Спектр лампы накаливания

Какие лампы наиболее приближены по спектру излучения к дневному свету?

В компанию «СТК Системы освещения» обратился клиент с запросом относительно ламп наиболее приближенных по спектру к дневному свету. На первый взгляд в самом вопросе кроется ответ — так называемые «лампы дневного света». Однако, давайте разберемся в этом вопросе более детально.

Что такое спектр излучения? Это энергия излучаемая источниками, в том числе источниками света, в различных диапазонах, длинах волн. Длина волн определяется в нанометрах, нм. Илучение энергии световыми приборами называют также оптическим излучением. Диапазон длин волн включает в себя воспринимаемый человеческим глазом видимый диапазон и два смежных: инфракрасный и ультрафиолетовый.

Видимое излучение определяется в диапазоне 380-780 нм. Ультрафиолетовое излучение имеет 3 диапазона: УФ-С 100-280 нм, УФ-В 280-315 нм, УФ-А 315-380 нм. Инфракрасное излучение имеет длину волн свыше 780 нм.
Самое вредоносное для человека УФ-С, хотя, при этом оно обладает бактерицидным эффектом. Лампы УФ-С используются в медучреждениях для обеззараживания помещений. УФ-В вырабатывает витамин Д, а УФ-А придает коже загар. При этом в неумеренных дозах они также опасны для человека. Поэтому и придумали солнцезащитные средства с УФ-А и УФ-В фильтрами.
Обычно, в лампах, используемых в помещениях, за исключением специальных, также есть УФ-фильтры для предотвращения вредного воздействия на кожу человека.
Солнце — естественный источник оптического излучения. Однако спектр такого излучения не постоянен. Состав спектра может меняться в зависимости от времени суток, времени года, местности. Именно поэтому точно определить спектр солнечного света невозможно. Для каждого случая он свой.
Конечно, солнечный или дневной свет всеже имеет более-менее определенный спектральный состав. В сети Интернет можно встретить несколько иллюстраций спектра солнечного света.

Недостаток этих картинок в ограниченности диапазонов 400-700 нм. Нет ни ультрафиолетовых диапазонов, которые как вам известно присутствуют в солнечном свете. Иначе, как бы мы с вами загорали, сгорали и зачем мазались бы солнцезащитными кремами.

В этой картинке уже больше правды. Слева — спектр солнечного света. Справа — спектр ламп дневного света.

Не знаю какие именно лампы дневного света брались за основу и откуда получена данная информация, но она отчасти совпадает с данными PHILIPS.
Как видите, спектр люминесцентных ламп отчасти повторяет спектр солнца, но солнечный спектр более ровный и насыщенный.

Примерно такая же ситуация и с газоразрядными лампами. Спектр некоторых из них распространяется на все видимые диапазоны и отчасти захватывает смежные ултрафиолетовый и инфракрасный.

Почему вопросу соответствия спектра искуственных источников света с естественным солнечным уделяется много внимания? Исследования в области физиологии человека доказали влияние спектрального состава света на жизнедеятельность и показатели нашего организма.

Именно поэтому нашему клиенту после проведения аттестации рабочих мест в помещениях без естественного освещения были предложены следующие мероприятия: использовать газоразрядные источники света со спектральным составом, близким к спектру естественного света; для компенсации ультрафиолетовой недостаточности предусматривать использование ультрафиолетовых облучательных установок длительного действия(совмещенных с осветительными установками).

С.Исполатов
СТК Системы освещения.

Почему дешевые люминесцентные лампы плохо подходят для фотосъемки (+ немного теории о спектре)

Газоразрядные трубки (люминесцентные лампы) используются повсеместно. Раньше мы только работали и учились при таком свете, а сегодня государство позиционирует энергосберегающие лампы как стандарт и для домашнего освещения.
Это прискорбно, потому что многие такие лампы не только пульсируют с частотой полупериода переменного тока (в силу малой инерционности свечения), но и обладают прерывистым спектром, что в совокупности утомляет зрение и не обеспечивает корректной цветопередачи.
Сегодня многие фирмы предлагают фотографам комплекты для предметной съемки на основе энергосберегающих ламп. И можно со 100%-й уверенностью сказать, что используемые там лампы не являются полноспектральными высококачественными источниками света с колориметрической точки зрения.
Почему это важно и зачем вообще я завел речь о спектре?
Многие считают, что если свет источника визуально белый, а серая карта после тыканья пипеткой становится нейтрально серой, то мы имеем точную цветопередачу. Но это заблуждение.
Давайте оттолкнемся от нашего главного, эталонного светила.
В природе существует лишь один естественный источник света, достаточно яркий и неизменный во времени в рамках существования человека как вида, чтобы можно было считать его эталонным — это Солнце.
Вот спектр солнечного света (здесь и далее спектры схематичны):

Смесь раскаленных элементов и ионизированных газов, из которых состоит Солнце и его корона, своим свечением заполняет видимый спектр и даже выходит за его пределы в ультрафиолетовом участке.
С точки зрения колориметрии и цветовосприятия это означает, что предметы любых цветов, лежащих в пределах этого спектра, и освещенные солнечным светом, будут восприниматься как одинаково интенсивные (естественно, в отрыве от особенностей психологии восприятия цвета, которая изначально наделяет одни цвета более темным «характером», а другие — более светлым). Теоретически это обеспечивает спектральную линейность в системе «Солнце — предмет – глаз (камера)».
Это во многом объясняет то, что большинство фотокамер обеспечивает наилучшую цветопередачу при солнечном освещении (и не забываем, что на матрице еще байеровская мозаика фильтров со своими кривыми характеристиками).
Близка к солнечному свету фотовспышка. В их колбах обычно используется газ ксенон, имеющий вот такой спектр:

Спектр линейчатый, но линии достаточно часты и равномерны, чтобы считать его условно непрерывным. Избыток холодной синей части спектра частично отсекается специальным покрытием желтоватого цвета, нанесенным на колбу вспышки. Кстати сказать, качество вспышки можно легко определить именно по качеству этого покрытия и по точности цветовой температуры.
В результате получается почти непрерывный спектр, очень близкий к солнечному. Поэтому вспышку можно также приближенно считать колориметрически корректным источником света.
Лампы накаливания считаются практически стопроцентными по показателю CRI (Color Rendition Index). Вот спектр лампы накаливания:

Он также непрерывен, но в нем преобладает желто-красное излучение и не хватает синего. Цветовая адаптация зрительного аппарата человека позволяет это частично компенсировать, хотя цвета от фиолетовых до зеленых будут восприниматься темнее и теплее, чем они есть в действительности. В фотографии низкая цветовая температура легко компенсируется при обработке пропорциональным сдвигом всех цветов в холодную часть спектра.
Можно использовать и конверсионные светофильтры. Важно, что при этом все равно диапазон воспроизводимых цветов остается непрерывным, как и при солнечном освещении.
Итак, мы рассмотрели три источника, каждый из которых дает условно непрерывный спектр и потому сохраняет отношения, пропорции цветов в целом(хотя они все вместе могут сдвигаться в теплую или холодную сторону). Для таких источников света цветовая температура полностью или почти полностью характеризует оттенок и то, какое влияние они будут оказывать на цветопередачу при просмотре или при фотосъемке.
Соответственно, такой спектральный сдвиг легко компенсируется настройкой баланса белого (а именно — цветовой температуры). Разумеется, это может сделать более заметными фотонные шумы, но данный вопрос лежит уже в совершенно иной области, и сегодня мы об этом не будем говорить.
А теперь давайте посмотрим, к какому свету нас хотят приучить экологи и государство (а также изготовители дешевых наборов постоянного света для фото и видео).
Итак, барабанна дробь! Дешевая энергосберегающая люминесцентная лампа:

Странная картина, не правда ли?
Излучаемый свет кажется белым, потому что действительно при сложении цветных полос в спектре получится белый. Но представьте себе, что мы освещаем таким светом фотографируемую сцену — получится, что многие цвета в ней вообще не будут освещены, банально «выпадут». Между прочим, именно этим обусловлено то, что под люминесцентными лампами так заметны дефекты кожи на портретах — просто как бы теряются промежуточные участки градиентов, яркие линии спектра «высвечивают» узкие области оттенков, а провалы затемняют такие же узкие области.
Возьмем энергосберегайку подороже:

В целом ситуация лучше, но все равно спектр имеет почти глухие провалы, где цвет будет искажен, а переходы потеряют пластичность.
Причем эти провалы невозможно исправить настройкой баланса белого, здесь даже профилирование толком не поможет.
Понятно, что для качественной съемки такие источники света использовать нельзя. И что-то мне подсказывает, что и для глаз они как минимум некомфортны.
Впрочем, есть очень качественные и очень дорогие люминесцентные лампы, которые имеют ровный спектр и высокий показатель CRI и используются например как эталонное освещение в полиграфии. Качественные лампы ставят и в качестве подсветки в дорогих мониторах. Но это скорее исключение, чем правило.
Еще одним серьезным недостатком люминесцентных ламп является то, что они имеют низкую инерционность свечения и при этом питаются переменным током, а значит в большей или меньшей степени «моргают» с частотой полупериода осветительной сети. Во-первых, это вредно для глаз. Во-вторых, это создает два неприятных эффекта. Первый из них — строб при видеосъемке, когда частота развертки матрицы приближается к частоте сети, и на изображении появляются бегущие полосы или мерцание. Второе явление — это «прыгающий» баланс белого между соседними кадрами, обусловленный тем, что выдержка может быть короче, чем период пульсации и захватывать момент угасания свечения, при котором цветовая температура сильно отличается от исходной.

Недавно в широкой продаже появился и еще один очень перспективный вариант — светодиодные лампы:

Спектр у них почти сплошной, хотя есть небольшой провал, но в целом вполне адекватно.
Многое зависит от производителя, но в целом этот вид источников света представляется очень перспективным, особенно учитывая малую потребляемую мощность и, как следствие, возможность экономичного питания от батарей на выезде.
Серьезным преимуществом светодиодных ламп является то, что, в отличие от люминесцентных, они работают от постоянного тока в силу своего принципа действия и потому не пульсируют полупериодом переменного тока, а значит свет их постоянен и подходит для видеосъемки без эффекта строба, а также нет проблемы с различным балансом белого от кадра к кадру, как у люминесцентных ламп.
UPD: Настоятельно рекомендуется прочитаться и вот этот аддендум, где я разъясняю некоторые возникшие вопросы.

Сила

Показатель мощности является одной из основных характеристик при выборе. Одна из данных технических характеристик ламп влияет на экономичность. Лучше всего отдавать предпочтение лампам, которые имеют показатель мощности 6 – 8 Вт, они отличаются качественным освещением.

Обратите внимание! Весомое значение при выборе того, какие светодиодные лампы лучше, является напряжение. Ведь выделяют от 12 до 220 В лампочки. Если помещение достаточно влажное, например, ванная комната, тогда лучше всего выбирать лампы мощностью 12 Вт. Но, такие приборы не смогут сэкономить денежные средства.

Видна цветовая температура светодиодных ламп. Выделяют следующую связь. Чем выше температурный режим, тем холоднее будет свечение.

На фото светодиодных ламп отлично видно данную взаимосвязь.

Специалисты не советуют отдавать предпочтение светодиодным лампам, что имеют достаточно яркое дневное освещение. Их чаще всего используют для обустройства офиса, или же производства. Для квартиры, домашнего использования данный вариант не совсем подойдет.

Диапазон должен находиться в районе 2700-3000 К. Данный промежуток – это желтоватого оттенка свечение, которое напоминает дневной солнечный свет. Чаще всего на упаковке производитель указывает цвет.

Обратите внимание! Выбирайте «теплый белый», или же «мягкий белый» модели. Они лучше всего подходят для зрения и восприятия.

Радиатор

Его присутствие необходимо для того чтобы отвести температурный режим от блока светодиода. В том случае, если системой этот момент не предусмотрен, тогда не следует останавливать свой выбор на данной модели.

Часто производители используют пластмассовый материал для отвода. Это в большей мере касается бюджетных моделей. Не стоит использовать такие виды светодиодных ламп. Ведь у пластмассового материала множество минусов, среди которых особое место занимает низкая эффективность касательно охлаждения. Отзывы преимущественно негативные, не стоит останавливать свой выбор на данной модели.

Еще один момент – выбор прозрачной или матовой лампочки. Если вы выберете матовый прибор, тогда не будет заметна установка радиатора, или же его отсутствие. Прежде чем покупать такой прибор, стоит задуматься.

Обратите внимание! Чтобы определить наличие радиатора в лампочке, стоит обратить внимание на вес изделия. В том случае, если изделие достаточно тяжелое, тогда предположительно она обустроена алюминиевым радиатором. Данный тип является наиболее подходящим для домашнего использования.