Işık modülasyonu

Metin: Anadi A. Martel

Işığı algılamanın yeni bir türü Beynimiz en küçük uyarıları dahi algılıyor ve dikkatimiz genelde anında titreşim olgusuna odaklanıyor. Örneğin bu durum özellikle bir stroboskopun hipnotize edici etkisinde görülüyor. O kadar hassasız ki, sokak aydınlatmasında muhtemel bir ışık titreşmesi engellenmeye çalışılıyor. O takdirde neden aydınlatma tasarımcıları ışığın titreşmesi için çaba gösteriyorlar, eğer bir diskotek aydınlatması projesi için çalışmıyorlarsa? “Işık modülasyonu” olarak adlandırılan yeni bir teknik, ışık darbelerinin (pulse) düşündüğümüzden de fazla önemli olduğunu gösteriyor.

Işık modülasyonu stroboskop gibi cihazlar tarafından üretilen ışık efektlerinin iki önemli sınırlamasını ortadan kaldırır. Birincisi:

Stroboskop, ışığı tamamen açık veya tamamen kapalı olmak üzere başlıca iki durum arasında değiştirerek verir. Bu işlem sırasında Şekil 1a’da görülen ışık çakmaları oluşur. Ancak bunun böyle olması gerekmeyebilir: Modern ışık teknolojisi, Şekil 1b’de gösterilen, bilerek düşük tutulmuş darbe çeşitlerini elde etmek için, ışık gücünün daha geliştirilmiş biçimde proporsiyonel olarak kumanda edilmesine olanak sağlar. Darbeler neredeyse algılanamayacak kadar düşük olabilir, ancak sert bir ışık titreşimi yerine akıcı, rahat bir titreşim oluşur.

İkincisi: Stroboskop ışığı, genelde tüm görsel çevreyi kapsayan tek bir darbe yapan ışık kaynağından oluşur. Aydınlatma ile ilgili küçük ayrıntıların anlaşılması ile, belli alanların daha karmaşık aydınlatma metodları ile tasarlanması mümkün olur. Birçok alanda uygulanabilen senkronize edilmiş ışık projeksiyonları, gözlerin ve beynin lateral ve periferik hassasiyetinden faydalanır, bu da, algılama sürecinin daha hassaslaşmasını sağlar.

Bahsedilen kısıtlamalar bir kere aşıldığında, darbe yapan ışık desenleri ile ışığı algılamanın yepyeni ve hayret uyandıcırı bir türü ortaya çıkar. Dinamik ve hızlı işlevi sayesinde ışık bir anda “canlanır”. Bu nasıl sağlanır? Işık modülasyon sistemlerinde, sound jeneratörlerinde kullanılan benzer bir teknoloji kullanılır. Bu sistem, birbiri ile bir dizi kablo ile bağlantılı düşük voltlu osilatörlerden (Düşük frekans osilatörleri, LFO) oluşur. Osilatörler ışığın renk ve yoğunluk gibi iki önemli parametresini yönetir veya “modüle” (ayarlar) eder. Günümüzde Sensortech Inc. tarafından üretilen ışık modülasyon sistemleri jenerasyonu, karmaşık ışık desenlerini oluşturmak için düşük 30 volt osilatöre kadar kapasitelidir.

Işık kaynağının yoğunluğunu elektrik gücünü düşürerek, ayarlamak çok zor değilse de, renk modülasyonu (veya dalga boylarını) modüle etmek biraz daha zordur. Doğrudan ayarlanabilir dalga boylarına sahip ekonomik ışık kaynakları henüz olmadığından, renkler en kolay ayrı sentezler ile kumanda edilebilir: Işık kaynağının yoğunluğu ilk temel renk (genelde kırmızı, mavi ve yeşil veya “RGB”) ile ayarlandığında, renkler projeksiyon alanı üzerinde karışır ve böylece tüm renk skalası elde edilir (aynı işlem televizyonlarda veya bilgisayar ekranlarında yapılır). Uygulama açısından bakıldığında, üç ışık kaynağı gizli bir noktadan aynı alana yönlendirilebilir veya tercihe göre zaten belli üç renk kaynağı olan üçrenkli projektörler kullanılabilir. Projektörler tür ve performansları itibariyle farklılık (ampul, LED...) gösterebilirler. Herhangi bir boyutta ve çerçevede ışık desenleri elde etmek için bu tür üç renkli ışık kaynağı “gruplarından” birkaç tane gereklidir. Şekil 3’de beşli gruplar halinde oluşturulan tipik bir “ışık duvarının” projeksiyon alanına tamamen çizgisel biçimde ve mükemmel ışık modülasyonu efektlerini sağlayacak şekilde yerleşimi görülüyor. Başka iki ve üç boyutlu yerleşimler de mümkündür.

Işık modülasyonunun mevcut diğer kumanda tekniklerinden farkı nedir?

Normal yoğunlukta aydınlatılan bir çevrede istenilen “ışık konstellasyon-ları” ışık projektörlerinin belli ayarlamaları ile sağlanır. Geçişler, parlamalar veya parlamaları engelleme, birbirini takip eden ışık sahnelerinin araya girilmesi ile programlanır. Işık modülasyonu projektörü ile düşük volt osilatörlerin farklı parametreleri ayarlanır ve osilatörler, ayarlama sonucunda kendinden titreşmeye başlar. Birkaç kolay komut ile karmaşık bir ışık deseni harekete geçebilir. Ancak bunu bir sahne aydınlatmasına uyarlamak zor hatta mümkün değildir.

Şekil 2 – Karmaşık olmayan bir projeksiyon ortamında Işık Modülasyon işlemcisinin entegrasyonu. İşlemci, bir PC, özel bir aydınlatma konsolu veya benzeri bir kontrol biriminden komut alır. Entegre LFO-tabanlı modülasyon yapısı ile bir dizi RGB ışık kaynağı için ışık seviyeleri üretir ve sistemi genelde sanayi standardında üretilmiş bir DMX linki üzerinden çalıştırır.

Yeni ışık modülasyon işlemcilerinde her bir düşük volt osilatörün modülasyon parametresinde aşağıda belirtilenler olabilir: titreşim genişliği, frekans, faz, kumanda ve bir dalga biçimi. Hatta daha fazla düşük volt osilatörü kullanıldığında 100’den fazla parametre elde edilebilir. Klasik türde sound jeneratörü üreticileri, iyi bir modülasyon işlemcisinde, birbirine uygulanmış ve optimize edilmiş kumanda parametrelerini sağlamanın zorluğunu tespit ettiler. Kumanda kombinasyonları çokluğu ilgi çekmeyen veya hatta sıkıcı olan efektler oluşturduğundan, başka seçeneklerin bulunması çok faydalı. Aslında ışık modülasyonunun asıl prensibi kolay olsa da, bugünkü duruma gelene kadar tekniğin senelerce birçok aşamalardan geçmesi gerekti.

Şekil 3 - Bir “Hafif Duvar” ışık modülasyonu uygulaması için üç renkli RGB projektör grubunun tipik lineer konfigürasyonu. Burada beş grup gösterilmesine rağmen, piyasada bulunan ışık modülasyonu işlemcilerinin her biri on gruba kadar işleyebilmektedir.

Titreşen bir dünya - ezoterik bir fenomen değil...

Osilatörler sayesinde, tanımına uygun biçimde belli frekanslarda ışık titreşimleri üretilir. Farklı frekansların izleyici üzerindeki etkisi özel ezoterik bir fenomen değildir. Fizyolojik nedenleri olan rezonanslardan oluşur. Nedenlerin çoğu bilinir. Işık modülasyonu sayesinde ilk defa, titreşen efektler kamusal ışık uygulamalarında da güvenli bir biçimde artık incelenebilir. Şekil 4 ışık modülasyonunun etkilendiği frekans tayfını gösteriyor: yaklaşık 1/50’en 50 Hertz’e kadar (veya saniyede titreşim). Bu tayfın en üst sınırı, pırıldama frekansı ile belirlenir: gözün genel olarak hala daha algılayabildiği en üst frekansdır. Bunun üzerinde bir frekansda titreşen ışık artık sürekli bir ışık olarak görülmeye başlar. Yüksek ışık frekansları üretmek çekici olabilir ancak bu sadece görsel efekt için değildir. Uygulama açısından bakıldığında, her ışık kaynağı parıldama frekansına kadar titreşim üretemez. Lamba tellerinin termal taşıma kapasitesi, en hızlı titreşen ampulü dahi 20 Hertz ile sınırlar. Buna karşılık LED ışık kaynakları çok daha yüksek frekanslarda çalıştırılabilir. Alt ışık frekansları saniyede yaklaşık bir titreşime eşittir. Bunun altındaki titreşimler, birbiri ile bağlantısı olan fenomen olarak algılanamayacak kadar yavaştır. Belki de bu tayfın (yaklaşım bir Hertz içinde) tam ortasında frekans ve zaman alanı olarak adlandırılan

1/1000 Hz 1/100 Hz 1/10 Hz 1 HzL 10 Hz 100 Hz 1000 Hz

Zaman Algılama geçişin bulunması tesadüf değildir. Bu geçişi aşan titreşimler birbirine bağlantılı vibrasyonlar (frekans algılama alanı) olarak algılanır. Geçiş noktasının altındaki titreşimler, insan beyni için yeterli yavaşlığa sahiptir ve beyin bunları tek titreşim fazlarına bölebilir (zamanı algılama alanı).

Işık modülasyonu ile bu iki alan birbiri ile bağlanabilir. Zaman alanında, titreşimlerin zaman geçikmesi ile örtüşen düşük volt osilatörleri fazlarının kumanda edilmesi ile bir dizi ilginç efekt oluşturulabilir. Birkaç basit komut ile farklı projeksiyon alanlarında her bir titreşim arasındaki zaman değiştirilebilir ve böylece çok güzel “organik” ışık desenleri yaratılabilir. Işık modülasyon işlemcileri ile, sadece frekans algılama alanında kullanılabilen sound jeneratörleri arasındaki en büyük fark, fazların bu türde kumanda edilmesidir.

Önemli birçok biyolojik fenomen, ışık modülasyonu ile girilen frekanslar ve içimizde titreyen darbeleridir. Örneğin tipik 1,2 Hertz’lik kalp frekansına benzeyen darbeler bizi hemen etkisi altına alır. Bir başka ilginç örnek ise, “Schumann Resonansı” olarak bilinek 7,8 Hertz’lik frekansdır.

Kalp atışı (1,2 Hz)

Schumann-Rezonansı (7,8 Hz)

Beyin dalgaları

1 – 30 Hz

Frekans Algılama

Titreşme füzyonu (50 Hz)

Akkor sınırı (20 Hz)

Bu frekans, dünyayı saran elektro manyetik alanın rezonans frekansına benzer. Hayvanlar ve bitki alemi, tüm evrimi içinde elektro manyetik alanlardan etkilenmiştir ve hepimiz için bu frekanstaki hafif ışık darbeleri son derece rahatlatıcıdır. Beyin dalgaları başka bir fenomen olup ayrıca ifade edilmeyi haketmektedir.

Beyin dalgalarının hareketi Bir ile 30 Hertz arasında EEG-Dalgası (elektro ansofalografi) üreten beynimiz, ışık modülasyonunun tayfındadır. Beyin dalgalarımızın frekans alanındaki ışık darbelerine maruz kalmış isek, beynimizin frekanslara senkron darbeler yaptığı genel olarak bilinir. Bu fenomen beyin dalga dizisi olarak (sesler ile de eşdeğer bir fenomen yaşanır) tanınır. Beyin dalgalarının farklı frekansları, farklı zihin durumu ile ilişkilendirildiğinden, ışık darbeleri aracılığıyla duygu ve zihinsel durumumuz üzerinde etki yaratabiliriz.

Bu yazı beyin dalgalarımızı anlatmak için hazırlanmadı. Ancak, beyin dalgalarının özellikle fotik hareketleri için bir dizi ışık kaynağının artık mevcut olduğunu söyleyebiliriz. Bu ışık kaynakları genelde beyin dalgalarını harekete geçirmek

Ses 20 Hz – 20 kHz için gerekli stroboskop olarak kullanılır. Bunları kendileri üzerinde deneyen kişiler tarafından kullanılır. Diskoteklerde stroboskopik ışık efektinin çok dikkatli uygulanması gerekir, çünkü darbeli ışıklar epileptik kriz riskini artırmaktadır. Risk oranı çok fazla olmasa da (en son yapılan araştırma sonuçları, 25 yaşın üzerinde 20.000 kişiden birinin, kendisi bilmeden, foto hassas olduğunu göstermiştir) bu konu görmezlikten gelinmemelidir. Bu da örneğin sokak aydınlatmasında belli bir frekansta titreşimli ışığın uygulanmama nedenini açıklamaktadır.

Epilepsi riskininin dışında, izleyecinin beyin dalgalarını çevre aydınlatması ile etkileme fikri etik olarak da tartışılır. Ancak burada tanıtılan ışık modülasyon süreci; ışık darbelerini daha iyi kontrol etme ve daha önce bu çerçevede mümkün olmayan alansal dağılım olanağı nedeniyle, yeni bir unsuru da beraberinde getiriyor.

Darbeler algılanamayacak kadar zayıflatıldığında beyin dalgalarını etkileme olanağı sunan yeni bir metod ortaya çıkıyor. Burada yapılmak istenen beyin dalgalarını harekete geçirmek değil, beyin dalgalarını, beyin dalga frekansları ile bağlantısı olan belli özelliklere sahip ışık ile doldurmak.

Darbeleri, neredeyse “homeopatik” yollarla zararsız bir şekilde entegre etmek, ışığın “psiko aktivasyonu” olarak tanımlanıyor. Beta alanı (14-30 Hertz) frekanslarında yumuşakça ışıldayan ışık, açık ve zeki bir özelliğe sahip. Alpha alanındaki darbeler (8 - 13 Hertz) sakin ve rahatlatıcı etki bırakıyor. Theta alanında (4 - 7 Hertz) merak uyandırıyor ve yaratıcılığa teşvik ediyor. Eşit seviyeli ve sürekli dalga boylarındaki %5-10 arasındaki darbeler, örneğin sinüs veya üçken titreşimleri bu etkiyi yaratmak için çok uygun. Performansı yüksek ışık modülasyonu fonksiyonları, beyin dalgalarının zararsız ışık desenlerinin optimizasyonunu artırıyor. Daha fazla projeksiyon alanının bağımsız olarak yönetilmesi ile darbeler çevresel bakış alanına yönlendirilebilir. Bu alanlarda retinanın geçici çözüm kapasitesi çok yüksek ve darbeler çok daha rahat işlenebiliyor. Her bir alanın zaman dilimi ve frekansının yönetilmesi ile darbeler tüm projeksiyon alanına eşit oranda ve dinamik olarak yayılabilir.

Darbeler, beyne girmek için zorlamak yerine, ışığa yeni bir kimlik kazandırmanın yumuşak bir davetini teşkil ediyor. Aydınlatma tasarımcıları için beyin dalgaları, renk ve dinamik ışık akışları ile ışık modülasyonunda başka bir yaratıcı elemana dönüşüyor.

Şu anda ışık sanayi, renkli LED’lerin ışıma diyotlarının evrimini yaşıyor. Bununla ilgili sonuçların etkisi, renkli ışık projeksiyonlarıyla, renk değiştiren çevreler ve yeni konseptler ile küresel hayranlık yaratılırken görülüyor.

Artık günümüzde çok sık; renkli ışıklandırılan otel lobisi duvarları, havalimanlarında renk değiştiren koridorlar ve çok renkli aydınlatılan köprü ve binalar görüyoruz. İlginç ışık çeşitlemeleri oluşturmak için tüm bu uygulamalarda bir tür renk yönetimi gerekiyor. Çoğu yönetim sistemi ışık yönetiminin geleneksel prensiplerine göre çalışırken, bu sistemler osilatörün ürettiği ışık modülasyonu ve sadece birkaç basit komut ile karmaşık akışkan desenleri yaratmak için gerçekten çok uygunlar.

Şu sıralarda geliştirilmekte olan birçok LED-ışık duvarlarının tipik topolojisi, Şekil 3’de gösterilen doğrusal biçime benzer (veya 2 ve 3d’de gösterilen ekleri ile benzer) ve LED ışık kaynaklarının çoğu zaman bağımsız kırmızı-mavi-yeşil ışıklıklar ile donatıldığı düşünülürse, doğrudan ışık modülasyonu ile uyumludur.

İnovatif aydınlatma tasarımcılarının, ışık modülasyonunu daha çok kumanda etme olanaklarını keşfetme ve yeni ışık ortamlarını yaratmak için bunları kullanmaları muhtemelen sadece zaman meselesi. Modern sound jeneratörlerindeki müzik nasıl kendisini kötü sinüs dalgalarının oluşturduğu tonlardan kurtardıysa, “Işık resimleri” de belli bir süre sonra geçmişteki basit stroboskopik efektlerden farklı olacak.

Sensora: Duyularla dolu bir deney Işık modülasyonunun tüm potansiyeli, tüm duygulara hitap eden ve yazarın kendisi tarafından geliştirilen son derece derinden etkileyen bir uygulama olan “Sensora” da gösteriliyor. Sensora dev bir yarım küre biçimli ekran, tüm görüş alanını kapsayacak bir büyüklükte. Bu çalışmada ışık, mekana uygun bir Surround-Sound ile ve belli bir düzende yerleştirilmiş kinestetik sound transformatörleri ile donatılmış ve boylu boyuna uzanılabilecek özel tasarlanmış bir koltuk ile kombine ediliyor. Bu deneyle ışığın nasıl sanata dönüştüğü ve etkisinin sadece diğer araçları destekleyici olmadığı gösteriliyor.

Yazar hakkında

Anadi A.Martel, audio görsel ve LED elektroniği tasarımları üzerine uzmanlaşmış bir fizikçi ve International Light Association’ın kurucu üyesi. Aynı zamanda ışık modülasyonlarının patentini aldırdığı, küçük bir araştırma ve geliştirme kuruluşu olan Sensortech Inc., http://www.sensora.com’un genel müdürü. Martel Kanada’da yaşıyor ve kendisi ile [email protected] adresinden irtibat kurulabilir.

Dergide s. 48.