Что такое индекс цветопередачи ламп и цветовая температура

С вам случалось, что в тускло освещенной комнате вы достаете черные брюки, которые на ярком солнечном свете внезапно оказываются темно-синими? Это связано со значением индекса цветопередачи (CRI) вашего освещения. Индекс цветопередачи отвечает на вопрос, в какой степени цвета выглядят так, как они есть на самом деле при искусственном освещении. Очень важный аспект при выборе освещения!

Известно, что две лампы разного типа, даже с одной и той же цветовой температурой, например люминесцентная лампа и лампа накаливания, зачастую по-разному передают цвета освещаемых ими объектов.

Люминесцентная лампа, по сравнению с лампой накаливания, имеет меньше энергии в красной области спектра, поэтому красный цвет выглядит ярче при освещении тела лампой накаливания, чем при освещении того же самого тела люминесцентной лампой той же цветовой температуры.

Так, цветопередающие свойства различных ламп напрямую зависят от характера спектра их излучения.

Индекс цветопередачи источников света

Параметр, характеризующий степень соответствия естественного цвета объекта видимому цвету этого объекта при освещении его данным источником света, называется индексом цветопередачи Rа, или коэффициентом цветопередачи, по-английски colour rendering index, или сокращенно CRI.

Пример с черными брюками ясно показывает, насколько важно значение CRI. Итак, ч то такое индекс цветопередачи? Индекс цветопередачи предоставляет информацию о фактических цветах объектов и о том, хорошо ли они выглядят при свете лампы.

Низкий индекс цветопередачи означает, что цвета не выглядят точными и выглядят тусклыми или неестественными, в то время как высокий индекс цветопередачи означает яркую и естественную цветопередачу.

Ниже вы можете увидеть, как на самом деле выглядят различия между значениями CRI:

Цветовая температура источников света

Цветовая температура и цветопередача — это разные вещи. Цветовая температура указана в градусах Кельвина (К) и имеет отношение к цвету света. Хотя название цветовой температуры может вызвать путаницу, это не имеет ничего общего с тем, насколько сильно нагреваются лампы. Цветовая температура имеет спектр от 1800K до 6500K, где 1800K — самый теплый, а 6500K — самый низкий.

При повышении температуры тела (например, у печки в темной комнате) мы сначала чувствуем тепло, но видимого излучения не наблюдаем. Весь спектр излучения находится в невидимой инфракрасной (ИК) области, и мы чувствуем тепло, потому что частота фотонов в этой области такая же, как собственная частота атомов и молекул большинства материалов, включая наши тела.

Воздействие инфракрасного излучения приводит атомы и молекулы в резонанс и увеличивает их колебательную энергию. Излучение хорошо поглощается и вызывает повышение температуры.

При температуре около Т = 900 К мы уже наблюдаем темно-красное излучение, потому что спектр уже простирается в видимую область на красной стороне спектра.

Дальнейшее повышение температуры проявляется увеличением интенсивности видимого излучения и дальнейшим смещением края спектра излучения в коротковолновую область.

При температуре Т = 2000 К мы видим ярко-красный свет, при температуре Т = 3200 К ярко-желтый свет, но из кривых видно, что большая часть энергии излучается в невидимом диапазоне длин волн.

Температура поверхности Солнца составляет около 5800 К, а результирующий свет белый с максимумом в желтой области спектра. Самые горячие звезды с температурой поверхности T = 20 000 K кажутся голубыми.

На следующем рисунке показана цветовая температура от самого теплого до самого холодного света:

Выбор источников света по индексу цветопередаче и цветовой температуре

Лампа 2000K может иметь то же значение CRI, что и лампа 4000K. Это означает, что цвета воспроизводятся максимально реалистично.

Индекс цветопередачи является относительной величиной, и для эталонного источника света он принят равным 100. При этом комфортным для человеческого глаза является диапазон индексов цветопередачи от 80 до 100, например обычная лампа накаливания мощностью 60 Вт имеет индекс цветопередачи Rа равный 80, при цветовой температуре 2680К.

В исследованиях в качестве ориентира используют дневной свет, с которым и сравнивают свет электрических ламп.

В 1948 году Питер Баум, в работе «Физические аспекты цвета: введение в научное исследование цветовых стимулов и цветовых ощущений», написал: «дневной свет содержит большое разнообразие цветов, что позволяет легко различать незначительные оттенки, и цвета окружающих нас объектов, очевидно, выглядят естественно».

В середине 20 века ученые стали делать попытки оценить способность искусственных источников света точно воспроизводить естественные цвета, и приблизительно в 1960-х или 1970-х годах термин «коэффициент цветопередачи» начал применяться.

CRI использовали для сравнения источников света непрерывного спектра, с индексом цветопередачи выше 90. Технически же сравнивать индекс цветопередачи можно только у источников света, которые имеют одинаковую цветовую температуру.

Чтобы получить значение индекса цветопередачи для конкретной электрической лампы, определяют сдвиг цвета при освещении 8 стандартных эталонных цветов (DIN 6169) исследуемой лампой. Расчет производится по методике Международной комиссии по освещению (CIE), которая дает численное значение отклонения цвета от эталонов.

Чем отклонение меньше, тем лучше параметры цветопередачи тестируемой лампы, и, соответственно, выше индекс ее цветопередачи.

По итогам измерений, средние значения отклонений вычитаются из 100, и получается точное числовое значение индекса цветопередачи. Так, при малых отклонениях Ra будет ближе к 100, а при больших – значительно меньше. Если отклонений нет, то источнику присваивается значение Rа равное 100.

Для сравнения цветовых температур диапазона от 2000К до 5000К, в качестве эталонного источника служит «излучатель черного тела», а для более высоких цветовых температур – дневной свет.

Важно помнить, тем не менее, что ни лампы накаливания, ни небо северного полушария не обладают идеальной цветопередачей, однако их индекс цветопередачи принят равным 100. Между тем, лампы накаливания слабы при освещении синих оттенков, а небо (7500К) – при освещении красных тонов.

Практически индекс цветопередачи от 90 до 100 считается безупречным, и область применения таких источников включает в себя и те сферы, где важна очень точная оценка цвета. Ra от 80 до 90 считаются хорошими показателями, и если в той или иной ситуации точная оценка цвета не важна, но требуется качественная цветопередача, такие источники света подойдут.

Если цветопередача не важна, то допустимы источники света с удовлетворительными и плохими показателями, то есть с Ra меньше 80. Вообще, различия в этих величинах менее чем на 5 единиц мало заметны, и на глаз отличить 80 и 84 отнюдь непросто.

Средние значения коэффициентов цветопередачи ламп различных типов известны. Свет ламп накаливания, равно как и свет галогенных ламп , близок к солнечному, и значение Ra для них приближается к 100.

Индекс цветопередачи металлогалогенных газоразрядных ламп высокого давления также достигает 90 и выше.

Люминесцентные лампы многих производителей имеют достаточно высокие показатели Ra от 80 до 90, но некоторые бюджетные модели могут иметь и Ra меньше 75, в любом случае, следует обращать внимание на характеристики, указанные на упаковке.

Индекс цветопередачи светодиодных ламп

Светодиодные лампы , также как и люминесцентные, в зависимости от качества могут розниться по индексу цветопередачи, однако лучшие экземпляры показывают значение Ra 80 и выше. Наиболее низким индексом цветопередачи отличаются ртутные и натриевые газоразрядные лампы, здесь Ra меньше 40.

Относительно конкретно светодиодов проводились исследования, в которых рассматривались как красно-зелено-синие светодиоды, так и покрытые фосфором белые светодиоды.

Была проведена оценка, из которой последовало, что RGB-светодиоды имели коэффициенты цветопередачи в районе 20, но при передаче цветов показали себя хорошо, поскольку видимая насыщенность конкретных цветов повышалась без смещения цветопередачи оттенков.

При этом белый свет, полученный смешиванием света красных, зеленых и синих светодиодов оказывается предпочтительнее, чем свет галогенных ламп и ламп накаливания, несмотря на высокие индексы цветопередачи последних.

По результатам исследований, Международная комиссия по освещению заключила: «индекс цветопередачи, разработанный комиссией, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета».

Таким образом, коэффициент цветопередачи Ra может служить одним из информационных параметров, используемых для оценки и светодиодных систем освещения, однако, для получения максимально приемлемых результатов, необходимы предварительные тесты и индивидуальные оценки изделия прямо на месте предполагаемой эксплуатации.