Влияние индекса цветопередачи светодиодов на восприятие цвета. Что такое индекс цветопередачи CRI

Индекс цветопередачи (CRI, или коэффициент цветопередачи) – параметр, который характеризует соответствие естественного цвета тела кажущемуся при освещении.

Дело в том, что освещение предметов разными лампами позволяет увидеть, что возможны разные варианты результата. В некоторых случаях цвета выглядят более естественно и точно, в других случаях они выглядят далеко не так, как при дневном освещении. Выходит, что две лампы различных типов могут иметь одну цветовую температуру, однако передавать цвета по-разному. Спектр свечения светильников неравномерен, цветопередача зависит от их энергии в определенном участке спектра.

Характеристика цветопередачи светильника описывает, насколько натурально видятся окружающие предметы в свете лампы. А в качестве количественной меры применяется индекс цветопередачи. Это величина от 0 до 100, характеризующая уровень соответствия цвета, полученного от тестируемого светильника, к естественному цвету тела. Результат 100 – полное совпадение – будто при солнечном свете, – то есть цвет передаются максимально верно.

Термин появился в 60-70-х годах прошлого века. Изначально CRI был разработан с целью сравнения источников светового излучения непрерывного спектра, чей коэффициент CRI был выше 90, так как ниже 90 могут быть два источника с одним и тем же CRI, но с сильно отличающейся передачей цвета.

Измерение коэффициента цветопередачи

Чем меньше отклонение кажущегося цвета от естественного (лампы с высокой цветопередачей), тем лучше характеристика CRI источника.

Источник света с показателем R a = 100 излучает свет, который оптимально отображает все оттенки. При более низких значениях оттенки передаются хуже:

Существует система, которая математически сравнивает изменение расположения излучения в спектральной шкале в сравнении с цветами, освещаемыми эталонным источником светового излучения. Затем средние различия вычитаются из 100 и получается индекс CRI.

Таблица основных оттенков, точность передачи которых определятся индексом CRI:

Для человеческого глаза комфортное значение CRI – от 80 до 100 R a Здесь индекс цветопередачи светодиодных лампоптимален.

По определению, если нет разницы, как выглядят цвета освещенных предметов, источнику излучения присваивается CRI, равный 100. Таким образом, малые различия в цветопередаче приближают значение CRI к 100, тогда как более существенные различия приведут к меньшей величине коэффициента CRI. При сравнении цветовых температур диапазон 2000 – 5000 К, эталонным источником светового излучения считается «излучатель черного тела», с цветовыми температурами более высокого диапазона – дневной свет.

Светодиоды и индекс цветопередачи

Проводятся исследования, согласно которым обнаруживается, что белый свет, получаемый в результате смешения красных, синих и зеленых светодиодов, предпочтительнее, чем световое излучение, которое создается лампами накаливания и галогенными светильниками, даже если у ламп накаливания более высокие показатели CRI. На самом деле технический отчет под названием «Цветопередача белых светодиодных источников света» сообщает, что разработанный комиссией коэффициент CRI обычно неприменим для проведения прогнозов параметров цветопередачи источников света, если среди них есть светодиоды белого излучения.

Это проистекает из рассмотрения множества анализов, в которых изучались и сине-красно-зеленые (RGB) светодиодные кластеры, и белые светодиоды, покрытые фосфором. Обозреватели оценили внешний вид сцен, освещенных при использовании светильников с разными индексами цветопередачи, и выяснили, что не существует точной взаимозависимости между подсчитанными показателями CRI и классификациями. Во многих случаях светодиоды RGB имели индексы цветопередачи, приблизительно в районе 20, однако при этом хорошо зарекомендовали себя при передаче цветов. Возможное объяснение данному факту заключается в том, что, как правило, они имеют склонность без смещения цветопередачи оттенков повышать насыщенность восприятия большинства цветов.

Департамент энергетики США дает следующие рекомендации: проводятся долгосрочные разработки и исследования в области создания обновленной системы для точной оценки качества светового излучения, которая могла бы быть применена к любому источнику излучения. Пока же индекс цветопередачи светодиодных ламп можно считать одним из параметров при оценке их самих и систем, основанных на них. Он не должен применяться для выбора конкретного изделия светотехники без тестирования изделия и предварительных персональных оценок на предполагаемом месте использования.

1. Определите визуальные задачи, которые, как ожидается, будут выполняться данным источником света при освещении. Если верность цветовоспроизведения имеет критическое значение (например, в пространстве, где ткани или цвета сравниваются и при электрическом, и при дневном освещении), показатели индекса цветопередачи имеющейся метрической системы могут быть полезны и пригодны для применения при оценке светодиодных изделий.
2. Если более важен внешний вид цвета, а не верность цветовоспроизведения, не стоит исключать белые светодиоды лишь по причине их сравнительно низких показателей CRI. Некоторые изделия с CRI даже столь низкими, как 26, все же могут излучать приятный визуально белый свет.
3. Коэффициент CRI можно сравнивать, если источники света имеют равную цветовую температуру. Данный тезис применим ко всем источникам света, а не только к светодиодам. Различия в величинах CRI меньше пяти единиц не существенны. Это значит, что источники света, имеющие индексы цветопередачи, например в 82 и 85, практически одинаковы.
4. В случаях, когда внешний вид цветов или верность цветовоспроизведения являются важными факторами, следует лично оценивать светодиодные системы, и если это возможно, то на предполагаемом месте эксплуатации.

Необходимо отметить, что современные методы компьютерной обработки данных и анализа спектра позволяют полностью автоматизировать измерение индекса цветопередачи, исключив из него использование пластин заданного цвета. Определяется зависимость спектральной плотности светового излучения от длины волны. И по результатам данного исследования с помощью специального алгоритма происходит прямое вычисление CRI.

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.

Различия между цветовой температурой и индексом цветопередачи

Часто использование терминов «Цветовая температура» и «Индекс цветопередачи» (CRI) сбивает пользователей с толку. Что же эти понятия на самом деле означают?

Цветовая температура источника света определяется его теплотой или холодностью и выражается в градусах Кельвина (К). Термин происходит из теории физики. При нагреве объекта, именуемого «абсолютно черным телом-излучателем», его цвет меняется от черного до красного, затем до желтого, белого и, наконец, до голубого. В нижнем участке этой шкалы объект считается «более теплым» по цвету, в то время как в верхнем участке его цвет считается «более холодным». В более теплом диапазоне шкалы свеча будет иметь цветовую температуру приблизительно в 1800 К, в то время как небо в северном полушарии достигнет отметки в 28 000 К. На практике мы обычно рассматриваем цвета источников искусственного освещения в диапазоне приблизительно от 2000 до 10000 К.

Любопытно, что два различных типа ламп могут иметь одну и ту же цветовую температуру, но передавать цвета по-разному. К примеру, люминесцентные лампы SP и SPX компании General Electric имеют приблизительно ту же цветовую температуру, что и лампы накаливания, но у первых гораздо меньше энергия в красной области спектра. За счет этого красные цвета выглядят ярче при освещении лампами накаливания, чем при освещении люминесцентными источниками света. В свою очередь, индекс цветопередачи определяется как мера степени отклонения цвета объекта, освещенного источником света, от его цвета при освещении эталонным источником света сопоставимой цветовой температуры. Термин появился приблизительно в 1960-1970-х годах, когда была разработана система, математически сравнивающая, насколько источник света изменяет расположение в спектральной шкале восьми определенных пастельных цветов по сравнению с теми же цветами, освещенными эталонным источником цвета той же цветовой температуры, согласно определению Международной комиссии по освещению (СIE). Средние различия затем вычитаются из 100, и получается индекс цветопередачи. Шесть дополнительных цветов иногда используются для специальных нужд, но они не применяются для расчета индекса цветопередачи. По определению, если не существует разницы в том, как выглядят цвета предметов, источнику света присваивается индекс цветопередачи 100. Таким образом, при малых различиях CRI будет ближе к 100, в то время как более серьезные различия приведут к получению меньшей величины индекса цветопередачи. Когда происходит сравнение цветовых температур в диапазоне от 2000 К до 5000 К, эталонным источником света является «излучатель черного тела», а с цветовыми температурами выше этого диапазона – дневной свет. Примечательно, что индекс цветопередачи и у ламп накаливания, и у неба северного полушария считается равным 100, притом, что ни один из них не является действительно безупречным. Лампы накаливания очень слабы в освещении синих тонов (попробуйте, к примеру, отличить носок темно-синего цвета от носка черного цвета в комнате, освещенной лампами накаливания). В свою очередь, северное небо при 7500 К слабо при освещении красных тонов. Тем не менее, индекс цветопередачи, вопреки своим ограничениям и слабостям, все еще применим и пригоден для определения «качества» цвета. Изначально CRI был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета. Технически индекс цветопередачи можно сравнивать только у источников света, которые имеют одинаковую цветовую температуру. Тем не менее, как правило, источники света с высокими индексами цветопередачи (80-100) обычно способствуют тому, что люди и вещи выглядят лучше, чем при источниках света с менее высокими CRI.

Индекс цветопередачи и светодиоды

В настоящее время проводится исследование, согласно результатам которого обнаруживается, что белый свет, получаемый при смешении красных, зеленых и синих светодиодов, предпочтительнее, чем свет, излучаемый галогенными светильниками и лампами накаливания, даже если у последних более высокие показатели индексов цветопередачи. На самом деле в техническом отчете «Цветопередача белых светодиодных источников света» Международной комиссии по освещению указывается: «Технический комитет заключил, что индекс цветопередачи, разработанный комиссией, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета».

Такая рекомендация проистекает из изучения множества академических анализов, в которых рассматривались и покрытые фосфором белые светодиоды, и красно-зелено-синие (RGB) светодиодные кластеры. Обозреватели оценили внешний вид освещенных сцен при использовании ламп с различными индексами цветопередачи и обнаружили, что в целом не существует точной взаимозависимости между классификациями и подсчитанными показателями CRI. Во многих случаях RGB-светодиоды имели индексы цветопередачи в районе 20, но при этом хорошо показывали себя при передаче цветов. Одно из возможных объяснений этому заключается в том, что они обычно склонны повышать воспринимаемую насыщенность большинства цветов без смещения цветопередачи оттенков.

Департамент энергетики США рекомендует следующее: «Проводятся долгосрочные исследования и разработки в области создания обновленной метрической системы для оценки качества цвета, которая была бы применима ко всем источникам света. Пока же индекс цветопередачи можно считать одним из информационных параметров при оценке светодиодных изделий и систем на их основе. Он не должен использоваться для выбора конкретного светотехнического изделия без предварительных персональных оценок и тестирования изделия на предполагаемом месте эксплуатации.

1. Определите визуальные задачи, которые будут выполняться при освещении конкретным источником света. Если верность цветовоспроизведения критически важна (к примеру, в пространстве, где цвета или ткани сравниваются и при дневном, и при электрическом освещении), показатели индекса цветопередачи существующей метрической системы могут быть пригодны и полезны для использования в оценке светодиодной продукции.

2. Индекс цветопередачи можно сравнивать только у источников света равной цветовой температуры. Это относится ко всем источникам света, не только к светодиодам. Вдобавок, различия в величинах CRI меньшие, чем пять единиц, не значительны. Это означает, что источники света с индексами цветопередачи в 80 и 84 практически одинаковы.

3. Если внешний вид цвета более важен, чем верность цветовоспроизведения, не исключайте белые светодиоды только по причине их относительно низких показателей CRI. Некоторые светодиодные решения с CRI столь низкими, как 25, все же излучают визуально приятный белый свет.

4. В случаях, когда верность цветовоспроизведения или внешний вид цветов являются важными факторами, оценивайте светодиодные системы лично, и если возможно, на месте предполагаемой эксплуатации.

Заключение

Тогда зачем же использовать CRI, если у этой величины так много недостатков? В настоящее время это единственная признанная на международном уровне система оценки цветопередачи, которая дает потребителям некоторые ориентиры. Тем не менее, стоит заметить, что в этой области ведет работу Государственный институт стандартов и технологии (NIST) США, разрабатывающий Шкалу качества цвета для решения некоторых проблем существующей системы оценки цветопередачи CRI, но пока еще эта шкала повсеместно не принята.

Дик Эрдманн, инженер-технолог компании GE

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.

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.

Тестируемые цвета:

Дополнительные тестируемые цвета с насыщенными красками:

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.