Коэффициент измерения цветопередачи

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.

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.

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.

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

Типы цоколя

Существуют несколько типов цоколей компактных люминесцентных ламп: штырьковые и резьбовые. Наиболее распространённые штырьковые:

• 2D
• G23
• 2G7
• G24Q1
• G24Q2
• G24Q3
• G53

Также выпускаются лампы с резьбовым цоколем для установки в резьбовые патроны E14, E27 и E40 со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом (ПРА). Цокольные гнёзда для таких ламп очень просты для монтажа в обычные светильники, заявленный срок службы таких ламп составляет от 3000 до 15000 часов.

2D

Лампа 2D в герметичном светильнике

2D мощностью 16 ватт

Представляет собой изогнутую в одной плоскости люминесцентную лампу с очертаниями в форме квадрата. Цоколь представляет собой прямоугольник 36×60 мм, имеет встроенный электронный стартер, в центре 2 латунных контакта на расстоянии 8 мм друг от друга, в качестве крепления на высоте 20 мм от центра используется пластиковый затвор. Мощность ламп 2D составляет 16, 28 и 36 Вт. Основное применение: в качестве декоративного освещения, иногда встречаются в герметичных светильниках для душевых кабинок и в качестве интегрированного освещения современных душевых кабинок.

G23

G23 и светильник с индуктивным ПРА

Лампа G23 представляет собой U-образную трубку. Внутри цоколя расположен стартер, для запуска лампы дополнительно необходим только электромагнитный дроссель. Выпускаются на мощность 5—14 Вт. Основное применение — настольные лампы, но зачастую встречаются в светильниках для душевых и ванных комнат. Цокольные гнёзда таких ламп имеют специальные отверстия для монтажа в обычные настенные светильники.

2G7

Форма трубки и применение аналогичны G23, но лампа может работать и с электронным ПРА. Стартер и конденсатор отсутствуют, на цоколь выведены четыре контакта.

G24

G24

Отличия цоколей G24q-1, G24q-2 и G24q-3.

Лампа G24 аналогична лампе G23, но трубка лампы изогнута вчетверо. Выпускаются на мощность от 10 до 36 Вт. Применяются как в промышленных, так и в бытовых светильниках. Лампы с двухштырьковым цоколем G24d предназначены для использования с электромагнитными ПРА (ЭмПРА). Цоколи этих ламп содержат стартер и конденсатор для подавления электромагнитных помех. Лампы с четырёхштырьковым цоколем G24q предназначены для использования с электронными ПРА (ЭПРА). Цоколи G24q-1, G24q-2 и G24q-3 отличаются расположением направляющих штырьков.

G53

Устройство лампы G53

Лампы G53 представляют собой диск, толщиной 16—20 мм и диаметром около 73 мм, в который располагается изогнутая люминесцентная трубка. Лампа оснащена встроенными отражателем, рассеивателем и электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА). Цоколь таких ламп имеет 2 латунных Т-образных контакта по бокам на расстоянии 53 мм друг от друга. Мощность таких ламп составляет от 6 до 11 ватт, светильники для ламп этого типа выпускаются как в герметичном исполнении IP44 для влажных помещений, так и в обычном — для монтажа в гипсокартонный или натяжной потолок на замену более энергоёмким галогенным лампам.

Е14, Е27 и E40

Лампа E27 без рассеивателя

Предназначены для установки в патрон вместо ламп накаливания. Эти лампы уже имеют встроенный электронный ПРА. Впервые появились на рынке в конце 1980-х. Цоколи ламп Е14, Е27 и E40 имеют резьбу диаметром 14 мм, 27 мм и 40 мм соответственно, что позволяет производить монтаж в стандартные бытовые и промышленные патроны (E14 для патрона «миньон», E27 для стандартного бытового патрона и E40 для стандартного промышленного патрона). В целом, типичная люминесцентная лампа со встроенным ПРА по габаритам крупнее лампы накаливания при равном световом потоке, поэтому такая замена возможна не для всех светильников. Лампы под такой патрон выпускаются как с открытой трубкой, так и с рассеивателем.

Необходимость

Необходимость во введении индекса цветопередачи (CRI, R_a ) была вызвана тем, что два различных типа ламп могут иметь одну и ту же цветовую температуру, но передавать цвета освещаемых объектов по-разному. Индекс цветопередачи определяется как мера степени приближения цвета объекта, освещаемого источником света, к его цвету при освещении эталонным источником света сопоставимой цветовой температуры.

Термин появился в 1960—1970-х годах. 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 значением индекса цветопередачи, но с сильно различающейся видимой передачей цвета. В 2007 году Международная комиссия по освещению (CIE) отметила, что «…индекс цветопередачи, разработанный комиссией, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета». В 2010 году, для более точной оценки качества передачи цвета, была разработана методика Color Quality Scale (CQS). Однако методика CQS не стала полноценной заменой CRI, так как также не учитывала тон и насыщенность цветов освещаемых предметов. Поэтому в августе 2015 года был разработан стандарт ТМ-30-15, который оценивает качество цвета не только по цветным шаблонам, но и по встречающимся в повседневности предметам.

Почему CRI R9 важен?

CRI R9 является очень важным показателем, потому что многим источникам света будет не хватать красного, но этот факт будет скрыт из-за усреднения вычислений CRI, которые не включают R9. Как показано на диаграмме ниже, источник света действительно может работать достаточно хорошо с первыми 8 тестовыми цветными образцами, демонстрируя неплохие результаты для R1-R8. Для общей метрики CRI Ra это означает, что светодиод с плохой цветопередачей красного цвета все еще может обойтись с рейтингом 80 CRI (Ra).

Однако при более внимательном рассмотрении значения R9 видно, что свет будет очень плохим, в частности, для красных цветов.

Как насчет цветовой температуры без дневного света?

Для простоты мы взяли цветовую температуру 5000 К для наших примеров выше и сравнили ее со спектром естественного дневного света 5000 К для расчетов CRI. Но что, если у нас есть светодиодная лампа 3000K и мы хотим измерить ее CRI? Стандарт CRI гласит, что для цветовых температур 5000К и выше используется спектр дневного света , а для цветовых температур менее 5000К используется спектр излучения Планка. Планковское излучение — это практически любой источник света, который создает свет, генерируя тепло. Это включает в себя лампы накаливания и галогенные источники света. Поэтому, когда мы измеряем CRI светодиодной лампы 3000K, ее сравнивают с «естественным» источником света, который имеет тот же спектр, что и галогенный прожектор 3000K. (Это верно — несмотря на ужасную энергоэффективность галогенных и ламп накаливания, они дают полный, естественный и превосходный спектр света).

Световая эффективность излучения (LER)

До сих пор в этой статье мы несколько свободно поменяли термины эффективность и действенность. Хотя они оба влияют на конечное количество люменов, испускаемых на ватт электрической энергии, технически эти термины означают разные вещи.

В строго научном смысле эффективность описывает общую потребляемую электрическую энергию (вход) по сравнению с полной энергией, излучаемой в виде света. Поскольку это соотношение, вход и выход описываются в ваттах, а выходная мощность обычно описывается как «радиометрические ватты». Короче говоря, радиометрической выходной энергией является энергия в форме электромагнитного излучения, независимо от ее влияния на воспринимаемую яркость. Эффективный светодиод на 50% преобразует 100 Вт электрической энергии в 50 Вт электромагнитного излучения и 50 Вт тепловой энергии.

Теперь, когда мы переходим к эффективности. Мы привносим функцию светимости в нашу дискуссию. Световая эффективность описывает, насколько эффективен конкретный световой поток при создании восприятия яркости. Свет с низким CRI с большим количеством зеленой и желтой энергии длины волны благодаря функции светимости будет иметь более высокую световую эффективность, в то время как свет с высоким CRI, спектр света которого является более полным и равномерно распределенным, будет иметь более низкую световую эффективность, потому что длины волн менее эффективны при создании воспринимаемой яркости.

Глубоко в научно-исследовательских лабораториях разработки светодиодов инженеры постоянно оценивают этот компромисс между качеством цвета и эффективностью. Удобная мера, называемая световой эффективностью излучения, или сокращенно LER, помогает количественно оценить это.

По сути, LER исключает из уравнения аспект электрической эффективности светодиодов и фокусируется на радиометрическом выходе и его эффективности при создании воспринимаемой яркости.

LER может варьироваться в диапазоне от 0,0 до 1,0 в зависимости от спектрального распределения мощности и может использоваться для оценки фактической световой эффективности в люменах на ватт с использованием следующего уравнения:

LPW = Fe x LER x 683

LPW: световая эффективность, в люменах на ватт

Fe: радиометрическая эффективность (обычно 30-50% для светодиодов)

LER: световая эффективность излучения (обычно 0,2 — 0,5 для светодиодов)

683: коэффициент для преобразования LER в LPW

Так, например, если у нас есть светодиод с радиометрической эффективностью 40% и LER 0,40, мы можем оценить, что он будет давать значение светоотдачи примерно 110 люмен на ватт.

В качестве примечания можно также сделать вывод, что максимальная световая отдача 683 лм / Вт может достигать 100% электрически эффективного светодиода со 100% LER (который излучает только при 555 нм).

Еда на вынос? Можно не только увеличить световую эффективность, увеличив электрическую эффективность, присущую светодиоду и его системе, но также взглянуть на LER, который может быть получен непосредственно из спектра света.

Нижняя линия

Итак, у вас есть это — всесторонний взгляд на то, почему более высокий CRI и, следовательно, более широкий спектр, почти неизбежно приведут к более низкой световой эффективности. Это фундаментальная физическая проблема, и для ее решения необходимо определенное время, чтобы определить, когда и где следует идти на компромисс между эффективностью и эффективностью в сравнении с качеством цвета.

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.

Цветопередача. Индекс цветопередачи.

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.

Ra ниже 80.

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:

Почему не стоит использовать поддельные светодиоды. Чем чипы CREE лучше других

Писать об этом можно долго и много. Для простых обывателей достаточно будет посмотреть на отличия и самим сделать вывод в пользу настоящих диодов.

Ну и конечно, захотелось посмотреть на официальную страницу самого известного поддельщика http://www.latticebright.com. Беглого взгляда достаточно, чтобы понять — практически вся линейка CREE представлена для заказа. Разница только в маркировке. Какой-либо более конкретной информации по чипам — мало. Только самое основное. Естественно покопавшись в интернете можно найти datasheet для любого диода. Но мне лень. Смысла не вижу. Достаточно только вот этого:При 700 мА мы получим 260 люмен с учетом цветовой температуры. Холодная температура. За счет цветовой температуры они еще не много разогнали световой поток, пускай и визуально.