что такое cri у светодиода
Все об индексе цветопередачи CRI и новых стандартах качества света
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:
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 R9 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.
Индекс красного и CRI: почему свет «зеленит» или делает интерьер серым
При организации освещения мы стремимся чтобы оттенки цветов в помещении выглядели также, как при естественном солнечном свете: натурально, ярко и достоверно. Особенно цветопередача важна на коммерческих объектах, ведь никто не захочет покупать, например, гнилые на вид овощи или вещи с оттенком серо-зеленого, даже если на самом деле с ними все нормально. И это относится не только к торговому освещению. Например, врядли клиентам захочется ходить в ресторан, где искажаются до неприятного не только цвет блюд, но и кожи собеседника. Любой даже самый классный проект может быть испорчен некачественным освещением и наоборот. Цветопередача может сыграть решающую роль.
МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ
В индустрии на данный момент существует 3 стандарта оценки качества цветопередачи искусственных источников света. В основе всего лежит спектральный состав. Любой свет содержит в своем составе много оттенков цветов, а окружающие предметы либо поглощают, либо отражают их. Тот цвет, который предмет отражает, и является его истинным цветом (все остальные оттенки поглощаются и не воспринимаются человеческим глазом). Например, мы воспринимаем лимон желтым, потому что он отражает желтый цвет. Поскольку солнечный свет имеет в своем составе все оттенки, во всех методиках расчета его принято считать за эталон – 100.
Процесс измерения идет следующим образом: на эталонные цветные пластинки светят прибором, излучающим эталонный «солнечный» свет, а затем испытуемым светильником. Специальным прибором замеряется цвет, который принял шаблон в двух случаях, а затем вычисляют разницу в цветах, так называемый цветовой сдвиг.
Индекс CRI выводится на основе среднего арифметического значения 8 обязательных показателей по R1-R8. Это является большим недостатком методы, т.к. результат получается «общий по больнице»: финальный CRI, который указывается на маркировке продукции, не отражает отклонений по конкретным цветам. Таким образом, возникают нестыковки: два светильника с одинаковым общим показателем CRI могут светить совершенно по-разному ( в зависимости от того, в какой области идет сдвиг, один, к примеру, будет светить зеленым, а другой – фиолетовым).
Стандарт TM-30-15 – это самый современный на данный момент метод оценки качества искусственных источников света, однако не является обязательным. Проводится на основе 99 шаблонов, причем в качестве образцов света выступают не только искусственные пластинки, но и реальные объекты из жизни. Наличие этих данных значительно облегчает задачу правильного выбора.
CRI И ИНДЕКС КРАСНОГО У СВЕТОДИОДОВ
Известно, что белые светодиоды очень плохо воспроизводят красную составляющую (R9), которая часто не учитывается при подсчете индекса CRI. Это довольно странно, потому что глаз человека улавливает даже малейшее искажение этого оттенка. Особенно сильно это заметно на коже. При плохом освещении она выглядит бледной с сине-серо-зеленоватым оттенком, а мельчайшие изъяны становятся явными.
Проблема в том, что базовое обязательное измерение показателя CRI включает измерение только 8 цветов (R1-R8), не учитывая индекс красного. Таким образом, часто возникают ситуации, когда два светильника имеют одинаковый CRI в пределах от 80, но по факту освещают объекты совершенно по-разному.
Если у светильника низкий индекс красного, то освещаемые объекты будут бледными и непривлекательными. Свет может «зеленить». Снижение контрастности ведет к потере резкости для глаза. В результате это приводит к перенапряжению мышц глаза, раздражительности и снижению продуктивности. Хорошими значениями считаются коэффициенты цветопередачи от 90% и выше.
ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ О CRI
— Делайте выбор в пользу качественного освещения еще на этапе проектирования, чтобы не пришлось платить дважды. Мы помогаем клиентам найти решение, соответствующее задачам бизнеса, особенностям помещения и вкусу. Мы поставляем только высококачественное оборудование, отвечающие европейским стандартам.
Индекс цветопередачи CRI
Индекс цветопередачи CRI – это часто неправильно понимаемый показатель качества цвета. Тем не менее, для любого применения, где важен внешний вид цвета, важно учитывать CRI.
Мы разработали следующее руководство, чтобы помочь вам понять, что это такое и как оно может помочь вам улучшить качество освещения.
Проще говоря, Индекс цветопередачи CRI измеряет способность источника света точно воспроизводить цвета объекта, который он освещает. Это, казалось бы, простое определение, но нет, поэтому мы поможем разбить его на три части.
Часть 1. Индекс цветопередачи CRI – это оценка с максимальным значением 100.
Что означает измерение способность чего-то? Как и результаты тестов, CRI измеряется по шкале, где более высокое число представляет более высокую способность, а 100 – самое высокое. CRI – это удобная метрика, потому что она представлена в виде единого количественного числа. Значения CRI, которые равны 90 и выше, считаются отличными, в то время как оценки ниже 80, как правило, считаются плохими (Подробнее об этом ниже).
Часть 2. Индекс цветопередачи CRI используется для измерения искусственных источников белого света.
Источники света могут быть сгруппированы в источники искусственного или естественного света. В большинстве ситуаций нас беспокоит качество цвета искусственных форм освещения, таких как светодиодные и люминесцентные лампы. Это по сравнению с дневным светом или солнечным светом – естественным источником света.
Часть 3: Индекс цветопередачи (CRI) измеряет и сравнивает отраженный цвет объекта при искусственном освещении.
Во-первых, быстрое обновление того, как работает цвет. Естественный свет, такой как солнечный свет, представляет собой сочетание всех цветов видимого спектра. Цвет самого солнечного света белый, но цвет объекта под солнцем определяется цветами, которые он отражает.
Например, красное яблоко выглядит красным, потому что оно поглощает все цвета спектра, кроме красного, которое оно отражает. Когда мы используем искусственный источник света, такой как светодиодная лампа, мы пытаемся «воспроизвести» цвета естественного дневного света, чтобы объекты выглядели так же, как при естественном дневном свете.
Иногда воспроизводимый цвет будет выглядеть очень похожим, а иногда – совсем другим. Именно это сходство измеряет CRI.
Как вы можете видеть в нашем примере выше, наш искусственный источник света (светодиодная лампа с 5000K CCT) не воспроизводит такое же покраснение в красном яблоке, как естественный дневной свет (также 5000K CCT). Но обратите внимание, что светодиодная лампа и естественный дневной свет имеют одинаковый цвет 5000К. Это означает, что цвет света одинаков, но объекты по-прежнему выглядят по-разному. Как это могло произойти?
Если вы посмотрите на наш рисунок выше, вы увидите, что наша светодиодная лампа имеет другой спектральный состав по сравнению с естественным дневным светом, хотя она имеет тот же 5000K белый цвет.
В частности, нашей светодиодной лампе не хватает красного цвета. Когда этот свет отражается от красного яблока, красный свет не отражается. В результате красное яблоко больше не имеет того же яркого красного вида, которое оно имело при естественном дневном свете.
Индекс цветопередачи CRI пытается охарактеризовать это явление путем измерения общей точности различных цветов объектов при освещении под источником света.
CRI невидим, пока вы не осветите его на объекте.
Как мы упоминали выше, один и тот же цвет света может иметь различный спектральный состав. Поэтому вы не можете судить о CRI источника света, просто взглянув на цвет света. Это станет очевидным только тогда, когда вы направите свет на различные объекты разного цвета.
Как измеряется Индекс цветопередачи CRI?
Метод расчета CRI очень похож на пример визуальной оценки, приведенный выше, но выполняется с помощью алгоритмических вычислений после измерения спектра рассматриваемого источника света. Сначала необходимо определить цветовую температуру для рассматриваемого источника света. Это можно рассчитать по спектральным измерениям.
Цветовая температура источника света должна быть определена таким образом, чтобы мы могли выбрать подходящий спектр дневного света для использования для сравнения.
Затем рассматриваемый источник света будет фактически освещен серией виртуальных образцов цвета, называемых пробными образцами цветов (TCS), с измеренным отраженным цветом.
Всего имеется 15 образцов цвета:
Мы также подготовим серию виртуальных измерений отраженного цвета для естественного дневного света той же цветовой температуры. Наконец, мы сравниваем отраженные цвета и формально определяем оценку «R» для каждого образца цвета.
Значение R для определенного цвета указывает на способность источника света точно воспроизводить этот конкретный цвет. Поэтому, чтобы охарактеризовать общую способность цветопередачи источника света к различным цветам, формула CRI принимает среднее значение R. Какие и сколько значений R усредняются, будет зависеть от того, какое определение CRI вы используете – общий CRI (Ra) или расширенный CRI.
Как насчет цветовой температуры без дневного света?
Каковы общие значения CRI и что является приемлемым?
Для большинства внутренних и коммерческих применений освещения 80 CRI (Ra) является общей базой для приемлемой цветопередачи. Для приложений, где цветовой вид важен для работы, выполняемой внутри, или может способствовать улучшению эстетики, 90 CRI (Ra) и выше могут быть хорошей отправной точкой. Огни в этом диапазоне CRI обычно считаются огнями с высоким CRI. Типы приложений, в которых 90 CRI (Ra) могут потребоваться по профессиональным причинам, включают больницы, текстильные фабрики, типографии или цеха покраски. Области, где улучшенная эстетика могла бы быть важными, включают отели высокого класса и розничные магазины, места жительства и студии фотографии. При сравнении продуктов освещения со значениями CRI выше 90, может быть очень полезно сравнить отдельные значения R, которые составляют показатель CRI, в частности, CRI R9.
CRI R9 является одним из тестовых образцов цвета (TCS), используемых при расчете расширенного CRI. Однако многие производители сообщают только об общем CRI, который не включает в себя показатель CRI R9. (Смотрите здесь для расширенного CRI против общего CRI ). Поэтому CRI R9 часто является полезным дополнительным показателем для оценки способности цветопередачи источника света, особенно в том, что касается объектов, спектры отражения которых содержат красные волны.
Подробное рассмотрение того, как рассчитывается R9, вместе с соответствующим образцом тестового цвета (TCS9) – это общая рекомендация для всех, кому необходимо знать о качестве цвета источника света.
Что такое индекс цветопередачи CRI R9?
Почему CRI R9 важен?
Что такое хорошее значение CRI R9?
Почему красный такой важный цвет?
В чем разница между CRI и Ra?
Сравнивая продукты освещения, вы, несомненно, встретите показатели CRI и Ra для описания качества цвета. Вы можете предположить, что нет никакой разницы между CRI и Ra, но читайте дальше, чтобы узнать, как это может быть ошибкой!
Индекс цветопередачи CRI определен.
CRI является аббревиатурой от индекса цветопередачи и является наиболее широко принятым в мире показателем, описывающим способность источника света точно воспроизводить цвет.
Общая концепция предполагает использование набора из 15 предопределенных цветов, называемых образцами тестовых цветов (TCS), и определение того, насколько точным источником света будет выглядеть каждый из этих цветов.
Ниже приведены 15 образцов цветовых тестов:
Общий Индекс цветопередачи CRI.
Общий CRI рассчитывается как среднее значение от R1 до R8. Формально это часто упоминается как Ra, где a является сокращением для «среднего».Обратите внимание, что используются только R1-R8, а R9-R15 НЕ используются при расчете Ra.
Расширенный CRI.
Расширенный CRI рассчитывается как среднее значение от R1 до R14. Иногда используется символ «Re», где буква «e» обозначает «расширенный». Примечательно, что расширенный CRI отражает влияние насыщенных цветов, таких как глубокий красный (R9) и ярко-синий (R12), чего нет в общем CRI. Это одна из критических замечаний общего CRI, и поэтому всегда полезно взглянуть на расширенный CRI и конкретные значения R при работе над проектом, где качество цвета имеет значение.
Что такое Ra?
Технически, Ra – это просто символ в формулах для общих вычислений CRI, но он стал широко использоваться в качестве синонима для общего CRI. Другими словами, Ra также является средним значением от R1 до R8.
Утрачено при переводе?
Почему высокий CRI всегда менее эффективен.
Чтобы понять Индекс цветопередачи CRI и люмены, посмотрите на спектр.
Спектр естественного дневного света (вверху)
Кривая яркости достигает пика между 545-555 нм, диапазоном длин волн светло-зеленого цвета, и довольно быстро спадает при увеличении и уменьшении длины волны. Очень важно, что значения яркости очень низкие – 650 нм, которые представляют собой длины волн красного цвета. Это говорит нам о том, что длины волн красного цвета, а также длины волн темно-синего и фиолетового цветов очень неэффективны при ярком освещении. Или, наоборот, зеленые и желтые волны наиболее эффективны для яркого освещения. Интуитивно понятно, что это может объяснить, почему защитные жилеты и подсвечники высокого обзора чаще всего используют желтый / зеленый цвета для достижения их относительной яркости.
Именно по этой причине в стремлении к повышению энергоэффективности качество цвета и CRI почти всегда отводятся в приоритет. Справедливости ради следует отметить, что в некоторых приложениях, таких как наружное освещение, может быть более высокая потребность в эффективности, чем в цвете. Тем не менее, понимание и оценка задействованной физики могут быть очень полезны при принятии обоснованного решения в осветительных установках.
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.