李凯夫：论木材对室内居住环境的影响（一）

　　编者按：

　　对于红木家具行业而言，木材是其存在和发展的基础。木材对人们居住的环境又有着怎样的影响？为此，《品牌红木》杂志特邀全联艺术红木家具专业委员会专家顾问、华南农业大学博士生导师李凯夫结合40多年研究成果，于本刊刊登连载《论木材对室内居住环境的影响》，从木材室内居住的视觉特性、触觉特性、听觉特性，以及木材室内调节特性、木材的生物体调节特性等几个方面阐述木材对室内居住环境的影响。

全联艺术红木家具专业委员会专家顾问、华南农业大学博士生导师李凯夫

　　木材，汲取天地灵气，孕育天然材性；吸收日月精华，赋予美妙功能；积淀不竭精气，彰显保健神韵。图1形象描绘了树木生长的机制，树木全身是宝，木材具有优良的室内环境调节功能。

图1_ 树木生长机制

　　图2形象描绘了木材细胞生长的机制，木材实体是有众多细胞构成，细胞种类很多，形状各异，担负着各自功能，细胞壁的构造十分完美，形成了理想结构与特性，制作室内地板时发挥的效能与作用，是其它材料无法比拟的。

图2_ 木材细胞生长机制

　　木材拥有亲切、温暖的材质感，保留了木材天然朴素的本质，这些正是人们对居室最为需要的情感表达。人们在室内活动与休息时间约占一生的2/3，室内环境的居住特性直接影响着人们的生活质量与健康。实木构筑出亲切、自然、舒适的室内空间。

　　木材具有大自然赋予它的独特属性，成为人们十分喜爱的室内装饰与家具材料，人类自古以来就喜欢用木材来装饰室内，从而提高居住环境的舒适性。木材有丰富的种类可供人们选择（见图3），木材营造的优良室内居住环境舒适性正是人们选择木材缘由所在。

图3

　　如果将木材的花纹对应于视觉，木材所散发气味对应于嗅觉，木材表面肌理对应于触觉，人体与木材接触时所发出的声音设定为听觉，那么人们在感知木材的时候就会相应的产生视觉感、触觉感、嗅觉感、听觉感。主观地加入来自于自身的记忆与经验，随之产生心灵感应，进而完成人们对木材的综合性感知。长久以来，木材因其独特优良的特性和舒适性，被广泛应用于地面铺设中，构成了室内空间的温暖与亲切的氛围，给人以自然、亲切、舒适、健康的感受（见图4）。

图4_ 木材构筑的室内温馨环境

　　日本的乔治中岛对树木怀有一种敬仰甚至是崇拜的情感，他对木材的研究已经到了出神入化的境界。在他的《树的灵魂——一位硕士木匠的思考》一书里，把木材比喻成宇宙自然的生命象征，他使用的锯子、刨子成了一种探索与修炼的学习工具，他的一生，成为一种无尽的木材禅修。

　　在居室中，人的眼睛、耳朵、皮肤、鼻子都可以感受空间的形式、色彩、声音、触感和气味，这是在用身体的全部来感知居室空间。对室内空间的诸多现象进行潜意识的分析，以视觉为中心，听觉、嗅觉、触觉、冷暖感等记忆和经验都会参与到其中。

　　根据被使用材料的性质差异，通过身体的知觉系统对材料质地、表面、花纹所形成的感觉、感受被称之为材质感。材质感在相当程度上会左右所产生的空间心理效果。图5展示出人们接触木材所获得的幸福场面，这种感受会影响人们的情绪，看到这张图片会激起使用木材的欲望。

图5_ 人们接触木材的幸福感受

　　木材科学工作者为了进一步量化评价室内装饰材料的微环境学特性，采用层次分析法（analytic hierarchy process，AHP），从生理舒适、心理满足和室内环境调节这3个方面构建了层次分析模型，计算了评价指标相应的权重值，对27种室内装饰材料的微环境学特性进行了评价与归类。考虑到材料的微环境学特性对人和环境的相互影响，不仅需要从对人体的生理舒适与心理满足两个方面进行评定，还需要从室内环境调节角度进行评定。研究者将室内装饰材料的视觉特性、声学特性、触觉特性和嗅觉特性作为受生理舒适与心理满足支配的三级指标，将环境调节所支配的三级指标确定为对室内物理微环境和对生物体的调节。层次分析法研究结果表明，27种室内装饰材料的微环境学特性综合得分顺序依次为：紫檀>红松>水曲柳>樟子松>云杉>落叶松>胡桃木>冷杉>栎木>白桦>薄木/单板>陶瓷>大理石>花岗石>竹木复合板>木塑复合材料>塑料>无机凝胶材料>金属>玻璃>石膏刨花板>木材金属复合材>胶合板>水泥刨花板>细木工板>中密度纤维板>刨花板。

　　总体看来，实木类材料的微环境学特性整体上优于其他室内装饰材料。研究结果告诉人们，木材具有一些其他材料无法比拟的微环境学特性，使其在营造温馨舒适的人居环境及促进人体心理、生理健康方面相比其他材料存在较大优势。

　　木材的视觉特性是多方面因素在人眼中的综合反映，总体反映了木材的美感、质感、价值感与实用感。视觉材质感是指通过眼睛观看与观察材料的表面，可以得到对材料质感的感知。木材具有自然美丽的纹理与柔和温暖的视觉感受，在木材的视觉材质感中，以色相、反射、吸收、木材纹理等最为重要。人们习惯于用颜色的三属性即明度、色调、色饱和度来描述木材的材色。

　　明度

　　明度表示人眼对物体明暗度的感觉。木材的视觉心理量与木材材色物理量有着密切的关系，随着木材明度值的升高，人们心中明快、素雅、轻松的感觉增强。明度高的木材，如白桦、云杉、榉木、枫木等，使人感到明快、华丽、整洁、高雅和舒畅；明度低的木材，如红豆杉、紫檀、黑胡桃等，使人有深沉、稳重、肃雅之感，说明了木材明度值的改变对人心理感觉产生的影响。木材常用的木材表面明度值主要分布在5～8之间，符合人们视觉心理的“自然”、“舒畅”、“亲切”要求。

　　色调

　　色调表示人们区分颜色类别、品种的感觉（如红、橙、黄、绿等）。色调有五个主色调：红、黄、绿、蓝、紫；有五个中间色调：黄红、绿黄、蓝绿、紫蓝、红紫。从图6可见，木材色调值主要分布在2.5Y～9.0R（浅橙黄～灰褐色），以5YR～10YR（橙黄色）居多，针叶树木材的材色偏重于明度较高的橙黄色和浅黄白色，阔叶树木材的材色测量值则分布在一个较宽的空间范围内。

图6_ 木材孟塞尔色调标号（H）测量值的统计分布图

从图8可见，“温暖”心理量与木材的色调值之间具有较强的正相关关系。木材色调与视觉心理量“温暖感”之间有一定的关系。用主观评价的方法测得木材色调与视觉心理量“温暖感”之间的关系如图7所示，图7中纵坐标轴为“温暖感”，随着木材色调值的增加，温暖感增强，表明了材色中属暖色调的红、黄、橙黄系能给人以温暖之感。

图7_ 木材温暖感与色调的关系

　　色饱和度

　　色饱和度是表示木材颜色的纯洁程度和浓淡程度，其数值常与一些表示材料品质特性的词联系在一起。色饱和度值高的木材，给人以华丽、刺激之感；色饱和度值低的木材，给人以素雅、质朴和沉静的感觉。木材常用的木材色饱和度值主要分布在3～6之间（见图8）。

图8_ 木材色饱和度（C）测量值的统计分布图

木材纹理

　　木材表面纹理是木材天然形成的图案。通常木材的横切面上呈现同心圆状花纹，径切面上呈现平行的带荆条形花纹，弦切面上呈现抛物线状花纹。木材表面上这些互不交叉、平行条形花纹构成的图案，给人以流畅、井然、轻松、自如的感觉。

　　木材表面纹理（木纹）是天然生成的图案，它是由生长轮、导管（或管胞）、木射线、轴向薄壁组织等相互交织，且因其各向异性而当切削时在不同切面呈现出的不同图案。木纹给人以良好感觉的原因可以总结如下：

　　（1）在色度学上，绝大多数树种木材表面纹理的颜色都在YR（橙）色系内，呈暖色，是产生“温暖”视觉感的重要原因（见图7），给人以亲切、舒适、自然之感。

　　（2）在图形学上，木纹是由一些平行但不等间距的线条构成的，给人以流畅、井然、轻松、自如的感觉；而且木纹图案又受生长量、年代、气候、立地条件、树种、木材部位等因素的影响，木材的生长轮宽度和颜色深浅呈现出涨落起伏的变化形式，这种周期中蕴藏变化的图案，充分体现了造型规律中变化与统一的规律，赋予了木材以华丽、优美、自然、亲切等视觉心理感觉。

　　（3）在生理学上，木材纹理的变化节律暗合了人体生物钟涨落节律。从图9可见，木材横切面所呈现的黑度功率谱密度符合1/f分布方式。关于木材纹理与人心理感觉的研究主要集中在材料学科领域，日本学者武者利光发现木材径切面和弦切面纹理也属于l/f型涨落谱，l/f型涨落谱是将涨落按时间的变化函数用谐波来进行分解，即用各种频率的谐波成分的强度来表现涨落现象的特性，得出频谱密度，再按频谱密度和频率之间的关系进行分类得出的。木纹的涨落谱符合l/f型频谱，与人体生物钟涨落的节律分布方式相同。这种涨落谱型的结果是，当人们视觉感受到具有l/f型涨落的图形时，便会有自然、亲切之感，有某种美的享受（许多音乐就是采用这种节律，这也是人们在很多其他材料上仿制木纹的主要原因）。

图9

图9

　　目前，学者们正在运用计算机视觉与数字图像处理的知识，对木材表面纹理进行定量化描述和分析，探求与视觉心理量积极相关的木材表面纹理特征参数，尝试运用特征参数预测纹理的视觉心理效果，指导木材的应用，取得了一些积极的进展。从图10可见，人类心脏跳动的谱密度符合1/f型涨落谱。

图10_ 人类心脏跳动的谱密度符合1/f型涨落谱

　　图11是人类心脏跳动间隔的平行线图案，图12是具有1/f型涨落谱的纵向条纹图案的不同木材表面，对比图11与图12分析可知，人类心脏跳动间隔的平行线图案与木材表面纹理构筑的图案相近，当人们看到图12中的图案时，就会产生自然、亲切之感。

图11

图12

　　从图13可见，等间隔有序的条纹位于十分强的人工雕凿感处；乱数条纹虽然位于自然感一侧，但是舒适性差些；1/f型涨落谱条纹图案自然感强，舒适性好。当人们看见具有1/f型涨落谱条纹的木材表面时，会产生自然、舒适之感，这正是其它人造材料无法仿制与模拟的天造图案，这也是人们喜爱实木制品的缘由之一。

图13_ 不同条纹图案心理感应效果的评价

　　从图14可见，人类α脑电波频率涨落的谱密度分布在精神稳定时符合1/f型涨落谱，对比图13分析可知，木材色调、纹理、年轮间隔的这种1/f型涨落谱分布形式与人的生理指标1/f型涨落谱分布形式均相吻合，给人以“运动的”、“生命的”韵律感及“和谐的”、“流畅的”自然感。

图14

　　人眼感到舒服的反射率为40%-60%。木材对光的反射柔和，符合人眼对光反射率的生理舒服度要求。木材较柔和的光泽特性源于木材独特的微观构造。目前市场出现的木材的仿制品，代替不了木材真实的木材表面效果。为了增强木材装饰效果和耐用性，涂饰是必要的。涂饰对木材具有一定的保护性和装饰效果，透明涂饰可提高木材的光泽度，使光滑感增强；增强木材纹理的对比度，使纹理线条表现得更清晰、更具动感和美感。从图15、图16、图17对比分析可知，与纹理平行和垂直方向的反射特性差异很大，能够清楚地观察到散射的各向异性。层内反射成分的反射特性呈扩散状，尤其在与纹理垂直方向呈均等近球面扩散状。

图15

图16

图17

　　木材是多孔性材料，木材表面是由无数个微小的细胞构成，细胞切断后就是无数个微小的凹面镜，在光线的照射下，木材具有各向异性的内层反射现象，会呈漫反射或吸收部分光线，这样不但会使令人眩晕的光线变得柔和，而且凹面镜内反射的光泽还有着丝绸表面的视觉效果。光泽高且光滑的木材，硬、冷的感觉较强，冷暖感的相关性略差一些；当光泽度曲线平滑时，温暖感就强一些，由此可知，温暖感不但与颜色有关，而且也与光泽度有关。

　　从图18可见，不同材料与光入射角度，产生的光泽值不同，木材具有独特的微观构造，木材是多孔性材料，木材表面是由无数个微小的细胞构成，细胞切断后就是无数个微小的凹面镜，在光线的照射下，木材具有各向异性的内层反射现象，会呈漫反射或吸收部分光线，这样不但会使令人眩晕的光线变得柔和，而且凹面镜内反射的光泽还有着丝绸表面的视觉效果。光泽的最大峰值都出现在反射角为60°时，但不同材料的波峰大小有很大差别。人眼感到舒服的反射率为40%～60%。

图18_ 几种材料的光泽特性

木材给人视觉上的和谐感，不仅仅是其柔和的反射特性，更重要的是因为木材可以吸收阳光中的紫外线（380nm以下），减轻紫外线对人体的危害；同时木材又能反射红外线（780nm以上），这一点也是木材使人产生温馨感的直接原因之一。紫外线（330nm以下）；红外线（780nm以上）是肉眼看不见的。强紫外线刺激人眼会产生雪盲病；人体皮肤对紫外线的敏感程度高于眼睛。

　　从图19可见，木材可以吸收阳光中的紫外线，减轻紫外线对人体的危害；同时木材又能反射红外线，这一点与人对木材有温暖感有直接联系。

　　从图19可见透明涂饰对木材视觉特性的影响规律。涂饰对木材具有一定的保护和装饰效果，不透明涂饰会掩盖木材的视觉效果，而透明涂饰则可提高木材的光泽度，使光滑感增强；增强木材纹理的对比度，使纹理线条表现得更清晰、更具动感和美感。但是，涂饰会减弱木材的温暖感，减弱木材表面的柔和光感效果，从而降低了木材的质感，并且由于清漆本身都不同程度地带有颜色，涂在木材表面也会使木材颜色变深。（李凯夫/文）

图19_ 不同装修材料的分光反射曲线