Индекс цветопередачи

Что такое индекс цветопередачи ламп

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.

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.

Эта величина является относительной, и Rа эталонного источника света 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.

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.

Андрей Повный

Что такое CRI

Именно он отвечает за то, что один и тот же апельсин, в одном случае будет выглядеть вполне натурально, а в другом совсем не будет похож сам на себя. Это и называется естественность передачи цветов.

Кстати, многие наверное помнят загадку, разделившую интернет на два лагеря — «какого цвета на фото платье»? Этот индекс здесь сыграл существенную роль.

То есть, коэфф. отвечает насколько натурально и естественно выглядит объект под той или иной лампой или освещением. Для вас это может быть и без разницы, вы все равно съедите апельсин или наденете платье, а вот художнику или фотографу этот параметр ой как важен.

Кстати, этот момент относится не только к процессу написания картины, но и к ее демонстрации в галереях.

А еще это может увеличить или наоборот снизить продажи в продуктовых магазинах. Не каждый захочет купить подозрительно выглядящий лимон или другой фрукт.

Хотя на самом деле продукты будут абсолютно спелыми и здоровыми, но всю картинку испортит неправильно подобранное освещение.

Точно таким же образом супермаркеты могут и обманывать. Покупаешь вроде бы с витрины красивые и спелые яблоки, привозишь их домой, разворачиваешь, а они уже не выглядят так аппетитно как в магазине.

Испортится за такой короткий промежуток времени они безусловно не могли, однако нужно отдать должное местному персоналу, который в отличие от вас, оказался знаком с понятием цветопередачи и подбором нужного CRI.

Спектр света и его влияние

Максимальное значение CRI=100. Именно такой коэффициент у солнечного света. У искусственных светильников чем он выше, тем лучше.

Конечно здорово иметь светодиодную экономную лампочку на 100% имитирующую солнце. Но во-первых, это технически трудно реализуемо, во-вторых неоправданно дорого.

При этом не стоит путать такие понятия, как «цветовая температура» и «индекс цветопередачи». Это разные вещи.

Например два светильника могут одновременно иметь одну и ту же температуру, но передавать цвета при этом будут совершенно по-разному.

Перед тем, как непосредственно перейти к индексу и его методам расчета, стоит напомнить что такое спектральный состав излучения. Ведь это как раз таки напрямую влияет на CRI.

Так вот, любой свет имеет в своем составе сразу несколько цветов. А все что нас окружает, поглощает или отражает эти цвета.

При этом предметы или растения которые кажутся зелеными, потому и обладают данной расцветкой, так как именно зеленый они и отражают. Все остальные цвета на их поверхности в этом случае поглощаются.

Хотя по большей части, цвет формируется именно в нашей голове. Это некое ощущение. Каждый кто «получал в глаз», это может подтвердить 🙂

Предметы имеющие черный цвет, поглощают практически все падающее на них излучение. Вот и получается, что если в источнике света или лампочке изначально не будет какого-то цвета, то соответственно и отражаться будет нечему.

Поэтому ярко-красное платье при солнечном излучении, в котором вы были неотразимы, под искусственным светом софитов в клубе или ресторане, таковым может уже и не являться.

Как рассчитать CRI

Чтобы знать насколько хорошо искусственный источник света близок к солнечному, и придумали коэффициент цветопередачи.

Как он определяется и рассчитывается? Для его измерения берутся специальные образцы или шаблоны цвета и сравнивается цветовой сдвиг с подопытным светильником.

Первоначально было всего 8 шаблонов, но позже решили добавить к ним еще 6, более насыщенных по оттенку. Первые восемь образцов это основа. Именно они и учитываются в расчетах.

Сравнение сдвигов идет относительно солнечного света или так называемого идеального источника, аналогичного солнечному излучению. Весь процесс выглядит следующим образом.

Берется испытуемая лампочка или светильник, и свет от них поочередно направляется на каждый шаблон.

Далее специальными приборами замеряется цвет, который приобрел шаблон.

После этого, эти же самые образцы освещают солнечным эталонным светом и опять проводят измерения.

Все что осталось — сравнить разницу в цветах между первым и вторым облучением.

Когда сделаны все замеры, высчитывают среднеарифметическое значение между восемью основными шаблонами. Обязательно сравнивают именно 8, а не все 14.

Особенности красного цвета

Полная проверка происходит в отдельных случаях, однако при этом, очень часто в измерения добавляют шаблон №9 — насыщенный красный.

Для чего это делается? Сравнение с ним отвечает за естественность передачи оттенка кожи человека.

Наши глаза очень чутко реагируют на не естественное изменение именно этого оттенка. При некачественном освещении, мы моментально замечаем бледность кожи и все ее дефекты (прыщи, воспаления и т.п.).

Есть теория, что это было заложено в нас изначально с первобытных времен. Когда мать могла по незначительному изменению цвета кожи, моментально определить, болен ее ребенок или нет. Других то способов не существовало.

При этом по цвету лица, легко читались эмоции сородичей.

Хорошими значениями считаются коэффициенты цветопередачи от 90% и выше. При таком свете, глаза не будут напрягаться и уставать, даже если вы делаете какую-то сложную и мелкую работу.

Если у лампочки низкая цветопередача (менее 80Ra), то все предметы выглядят тускло. В результате теряется контрастность.

Отсутствие контрастности воспринимается нашим мозгом как потеря резкости. Он рефлекторно начинает напрягать мышцы глаз, чтобы вернуть резкость в норму.

Отсюда появляется напряжение, быстрая утомляемость и даже головокружение.

Почему CRI не подходит для светодиодов

Однако в процессе проверок и измерений исследователи выяснили, что у белых светодиодов, есть большие проблемы с точной передачей цвета по девятому шаблону (красному).

С чем это связано? Объясняется это тем, что в его спектре интенсивность в красной области несколько ниже, чем в остальных.

В итоге, данные индекса CRI для большинства светодиодов, получаются не совсем корректными.

Для светильников с результатами CRI>90, нет особого несоответствия. Однако если более пристально подходить к изучению лампочек с CRI<90, то появляются большие вопросы.

Например разные светодиодные светильники, имея вроде бы одинаковый коэффициент цветопередачи, по факту будут освещать предметы совершенно по-разному.

И чем меньше будет этот коэффициент, тем нагляднее вы будете это замечать невооруженным взглядом. Для источников с так называемым непрерывным спектром (солнце, галогенки, вольфрамовые лампы), это не является проблемой.

А вот для белых светодиодов, да.

А ведь именно светодиодные лампочки прочно вымещают в наших квартирах все остальные.

И дело здесь не только в экономии, но и

  • в снижении нагрузки на электропроводку
  • большей долговечности
  • меньшей температуре нагрева

К примеру 1квт галогенок, могут запросто поднять температуру в доме на 2-3 градуса.

  • большим выбором светильников

В особенности для натяжных потолков. У светодиодных нет такого большого ограничения по мощности и температуре.

Поэтому в 2007 году специальная международная комиссия постановила, что все светильники с белыми светодиодами не стоит оценивать при помощи коэффициента CRI.

Внезапно данный индекс оказался уже не «торт». Появилась необходимость придумать новый расчет и новый параметр.

Кстати «погрешность» CRI, в равной степени может сказаться и на других лампах, не только белых светодиодах.

Допустим у вас есть две лампочки. У одной наблюдается цветовой провал в диапазоне 450нм, а у другой в области 534нм. Если их сравнивать насколько они отклонены от «идеального» луча солнца, то результаты для обоих будут почти одинаковы.

Хотя на самом деле, при свечении первой вы будете видеть белый свет, а у второй — фиолетовый.

Новый индекс CQS — и его расчет

Истинные «ценители» света расценили переход на новый индекс как некий заговор. «Раз уже белые светодиоды хреново воспроизводят красную составляющую, давайте просто изменим методику и подгоним ее под нужные нам результаты» — так многие восприняли нововведение.

Таким образом, как бы «пряталась» реальная проблема и просто выпускались новые рекомендации.

Тем не менее, эту методику разработали в 2010 году и назвали ее CQS (Color Quality Scale) — шкала качества света.

Принцип измерения здесь немного похож, но только сравнение производится уже на основе 15 цветов насыщенных шаблонов.

Общий индекс CQS здесь складывается не как среднеарифметическое значение, а берется корень из суммы квадратов всех замеров.

Благодаря этому, сдвиг даже по одному цвету, уже существенным образом отразится на итоговом значении индекса качества цветопередачи, и не будет той визуальной погрешности как с CRI.

Еще в новой методике «красный» не является слишком насыщенным. Поэтому конечная цифра CQS на светодиодах, вполне соответствует визуальным ощущениям человеческого глаза.

Общая же разница между CQS и CRI заключается в малой зависимости нового коэффициента от трех параметров:

  • светлости
  • тональности
  • насыщенности

Colour rendering index (CRI)

На сегодняшний момент самой используемой методикой оценки качества источников света является индекс цветопередачи (англ. colour rendering index). Данный коэффициент имеет безразмерную величину и в международной системе измерения (СИ) обозначается как CRI или Ra. Диапазон значений CRI лежит в интервале от 0 до 100. Индекс цветопередачи показывает, насколько естественный цвет имеют предметы при освещении. Эталоном принято считать солнечный свет, CRI которого равен 100. До 1974 года Международной Комиссией по Освещению (МКО) данная методика подразумевала сравнение 8 эталонных цветов с цветами, полученными от тестируемого источника света. В 1974 году к 8 эталонным ненасыщенным цветам добавилось еще 6 дополнительных, но уже насыщенных цветов. Методика измерения CRI заключается в расчете цветовых сдвигов 14 образцов относительно освещения солнечного света или излучения раскаленного абсолютно черного тела.

Процесс измерения происходит следующим способом:

  • исследуемый источник света направляется на шаблонный образец;
  • при помощи специальных приборов измеряется цвет образца;
  • образец освещается эталонным светом;
  • замеряется цвет образца под эталонным светом;
  • рассчитывается разница под различными источниками света.

Вышеописанный алгоритм повторяется со всеми шаблонными образцами, после чего вычисляется среднее арифметическое значение CRI.

Недостатки индекса цветопередачи и пути их решения

Определение индекса цветопередачи является полноценным только в случае с лампами непрерывного спектра, коэффициент CRI которых выше 90. При значениях ниже 90 единиц можно получить несколько источников, которые будут иметь одинаковый коэффициент, но по-разному освещать предметы и отличаться цветовой температурой. Пока международным организациям по стандартизации не удаётся избавиться от данного недостатка, производители ламп продолжают указывать на своей продукции значение в CRI.

Сегодня вектор развития искусственного освещения опирается на белые светодиоды, у которых цветопередача шаблона R9 не очень высока. Причина этого заключается в небольшом количестве красного цвета в спектре. Однако визуально цветопередача белых светодиодов находится на более высоком уровне, нежели указывает расчетное значение CRI. В 2007 году МКО официально констатировала недостаточность использования индекса CRI для определения качества передачи цвета светильников на основе белых светодиодов. Также учёные заявили о необходимости введения новой методики, которая позволит более точно оценить светодиодное излучение.

В 2010 году появилась новая методика — CQS (аббр. от англ. color quality scale), основанная на 15 только насыщенных цветовых шаблонах. В первую очередь стоит отметить, что расчет цветовых сдвигов по методике CQS производится совершенно иным способом, нежели в методики CRI. Поэтому высокий цветовой сдвиг по одному из шаблонов не позволяет цветовому индексу оставаться высоким.

Красный цвет в шкале CQS не такой насыщенный, как в шкале CRI. Это позволяет параметру цветопередачи, при тестировании продукции на основе светодиодов, численно примерно соответствовать световым ощущениям человека.

Методика CQS, так же как и CRI, имеет один существенный недостаток – отсутствие корректировки параметра в зависимости от тона и насыщенности, что позволяло бы учитывать особенности человеческого зрения видеть белый цвет из смеси свечения от цветных светодиодов.

Недостаток методики CQS привело к появлению в середине 2015 года стандарта ТМ-30-15, который учитывает понятия точности и насыщенности. Для более высокой точности измерения в новом стандарте оценка качества света ведется не по 15, а по 99 шаблонам, включающим в себя не только цветовые образцы, но и различные объекты из жизни.

Индекс цветопередачи в светодиодных лампах

Сегодня стандарт ТМ-30-15 не является обязательным, поэтому производители осветительной продукции на основе светодиодов продолжают оперировать понятием CRI. Стоит подчеркнуть, что методика измерения CRI не способно дать качественную оценку свету. Однако в подавляющем большинстве случаев потребителю приходится опираться лишь на этот коэффициент. Индекс цветопередачи светодиодных ламп может находиться в достаточно широком диапазоне значений CRI, поэтому уделять внимание этому параметру однозначно нужно. Специалисты, работающие в области освещения, рекомендуют выбирать для жилых помещений светодиодные лампочки с коэффициентом CRI близким к 90. В этом случае предметы интерьера будут выглядеть наиболее естественно.

Светодиодные лампы с CRI меньше 70 пригодны только для производственного и уличного освещения, где точность передачи оттенков не является первостепенной.

Из всего вышеописанного следует вывод, что коэффициент цветопередачи в светодиодных лампах, несмотря на присущие методике недостатки, имеет такое же значение, как и другие технические характеристики (мощность, цветовая температура и пр.). Особенно важно это понимать при выборе освещения детской комнаты. Перед детьми постоянно появляются новые яркие предметы, окрас которых принимается за норму и на всю жизнь откладывается в памяти. Низкокачественные светодиодные лампы способствуют формированию неправильного восприятия цветов, окружающих их предметов. Поэтому для освещения детских комнат рекомендуется использовать лампы и светильники прошедшие проверку по стандарту ТМ-30-15.

Цветопередача CRI

Индекс цветопередачи CRI.

В этой статье мы разберемся, что скрывается за маркировкой CRI и почему так важно выбирать светодиодную продукцию, индекс цветопередачи CRI которой находится на уровне 90 и выше.
Большинство людей, наверняка, никогда не обращали внимания на эту аббревиатуру, но мы с вами не такие. Пора раскрыть карты.
Для начала определимся с терминологией.

Что такое CRI?

Цветопередача CRI или индекс цветопередачи CRI — это метрика, описывающая качество света, создаваемого источником освещения. В ее основе лежит числовое значение (в интервале от -60 до 100), показывающее, насколько точно и правильно человек улавливает цвета предметов. Зависимость простая: чем больше число, тем безупречнее цветопередача. Определяется это таким образом: испытываемый источник света сравнивается с образцовым при помощи 15 тестовых оттенков.

Для светодиодной продукции Святой Грааль — это достижение идеального баланса между световым потоком (сила света, в Люменах), светоотдачей (эффективность преобразования оптического излучения в люмены на ватт), цветовой температурой (оттенок белого света, в Кельвинах) и цветопередачей (CRI).

Чтобы понять важность цветопередачи, рассмотрим случай натриевых ламп низкого давления, которые обычно используются в уличных фонарях. Такие лампы популярны, потому что они обеспечивают максимальную световую эффективность (до 200 люмен на ватт по сравнению с примерно 20 люмен на ватт для обычной лампы накаливания), что в свою очередь является более эффективным. Однако качество освещения оставляет желать лучшего — натриевая лампа низкого давления производит почти монохроматический свет оранжевого оттенка (около 590 нм).

Любой монохроматический (одноцветный) светильник неизбежно имеет очень плохой индекс цветопередачи CRI — оранжевая лампа способна придать окружающим предметам апельсиновый оттенок. Все остальные же краски, увы, будут выглядеть размытыми или просто серыми. Чтобы наглядно понять, о чем идет речь, можно провести эксперимент. Например, взять цветные карандаши (чем больше оттенков, тем лучше) и выйти на улицу под фонарь оранжевого света… Мы уверены, что больше 2-3 цветов вы различить не сможете.

Важно. Индекс цветопередачи CRI используется для измерения искусственных источников белого света (в т.ч. люминесцентных и светодиодных светильников). Для RGB — оценка будет неверной.

Естественный эталонный свет — солнечный — представляет собой комбинацию всех цветов видимого спектра. Цвет самогО солнечного света — белый, но окраска объекта под солнцем определяется цветами, которые он отражает.

Например, красное яблоко выглядит красным, потому что поглощает все цвета спектра, кроме красного, который оно отражает.

Поэтому, используя любой светодиодный светильник, мы как раз и пытаемся «воссоздать» цвета естественного дневного света, чтобы предметы выглядели так же привычно, как и при дневном освещении.

Apple тест.

Как видно на рисунке, светодиодная лампа (с цветовой температурой 5000K) не воспроизводит красный цвет. При этом естественный дневной свет также имеет температуру свечения 5000К, но объекты выглядят по-разному. Как это могло произойти?

А теперь внимательно присмотритесь к спектральным композициям каждого источника света. Они отличаются, хотя это один и тот же белый оттенок 5000K. Светодиодная лампа не имеет красного цвета в своем спектре, поэтому свет не отражается, а поглощается красным яблоком. В результате — красное яблоко не имеет того сочного красного цвета, как было бы при естественном дневном освещении.

Из всего вышесказанного следует простой вывод:
Вы не сможете оценить, какова цветопередача CRI, просто глядя на цвет света, пока не осветите объект.

Источники искусственного освещения с одинаковой температурой 5000К могут иметь различный спектральный состав. Это становится очевидным только тогда, когда вы осветите различные объекты, имеющие разный цвет.

Какой индекс цветопередачи CRI светодиодов считается вполне приемлемым?

Мы рекомендуем выбирать светодиодные источники освещения с высоким коэффициентом цветопередачи CRI >90. Это уровень отправной точки, баланс между ценой и качеством приобретаемого источника света. При этом вы получаете преимущества, которые сложно переоценить: отличное качество света, улучшенную эстетику восприятия окружающего пространства и отсутствие утомляемости глаз.

Важно. Следует серьезно относиться к выбору источника света, если требуется осветить детскую комнату. Когда ребенок с самого рождения видит цвета, искаженные светильниками с плохой цветопередачей, у него может сформироваться превратное восприятие окружающих предметов.

Где еще необходимо использовать CRI >90?

В профессиональных сферах деятельности, таких как искусство (художественные галереи, музеи или ювелирные магазины), магазины розничной торговли готовой одеждой, супермаркеты и др., правильная и корректная передача цвета может иметь критическое значение.

Индекс цветопередачи CRI >80 подойдет для внутреннего и коммерческого освещения. Значение CRI 80 является базовым для приемлемой цветопередачи. Светильники с CRI меньше 70 пригодны только для освещения территорий и объектов, где отсутствуют высокие требования к передаче оттенков цвета, с непостоянным пребыванием людей (складские, производственные помещения и др.).

При сравнении источников освещения с маркировкой CRI >80 с одинаковой цветовой температурой, не всегда освещаемые предметы будут выглядеть одинаково, т.к. цветопередача CRI — это усредненный показатель, и при детальном рассмотрении каждого из 15 оттенков в отдельности, особое внимание нужно уделить R9 — красному цвету.

Индекс цветопередачи CRI — это своеобразный ориентир, имеющий решающее значение при покупке качественного светодиодного освещения для вашего дома.

А теперь задумайтесь, какой свет вы выбираете: правильный или тот, который вы просто терпите?

ЗЫ. О не менее важном параметре, влияющем на качество света — однородность цветопередачи SDCM — мы расскажем в следующей статье. Хотите образовываться и дальше? Следите за новостями.