、綠光譜而吸收其他波段的光譜，雖然實(shí)驗(yàn)所用的光源光譜中，波長(zhǎng)較短的藍(lán)、綠光含量較低，而黃、紅等中、長(zhǎng)波部分含量很高，但是中、長(zhǎng)波能量低，短波能量高，所以青色在吸收大量輻射后，其變色程度并不特別明顯。

4 結(jié)論

照明影響顏料色彩衰變的主要因素有兩個(gè)，分別為光源光譜構(gòu)成和總曝光量。在博物館典型光源照射中國(guó)繪畫有機(jī)顏料的實(shí)驗(yàn)中，各組試件的總曝光量始終保持一致，因此影響試件變色的因素主要為光源光譜構(gòu)成。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，高能量的短波輻射是造成顏料色彩改變的首要因素。例如青色雖受到的輻射總量高于黃色和紅色，但其所吸收的主要是中、長(zhǎng)波光譜，能量不強(qiáng)，因此變色程度低于黃、紅兩種顏色。而在其他條件相同時(shí)，顏料對(duì)于光譜的選擇性吸收特性決定了其各自的光照受損程度，黃、紅兩種顏料的光化學(xué)性質(zhì)類似，且對(duì)光源短波輻射的吸收情況區(qū)別不大，但由于二者對(duì)光譜中、長(zhǎng)波部分的吸收存在差異，導(dǎo)致變色程度有差別。

[1] 劉舜強(qiáng).古繪畫損毀機(jī)理初探[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2003,15(1)：39-42.

[2] Museum lighting and protection against radiation damage:ICOM 3TC3—22.

[3] Control of Damage to Museum Objects by Optical Radiation:CIE 157:2004.

[4] Museum and Art Gallery Lighting: A Recommended Practice:IESNA, 1996.

[5] 博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 23863—2009[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

[6] 武金勇. 先秦兩漢繪畫顏料研究[D]. 天津：天津大學(xué), 2011.

[7] Improvement to Industrial Colour-difference Evaluation:CIE 142:2001.

[8] 黨睿，魏智慧，張明宇.美術(shù)館展廳光環(huán)境調(diào)查研究.照明工程學(xué)報(bào)[J].2013，24(5)：16-21.

[9] 黨睿，張明宇.基于文物保護(hù)的博物館展陳照明調(diào)查研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2013，24(3)：18-23.

[10] FARKE M， BINETTI M， HAHN O. Light damage to selected organic materials in display cases A study of different light sources.Studies in Conservation，2014(10)：279-288.

The Color Influence of Illumination on the Organic Pigment of Chinese Painting in Museum

DANG Rui, TAN Huijiao, YUAN Ye, LIU Jie, WANG Nan

(SchoolofArchitectureTianjinUniversity，TianjinKeyLaboratoryofBuildingPhysicalEnvironmentandEcologicalTechnology，Tianjin300072,China)

In order to get quantitative color influence law of three kinds of typical light source on the organic pigment of Chinese painting，the color parameters of the specimen were measured periodically by applying the experimental method of using museum typical light source to illuminate the painting model. Drawing periodic variation curve over time of main wavelength, brightness, excitement purity based on the experimental data, the color physical properties’ influence law of three typical light source on the organic pigment of Chinese painting were obtained through the analysis of three color parameters’ changes.

museum lighting; typical light source; organic pigment of Chinese painting; color decay; illumination conservation

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0601702)，天津市自然科學(xué)基金(17JCYBJC22400)，國(guó)家自然科學(xué)基金(51408404)。

黨睿，E-mail：dr_tju@163.com。

G307

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.04.004