Что такое индекс цветопередачи CRI

Что такое индекс цветопередачи? Разобраться можно на примере двух ламп: люминесцентной и накаливания, обе имеют одинаковые , но освещаемые ими предметы выглядят по-разному. Почему это происходит? Люминофоровая лампа имеет в красном промежутке спектра меньшую энергию, чем , в результате оттенки красного цвета кажутся насыщеннее и ярче, когда на него падает свет от лампы накаливания. Так, свойства передачи света для разных ламп имеют зависимость от спектрального излучения.

Сравнение индекса цветопередачи для разных типов ламп

Величина, характеризующая степень соответствия естественного цвета предмета видимому цвету при освещении его конкретным источником света, носит название индекс цветопередачи (CRI или R a), по-другому, коэффициент цветопередачи. Переведя на общедоступный язык, можно сказать, что эта характеристика позволяет определить, насколько натурально выглядит вещь под действием того или иного осветительного прибора.

За эталон принята цифра 100, соответствующая естественному солнечному свету. Комфортное значение для восприятия глаз входит в диапазон, минимальный порог которого – 80, максимальный – 100. Газоразрядные приборы имеют CRI 90 и выше. Индекс цветопередачи люминесцентных ламп лежит в пределах от 80 до 90, но у дешевых лампочек он ниже. На коробке обычно указывается этот коэффициент. При покупке лампы не следует пренебрегать этой цифрой.

Всем знакома и любима лампочка накаливания, до недавних пор она была самым распространенным осветительным прибором. Она имеет свои плюсы и минусы. Положительным моментом можно считать то, что цветопередача лампы накаливания близка к 100. Примерно такое же значение имеют «галогенки».

Хорошо зарекомендовали себя светодиодные лампочки. Они обладают целым рядом преимуществ: это и хорошая светоотдача, и низкая мощность потребления, что позволяет им по праву называться энергосберегающими. У разных производителей индекс цветопередачи светодиодных ламп различен. Некоторые образцы высокого качества имеют значение CRI 80. В дешевом варианте для изготовления светильника на основе светодиода использованы материалы низкого качества.

Чем натуральней кажется цвет освещаемого предмета, тем лучше характеристика цветопередачи этого осветительного прибора.

Если взять любой источник света с индексом цветопередачи R a = 100, то нетрудно заметить, что его излучение оптимально отображает все цвета. Такое освещение соответствует естественному солнечному свету.

В таблице даны сравнительные характеристики индекса цветопередачи для разных типов ламп.

Практическое применение

Обычно источники света с высоким индексом цветопередачи освещают многие предметы так, что они кажутся красивее и лучше, чем при освещении лампами с маленьким CRI. Это свойство можно использовать в некоторых сферах деятельности, например, для получения качественных снимков.

Можно дать некоторые рекомендации для использования осветительных приборов в различных торговых точках. В мебельных магазинах рекомендуется применение теплого свечения. Лампы с приблизительной цветовой температурой, равной 250 K и индексом цветопередачи около 85 единиц, будут выгодно подсвечивать диван или кресло.

Различные отделочные материалы, такие как обои или краски, нуждаются в четком рассмотрении. Здесь можно использовать источники света с индексом от 90 до 100. Температура цвета при этом должна быть в районе 5 000 К. Такие же характеристики нужны для или тканей.

Для удачного освещения кожаных изделий, например, обуви, нужен теплый свет (2 500 К) с цветопередачей 80 или 90.

Для удобства потребителей величина индекса цветопередачи подразделяется на шесть уровней.

Самым высоким считается уровень А1. Осветительные приборы этого уровня применяются в тех местах, где требуется высокая точность передачи цвета, например, в музеях, торговых точках по продаже тканей, штор, одежды и так далее.

Уровень цветопередачи 1В включает в себя люминесцентные лампы, предназначенные для установки в зданиях, где необходимо создание рабочей обстановки и концентрации внимания. К таким объектам относятся учебные заведения, администрации, промышленные предприятия.

Лампы уровня 2А имеют хорошие характеристики цветопередачи.

Лампы уровня 3 применяются в тех случаях, когда точность восприятия цвета не играет большой роли.

Известно, что две лампы разного типа, даже с одной и той же цветовой температурой, например люминесцентная лампа и лампа накаливания, зачастую по-разному передают цвета освещаемых ими объектов. Люминесцентная лампа, по сравнению с лампой накаливания, имеет меньше энергии в красной области спектра, поэтому красный цвет выглядит ярче при освещении тела лампой накаливания, чем при освещении того же самого тела люминесцентной лампой той же цветовой температуры. Так, цветопередающие свойства различных ламп напрямую зависят от характера спектра их излучения.

Параметр, характеризующий степень соответствия естественного цвета объекта видимому цвету этого объекта при освещении его данным источником света, называется индексом цветопередачи Rа, или коэффициентом цветопередачи, по-английски colour rendering index, или сокращенно CRI.

Эта величина является относительной, и Rа эталонного источника света принят равным 100. При этом комфортным для человеческого глаза является диапазон индексов цветопередачи от 80 до 100, например обычная лампа накаливания мощностью 60 Вт имеет индекс цветопередачи Rа равный 80, при цветовой температуре 2680К.

В исследованиях в качестве ориентира используют дневной свет, с которым и сравнивают свет электрических ламп. В 1948 году Питер Баум, в работе «Физические аспекты цвета: введение в научное исследование цветовых стимулов и цветовых ощущений», написал: «дневной свет содержит большое разнообразие цветов, что позволяет легко различать незначительные оттенки, и цвета окружающих нас объектов, очевидно, выглядят естественно».

В середине 20 века ученые стали делать попытки оценить способность искусственных источников света точно воспроизводить естественные цвета, и приблизительно в 1960-х или 1970-х годах термин «коэффициент цветопередачи» начал применяться. CRI использовали для сравнения источников света непрерывного спектра, с индексом цветопередачи выше 90. Технически же сравнивать индекс цветопередачи можно только у источников света, которые имеют одинаковую цветовую температуру.

Чтобы получить значение индекса цветопередачи для конкретной электрической лампы, определяют сдвиг цвета при освещении 8 стандартных эталонных цветов (DIN 6169) исследуемой лампой. Расчет производится по методике Международной комиссии по освещению (CIE), которая дает численное значение отклонения цвета от эталонов.

Чем отклонение меньше, тем лучше параметры цветопередачи тестируемой лампы, и, соответственно, выше индекс ее цветопередачи. По итогам измерений, средние значения отклонений вычитаются из 100, и получается точное числовое значение индекса цветопередачи. Так, при малых отклонениях Ra будет ближе к 100, а при больших - значительно меньше. Если отклонений нет, то источнику присваивается значение Rа равное 100.

Для сравнения цветовых температур диапазона от 2000К до 5000К, в качестве эталонного источника служит «излучатель черного тела», а для более высоких цветовых температур - дневной свет. Важно помнить, тем не менее, что ни лампы накаливания, ни небо северного полушария не обладают идеальной цветопередачей, однако их индекс цветопередачи принят равным 100. Между тем, лампы накаливания слабы при освещении синих оттенков, а небо (7500К) - при освещении красных тонов.

Практически индекс цветопередачи от 90 до 100 считается безупречным, и область применения таких источников включает в себя и те сферы, где важна очень точная оценка цвета. Ra от 80 до 90 считаются хорошими показателями, и если в той или иной ситуации точная оценка цвета не важна, но требуется качественная цветопередача, такие источники света подойдут.

Если цветопередача не важна, то допустимы источники света с удовлетворительными и плохими показателями, то есть с Ra меньше 80. Вообще, различия в этих величинах менее чем на 5 единиц мало заметны, и на глаз отличить 80 и 84 отнюдь непросто.

Средние значения коэффициентов цветопередачи ламп различных типов известны. Свет ламп накаливания, равно как и свет , близок к солнечному, и значение Ra для них приближается к 100. Индекс цветопередачи металлогалогенных газоразрядных ламп высокого давления также достигает 90 и выше. Люминесцентные лампы многих производителей имеют достаточно высокие показатели Ra от 80 до 90, но некоторые бюджетные модели могут иметь и Ra меньше 75, в любом случае, следует обращать внимание на характеристики, указанные на упаковке.

Также как и люминесцентные, в зависимости от качества могут розниться по индексу цветопередачи, однако лучшие экземпляры показывают значение Ra 80 и выше. Наиболее низким индексом цветопередачи отличаются ртутные и натриевые газоразрядные лампы, здесь Ra меньше 40.

Относительно конкретно светодиодов проводились исследования, в которых рассматривались как красно-зелено-синие светодиоды, так и покрытые фосфором белые светодиоды.

Была проведена оценка, из которой последовало, что имели коэффициенты цветопередачи в районе 20, но при передаче цветов показали себя хорошо, поскольку видимая насыщенность конкретных цветов повышалась без смещения цветопередачи оттенков. При этом белый свет, полученный смешиванием света красных, зеленых и синих светодиодов оказывается предпочтительнее, чем свет галогенных ламп и ламп накаливания, несмотря на высокие индексы цветопередачи последних.

По результатам исследований, Международная комиссия по освещению заключила: «индекс цветопередачи, разработанный комиссией, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета».

Таким образом, коэффициент цветопередачи Ra может служить одним из информационных параметров, используемых для оценки и светодиодных систем освещения, однако, для получения максимально приемлемых результатов, необходимы предварительные тесты и индивидуальные оценки изделия прямо на месте предполагаемой эксплуатации.

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:

Прежде чем разобраться, что такое индекс цветопередачи, стоит упомянуть о спектральном составе света и способности его отражения и поглощения окружающими нас предметами.

Спектральный состав – это набор частот, которые характеризуют то или иное излучение.

Говоря простыми словами, данная характеристика отражает наличие или отсутствие определенных цветовых оттенков в свете. Все окружающие человека предметы обладают свойством поглощения и отражения этих световых оттенков. Например, предмет зеленого цвета отражает зеленую часть спектра падающего света, остальная часть спектра им поглощается. Чем качественнее свет освещает предметы, тем лучше человеческий глаз различает их цвета.

Colour rendering index (CRI)

На сегодняшний момент самой используемой методикой оценки качества источников света является индекс цветопередачи (англ. colour rendering index). Данный коэффициент имеет безразмерную величину и в международной системе измерения (СИ) обозначается как CRI или Ra. Диапазон значений CRI лежит в интервале от 0 до 100. Индекс цветопередачи показывает, насколько естественный цвет имеют предметы при освещении. Эталоном принято считать солнечный свет, CRI которого равен 100. До 1974 года Международной Комиссией по Освещению (МКО) данная методика подразумевала сравнение 8 эталонных цветов с цветами, полученными от тестируемого источника света. В 1974 году к 8 эталонным ненасыщенным цветам добавилось еще 6 дополнительных, но уже насыщенных цветов.
Методика измерения CRI заключается в расчете цветовых сдвигов 14 образцов относительно освещения солнечного света или излучения раскаленного абсолютно черного тела.

Процесс измерения происходит следующим способом:

• исследуемый источник света направляется на шаблонный образец;
• при помощи специальных приборов измеряется цвет образца;
• образец освещается эталонным светом;
• замеряется цвет образца под эталонным светом;
• рассчитывается разница под различными источниками света.

Вышеописанный алгоритм повторяется со всеми шаблонными образцами, после чего вычисляется среднее арифметическое значение CRI.

Недостатки индекса цветопередачи и пути их решения

Определение индекса цветопередачи является полноценным только в случае с лампами непрерывного спектра, коэффициент CRI которых выше 90. При значениях ниже 90 единиц можно получить несколько источников, которые будут иметь одинаковый коэффициент, но по-разному освещать предметы и отличаться цветовой температурой. Пока международным организациям по стандартизации не удаётся избавиться от данного недостатка, производители ламп продолжают указывать на своей продукции значение в CRI.

Сегодня вектор развития искусственного освещения опирается на белые светодиоды, у которых цветопередача шаблона R 9 не очень высока. Причина этого заключается в небольшом количестве красного цвета в спектре. Однако визуально цветопередача белых светодиодов находится на более высоком уровне, нежели указывает расчетное значение CRI.
В 2007 году МКО официально констатировала недостаточность использования индекса CRI для определения качества передачи цвета светильников на основе белых светодиодов. Также учёные заявили о необходимости введения новой методики, которая позволит более точно оценить светодиодное излучение.

В 2010 году появилась новая методика - CQS (аббр. от англ. color quality scale), основанная на 15 только насыщенных цветовых шаблонах. В первую очередь стоит отметить, что расчет цветовых сдвигов по методике CQS производится совершенно иным способом, нежели в методики CRI. Поэтому высокий цветовой сдвиг по одному из шаблонов не позволяет цветовому индексу оставаться высоким.

Красный цвет в шкале CQS не такой насыщенный, как в шкале CRI. Это позволяет параметру цветопередачи, при тестировании продукции на основе светодиодов, численно примерно соответствовать световым ощущениям человека.

Методика CQS, так же как и CRI, имеет один существенный недостаток – отсутствие корректировки параметра в зависимости от тона и насыщенности, что позволяло бы учитывать особенности человеческого зрения видеть белый цвет из смеси свечения от цветных светодиодов.

Недостаток методики CQS привело к появлению в середине 2015 года стандарта ТМ-30-15, который учитывает понятия точности и насыщенности. Для более высокой точности измерения в новом стандарте оценка качества света ведется не по 15, а по 99 шаблонам, включающим в себя не только цветовые образцы, но и различные объекты из жизни.

Индекс цветопередачи в светодиодных лампах

Сегодня стандарт ТМ-30-15 не является обязательным, поэтому производители осветительной продукции на основе светодиодов продолжают оперировать понятием CRI. Стоит подчеркнуть, что методика измерения CRI не способно дать качественную оценку свету. Однако в подавляющем большинстве случаев потребителю приходится опираться лишь на этот коэффициент. Индекс цветопередачи светодиодных ламп может находиться в достаточно широком диапазоне значений CRI, поэтому уделять внимание этому параметру однозначно нужно. Специалисты, работающие в области освещения, рекомендуют выбирать для жилых помещений светодиодные лампочки с коэффициентом CRI близким к 90. В этом случае предметы интерьера будут выглядеть наиболее естественно.

Светодиодные лампы с CRI меньше 70 пригодны только для производственного и уличного освещения, где точность передачи оттенков не является первостепенной.

Из всего вышеописанного следует вывод, что коэффициент цветопередачи в светодиодных лампах, несмотря на присущие методике недостатки, имеет такое же значение, как и другие технические характеристики (мощность, цветовая температура и пр.). Особенно важно это понимать при выборе освещения детской комнаты. Перед детьми постоянно появляются новые яркие предметы, окрас которых принимается за норму и на всю жизнь откладывается в памяти. Низкокачественные светодиодные лампы способствуют формированию неправильного восприятия цветов, окружающих их предметов. Поэтому для освещения детских комнат рекомендуется использовать лампы и светильники прошедшие проверку по стандарту ТМ-30-15.

Читайте так же

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.