Об индексе цветопередачи светодиодных ламп. Влияние индекса цветопередачи светодиодов на восприятие цвета

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.

Обращали внимание, как сильно отличаются, например, фотографии, сделанные на улице при естественном освещении и в помещении, при освещении искусственном? Почему же так видны отличия? Это связано с таким параметром, как индекс цветопередачи лампы.

Что же это такое? Этот параметр позволяет охарактеризовать, насколько уровень цвета предмета при определенном освещении соответствует действительному уровню его цвета. Подобное определение принято на международном уровне.

Как вы понимаете, при разных типах освещения восприятие цвета предмета может быть различным. Вспомните, как часто обычный человек со здоровым цветом кожи выглядит бледным или желтоватым при нахождении в помещении с искусственным освещением. При этом даже лампы с одинаковым световым потоком, но разных типов могут передать цвет по-разному. Это связано с тем, что для спектра свечения характерна некоторая неравномерность, и цвет передается по-разному в зависимости от энергии лампочки в конкретном цветовом спектре.

Что такое цветопередача, мы разобрались. А ее индекс используется для количественного обозначения восприятия цветов. Он может быть в диапазоне 0-100, и это число показывает, насколько цвета предмета соответствуют естественным при том или ином типе освещения. Конечно, идеальное значение равно ста-,такой свет практически полностью идентичен солнечному в части цветопередачи. Обозначается этот индекс аббревиатурой CRI, что означает colour rendering index.

Метод расчета этого индекса был предложен в 70-х годах прошлого века. Он подразумевал расчет сдвигов цвета от так называемых эталонных значений. Как правило, для расчета берутся 8 цветов цветового спектра, среди которых есть оттенки грязновато-розового, светлого коричневого, оливкового и более насыщенного светлого зеленого, бирюзы, нежно-голубого, светло-фиолетового и пурпура. И чем более наш источник цвета соответствует при цветопередаче эталонным цветам, тем выше его индекс цветопередачи. Чем ниже значение индекса, тем, соответственно, хуже цветопередача.

Индекс цветопередачи ламп накаливания

А ведь совсем не случайно большинство людей предпочитают всем остальным. И это невзирая на тот факт, что эти лампы быстро выходят из строя, неэкономичны и имеют множество превосходящих их, более современных аналогов. Но тем не менее эти лампы, безусловно, впереди по одному параметру – это индекс цветопередачи, который максимально близок к 100 и составляет более 90. Их характеризует и очень хорошая степень передачи цвета (1А-максимальное значение).

Индекс цветопередачи люминесцентных ламп

Эти лампы тоже отличает достаточно высокое значение индекса, но он очень варьируется в зависимости от конструкции. Попросту говоря, чем проще конструкция, тем хуже индекс. Наиболее высоким значением характеризуются лампы с люминофором из пяти компонентов-, он не уступает этому значению у ламп накаливания (то есть составляет от 90 и выше). Если в числе компонентов лампы три, то индекс уже чуть ниже и составляет от 80 до 90, при этом падает и степень передачи цвета до значения 1В. Для еще более простых моделей значение индекса может быть еще ниже и составлять от шестидесяти до 79. Так что, как видите, при выборе очень важно обратить внимание на параметр индекса, иначе качество цветопередачи может вас сильно разочаровать.

Индекс цветопередачи галогенных ламп

Еще одним отличным, с точки зрения цветопередачи, вариантом являются . Значение их индекса цветопередачи также достаточно высоко и, как правило, составляет 90 и более. Но не забывайте, что использование этих ламп потребует от вас подключения понижающего трансформатора, что несколько усложняет процесс их монтажа. Но по части цветопередачи эти лампы являются очень хорошим выбором.

Индекс цветопередачи светодиодных ламп

С цветопередачей не все так просто. Этот показатель очень сильно связан с тем фактом, кто является производителем вашей лампочки. Надо отметить, что колебания в значении индекса в зависимости от фирмы-производителя могут быть довольно значительны и могут составлять от шестидесяти до 89. Класс цветопередачи также у разных светодиодных ламп может быть различным. Но в целом эти лампы считаются тоже весьма неплохим вариантом в части цветопередачи и их можно смело выбирать для своего дома.

А вот покупать так называемые мы вам не советуем. Их индекс цветопередачи очень низок и не превышает сорока, а это значит, что использовать подобные лампы в жилых помещениях не стоит.
Подробней характеристики цветопередачи в соотношении со степенью и коэффициентом цветопередачи можно посмотреть в таблице.

Следует отметить, что не стоит обязательно стремиться к стопроцентному индексу цветопередачи. Диапазон значений индекса, комфортных для зрения человека, составляет от восьмидесяти до ста. Причем разница значений между 90 и 100 глазу не слишком видна.

В зависимости от уровня цветопередачи разные лампы используются в разных помещениях. Это также стоит учитывать при выборе и покупке лампы. Существует шесть основных уровней цветопередачи.
Очень важно использовать лампы 1А в помещениях, где особенно важна цветопередача и яркость освещения. Помимо жилых и офисных помещений к этой категории можно отнести музеи, типографии, а также примерочные в магазинах одежды.

Уровень освещения 1В чаще применяется в бытовых целях, в том числе он широко используется для освещения школьных и дошкольных учебных заведений, спортзалов и стадионов, . Для этих же целей могут использоваться и лампы 2а, которые обладают примерно схожими характеристиками.

Третий класс ламп применяется не так широко, преимущественно там, где не очень важна цветопередача и яркость освещения. Это могут быть , промышленные помещения, где не так важна цветопередача.

А вот лампы 4 класса для помещений не слишком подходят, их цветопередача оставляет желать лучшего.

Светодиод представляет собой прибор, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Спектр света, который излучает светодиод, находится в достаточно узком диапазоне. Цвет освещения меняется в зависимости от материала полупроводника.
Лампа накаливания не имеет таких характеристик: у нее либо прозрачное стекло колбы, либо матовое. Люминесцентные дают 5 оттенков: естественный, дневной, белый, теплый или холодный свет. В случае светодиодных ламп, имея высокую цветовую температуру, они дают белый свет, который так же называют «холодным».

Индекс, или коэффициент передачи цвета – это параметр, который показывает, насколько естественный цвет тела соответствует видимому глазом цвету этого тела, когда его освещают данным источником света. В данный момент существует только одна система оценки этого параметра – CRI (color rendering index), которая используется во всем мире, а, значит, дает определенные ориентиры для потребителя.
Если выражаться понятнее: груша в свете одной лампы может иметь один оттенок, а под другой лампой – другой, даже если цветовая температура этих ламп одинаковая. Так происходит потому, что спектр свечения имеет неравномерную структуру, и передача цвета будет отличаться в зависимости от уровня энергии лампы в разных участках спектра.
Индекс цветопередачи дает понятие о том, насколько естественно выглядят предметы под светом лампы. Измеряется в пределах от 0 до 100, где 100 – идеальное соответствие солнечному свету.
Обозначается он либо «CRI», либо «Ra».
Сначала обозначение CRI использовали для показателя цветопередачи выше 90, потом это понятие расширили.

Способ измерения индекса цветопередачи

Если индекс (Ra) равен 100 – идентичный цвет, если меньше – цвет изменяется при освещении.
Определяют его, тестируя восемь из 6169 указанных тестовых цветов. На них светят сначала лампой, индекс которой устанавливается, потом лампой, принятой за эталон, которая имеет те же показатели цветовой температуры. Чем меньше разница, тем лучше цветопередача тестируемой лампочки.
Для определения есть специальная система, которая математически сравнивает изменения в шкале спектров под освещением двух разных ламп. Средние значения различий отнимают от 100, остаток и есть наш индекс цветопередачи.

По каким цветам вычисляют индекс?

Есть восемь основных цветов:

• Сиреневый
• Фиолетовой астры
• Голубой
• Бирюзовый
• Салатовый
• Светло-зеленый
• Горчичный
• Увядшей розы.

Естественно, минимальные отличия не берутся в расчет, так как не имеют особого значения для восприятия цвета.
Лучше всего глаз человека воспринимает индексы в диапазоне 80-100. Светодиодные лампы, имея в основном такое значение, подходят для освещения лучше других. Люминесцентные лампы с люминофором в 5 полосок имеют индекс 90, металлогалогенные – в диапазоне 70-90, обычные люминесцентные – меньше 70, натриевые – около 20.

Общепринятые значения индекса цветопередачи

Для простоты обозначений были приняты несколько уровней:

• А1 – точная цветопередача (используется в магазинах, музеях и т.п.
• 2А – хорошая цветопередача
• 1В – немного ниже (используют в школах, зданиях администраций и т.п.)
• 3 – плохая (используется в местах, где качество освещения неважно, например, на складах, в промышленных корпусах)
• 4 – не используют в помещениях.

Особенности цветопередачи светодиодами

Светодиоды могут давать белый цвет двумя способами:

• Смешением светодиодов зеленого, красного и синего цветов
• Светодиод синего цвета покрывают люминофором.

Интересным является то, что в ходе исследования восприятия человеком цвета, оказалось, что белый, который получен в результате смешения синего, зеленого и красного намного приятнее глазу, чем изначально белый цвет. Речь идет о сравнении белых светодиодов, и светодиодных кластерах. Так же удивительно то, что смешаные кластерные светодиоды получили низкий индекс цветопередачи, но на деле показывали себя весьма высоко.

Что нужно учитывать при выборе индекса у светодиодов?

• Чего именно вы хотите от вашей лампы, так ли важна в этом месте высокая цветопередача?
• Если важнее внешний вид, чем цвет, то выбирать стоит скорее по температуре цвета. Так, например белые светодиоды с индексом около 20 дают приятный теплый свет.
• Если важны оба фактора, лучше всего выбирать светодиод непосредственно на месте, которое вы будете освещать.

Учитывайте нюансы

Небольшие различия не важны, но большой разрыв весьма ощутим. Считается, что в освещении с высокими индексами все выглядит лучше: и люди и предметы.
Но есть и свои особенности.
Цветопередачу можно использовать с выгодой для себя. Например, в магазине, где продается текстиль и важна структура ткани и ее цвет лучше всего использовать лампы с высоким индексом. А вот мебельные салоны будут куда выгоднее смотреться в теплом свете с индексом около 80 и температурой 2000-3000. Для кожаных, лучше использовать индекс около 90 и температуру около 3000.
Система оценки CRI далеко не идеальна, но, за неимением другой, она позволяет хоть как-то определять качества света лампы.

Индекс (или коэффициент) цветопередачи (обозначения: CRI — color rendering index; R a) показывает, насколько точно или достоверно источник света передает цвета освещаемых объектов по сравнению с солнечным светом или . Чем выше этот показатель, тем более естественными или натуральными выглядят цвета окружающих нас предметов. Конечно, это справедливо только для людей без серьезных дефектов зрения и нарушения восприятия цветов. Им можно эту статью не читать.

Определение индекса цветопередачи

Индекс цветопередачи — это относительная величина, которая может принимать значения от 0 до 100 и характеризующая степень соответствия цвета тела его естественному цвету при освещении его определенным источником света. По методике CIE (1995), разработанной Международной комиссией по освещению, CRI рассчитывается из разницы в цветности, возникающей при сравнительном освещении восьми стандартных цветов тестируемым образцом и эталонным источником света, имеющим ту же . Чем меньше средняя разница, тем выше значение CRI.

Значение индекса цветопередачи

Комфортное для человека (и его глаз) значение CRI лежит в пределах от 80 до 100. Более низкие значения говорят о том, что некоторые цвета могут выглядеть как-то не очень натурально. Так, главный для всех землян и марсиан естественный источник света - Солнце - имеет наилучшую цветопередачу с R a =100.

Индекс цветопередачи может быть таким разным!

Индекс цветопередачи ламп накаливания

Свет ламп накаливания недалеко ушел от солнечного. Их индекс цветопередачи является самым высоким среди всех искусственных источников света и близок к 100, что позволяет получать идеальную передачу цветов. Свечи из IKEA и горящий матрас помогут вам добиться не менее впечатляющего результата, но мы не рекомендуем проделывать это у себя дома. Разве что в гостях.

Индекс цветопередачи галогенных ламп

Ничуть не хуже обычных ламп накаливания в плане цветопередачи, так что можете смело их использовать, если, конечно, у вас получится их правильно подключить.

Индекс цветопередачи люминесцентных ламп

Большинство современных люминесцентных ламп от известных производителей имеют достаточно высокие показатели CRI: от 80 до 90. Но в любом случае стоит обратить внимание на характеристики на упаковке — вас могут ждать неприятные сюрпризы (R a < 75) от очень уж бюджетных моделей.

Индекс цветопередачи светодиодных ламп

Хотя индекс цветопередачи лучших образцов светодиодных ламп может достигать значений 80 и выше, как и у хороших люминесцентных ламп, нужно учитывать, что на рынке все еще довольно много ламп с плохой цветопередачей, не считая других недостатков, связанных с особенностями применения светодиодов.

Индекс цветопередачи газоразрядных ламп высокого давления

Все очень плохо. Ртутные и натриевые лампы имеют самый низкий CRI, не дотягивающий до 40. Правда, отдельно стоит выделить металлогалогенные лампы, которые также относятся к газоразрядным лампам высокого давления, но примененные в них технологии позволили добиться индекса цветопередачи 90 и выше.

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 , 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.

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 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.