Фактически показывает, насколько точно будет передан цвет освещаемого предмета при освещении исследуемой лампой и эталоном (Эталон - солнечным светом или лампой накаливания – цвета не искажаются).
Цветовая температура - фактически цвет света, которым светится лампа . (пример: цвет испускаемого света натриевой лампы и цвет люминесцентной лампы различны. У натриевой ламы он желтый, у люминесцентной чаще всего белый)
Цветовой температурой лампы является температура, до которой необходимо нагреть некое аморфное черное тело, чтобы цвет испускаемого им света был примерно того же спектрального состава и цветовой окраски, что и свет исследуемой лампы. Единица измерения – К (градус Кельвина) цвет свечения, для примера:
Если температура «черного тела» повышается, то синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает. Лампа накаливания с тепло-белым светом имеет, например, цветовую температуру 2700 К, а люминесцентная лампа с цветностью дневного света - 6000 К
Цветность света - Разные люди воспринимают один и тот же цвет по-разному. Образно говоря, понятие того или иного цвета - это всего лишь результат неписанного соглашения между людьми называть определённое ощущение зрительного нерва конкретным цветом, к примеру, «красным». Также известно, что с возрастом хрусталик желтеет, что приводит к нарушениям в идентификации цветов. То есть можно сказать, что адекватное цветовое восприятие - это результат скорее психологического процесса, чем физического.
Как видите, науке пришлось немало повозиться, что бы систематизировать и строго научно определить характеристики различных цветов спектра! Если цвет поверхности не нагретого неизлучающего предмета, то есть одну из его отражательных (а значит и фильтрующих) характеристик, можно описать длиной волны или обратной ей величиной - частотой, то с нагретыми и излучающими телами мы поступим по-другому.
Представим себе абсолютно чёрное тело, то есть тело, которое не отражает никакие световые лучи. Для примитивного эксперимента пусть это будет спираль из вольфрама в электрической лампочке. Соединим эту несчастную лампочку с электрической цепью через реостат (изменяемое сопротивление), выгоним всех из ванной комнаты, выключим освещение, подадим ток и будем наблюдать за цветом спирали, постепенно понижая сопротивление реостата. В один прекрасный момент наше абсолютно чёрное тело начнёт светиться еле заметным красным цветом. Если замерить в этот момент его температуру, то окажется, что она будет примерно равна 900 градусам по Цельсию. Поскольку все излучения происходят от скорости движения атомов, которая равна нулю при нуле градусов Кельвина (-273 °С) (на чём и основан принцип сверхпроводимости), то в дальнейшем забудем про шкалу Цельсия, и будем пользоваться шкалой Кельвина.
Таким образом, начало видимого излучения абсолютно чёрного тела наблюдается уже при 1200К, и соответствует красной границе спектра. То есть, попросту говоря, красному цвету соответствует цветовая температура 1200К. Продолжая нагревать нашу спираль, замеряя при этом температуру, мы увидим, что при 2000К её цвет станет оранжевым, а затем, при 3000К - жёлтым. При 3500К наша спираль перегорит, так как будет достигнута температура плавления вольфрама. Однако если бы этого не произошло, то мы увидели бы, что при достижении температуры 5500К цвет излучения был бы белым, становясь при 6000К голубоватым, и при дальнейшем нагревании вплоть до 18000К всё более голубым, что соответствует фиолетовой границе спектра. Эти цифры и назвали «цветовой температурой» излучения. Каждому цвету соответствует его цветовая температура. Психологически трудно привыкнуть к тому, что цветовая температура пламени свечи (1200К) в десять раз ниже (холоднее) цветовой температуры морозного зимнего неба (12000К). Тем не менее это так, цветовая температура отличается от обычной температуры. Цветность света очень хорошо описывается цветовой температурой.
Все, кто разбирался с качеством света светодиодных ламп и все, кто читал мои статьи о светодиодных лампах, знают о таком параметре, как индекс цветопередачи (CRI, он же Ra). Считается, что у качественного света для жилых помещений CRI должен быть не меньше 80.
Недавно я столкнулся с лампой , CRI у которой был вполне приличным - 83.4, но она давала очень неприятный зеленоватый свет.
Я попытался разобраться, что с ней не так.
Индекс цветопередачи или colour rendering index - CRI (ru.wikipedia.org/wiki/Индекс_цветопередачи) - параметр, характеризующий уровень соответствия естественного цвета тела видимому (кажущемуся) цвету этого тела при освещении его данным источником света был предложен в 1965 году.
CRI - это средний уровень передачи восьми цветов R1-R8.
Иногда, помимо CRI, указывается и измеряется индекс передачи красного цвета R9. Этот индекс влияет на качество передачи тона человеческой кожи. На lamptest.ru измеренный индекс R9 указан в карточке каждой лампы.
Ещё в 2007 году Международная комиссия по освещению отметила, что «…индекс цветопередачи, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета», однако так вышло, что все производители светодиодных ламп используют именно CRI.
В 2010 году, для более точной оценки качества передачи цвета, была разработана методика Color Quality Scale (CQS), оценивающая качество света по пятнадцати цветам.
В 2015 года был разработан стандарт ТМ-30-15, который оценивает качество света по 99 цветам.
У хороших ламп значения всех трёх индексов приблизительно равны.
А теперь вернёмся к лампе Gauss 207707102 190Lm 2W 2700K G4 12V, из-за которой я и затеял всё это исследование. Её цветовые индексы выглядят удивительно.
Значение CRI достаточно высокое - 83.4, TM30 Rf - 84.3, а вот CQS очень низкий - 35.8. Похоже, хитрый китаец намешал люминофор так, чтобы хорошо передавались именно те 8 цветов, которые учитываются при измерении CRI. Удивительно, что результат вроде как самого продвинутого индекса TM30 также оказался высоким.
Замечу, что из всех 1244 ламп, параметры которых я измерял, только у одной оказался такой низкий уровень индекса CQS. Даже у самых плохих безымянных китайских лампочек с CRI 60, CQS составляет не менее 50.
Я начал изучать значения CQS у ламп и выяснил, что встречается довольно много ламп, у которых CRI больше 80, а значение CQS составляет чуть выше 70, но свет таких ламп визуально вполне комфортный. А вот у некоторых ламп с CRI больше 80, CQS оказался около 60 и свет таких ламп визуально зеленоватый или желтоватый.
Возникает вопрос, что с этим всем делать. Наверное придётся добавлять на lamptest значение CQS и учитывать его при расчёте итоговой оценки ламп, чтобы не могло получится, что лампа с высоким CRI, но некомфортным светом получала высокую оценку.
P.S: Для развития проекта lamptest.ru ищу
1. PHP-программиста, готового помочь с доработкой сайта.
2. Помощников, готовых заниматься покупкой и возвратом ламп в магазинах.
3. Лаборатории с фотометрическим шаром, готовые бесплатно измерить световой поток десятка моих образцов (для подтверждения точности моих измерений).
4. Человека, делавшего формулу расчёта оценки качества ламп в Excel (всё перелопатил, не могу найти контакты).
2017, Алексей Надёжин
Верно отображать цвета освещаемых объектов в сравнении с идеальным или естественным источником света. R a принимает значения от 1 до 100 (1 - наихудшая цветопередача, 100 - наилучшая).
Необходимость
Необходимость во введении индекса цветопередачи (CRI, R a) была вызвана тем, что два различных типа ламп могут иметь одну и ту же цветовую температуру , но передавать цвета освещаемых объектов по-разному. Индекс цветопередачи определяется как мера степени приближения цвета объекта, освещаемого источником света, к его цвету при освещении эталонным источником света сопоставимой цветовой температуры.
Термин появился в 1960-1970-х годах. Изначально CRI был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым значением индекса цветопередачи, но с сильно различающейся видимой передачей цвета. В 2007 году Международная комиссия по освещению (CIE) отметила, что «…индекс цветопередачи, разработанный комиссией , обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета ». В 2010 году, для более точной оценки качества передачи цвета, была разработана методика Color Quality Scale (CQS). Однако методика CQS не стала полноценной заменой CRI, так как также не учитывала тон и насыщенность цветов освещаемых предметов. Поэтому в августе 2015 года был разработан стандарт ТМ-30-15, который оценивает качество цвета не только по цветным шаблонам, но и по встречающимся в повседневности предметам .
Методика оценки
Для получения коэффициента цветопередачи какого-либо источника света (лампы) фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 или 14 указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов (шесть дополнительных цветов иногда используются для специальных нужд, но они не применяются для расчета индекса цветопередачи), наблюдаемый при направлении тестируемого источника света на эталонные цвета. Расчёт ведется по методике СIE, по которой получают численное значение отклонения цвета эталонов, освещенных исследуемым источником света. Чем меньше отклонение видимого цвета от естественного (больше индекс цветопередачи), тем лучше характеристика цветопередачи тестируемой лампы.
Источник света с показателем цветопередачи R a = 100 излучает свет, оптимально отображающий все цвета, индекс цветопередачи у солнечного света также принимается за 100. Чем ниже значения R a, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта:
| Характеристика цветопередачи | Степень цветопередачи | Коэффициент цветопередачи | Примеры ламп |
| Очень хорошая | 1А | Более 90 | Серная лампа , Лампы накаливания , Галогенные лампы , Люминесцентные лампы с пятикомпонентным люминофором, Лампы МГЛ (Металогалогенные), светодиодные лампы |
| Очень хорошая | 1В | 80-89 | Люминесцентные лампы с трехкомпонентным люминофором, светодиодные лампы |
| Хорошая | 2А | 70-79 | Люминесцентные лампы ЛБЦ, ЛДЦ, светодиодные лампы |
| Хорошая | 2В | 60-69 | Люминесцентные лампы ЛД, ЛБ, светодиодные лампы |
| Посредственная | 3 | 40-59 | Лампы ДРЛ (ртутные), НЛВД с улучшенной цветопередачей |
| Плохая | 4 | Менее 39 | Лампы ДНат (натриевые) |
Тестируемые цвета (основные):
Примечательно, что индекс цветопередачи и у ламп накаливания , и у неба (дневной свет) считается равным 100, при том что ни один из этих источников света не является действительно безупречным - лампа накаливания слаба в освещении синих тонов, а небо при 7500 К слабо в освещении красных тонов .
Индекс цветопередачи (CRI, или коэффициент цветопередачи) – параметр, который характеризует соответствие естественного цвета тела кажущемуся при освещении.
Дело в том, что освещение предметов разными лампами позволяет увидеть, что возможны разные варианты результата. В некоторых случаях цвета выглядят более естественно и точно, в других случаях они выглядят далеко не так, как при дневном освещении. Выходит, что две лампы различных типов могут иметь одну цветовую температуру, однако передавать цвета по-разному. Спектр свечения светильников неравномерен, цветопередача зависит от их энергии в определенном участке спектра.
Характеристика цветопередачи светильника описывает, насколько натурально видятся окружающие предметы в свете лампы. А в качестве количественной меры применяется индекс цветопередачи. Это величина от 0 до 100, характеризующая уровень соответствия цвета, полученного от тестируемого светильника, к естественному цвету тела. Результат 100 – полное совпадение – будто при солнечном свете, – то есть цвет передаются максимально верно.
Термин появился в 60-70-х годах прошлого века. Изначально CRI был разработан с целью сравнения источников светового излучения непрерывного спектра, чей коэффициент CRI был выше 90, так как ниже 90 могут быть два источника с одним и тем же CRI, но с сильно отличающейся передачей цвета.
Измерение коэффициента цветопередачи
Чем меньше отклонение кажущегося цвета от естественного (лампы с высокой цветопередачей), тем лучше характеристика CRI источника.
Источник света с показателем R a = 100 излучает свет, который оптимально отображает все оттенки. При более низких значениях оттенки передаются хуже:
| Характеристика | Степень | Коэффициент CRI |
| Низкая | 4 | < 39 |
| Достаточная | 3 | 40-59 |
| Хорошая | 2В | 60-69 |
| Хорошая | 2А | 70-79 |
| Очень хорошая | 1В | 80-89 |
| Очень хорошая | 1А | > 90 |
Существует система, которая математически сравнивает изменение расположения излучения в спектральной шкале в сравнении с цветами, освещаемыми эталонным источником светового излучения. Затем средние различия вычитаются из 100 и получается индекс CRI.
Таблица основных оттенков, точность передачи которых определятся индексом CRI:
Для человеческого глаза комфортное значение CRI – от 80 до 100 R a Здесь индекс цветопередачи светодиодных лампоптимален.
По определению, если нет разницы, как выглядят цвета освещенных предметов, источнику излучения присваивается CRI, равный 100. Таким образом, малые различия в цветопередаче приближают значение CRI к 100, тогда как более существенные различия приведут к меньшей величине коэффициента CRI. При сравнении цветовых температур диапазон 2000 – 5000 К, эталонным источником светового излучения считается «излучатель черного тела», с цветовыми температурами более высокого диапазона – дневной свет.
Светодиоды и индекс цветопередачи
Проводятся исследования, согласно которым обнаруживается, что белый свет, получаемый в результате смешения красных, синих и зеленых светодиодов, предпочтительнее, чем световое излучение, которое создается лампами накаливания и галогенными светильниками, даже если у ламп накаливания более высокие показатели CRI. На самом деле технический отчет под названием «Цветопередача белых светодиодных источников света» сообщает, что разработанный комиссией коэффициент CRI обычно неприменим для проведения прогнозов параметров цветопередачи источников света, если среди них есть светодиоды белого излучения.
Это проистекает из рассмотрения множества анализов, в которых изучались и сине-красно-зеленые (RGB) светодиодные кластеры, и белые светодиоды, покрытые фосфором. Обозреватели оценили внешний вид сцен, освещенных при использовании светильников с разными индексами цветопередачи, и выяснили, что не существует точной взаимозависимости между подсчитанными показателями CRI и классификациями. Во многих случаях светодиоды RGB имели индексы цветопередачи, приблизительно в районе 20, однако при этом хорошо зарекомендовали себя при передаче цветов. Возможное объяснение данному факту заключается в том, что, как правило, они имеют склонность без смещения цветопередачи оттенков повышать насыщенность восприятия большинства цветов.
Департамент энергетики США дает следующие рекомендации: проводятся долгосрочные разработки и исследования в области создания обновленной системы для точной оценки качества светового излучения, которая могла бы быть применена к любому источнику излучения. Пока же индекс цветопередачи светодиодных ламп можно считать одним из параметров при оценке их самих и систем, основанных на них. Он не должен применяться для выбора конкретного изделия светотехники без тестирования изделия и предварительных персональных оценок на предполагаемом месте использования.
- Определите визуальные задачи, которые, как ожидается, будут выполняться данным источником света при освещении. Если верность цветовоспроизведения имеет критическое значение (например, в пространстве, где ткани или цвета сравниваются и при электрическом, и при дневном освещении), показатели индекса цветопередачи имеющейся метрической системы могут быть полезны и пригодны для применения при оценке светодиодных изделий.
- Если более важен внешний вид цвета, а не верность цветовоспроизведения, не стоит исключать белые светодиоды лишь по причине их сравнительно низких показателей CRI. Некоторые изделия с CRI даже столь низкими, как 26, все же могут излучать приятный визуально белый свет.
- Коэффициент CRI можно сравнивать, если источники света имеют равную цветовую температуру. Данный тезис применим ко всем источникам света, а не только к светодиодам. Различия в величинах CRI меньше пяти единиц не существенны. Это значит, что источники света, имеющие индексы цветопередачи, например в 82 и 85, практически одинаковы.
- В случаях, когда внешний вид цветов или верность цветовоспроизведения являются важными факторами, следует лично оценивать светодиодные системы, и если это возможно, то на предполагаемом месте эксплуатации.
Необходимо отметить, что современные методы компьютерной обработки данных и анализа спектра позволяют полностью автоматизировать измерение индекса цветопередачи, исключив из него использование пластин заданного цвета. Определяется зависимость спектральной плотности светового излучения от длины волны. И по результатам данного исследования с помощью специального алгоритма происходит прямое вычисление CRI.
Различия между цветовой температурой и индексом цветопередачи
Часто использование терминов «Цветовая температура» и «Индекс цветопередачи» (CRI) сбивает пользователей с толку. Что же эти понятия на самом деле означают?
Цветовая температура источника света определяется его теплотой или холодностью и выражается в градусах Кельвина (К). Термин происходит из теории физики. При нагреве объекта, именуемого «абсолютно черным телом-излучателем», его цвет меняется от черного до красного, затем до желтого, белого и, наконец, до голубого. В нижнем участке этой шкалы объект считается «более теплым» по цвету, в то время как в верхнем участке его цвет считается «более холодным». В более теплом диапазоне шкалы свеча будет иметь цветовую температуру приблизительно в 1800 К, в то время как небо в северном полушарии достигнет отметки в 28 000 К. На практике мы обычно рассматриваем цвета источников искусственного освещения в диапазоне приблизительно от 2000 до 10000 К.
Любопытно, что два различных типа ламп могут иметь одну и ту же цветовую температуру, но передавать цвета по-разному. К примеру, люминесцентные лампы SP и SPX компании General Electric имеют приблизительно ту же цветовую температуру, что и лампы накаливания, но у первых гораздо меньше энергия в красной области спектра. За счет этого красные цвета выглядят ярче при освещении лампами накаливания, чем при освещении люминесцентными источниками света. В свою очередь, индекс цветопередачи определяется как мера степени отклонения цвета объекта, освещенного источником света, от его цвета при освещении эталонным источником света сопоставимой цветовой температуры. Термин появился приблизительно в 1960-1970-х годах, когда была разработана система, математически сравнивающая, насколько источник света изменяет расположение в спектральной шкале восьми определенных пастельных цветов по сравнению с теми же цветами, освещенными эталонным источником цвета той же цветовой температуры, согласно определению Международной комиссии по освещению (СIE). Средние различия затем вычитаются из 100, и получается индекс цветопередачи. Шесть дополнительных цветов иногда используются для специальных нужд, но они не применяются для расчета индекса цветопередачи. По определению, если не существует разницы в том, как выглядят цвета предметов, источнику света присваивается индекс цветопередачи 100. Таким образом, при малых различиях CRI будет ближе к 100, в то время как более серьезные различия приведут к получению меньшей величины индекса цветопередачи. Когда происходит сравнение цветовых температур в диапазоне от 2000 К до 5000 К, эталонным источником света является «излучатель черного тела», а с цветовыми температурами выше этого диапазона – дневной свет. Примечательно, что индекс цветопередачи и у ламп накаливания, и у неба северного полушария считается равным 100, притом, что ни один из них не является действительно безупречным. Лампы накаливания очень слабы в освещении синих тонов (попробуйте, к примеру, отличить носок темно-синего цвета от носка черного цвета в комнате, освещенной лампами накаливания). В свою очередь, северное небо при 7500 К слабо при освещении красных тонов. Тем не менее, индекс цветопередачи, вопреки своим ограничениям и слабостям, все еще применим и пригоден для определения «качества» цвета. Изначально CRI был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета. Технически индекс цветопередачи можно сравнивать только у источников света, которые имеют одинаковую цветовую температуру. Тем не менее, как правило, источники света с высокими индексами цветопередачи (80-100) обычно способствуют тому, что люди и вещи выглядят лучше, чем при источниках света с менее высокими CRI.
Индекс цветопередачи и светодиоды
В настоящее время проводится исследование, согласно результатам которого обнаруживается, что белый свет, получаемый при смешении красных, зеленых и синих светодиодов, предпочтительнее, чем свет, излучаемый галогенными светильниками и лампами накаливания, даже если у последних более высокие показатели индексов цветопередачи. На самом деле в техническом отчете «Цветопередача белых светодиодных источников света» Международной комиссии по освещению указывается: «Технический комитет заключил, что индекс цветопередачи, разработанный комиссией, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета».
Такая рекомендация проистекает из изучения множества академических анализов, в которых рассматривались и покрытые фосфором белые светодиоды, и красно-зелено-синие (RGB) светодиодные кластеры. Обозреватели оценили внешний вид освещенных сцен при использовании ламп с различными индексами цветопередачи и обнаружили, что в целом не существует точной взаимозависимости между классификациями и подсчитанными показателями CRI. Во многих случаях RGB-светодиоды имели индексы цветопередачи в районе 20, но при этом хорошо показывали себя при передаче цветов. Одно из возможных объяснений этому заключается в том, что они обычно склонны повышать воспринимаемую насыщенность большинства цветов без смещения цветопередачи оттенков.
Департамент энергетики США рекомендует следующее: «Проводятся долгосрочные исследования и разработки в области создания обновленной метрической системы для оценки качества цвета, которая была бы применима ко всем источникам света. Пока же индекс цветопередачи можно считать одним из информационных параметров при оценке светодиодных изделий и систем на их основе. Он не должен использоваться для выбора конкретного светотехнического изделия без предварительных персональных оценок и тестирования изделия на предполагаемом месте эксплуатации.
1. Определите визуальные задачи, которые будут выполняться при освещении конкретным источником света. Если верность цветовоспроизведения критически важна (к примеру, в пространстве, где цвета или ткани сравниваются и при дневном, и при электрическом освещении), показатели индекса цветопередачи существующей метрической системы могут быть пригодны и полезны для использования в оценке светодиодной продукции.
2. Индекс цветопередачи можно сравнивать только у источников света равной цветовой температуры. Это относится ко всем источникам света, не только к светодиодам. Вдобавок, различия в величинах CRI меньшие, чем пять единиц, не значительны. Это означает, что источники света с индексами цветопередачи в 80 и 84 практически одинаковы.
3. Если внешний вид цвета более важен, чем верность цветовоспроизведения, не исключайте белые светодиоды только по причине их относительно низких показателей CRI. Некоторые светодиодные решения с CRI столь низкими, как 25, все же излучают визуально приятный белый свет.
4. В случаях, когда верность цветовоспроизведения или внешний вид цветов являются важными факторами, оценивайте светодиодные системы лично, и если возможно, на месте предполагаемой эксплуатации.
Заключение
Тогда зачем же использовать CRI, если у этой величины так много недостатков? В настоящее время это единственная признанная на международном уровне система оценки цветопередачи, которая дает потребителям некоторые ориентиры. Тем не менее, стоит заметить, что в этой области ведет работу Государственный институт стандартов и технологии (NIST) США, разрабатывающий Шкалу качества цвета для решения некоторых проблем существующей системы оценки цветопередачи CRI, но пока еще эта шкала повсеместно не принята.
Дик Эрдманн, инженер-технолог компании GE
