Что такое индекс цветопередачи
Зрение является органом чувств, благодаря которому человек получает основную долю информации об окружающем мире. Это происходит благодаря способности зрительной системы и мозга воспринимать и анализировать отражённое от объектов электромагнитное излучение светового диапазона.
Поскольку основным природным источником света является солнце, в процессе эволюции глаза человека адаптировались именно к солнечному излучению с диапазоном волн от 400 до 750 нм. Постоянно использовать естественное освещение не получается, поэтому пришлось изобретать искусственные источники света. Естественно, что человек стремился создать световые приборы, спектр излучения которых приближался бы к солнечному свету, но получалось это с трудом.
Что такое индекс цветопередачи
Восприятие человеческим глазом цвета конкретного объекта, освещаемого электрическим светом, зависит от многих факторов. Это и мощность светильника, и световой поток, и цветовая температура. Однако даже освещенный лампами со сходными характеристиками один и тот же предмет может визуально иметь различную окраску. Для того чтобы охарактеризовать насколько видимый цвет объекта при освещении его искусственным источником света соответствует его натуральному цвету был введен специальный индекс цветопередачи.
Этот параметр называется Color Rendering Index (индекс отображения цвета) и обозначается как CRI или Rа. Его числовое значение указывается в обязательном порядке на упаковке электрических световых приборов и отражает уровень достоверности передачи цветов относительно эталонного источника света.
Значение индекса может колебаться от 1 до 100. Максимальное значение CRI=100 имеет солнечный свет. Соответственно, чем больше индекс цветопередачи искусственного светильника, тем точнее воспроизводится цвет объекта под ним. Комфортным для человека признаётся значение CRI в пределах от 80 до 100. Более низкие индексы свидетельствуют об искажении в восприятии некоторых оттенков.
Любой свет представляет собой электромагнитное излучение в достаточно широком диапазоне волн и соответственно имеет в своём составе сразу несколько цветовых оттенков. Внешние предметы и объекты обладают способностью отражать часть светового потока и поглощать волны определённой частоты. Именно длина волны отраженного света и определяет для человеческого глаза цвет предмета. Натуральная растительность кажется зелёной потому, что от неё отражается свет как раз зелёной части спектра, а остальное излучение поглощается поверхностью растений. По этой же причине лимоны выглядят жёлтыми, апельсины - оранжевыми, а авокадо — зелеными. Но это всё при солнечном свете, который, как известно, содержит волны в диапазоне от красного до фиолетового. Если искусственный источник не сможет излучать какую-то часть спектра, то и отражаться от предмета будет нечему, и под такой лампочкой объект будет выглядеть блёклым и бесцветным.
Правильная организация освещения важна как в коммерческих помещениях (магазинах, ресторанах), так и в домах и квартирах. Всё должно выглядеть натурально и достоверно. Цветопередача играет в этом решающую роль. Чтобы знать заранее насколько световой прибор близок по этому параметру к солнечному свету, и нужен коэффициент цветопередачи.
Нормативные документы определяют следующие значения CRI для различных типов помещений:
- торговые центры, музеи, выставки — от 90 до 100;
- жилые помещения, офисы, школы и общественные здания - от 70 до 90;
- складские комплексы и хозяйственные постройки — от 50 до 60.
Способы определения CRI
В основе определения коэффициента цветопередачи для различных типов искусственных источников света лежат принципы, разработанные ещё в середине прошлого века Международной комиссией по освещению — МКО.
Классическая методика
Принципы измерения и вычисления индекса цветопередачи в России регламентируются ГОСТ Р 8.827 -2013, основывающемся на международном стандарте МКО 13.3-1995. Измерения должны проводиться при определённых условиях внешней среды, таких как температура, относительная влажность воздуха и атмосферное давление.
Эталонный источник излучения должен иметь данные спектрального распределения энергии излучения в пределах длин волн видимого спектра с интервалом не более 10 нм. Для измерений применяют набор из восьми основных и шести дополнительных образцов цвета.
Процедура измерения выглядит таким образом: стандартные цветные пластинки освещаются эталонным прибором, а затем тестируемым источником света. Колориметром замеряются энергетические величины в узких интервалах длин волн. Затем вычисляется сдвиг значений проверяемого образца от эталонного по каждому цвету R1 - R8. После этого определяется их среднеарифметическое значение, которое принимается за коэффициент цветопередачи Ra и указывается на упаковке светового прибора.
Полная проверка всех 14 оттенков не является обязательной и проводится в особых случаях. Зато очень часто в измерения добавляют девятый шаблон — насыщенный красный цвет. Глаза очень чутко реагируют на изменение именно этого оттенка и при некачественном освещении сразу становится заметным неестественный цвет кожи человека.
Современные методы анализа светового спектра и компьютерные программы обработки данных сделали возможным измерять CRI с помощью портативных приборов. Для этого достаточно направить оптический сенсор на тестируемый светильник. Такой метод не соответствует ГОСТ Р 8.827-2013, но благодаря своей точности он часто применяется на практике.
Существует ещё одна методика измерения коэффициента цветопередачи, разработанная в 2010 году и носящая название Color Quality Scale (шкала качества света). Процедура измерения основана на тех же принципах, что и метод определения CRI. Разница заключается лишь в применении в качестве шаблонов не восьми, а пятнадцати пластин насыщенных цветов и чуть ином алгоритме вычисления индекса.
У классических методов вычисления коэффициента цветопередачи есть существенный недостаток. Результат измерений является усреднённым и не отражает отклонений по конкретным цветам. То есть две лампочки с одинаковым CRI могут светить абсолютно по-разному в зависимости от того, в какой части спектра наблюдается максимальный сдвиг от эталона. Одна будет светить с преобладанием, например, зелёного, а другая — фиолетового цвета.
Альтернативная методика
Стоит отметить, что традиционные методы вычисления индекса цветопередачи основывались на способности человека отличить один цвет от другого, а формулы для вычисления конкретного значения выводились эмпирическим путём на основе статистических данных.
В этих методах не учитывалась разница между насыщенными и выцветшими оттенками. Поэтому освещение пространства приборами с более высоким CRI не всегда комфортно воспринимается человеком. Проблему можно решить, если метод определения цветопередачи помимо значения точности соответствия стандартным оттенкам, будет учитывать ещё и показатель насыщенности цветов.
Такая процедура была разработана в США в 2015 году, а стандарт получил название IES ТМ-30-15. В отличие от классической, данная методика характеризует цветопередачу двумя показателями: Rf — коэффициентом точности (fidelity) и Rg - коэффициентом насыщенности (gamut). Оценка проводится по 99 цветовым шаблонам.
Показатель Rf по смыслу аналогичен CRI, и его значение находится в пределах от 0 до 100. Эталонное значение насыщенности принимается за Rg = 100. Если оттенки объекта, освещаемого тестируемым источником, выглядят более блёклыми, то Rg < 100. Если же насыщенность выше, то Rg > 100. У современных серийно выпускаемых световых приборов значение Rg колеблется от 60 до 140.
Пока новый стандарт не признан обязательным к исполнению, однако многие западные производители применяют его в дополнение к классическим методам определения коэффициента цветопередачи чтобы дистанцироваться от недобросовестных конкурентов.
Индекс цветопередачи различных типов электрических ламп
Лампы накаливания
Классические лампы теряют свою популярность среди потребителей по причине низкого КПД. Тем не менее они приближаются по цветопередаче к солнечному свету с незначительным сдвигом в область инфракрасного диапазона. CRI ламп накаливания признаётся самым высоким среди всех искусственных источников света и близок к значению 100.
Галогенные лампы
Эти источники света ничуть не уступают по цветопередаче обычным лампам накаливания. Значение индекса Ra у большинства приборов более 90. При этом они обеспечивают больший световой поток при той же мощности.
Светодиодные лампы
Индекс цветопередачи таких ламп определяется составом люминофора, которым покрываются кристаллы светодиодов, поэтому значение CRI зависит от производителя. Несмотря на то, что большинство ламп, приставленных на рынке осветительных приборов, имеют коэффициент от 80 Ra и выше, ещё продолжают встречаться светодиодные приборы с низкой цветопередачей.
