Чтобы понять Индекс цветопередачи CRI и люмены, посмотрите на спектр.
Как и во многих других областях науки о цвете, нам нужно вернуться к спектральному распределению мощности источника света. Индекс цветопередачи CRI рассчитывается глядя на спектр источника света, а затем моделируя и сравнивая спектр, который будет отражаться от набора тестовых образцов цвета. В своих расчетах CRI использует SPD дневного света или черного тела , поэтому более высокий CRI также указывает на то, что спектр света аналогичен естественному дневному свету (более высокие значения CCT) или галогенам / лампам накаливания (более низкие значения CCT).
Спектр естественного дневного света (вверху)
Выходная мощность, измеренная в люменах, описывает яркость источника света. Яркость , однако, является чисто человеческой конструкцией! Это определяется тем, к каким длинам волн наши глаза наиболее чувствительны и сколько энергии света присутствует на этих длинах волн. Мы называем ультрафиолет и инфракрасное излучение «невидимыми» (то есть без яркости), потому что наши глаза просто не «воспринимают» эти длины волн как воспринимаемую яркость, независимо от того, сколько энергии присутствует на этих длинах волн.Чтобы лучше понять, как работает феномен яркости, ученые в начале 20-го века разработали модели систем человеческого зрения, и фундаментальным принципом, лежащим в основе этого, является функция яркости, которая описывает взаимосвязь между длиной волны и восприятием яркости.
Желтая кривая показывает стандартную фотопическую функцию (см. Выше)
Кривая яркости достигает пика между 545-555 нм, диапазоном длин волн светло-зеленого цвета, и довольно быстро спадает при увеличении и уменьшении длины волны
Очень важно, что значения яркости очень низкие — 650 нм, которые представляют собой длины волн красного цвета. Это говорит нам о том, что длины волн красного цвета, а также длины волн темно-синего и фиолетового цветов очень неэффективны при ярком освещении
Или, наоборот, зеленые и желтые волны наиболее эффективны для яркого освещения
Интуитивно понятно, что это может объяснить, почему защитные жилеты и подсвечники высокого обзора чаще всего используют желтый / зеленый цвета для достижения их относительной яркости
Или, наоборот, зеленые и желтые волны наиболее эффективны для яркого освещения. Интуитивно понятно, что это может объяснить, почему защитные жилеты и подсвечники высокого обзора чаще всего используют желтый / зеленый цвета для достижения их относительной яркости.
Наконец, когда мы сравним функцию яркости со спектром для естественного дневного света, должно стать ясно, почему высокий CRI, и особенно R9 для красных , расходится с яркостью. Для достижения высокого коэффициента цветопередачи почти всегда полезен более полный и широкий спектр, но для достижения более высокой светоотдачи наиболее эффективным будет более узкий спектр, сфокусированный в зелено-желтом диапазоне длин волн.
Именно по этой причине в стремлении к повышению энергоэффективности качество цвета и CRI почти всегда отводятся в приоритет. Справедливости ради следует отметить, что в некоторых приложениях, таких как наружное освещение, может быть более высокая потребность в эффективности, чем в цвете. Тем не менее, понимание и оценка задействованной физики могут быть очень полезны при принятии обоснованного решения в осветительных установках.
Характеристики цветовой температуры
Индекс цветопередачи
Это еще одна характеристика лампочек, которая напрямую влияет на комфортность пребывания в помещении
Вы когда-нибудь обращали внимание, что вещи по-разному воспринимаются в магазине, дома или под светом фонарей? Вопрос не только в уровне освещенности, но и индексе цветопередачи. Этот параметр отвечает за то, насколько естественными будут выглядеть цвета. Индекс цветопередачи измеряется в Ra (или CRl)
Чем блице цветовая температура к 5000 К, тем более сбалансированный состав света и тем ближе он к идеальному «белому» цвету солнца. Когда цветовая температура понижается, увеличивается доля красного цвета и уменьшается — синего. Именно поэтому лампы накаливания с ЦТ 2000-3000 К придают всему окружающему красноватый оттенок. Наоборот, светодиодные лампы с цветовой температурой выше 5000 К могут давать вещам зеленоватый или синеватый оттенок
Индекс цветопередачи измеряется в Ra (или CRl). Чем блице цветовая температура к 5000 К, тем более сбалансированный состав света и тем ближе он к идеальному «белому» цвету солнца. Когда цветовая температура понижается, увеличивается доля красного цвета и уменьшается — синего. Именно поэтому лампы накаливания с ЦТ 2000-3000 К придают всему окружающему красноватый оттенок. Наоборот, светодиодные лампы с цветовой температурой выше 5000 К могут давать вещам зеленоватый или синеватый оттенок.
Для домашнего использования рекомендуют покупать лампочки с цветовой температурой 80 CRl и выше. Для подсобных подойдут лампочки с 60-80 CRl.
Шкала цветовой температуры
Все оттенки цветовой температуры принято отмечать на шкале.
- Черное тело имеет нулевую цветовую температуру. Первые видимые излучения появляются при цветовой температуре 800 К.
- Ярко-красный цвет, наблюдаемый при нагревании некоторых металлов, соответствует ЦТ 1300 К.
- Свеча или раскаленные угли дают цветовую температуру 2000 К.
- При восходе солнца наблюдается цветовая температура 2500 К.
- Обычные лампы накаливания имеют цветовую температуру 2700-3200 К.
- Белый цвет имеет ЦТ около 5500 К. Именно такой цвет у солнца в полдень.
- Безоблачное голубое небо имеет цветовую температуру 7500 К.
Маркировка цветовой температуры
Цветовая температура измеряется в Кельвинах (К), однако производители лампочек не всегда используют цифровые обозначения. Достаточно часто можно встретить надписи, описывающие цветовую температуру:
- WW (warm write) – теплые оттенки, их цветовой спектр — 2700-3200 К.
- NW (neutral white) – нейтральные цвета с ЦТ 3200-4500К;
- CW (cool white) – холодный белый цвет с излучением от 4500 К.
Индекс цветопередачи различных ламп
Получить представление о CRI источника света можно при направлении светового потока лампы на различные объекты. Один и тот же цвет при освещении будет восприниматься по-разному, в зависимости от спектрального состава типа лампочек, принципов действия, технических компонентов светильника.
Лампы накаливания
Классические модели постепенно утрачивают популярность из-за низкой эффективности. Однако лампы накаливания, фактически черные тела, приближаются по индексу цветопередачи к показателям солнечного света. Отличие – в несущественном сдвиге в сторону инфракрасного излучения. Благодаря непрерывному спектру, содержащему в полном объеме видимые длины волн, CRI классических ламп приближается к максимуму по 100-бальной шкале, превосходит по показателям другие источники света, созданные человеком.
Галогенные лампы
Значение индекса CRI у большинства приборов 90 и более единиц. В сравнении с лампами накаливания галогенные аналоги не уступают по цветопередаче, при той же мощности ламп направляют больший световой поток.
Люминесцентные лампы
Компактные люминесцентные лампы и приборы трубчатого типа характеризуются необходимостью применения пускорегулирующей аппаратуры, дискретным линейчатым спектром, или так называемым рваным составом света. В восприятии наблюдается смещение в область холодных цветов. Излучение нейтрального, теплого света обусловлено составом люминофора, индекс цветопередачи колеблется в диапазоне от 60 до 90 CRI. Так, например:
- трехкомпонентный люминофор – 80Ra и выше;
- пятикомпонентный люминофор – 90Ra.
Бюджетные лампы выпускают ниже 80Ra – следует внимательно изучать характеристики на упаковке товара.
Светодиодные лампы
Высокий индекс цветопередачи светодиодных светильников, как и у люминесцентных аналогов, обусловлен составом люминофора, покрывающим кристаллы светодиодов. Производители выпускают линейки световых приборов с разной степенью цветопередачи. Лучшие модели показывают значение CRI led до 90 и выше.
По результатам исследований, белый свет в результате смешивания света красных, зеленых, синих светодиодов оказывается лучше, чем свечение галогенных аналогов и ламп накаливания с наиболее высокими CRI.
Популярность светильников обеспечивает не только индекс цветопередачи светодиодных ламп, но и применение приборов в помещениях любого типа.
Натриевые лампы
В помещениях, где работают люди, натриевые лампочки практически не размещают. Основные причины – долгий розжиг, гудение, низкий индекс цветопередачи (примерно 40 Ra). Рваный спектр, преобладание красно-оранжевых тонов ограничивает цветопередачу, искажает истинные оттенки предметов. Другие технические характеристики позволяют применять лампы для уличного, тепличного освещения – длительный срок службы, высокий световой поток.
Дуговые ртутные лампы
Схожие с натриевыми лампами по индексу цветопередачи, ДРЛ аналогичны в использовании, за исключением установки в теплицах. Особенность дуговых ртутных ламп – в смещении рваного спектра в область синего цвета, ультрафиолета.
Таким образом, не все лампы излучают свет в полном спектре и передают точное соответствие цветов реальным.
Светильники широкого спектра
Светодиодные лампы широкого спектра имеют другое соотношение в распределении длин волн. По внешнему виду это белый свет, хотя на самом деле белый оттенок представляет собой смесь синего, красного и зелёного волновых диапазонов.
Эти лампы также не претендуют на имитацию солнца, но они эффективно заменяют его, обеспечивая высокую урожайность и превосходное качество в любых условиях.
Спектр BL в светильниках Just Grow имеет пики в синем и красном диапазоне
Спектр BL (применяется в светильниках компании Just Grow) — это обогащённый широкополосный спектр, оптимизированный для фотосинтеза в любых условиях. Этот обогащённый широкий спектр разработан, чтобы взять самые важные части ДНаТ, металлогалогенных и узкополосных светодиодных ламп и создать спектральную смесь, которая универсальна для любого применения при выращивании растений.
Данный спектр обогащён красным и синим пиками для стимулирования интенсивного фотосинтеза и структуры растений, в то же время в нём присутствует зелёный диапазон волн, чтобы быть универсальным для любого типа культур или условий выращивания. Кроме того, белый свет позволяет без искажений оценивать состояние растений.
Спектр MX в светильниках Just Grow с дополнительным ультрафиолетом и дальним красным светом
Для того чтобы максимально раскрыть потенциал растений и стимулировать развитие вторичных метаболитов в спектр может быть добавлен ультрафиолет. Для дополнительной манипуляции фитохромами и увеличения скорости фотосинтеза благодаря эффекту Эмерсона в спектр добавляют дальний красный свет.
Светильники широкого спектра — наилучшее решение для продвинутого ситифермера. При достаточной мощности они подходят для полноценного выращивания абсолютного большинства растений.
Оптические параметры источников света
Чтобы охарактеризовать любой источник искусственного света, используются электрические и оптические параметры. К первой группе относится рабочее напряжение и номинальная мощность, которые указываются в вольтах (В) и ваттах (Вт). Если лампа рассчитана на 220 В, то от 12 В она работать не будет. А если наоборот — моментально перегорит. Чем мощнее лампочка, тем больше света она даёт.
Поскольку светодиоды и другие источники используются для получения света, то более важными их параметрами являются оптические:
- Цветовая температура.
- Индекс цветопередачи.
- Световой поток.
- Сила света.
- Светоотдача.
Характеристики промышленной светодиодной лампы на упаковке
Тема этого материала — цветовая температура LED ламп. О ней поговорим позже подробно. Рассмотрение других оптических свойств поможет лучше разложить по полочкам достаточно сложные для понимания величины и не путать их в дальнейшем.
Индекс цветопередачи
Мы видим окружающий нас мир благодаря тому, что свет отражается от поверхностей объектов. В зависимости от того, какой длины волны попадают на сетчатку наших глаз, мы различаем цвета: красный, синий и зелёный. Другие цвета и оттенки получаются при смешивании этой тройки в той или иной “пропорции”. Например, если смешать красный и зелёный, то получается жёлтый. Красный с синим дают фиолетовый или лиловый. Белый цвет получается при смешивании всех трёх базовых цветов.
Передача цвета в зависимости от индекса цветопередачи
Индекс (коэффициент) цветопередачи — это показатель качества или точности передачи реального цвета освещаемой поверхности. Обозначается Ra или CRI (colour rendering index). А измеряется в процентных единицах от 1 до 100, где 100 — это эталонная цветопередача, 1 — самая плохая. Данное понятие ввели после того, как обнаружили, что два идентичных цвета под разным освещением заметно отличаются. То есть было установлено, что источник света влияет на наше восприятие оттенков.
Эталонной цветопередачей обладает только один источник света — Солнце. У остальных — естественных и искусственных — этот показатель всегда меньше 100. Например, лампы накаливания, а также галогеновые и люминесцентные — передают цвета с точностью выше 90% (лампа накаливания в этом лучшая). Большинство светодиодных источников света имеют коэффициент цветопередачи в пределах 80-90. Никудышная цветопередача у натриевых ламп.
Заранее отметим, что цветовая температура светодиодов, ради которой мы здесь собрались, и индекс цветопередачи — это две связанные между собой характеристики. То есть, от первой зависит вторая. Чтобы убедиться в этом на практике, возьмите зелёный предмет (карандаш, фломастер), и посмотрите на него сначала при свете свечи в тёмной комнате, а потом при дневном белом свете на улице. Цвет одного и того же предмета будет восприниматься по-разному.
Световой поток
Световой поток светодиода — это количество или мощность излучаемого им света. Измеряется в люменах. Напрямую зависит от типа кристалла и яркости свечения. Два одинаковых светодиода дают больше люмен, чем один. Чем больше люмен, тем свет воспринимается нами, как более яркий. Цветовая температура и здесь “при деле”. Наше восприятие яркости зависит от неё.
Сравнение количества света разных ламп
Сила света
Сила света — это величина световой энергии, которая переносится световым потоком источника. Измеряется в канделах. Непосредственно связана с понятием светового потока. Чем больше кандел, тем ярче светит лампа. С цветовой температурой эта единица связана лишь косвенно. А вот качество цветопередачи при изменении силы света может практически не меняться.
Светоотдача
Световая отдача — это характеристика источника света, которая показывает, насколько эффективно электрическая энергия превращается в световое (видимое) излучение. Измеряется в люменах на ватт. Чем выше этот параметр, тем экономичнее лампа. И светодиодам в этом плане пока что нет достойного конкурента. К цветовой температуре светоотдача напрямую не относится.
Светоотдача разных типов ламп
Цветовые группы
Согласно европейским стандартам, все источники света делятся на три цветовые группы.
Теплый
Теплый белый WW (warm write). Считается самым простым из всех типов освещения, когда-то был самым распространенным цветом освещения в мире, независимо от сферы применения. Температурный диапазон от 2500K до 3300K естественная цветовая гамма, которую создают не только свечи, фонари, но и лампы накаливания, которые доминировали в индустрии освещения на протяжении почти столетия. Он находится в нижней части видимого цветового спектра, испускает отчетливый красный или оранжевый оттенок.
Большинство светодиодных светильников выпускаются с такой цветовой температурой, часто рекомендуются в жилых, коммерческих помещениях, где целью является создание комфортной, уютной атмосферы для отдыха гостей, клиентов. В жилых помещениях дома этот цвет чаще всего применяется в светильниках, люстрах для детской комнаты, ванной, гостиных, столовых, а в розничной торговле — в витринах с представленными товарами.
Нейтральный (Дневной)
Дневной свет NW (neutral white). Такая температура считается средней, это явно более белая форма света, чуть ниже диапазона Кельвина, где можно увидеть синий свет. Его диапазон от 3500K до 4500K чаще всего используется для флуоресцентного освещения офисов, складов, коммерческих, производственных и промышленных помещений.
Прохладный белый цвет, безусловно, наиболее популярный выбор в современных коммерческих помещениях, особенно в крупных предприятиях, таких как торговые, промышленные объекты. Его стимулирующее воздействие на сотрудников проявляется при измерении производительности, что помогает улучшить итоговые показатели работоспособности. Это также популярный выбор для определенных жилых помещений с большой проходимостью, где важна повышенная видимость, заметность, таких как подъезды, элементы лестницы, крыльцо, гаражи.
Холодный
Прохладный белый CW (cool white). В верхней части диапазона цветовых температур для коммерческого освещения находится синий цвет от 5000 К до 6500 К. Благодаря своей цветовой температуре, близкой к реальному дневному свету, он обеспечивает самый высокий уровень стимуляции для максимальной ситуационной осведомленности, видимости. Такой Свет можно увидеть во всех типах жилых, коммерческих, промышленных помещений.
Он также широко используется в коммерческих, промышленных приложениях, т.к. обеспечивает наилучшую цветопередачу во всем спектре Кельвина, что способствует значительному повышению видимости, безопасности. Фактически, это увеличение видимости и большинство, если не все, новые автомобили оснащаются фарами в этой цветовой гамме.
Почему светодиодный свет может быть вреден для зрения?
Ученые выяснили, что вредное воздействие на органы зрения оказывает не все излучение светодиода в целом, а только синяя и фиолетовая составляющая спектра, имеющее наименьшую длину волны и соответственно большую частоту и большую энергию. Испанские ученые, проводившие такие исследования, опубликовали свои отзывы в журнале Seguridad y Medio Ambiente. Основными результатами этой исследовательской работы являются следующие утверждения:
- Светодиодные источники света могут нанести непоправимый вред здоровью человека и животных, воздействуя на сетчатку глаза.
- Вред наносит коротковолновый синий и фиолетовый свет.
- Излучение наносит сетчатке глаза травмы трех типов: фотомеханические (ударная энергия волны световой энергии), фототермические (при облучении происходит нагревание ткани клетчатки) и фотохимические (фотоны света могут вызывать химические изменения в макромолекулах).
- Зеленый и белый свет имеет гораздо меньшую фототоксичность, а при воздействии на сетчатку красным светом каких-либо негативных изменений не обнаружено.
Влияние светодиодной лампы на глаза
Но это правило безопасности можно отнести и к другим источникам яркого света: лампам накаливания и люминесцентным лампам. Таким образом, вред энергосберегающих ламп для глаз состоит в негативном воздействии на сетчатку глаза. Однако большинство ведущих производителей снабжают лампы рассеивателями, либо хорошие люстры имеют плафоны, которые дают мягкий рассеянный свет, польза которого намного выше.
Цветопередача. Индекс цветопередачи.
Это относительная величина, определяющая, насколько естественно передаются цвета предметов в свете той или иной лампы.
Цветопередающие свойства ламп зависят от характера спектра их излучения. Индекс цветопередачи (Ra) эталонного источника света (т.е. идеально передающего цвет предметов) принят за 100.
Чем ниже этот индекс у лампы, тем хуже ее цветопередающие свойства. Комфортный для человеческого зрения диапазон цветопередачи составляет 80-100Ra.
Например у традиционной лампы накаливания индекс цветопередачи составляет 80Ra, при цветовой температуре в 2700К.
Если говорить о светодиодных лампах, то они обладают исключительно высоким индексом цветопредачи, который составляет 85-90 Ra.
Индекс цветопередачи — мера соответствия зрительного восприятия цветного объекта, освещенного исследуемым и стандартным источниками света при определенных условиях наблюдения. Объективной характеристикой здесь является значение индекса цветопередачи Ra, максимально возможное значение которого равно 100. Чем больше индекс, тем точнее будет восприятие цветов. Проводить сравнения различных источников по величине Ra лучше при близких цветовых температурах.
На практике обычно пользуются тремя категориями цветопередачи
Ra между 90 и 100.
Прекрасные цветопередающие свойства. Область применения: в основном там, где важна точная оценка цвета.
Ra между 80 и 90.
Хорошие цветопередающие свойства. Области применения: там, где точная оценка не является приоритетной задачей, но хорошая цветопередача все же важна.
Ra ниже 80.
Цветопередающие свойства от удовлетворительных до плохих. Области применения: там, где цветопередача не важна.
Максимальное значение коэффициента Ra составляет 100 (это значение принимается для солнечного света, а также для большинства ламп накаливания).
Характеристика цветопередачи лампы описывает, насколько натурально выглядят окружающие нас предметы в свете этой лампы. Выражением этого является общий индекс цветопередачи Ra. Для определения величины Ra, из окружающей среды выбирают 8 тестовых цветов, которые освещаются тестируемой лампой, а затем стандартной лампой, имеющей такую же цветовую температуру (от температуры «черного тела» до дневной). Чем меньше разница в цветопередаче между тестовыми цветами, тем лучше цветопередача исследуемой лампы. Максимальное значение Ra составляет 100 (как среднее для 8-ми тестовых цветов).
В зависимости от места установки лампы и выполняемой ими задачи искусственный свет должен обеспечивать возможность наиболее лучшего восприятия цвета (как при естественном дневном свете). Данная возможность определяется характеристиками цветопередачи источника света, которые выражаются с помощью общего индекса цветопередачи Ra.
Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела при освещении его эталонным источником света
Для сравнения с рассмотренными источниками света фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 (или 14) указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов, который наблюдается при направлении света тестируемого или эталонного источника света на эти эталонные цвета. Чем меньше отклонение цвета излучаемого тестируемой лампой света от эталонных цветов, тем лучше характеристики цветопередачи этой лампы. Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значения Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта.
Характеристика цветопередачи | Степень цветопередачи | Коэффициент светопередачи | Примеры ламп |
очень хорошо | 1A | > 90 | Галогенные лампы; |
хорошо | 1B | 80 — 89 | Люминесцентные лампы LUMILUX; |
хорошо | 2A | 70 — 79 | Стандартные люминесцентные лампы 10 и 25 |
хорошо | 2B | 60 — 69 | Стандартные люминесцентные лампы 30 |
достаточно | 3 | 40 — 59 | HQL |
недостаточно | 4 | > 39 | Натриевые газоразрядные лампы высокого и низкого давления |
Тестируемые цвета:
R1 | Цвет увядшей розы |
R2 | Горчичный |
R3 | Салатовый |
R4 | Светло-зеленый |
R5 | Бирюзовый |
R6 | Небесно-голубой |
R7 | Цвет фиолетовой астры |
R8 | Сиреневый |
Дополнительные тестируемые цвета с насыщенными красками:
R9 | Красный R12 Синий |
R10 | Желтый R13 Цвет кожи |
R11 | Зеленый R14 Цвет зеленого листа |
R12 | Синий |
R13 | Цвет кожи |
R14 | Цвет зеленого листа |
