Безкоштовно по Україні
0
Кошик порожній
Ваш кошик

Індекс передачі кольору у освітленні

Сьогодні багато хто знає, що при покупці світлодіодних ламп необхідно орієнтуватися не тільки на еквівалентну потужність, світловий потік та температуру світла, але й на індекс передачі кольору. Перший час споживачі ще плутали та змішували два останніх поняття, вважаючи, що передача кольору буде залежати тільки від колірної температури освітлення, але сьогодні вже загальновідомо, що це різні речі. Ми вирішили детальніше розібратися у тому, що таке індекс передачі кольору, навіщо він потрібен та як може оцінюватися.

У даного поняття існує відразу декілька офіційних варіантів назви. Перша з них – індекс передачі кольору – пряма калька англійського «color rendering index», яку у нас зараз прийнято скорочувати до абревіатури CRI. Друга – універсальний коефіцієнт передачі кольору Ra – історично перше технічне позначення поняття. На упаковках багатьох світлодіодних ламп можна зустріти вказання будь-якого з понять або навіть обидвох, із зазначенням на їхню рівноцінність.

 

 Порівняння CRI 70 та 90

 

Що не так з кольором?

Передбачається, що вперше серйозно зацікавилися питаннями передачі кольору тільки на початку другої половини ХХ-го століття. Протягом багатьох століть не існувало альтернативи дерев'яним лучинам або звичайним восковим свічкам, а їхнє жовте світло було приблизно однаковим у більшості випадків по усій земній кулі. Газові пальники, які прийшли на зміну джерелам відкритого вогню, у цілому мали ту саму колірну температуру, а принцип світловипромінення змінився хіба що з точки зору проходження крізь скляну колбу ліхтаря. Йшли роки і вже з початком повсюдної електрифікації відтінок світіння та передача кольору трохи змінилися. Проте, різниця між нагрітою вольфрамової ниткою лампочки розжарювання та свічкою була досить мізерна, і про індекс передачі кольору ніхто особливо не замислювався. Перша революція у цьому сенсі сталася з появою газорозрядних люмінесцентних ламп, які набули широкого поширення. Їхнє світло відрізнялося від звичного, а предмети у подібному освітленні починали виглядати інакше. Хоча побороти небажані ефекти інженерам у максимальному ступені вдалося усього за декілька років, до цих пір люмінесцентне освітлення жорстко асоціюється з таким собі протиприродним світінням. Вчені можуть сказати точніше: такі моделі, якщо порівнювати їх з лампами розжарювання, мають менший запас енергії у червоній області спектра, через що цей тон у люмінесцентних моделей «просідає» у порівнянні з іншими. Таким чином, параметром, який визначає не тільки колірність, але й передачу кольорів є саме спектральність випромінювання.

Неважко зрозуміти, що у цілому розглянута величина є не абсолютною, а відносною, й має штучно обраний людиною еталон – сонячне світло у погожий день. Він відповідає 100 одиницям і, об'єктивно кажучи, пов'язаний з яскравістю, яка людським оком часто сприймається як надлишкова. Ідеальний для нас діапазон – від 80 до 95 одиниць. У традиційних вольфрамових лампочок CRI якраз дорівнює 87-95, тобто саме така світлова картина є найбільш звичною кожному з нас.

Теоретичну основу еталонного освітлення становить те, як саме людина сприймає об'єкти. Сьогодні ми звикли, що при ввімкненні люстри у кімнаті, предмети у ній набувають дещо інших відтінків – і навіть не замислюємося про те, що цього може не статися. Наприклад, світло сонця незалежно від того, знаходиться світило у зеніті, на заході, сході або за невеликою хмаркою, у цілому забезпечує однакову передачу кольорів. Це дозволяє очам розрізняти не тільки рівень освітленості, але й найбільш малопомітні відтінки, а зовнішній вигляд речей у такому випадку ми несвідомо вважаємо найбільш природним.

У якості зрозумілого технічного терміну словосполучення «індекс передачі кольору» почало використовуватися у кінці 1960-х – на початку 1970-х років, коли широкого поширення набули люмінесцентні лампи. Тоді CRI спробували використовувати для порівняння світловипромінювання відразу декількох джерел світла з безперервним спектром, що мали індекси, близькі до максимального. Сьогодні ж відомо, що для достовірного порівняння таких коефіцієнтів джерела усе ж повинні мати однакову температуру кольору. Хоча два цих параметра не пов'язані безпосередньо, вони йдуть у жорсткому зчепленні між собою, оскільки об'єктивно неправильно намагатися порівняти, припустимо, червоне та синє світло з точки зору передачі кольору, ігноруючи те, який взагалі відтінок у приміщенні задає штучне освітлення.

 

 Порівняння CRI 60 та 90

 

Методика сучасного визначення CRI при виробництві лампочок та світлодіодних світильників досить цікава. Виріб разом з якимось об'єктом, наприклад, кубом, рівномірно забарвленим у один матовий колір, поміщують до спеціальної камери та підключають до мережі живлення. Після цього знімаються показання про те, який відтінок за спектральною шкалою має куб. Далі об'єкт замінюють на аналогічний, але вже іншого кольору, та експеримент повторюється. Найчастіше вимірювання відбуваються у рамках стандарту DIN 6169, який містить у собі 14 тестових кольорів, але на практиці більшість виробників перевіряє 50% + 1 шт, тобто тільки 8 відтінків. Перерахунок низки отриманих у результаті таких експериментів величин здійснюється відповідно до офіційної методики Міжнародної комісії з освітлення – CIE (International Commission on Illumination). У її каталогах містяться відомості про пограничні чисельні значення відхилень усіх кольорів від своїх еталонів. Якщо загальне, а у даній ситуації – грубо кажучи, середньоарифметичне за усіма відтінками відхилення є невеликим, значить, індекс передачі кольору високий, якщо ні – низький.

У залежності від тонкощів підходу самого виробника до перевірки кольору продукції, на виробах може бути більш цікаве маркування. Наприклад, якщо підсумки за усіма восьми кольорами не усереднюються, то передача кольору за кожним відтінком може виноситися до паспорту виробу. Так, деякі лампочки для специфічних цілей можуть мати CRI понад 92 одиниць для всіх відтінків, крім червоного, де CRI не перевищує 80 одиниць, і т.п. Для джерел світла, які демонструють найкращі результати, є власна, особливо точна шкала. Тому при підході лампи до 100 одиниць, довірчий інтервал може звужуватися, й максимальне значення лампочці присвоюється тільки у тому випадку, якщо вона дійсно світить точно так само, як сонце, без видимих ​​навіть для середньої оптики спотворень у кольорі об'єктів.

При цьому вчені використовують декілька еталонів для роботи зі світлом різної кольорової температури. Світлодіодні лампи з теплим світінням перевіряють зовсім не так, як з моделі з холодним відтінком. У діапазоні колірних температур від 2200 до 5500 К найчастіше використовується особливий прилад, так званий «випромінювач чорного тіла», який у техніці також застосовують для повірки пірометрів та тепловізорів. При цьому більш високі колірні температури прийнято порівнювати зі звичайним денним світлом за певних умов. У контексті останнього варто відзначити, що небо у північній півкулі нашої планети досить далеко від офіційного еталону, проте його усе ж приймають за 100 одиниць. Напрошується питання: чому так, чому вчені порушують свої ж правила стандартизації? Насправді, цей хід – вкрай вдала поправка на обставини. Люди у кожному регіоні Землі звикли до власного «нормального» освітлення. Якщо зараз кожному з нас показати небо у центральній або південній Африці, ми скажемо, що у нього «якийсь неправильний колір», тому цілком розумно, якщо еталони будуть регіональним поняттям. У тому ж контексті справедливо відзначити ще одну цікаву річ, з якою ми зріднилися: традиційні лампи розжарювання не дуже добре передають синьо-блакитні відтінки, а небо настільки видозмінює червоні тони, що вони дуже далекі від тих, які вважає червоними наука.

 

 Порівняння CRI понад 80 та нижче 70

 

З точки зору користувацького комфорту джерело освітлення з CRI понад 90 одиниць – це світло, яке повністю задовольняє наші потреби. Його можна використовувати навіть для робіт та видів діяльності, які безпосередньо пов'язані з точністю нанесення, сприйняття або оцінки відтінків – живопис, кіно- та фотозйомка, візаж, вишивка, ювелірна справа, реставрація та ін. Більшість ламп, які сьогодні доступні рядовим покупцям, мають індекс передачі кольору 80 одиниць, і лише у невеликого числа він наближається до позначки у 90. Але й цього нам повністю досить для вирішення побутових завдань, оскільки стовідсоткова передача кольору зазвичай не критична. Якщо ще 5 років тому на ринку були й моделі, у яких CRI знаходився у діапазоні 70-80 одиниць, то сьогодні їх, мабуть,вже й не знайдеш – покупцям доступні вироби гарної якості незалежно від виробника та різниці у ціні.

Світильники з різними типами ламп мають власний усереднений коефіцієнт передачі кольору. Наприклад, звичайні лампочки розжарювання забезпечують CRI у районі 87-95 одиниць, але при цьому об'єктивно тяжіють до жовтої частини спектра, тому необхідна точність передачі кольору у більшій мірі досягається за рахунок вдалого розсіювання променів у повітрі. Якщо ж розташовувати об'єкт близько до джерела, то фактичний індекс знизиться до 80-82 одиниць. Галогенові лампи у залежності від покоління випуску та терміну, що пройшов від початку їхньої експлуатації, можуть демонструвати значення від 75 до 99 Ra. Більш старі моделі, так само як і зношені, втрачають свою чистоту світіння та рідко показують гарний результат. Але найновіші, вироблені за прогресивними технологіями, часом можна порівняти з сонячним світлом. Металогалогенові газорозрядні моделі високого тиску теж здатні досягати 85-94 одиниць, але їхнє світіння усе одно є не дуже приємним нашому оку. Звичайні люмінесцентні лампочки, а також так звані «енергозберігаючі» (КЛЛ) здебільшого коливаються у діапазоні 80-90 одиниць, але не перевищують його, а часом, у особливо дешевих моделях, можуть опускатися й нижче рівня у 70 одиниць. Світлодіодні лампи стабільно утримують мінімальний поріг на рівні понад 80-82 одиниць, а багато моделей навіть наближаються до 90, хоча на упаковці це не декларується. LED-лампи Philips, а також моделі від OSRAM традиційно демонструють найвищий рівень передачі кольору та стартують від 87-90 одиниць. При цьому термін деградації діодів тут найдовший, тобто за комплексом параметрів такі вироби можна вважати зразком сучасного освітлення для побуту.У той самий час найгірші результати можна побачити у газорозрядних натрієвих та ртутних моделей – їхній CRI рідко піднімається вище за 40 одиниць, а тому застосовувати їх сьогодні у будь-якій сфері не має сенсу.

Відмітна особливість світлодіодних моделей у порівнянні з іншими полягає у тому, як саме вони випромінюють світло. У чистих RGB-діодів вихідний індекс передачі кольору оцінюється приблизно у 20-25 одиниць, але при груповому випромінюванні одержуваний результат доходить до 80-83 Ra майже без перекосів у відтінках та з близьким до ідеального показником для окремих кольорів. Якщо ж казати про біле світіння, отримане при змішуванні трьох кольорів RGB, то виявляється, що воно навіть має більш високий показник CRI, аніж у загальноприйнятих еталонів – ламп розжарювання та галогенних моделей. У підсумку виходить так, що й для людського ока світло від напівпровідників комфортніше, ніж від інших джерел.

Звучить парадоксально, але на основі описаного вище досвіду та сама Міжнародна комісія з освітлення зробила висновок, що розроблений нею коефіцієнт передачі кольорів є непридатним для оцінки якості світіння набору світлодіодних елементів, якщо до нього входять діоди білого кольору. Одне тільки це дозволяє поглянути на ситуацію ширше. Сьогодні CRI – це дуже відомий та авторитетний показник, але навіть він змушений видозмінюватися під впливом новітніх технологій. У той самий час, і сама по собі передача кольору – поняття, яке застосовується не тільки до джерела світла, але й до обставин, у яких він працює. Ймовірно, вже у найближчі роки індекси CRI та Ra будуть переглянуті або ж доповняться новим, більш комплексним показником.