Что такое индекс цветопередачи и почему важен параметр R9?

Человеческий глаз формировался в условиях солнечного света. Именно поэтому дневное освещение воспринимается нами как эталон, к которому мы неосознанно стремимся. Когда появились лампы накаливания с их непрерывным спектром, поддерживать естественность цветов было относительно просто. С приходом энергосберегающих технологий задача усложнилась. Мощность, конструкция, тип люминофора – все эти характеристики влияют на то, как выглядит предмет под искусственным светом. Один и тот же оттенок может казаться теплым или холодным, насыщенным или блеклым. Чтобы оценить степень визуального сходства с натуральным цветом, ввели специальный параметр. Разберемся, что он собой представляет и почему одной общей цифры недостаточно.

Электролаборатория – быстрый выезд специалистов и решение задач.

Что называют индексом цветопередачи

Индекс цветопередачи это величина, полученная из соотношения реального цвета предмета и того, что видит человеческий глаз при искусственном освещении. В международной практике используют обозначение CRI, что расшифровывается как индекс отображения цветов. Согласно стандартному индексу, значение, которое наносят на упаковку электрических световых приборов, имеет полное название CIE Ra. Эта количественная мера отражает свойство прибора без искажений передавать цвет объекта в сравнении с эталонным источником.

Роль этого параметра трудно переоценить. Вспомните типичную ситуацию: в торговом зале при тусклом свете покупатель выбирает черные брюки, а на улице обнаруживает, что ткань синяя. Или другой пример. На прилавке мясная нарезка выглядит аппетитно розовой, а дома на кухне становится серой. Такие истории случаются постоянно. Особенно высока важность точной цветопередачи в художественной реставрации, хирургии, полиграфии, текстильной промышленности. Да и в обычном офисе или жилой комнате никому не хочется жить в мире искаженных красок.

Как устроено восприятие цвета

Любой свет включает в себя несколько цветов. Предметы отражают часть направленного на них потока и одновременно поглощают определенные волны. Точность восприятия зависит от длины поглощаемой волны. Объект при искусственном освещении может выглядеть почти как при естественном, а может сильно отличаться. Меру этого сходства и фиксирует индекс цветопередачи.

Дневной свет содержит сочетание всех цветов спектра от красного до фиолетового. Искусственный прибор часто излучает спектр не в полной мере. Соответственно, отражение становится неполным, и предмет под лампочкой теряет яркость красок. Происходит это потому, что разные источники света имеют разный спектральный состав. Одни дают непрерывную радугу, другие набор отдельных линий.

Шкала и базовые значения

Индекс цветопередачи измеряется по шкале от 1 до 100 единиц. Максимальный показатель характеризует солнечный свет или эталонный излучатель абсолютно черного тела. Комфортными для человека считают значения от 80 до 100 баллов. Оценки ниже 80 единиц говорят о том, что оттенки воспринимаются в искаженном виде. Чем ближе значение к сотне, тем точнее передача.

Не стоит путать индекс цветопередачи с показателем цветовой температуры, который измеряется в градусах Кельвина. Цветовая температура описывает оттенок самого света, теплый он или холодный. Она не имеет отношения к точности передачи цветов предметов. Эти два параметра работают в разных плоскостях, хотя оба важны при выборе оборудования.

Почему средний показатель обманчив

В индексе цветопередачи используется пятнадцать индексов R, от R1 до R15. Каждый R соответствует своему стандартизированному оттенку. Высокий уровень передачи одних цветов может компенсировать в среднем значении низкий уровень передачи других. Представьте простой пример. По пятнадцати цветам спектра один цвет имеет показатель 20, остальные 90. Простые подсчеты дадут средний результат выше 85, что формально соответствует очень хорошему уровню. Но если этим единственным цветом оказался красный, все теплые оттенки освещаемой поверхности затухнут и потускнеют.

Получается парадокс. Средний уровень цветопередачи у прибора высокий, а картина искажена полностью. Именно поэтому специалисты в области светотехники давно говорят о том, что общий индекс это усредненный и не всегда надежный ориентир. Нужно смотреть на отдельные составляющие, особенно на те, что критичны для конкретной задачи.

Специальное значение R9

Индекс R9 показывает, насколько точно источник искусственного света способен отражать красный цвет. Это один из самых сложных для воспроизведения оттенков. Источник с низким значением R9 значительно изменяет красные тона. Человеческая кожа приобретает серо-коричневый, зеленоватый или чрезмерно бледный оттенок. Предметы красных и розовых тонов словно выключаются из общего спектра, выглядят не так, как при солнечном свете.

В стандартный набор образцов R1-R8, которые используют для расчета общего индекса, насыщенный красный не входит. Его рассчитывают отдельно, путем математического сопоставления отраженного цвета от заданного объекта с эталоном отражения, и обозначают как TCS9. В реальности получить высокий балл R9 гораздо сложнее, чем по другим значениям, потому что чувствительность к спектральным изменениям в этой зоне выше.

В оценке R9 значение 50 или выше отражает хорошую передачу красного цвета, 90 и больше говорит об отличной. У некоторых светодиодных источников этот показатель может быть даже отрицательным. При этом общая оценка индекса цветопередачи может входить в рейтинг со значением 80 Ra. Поэтому информация о R9 для оценки качества источника света является полезным дополнительным показателем. Без нее возможна замена красного тона другим оттенком или полное выключение цвета из общего спектра.

Солнечный свет и длина волн

Солнечный свет состоит из спектра различных цветов, включая видимый диапазон. Длина волны электромагнитного излучения измеряется в нанометрах. Каждому цвету соответствует свой диапазон. Фиолетовый занимает от 380 до 436 нанометров. Синий от 436 до 495. Зеленый от 495 до 566. Желтый от 566 до 589. Оранжевый от 589 до 627. Красный от 627 до 780 нанометров.

Естественный свет воспринимается глазом как идеальный для воспроизведения цвета, поскольку непрерывно охватывает все длины волн от 380 до 700 нанометров. Цвет предмета это его свойство отражать волны определенной длины. Яблоко красное, потому что отражает больше длинноволнового света. Трава зеленая, потому что отражает волны среднего диапазона. Когда искусственный источник не содержит нужных длин волн, предмет теряет свой истинный цвет.

Типы ламп и их цветопередача

Разные источники света ведут себя по-разному. Сравним основные категории.

• Лампы накаливания. Классические модели постепенно утрачивают популярность из-за низкой эффективности. Однако по индексу цветопередачи они приближаются к показателям солнечного света. Отличие лишь в несущественном сдвиге в сторону инфракрасного излучения. Благодаря непрерывному спектру, содержащему видимые длины волн в полном объеме, индекс цветопередачи этих ламп приближается к максимуму и превосходит другие созданные человеком источники.
• Галогенные лампы. Значение индекса у большинства приборов 90 и более единиц. В сравнении с лампами накаливания галогенные аналоги не уступают по цветопередаче, а при той же мощности направляют больший световой поток.
• Люминесцентные лампы. Компактные и трубчатые модели требуют пускорегулирующей аппаратуры. Их спектр дискретный, линейчатый, его часто называют рваным. В восприятии наблюдается смещение в область холодных цветов. Излучение нейтрального или теплого света зависит от состава люминофора. Индекс цветопередачи колеблется в диапазоне от 60 до 90. Трехкомпонентный люминофор дает 80 Ra и выше. Пятикомпонентный достигает 90 Ra. Бюджетные лампы часто выпускают ниже 80 Ra, поэтому характеристики на упаковке нужно изучать внимательно.
• Светодиодные лампы. Высокий индекс цветопередачи обусловлен составом люминофора, который покрывает кристаллы светодиодов. Производители выпускают линейки с разной степенью точности. Лучшие модели показывают значение до 90 и выше. По результатам исследований, белый свет, полученный смешиванием красных, зеленых и синих светодиодов, оказывается лучше, чем свечение галогенных аналогов и ламп накаливания с наиболее высокими показателями. Популярность светодиодов обеспечивает не только цветопередача, но и универсальность применения в помещениях любого типа.
• Натриевые лампы. В помещениях, где постоянно работают люди, их практически не размещают. Причины понятны: долгий розжиг, гудение, низкий индекс цветопередачи около 40 Ra. Рваный спектр с преобладанием красно-оранжевых тонов искажает истинные оттенки. Зато длительный срок службы и высокий световой поток позволяют применять такие лампы для уличного и тепличного освещения.
• Дуговые ртутные лампы. Схожи с натриевыми по индексу цветопередачи. Их особенность в смещении рваного спектра в область синего цвета и ультрафиолета. Используют их аналогично, за исключением теплиц.

Как измеряют индекс цветопередачи

Стандартный отраслевой метод определения цветопередачи обязателен при разработке источников света. В основе расчетов лежат принципы, предложенные Международной комиссией по освещению примерно в 1960-1970 годах прошлого века. В России на основе международного стандарта разработан ГОСТ Р 8.827-2013 по вычислению индекса цветопередачи для различных искусственных источников. Классический метод предусматривает проведение измерений при заданных условиях среды по определенным значениям температуры, атмосферного давления и относительной влажности воздуха.

В начале процедуры эталонным прибором, а затем исследуемым источником света светят поочередно на стандартные цветные пластинки из набора, который включает восемь основных и шесть дополнительных образцов цвета. Колориметром замеряют значение цвета и снимают показания. Затем вычисляют сдвиг значений от эталонного образца по каждому цвету от R1 до R8, определяют среднеарифметическое значение. Полученный результат принимают за коэффициент цветопередачи и указывают на упаковке прибора. Чем он ближе к 100, тем точнее цветопередача.

В измерения часто добавляют шаблон красного цвета. Изменения насыщенного тона при искусственном освещении сразу дают эффект неестественного цвета кожи человека. Проверка шести дополнительных цветов проводится только в особых случаях, поскольку не является обязательной. При расчетах общего индекса результаты добавочной проверки не учитываются.

Современная обработка данных зачастую проводится с помощью портативных приборов, сенсорный датчик которых при приближении снимает данные с тестируемого светильника. Метод на основе компьютерной программы не соотносится с требованиями ГОСТ Р 8.827-2013, однако применяется благодаря оперативности и точности.

У классического метода есть весомый недостаток. Усредненный результат не фиксирует сдвигов по определенным цветам. В итоге два источника с одинаковыми показателями светят по-разному. В одном случае будет преобладать желтый цвет, в другом зеленый, в зависимости от того, какой оттенок спектра сильнее отличается от эталона.

Существует альтернативная методика измерения, разработанная американскими специалистами в 2015 году. В отличие от классического подхода цветопередачу характеризуют два коэффициента, точности и насыщенности, а оценку проводят по 99 цветовым шаблонам.

Цветовые температуры и выбор эталона

Согласно стандарту, для цветовых температур 5000 К и более необходимо использовать спектр эталонного дневного света. Если цветовая температура менее 5000 К, применяется спектр излучения Планка. Закон Планка описывает излучение черного тела и тепловое излучение реальных тел. Планковское излучение характерно для любого источника света, создающего свечение за счет выделения тепла, включая галогенные источники и лампы накаливания.

Получается, при определении индекса цветопередачи светодиодной лампы с температурой 3000 К измерения сопоставимы с дневным источником света, имеющим спектр такой же, как у галогенного прожектора на 3000 К. Следовательно, естественный и полный спектр отличает именно галогенные источники и лампы накаливания, несмотря на их слабую энергоэффективность.

Нормы и рекомендации для разных помещений

На практике индекс цветопередачи в диапазоне от 90 до 100 считают безупречным. Источники света с высоким индексом используют там, где необходима точная оценка цвета и улучшение эстетики. При выборе приборов с показателями выше 90 рекомендуют сравнивать значение R9 для определения точности передачи красного цвета и оттенков, его включающих.

Коэффициент от 80 до 90 признают хорошим уровнем для многих областей, где очень точная передача оттенков не требуется, но качественная цветопередача нужна. Значение 80 Ra это общий базовый уровень приемлемой цветопередачи для внутреннего и коммерческого освещения. Показатель меньше 80 считают удовлетворительным, приемлемым для помещений, где работники находятся непродолжительное время и не выполняют работ, связанных со зрительной нагрузкой.

В нормативных документах для различных типов помещений рекомендованы следующие показатели. Торговые, оздоровительные центры, выставки, музеи требуют от 90 до 100. Жилые помещения, образовательные организации, общественные здания от 70 до 90. Хозяйственные постройки и складские комплексы от 50 до 60.

Более высокий индекс по методике расчета указывает на сходство спектра света с естественным дневным светом. Для изучения феномена яркости еще в начале двадцатого века ученые описали взаимосвязь восприятия яркости с длиной волны. Исследования показали избирательный подход человеческого глаза к энергии света на разных длинах волн. При ярком освещении восприятие темно-синего, фиолетового и красного цвета неэффективно. Зеленые и желтые волны, наоборот, выигрывают. Не случайно в изготовлении защитных жилетов используют желто-зеленые тона.

Сопоставление функции яркости со спектром при дневном свете показывает, что ожидания от показателя R9 для красного цвета расходятся с проявлениями яркости. Для получения высокого коэффициента цветопередачи полезен широкий спектр. Для высокой светоотдачи эффективнее узкий спектр, сфокусированный в зелено-желтом диапазоне. Принятие обоснованных решений при выборе и монтаже осветительных установок связано с пониманием задач и приоритетов.

Различия в цветопередаче между источником света и эталоном проблематичны для точной диагностики в медицине, фото- и видеосъемки, текстильной и художественной печати, торговли, косметологии и других сфер. Необходимость хорошей передачи красного оттенка важна для сложных цветов, в составе которых присутствует красный. Лица людей без точного воспроизведения красных волн становятся зеленоватыми, серыми, бледными.

В сфере услуг и торговли освещение с высоким индексом дает особое преимущество. Покупатели охотнее приобретают привлекательные товары: розовое куриное филе, колбасную нарезку, оранжевые апельсины, красные яблоки. Продавцы косметики отмечают, что цвет тона кожи клиента должен точно отражать результат нанесения корректирующих и декоративных средств. В теле- и киноиндустрии нельзя допустить искажений в передаче естественного цвета кожи, поскольку внимание аудитории всегда сосредоточено на лицах героев. В элитных ресторанах и отелях световые приборы с высоким индексом помогают создать особую атмосферу красоты и комфорта.

Важность правильного и точного освещения хорошо знают организаторы выставок, концертов и мероприятий с использованием видеоматериалов. В конечном счете все сказывается на удовлетворенности потребителей услуг и товаров, на показателях продаж.

Безопасность и производительность труда

Индекс цветопередачи становится решающим фактором при приобретении световых приборов и систем искусственного освещения. Осознание заметных преимуществ в использовании светильников с высоким рейтингом обуславливает решения руководителей в оснащении производств, офисов и торговых площадей оборудованием с индексом 80 и выше. Затраты на эффективное освещение окупаются. Модернизация способствует безопасности на рабочих местах, повышению производительности труда и эффективности коммерческой среды.

Лампы с низким индексом цветопередачи слабо отражают и неточно передают истинные цвета. Плохая видимость влияет на способность внимательно читать, своевременно замечать предупреждающие этикетки, реагировать на важную информацию. Улучшение видимости снижает риски, особенно в зонах повышенной опасности. Светодиодное освещение с высоким индексом уменьшает количество несчастных случаев на производстве и ошибок работающего персонала.

Освещение рабочих и служебных помещений светильниками с высокими рейтингами снижает стресс, не допускает головных болей от напряжения глаз и общей утомляемости, улучшает настроение, что в целом способствует повышению производительности. Специалисты по охране труда и электромеханики напоминают: при монтаже важно соблюдать правила устройства электроустановок, использовать заземление, защитные автоматы и устройства защитного отключения. Безопасность людей зависит от правильного подключения и обслуживания.

Музейное освещение и сохранность экспонатов

Для каждой музейной экспозиции качество освещения имеет принципиальное значение. Прежде всего речь идет о том, насколько цвета красок на картине или цвета иных произведений искусства при искусственном свете воспринимаются так, как были задуманы и исполнены автором. Почему лицо человека на полотне живописца выглядит неестественно серым? А натюрморт тусклым и невыразительным? Пейзаж холодным и тоскливым? Ответ часто кроется в том, что при решении задачи освещения музейного пространства не было принято во внимание значение индекса цветопередачи R9.

Источники искусственного света, в отличие от Солнца, чаще всего характеризуются селективным спектром излучения. Они излучают энергию только определенных длин волн, что означает искажение цветов живописи. Художник создавал свое произведение при полноценном спектре естественного освещения, и зритель должен увидеть замысел в том же виде.

Современные технологии производства светодиодов позволяют реализовать идею воспроизводства полноценного цветового спектра. Цветопередача светодиодных ламп определяется составом используемого люминофора, пропорциями и концентрацией в нем различных примесей, которыми покрываются кристаллы. От производителя зависит представленность цветов в спектре излучения. Важно, чтобы проект освещения музейной экспозиции реализовывался по принципу полного цикла: от постановки задачи до изготовления и монтажа светильников.

Специалисты компании ТМ Электро учитывают при разработке проектов музейного освещения не только эффект полноспектрального освещения, но и фактор безопасности экспонатов. Известно негативное воздействие ультрафиолета и инфракрасного излучения, то есть нагрева, на произведения искусства. Применяемые светодиодные светильники не выделяют ультрафиолет и практически не выделяют тепло. Все проекты соответствуют нормативам демонстрационной годовой световой экспозиции для экспонатов второй, третьей и четвертой групп по светостойкости. Количество светильников рассчитывается с учетом достижения наилучших результатов и необходимости избегания теней на освещаемой поверхности. Матовая поверхность рассеивающей мембраны позволяет избежать бликов на холсте. Светильники долговечны, надежны и удобны в эксплуатации.