Тот факт, что индекс цветопередачи является одной из важнейших характеристик источника света, знают уже не только специалисты, но и обычные пользователи. Благодаря просветительской деятельности прессы и телевидения, широкие народные массы узнали, что в помещениях, где постоянно проживают или работают люди, осветительные приборы должны иметь индекс цветопередачи не менее 80. А если данный показатель превосходит 90, то речь идет об очень комфортном освещении. Тем не менее, в реальности нередко наблюдается расхождение между значением индекса цветопередачи и субъективным восприятием уровня визуального комфорта. И дело не только в том, что некоторые нечестные на руку производители светотехнического оборудования манипулируют техническими данными. Существующая система оценки цветопередачи давно не соответствует нынешнему разнообразию источников света. Поэтому в 2015 году был создан новый стандарт измерения цветопередачи.
Качественный источник света должен, помимо прочего, обеспечивать столь же точное определение цветов, как и при естественном освещении (или близком к нему искусственно созданном эталоне). В действительности же наблюдаются искажения цветов освещаемых объектов. Влияние спектрального состава источника света на зрительное восприятие цветных объектов в сравнение с восприятием тех же объектов, освещенных эталонным источником света, называется цветопередачей. Для того, чтобы можно было сравнивать источники света между собой и выбирать из них лучшие, нужно представить понятие «цветопередача» в виде одного или нескольких числовых значений.
Цветопередача определяется не только и не столько цветовой температурой освещения. На протяжении всего дня цветовая температура естественного освещения меняется в пределах от 2000 К до 7000 К, тем не менее, глаза человека правильно распознают большинство цветовых оттенков благодаря способности зрения адаптироваться к изменению цветовой температуры. Близкий к этому механизм адаптации зрения наблюдается и для источников, принцип действия которых основан на излучении света нагретым телом, т.е. ламп накаливания и галогенных ламп.
Для разрядных источников света (натриевые, металлогалогенные и люминесцентные лампы), а также для светодиодов спектр излучения отличается от спектра нагретого абсолютно черного тела. Поэтому для них применима только корел-лированная цветовая температура, показывающая значение температуры абсолютно черного тела, при котором спектр его излучения максимально близок к спектру данного источника света. И здесь обнаруживается, что два источника света с одинаковой цветовой температурой имеют, тем не менее, разную цветопередачу. По мере широкого внедрения разрядных источников света возникла необходимость в параметре, описывающем цветопередачу отдельно от цветовой температуры.
В 1965 году Международная комиссия по освещению (МКО) предложила использовать для оценки цветопередачи показатель CRI от Color Rendering Index (в некоторых публикациях эта аббревиатура также расшифровывается как Color Reproduction Index). В переводе на русский язык это означает «индекс цветопередачи». Значение CRI не может превышать 100. Это связано с тем, что на этапе экспериментальной проработки стандарта индекс цветопередачи определяли путем опроса нескольких людей, которым показывали цветные карточки под разным освещением и вычисляли процент «попаданий» в нужный цвет.
CRI измеряется по шкале Ra, в которую входят 14 цветов: 8 основных и 6 дополнительных. Образцы заданных цветов освещаются эталонным источником D65 и измеряемым источником света.
Сдвиг цвета относительно эталонного источника определяется измерительным прибором и на основании полученных данных вычисляется CRI. Для ламп накаливания и галогенных ламп всегда принимается CRI = 100 Ra. Хотя, как известно, цвета предметов под светом лампы накаливания обычно более тусклые, чем при освещении их, скажем, хорошей металлогалогенной лампой,у которой CRI заведомо меньше 100 Ra.
Тем не менее, ничего лучшего, чем шкала Ra, не удалось придумать на протяжении многих лет. Пытались создать более продвинутую шкалу R96a, но она на практике по ряду причин не прижилась.
Реальной альтернативой CRI на протяжении многих лет был разве что Color Quality Scale (CQS, шкала качества цветопередачи) — показатель, предложенный Национальным институтом стандартов и технологий США. Для его измерения используются более совершенные методики, но принцип остается тем же — использовать только один показатель, характеризующий цветопередачу.
На момент написания статьи для измерения CRI во всем мире использовалась методика 1995 г., закрепленная в международном стандарте МКО 13.3-1995. Применение данного стандарта для светодиодов разъяснено в рекомендации МКО CIE 177:2007. В России измерение индекса цветопередачи определяется ГОСТ Р 8.827-2013 ГСИ «Метод измерения и определения индекса цветопередачи источников излучения», базирующееся на указанных выше документах МКО.
Следует отметить, что современные методы анализа спектра и компьютерной обработки данных позволили полностью автоматизировать процесс измерения CRI, исключив из него применение пластин заданного цвета. Просто определяется зависимость спектральной плотности излучения источника света от длины волны и по ней с использованием специального алгоритма напрямую вычисляется CRI. Созданы портативные устройства, которые показывают CRI почти сразу после того, как их оптический сенсор навели на светильник. Мало того, методика прямого вычисления CRI по спектру пробирается и в стационарные лаборатории, осуществляющие измерения параметров светотехнического оборудования. Несмотря на то, что такой метод не описан в ГОСТ Р 8.827-2013 ГСИ, на практике его, тем не менее, используют, так как точность оказывается вполне приемлемой.
Зачем нужен еще один показатель?
Довольно часто встречаются ситуации, когда две разные лампы имеют одинаковую кореллиро-ванную цветовую температуру и одинаковый CRI, но при этом их спектр субъективно оценивается пользователями по-разному. В некоторых случаях свечение лампы с более низким CRI оценивается как более комфортное по сравнению с другим источником, CRI которого выше, хотя теоретически все должно быть наоборот.
Причина таких странных, на первый взгляд, явлений заключается в том, что CRI показывает точность различения цветов. Еще раз отметим, что методика определения CRI выросла из статистической обработки опытов с людьми, а уже потом были созданы эмпирические формулы. Соответственно, в основе лежит способность человека однозначно отличить один характерный цвет от другого. Отличить же «выцветшие» оттенки от нейтральных и «насыщенных» бывает довольно сложно, нужно иметь некий образец для сравнения. Но зато мы способны ощутить «блеклость» или «насыщенность» многоцветного изображения. Например, мы безошибочно определяем, что «картина написана пастелью» или «фотография выцвела», а также говорим о «ярких красках на рекламных постерах».
Особенности спектра освещения могут сделать цвета объекта более «приглушенными» или, наоборот, более яркими. Но CRI при этом будет одним и тем же. Вот уже CRI у отдельных моделей светодиодных СОВ-матриц достиг значения 99, а... «счастья все еще нет». Некоторые производители просто ставят своей целью добиться максимального CRI, особым образом подбирая спектр излучения, что для светодиодов сделать несложно (например, выбирая определенное сочетание бинов). Но предельно высокое значение CRI, как оказалось, еще не гарантирует визуального комфорта.
Проблему можно решить, добавив, помимо численного показателя точности передачи оттенков, еще и показатель, указывающий насыщенность цветов. Следует отметить, что для разных применений нужна разная насыщенность. Скажем, если мы освещаем товары на витрине магазина, то насыщенность должна быть как можно больше. В офисе, а также на высокоточных производствах уместна средняя насыщенность, чтобы не утомлялось зрение. Слишком низкая насыщенность цветов в большинстве случаев плохо характеризует источник света, но, наверное, можно найти какие-то применения, где она станет преимуществом.
Принцип использования двух параметров для определения цветопередачи положен в основу нового стандарта, о котором далее пойдет речь.
Измерения по-новому
Первые попытки создания принципиально нового способа оценки цветопередачи предпринимались МКО еще в 1991-99 гг., но проект был закрыт из-за разногласий внутри организации. К рассмотрению вопроса вернулись в 2006 г., но снова разногласия не позволили выработать какое-либо решение. Наконец, в 2012 г. создана рабочая группа по новым методам оценки цветопередачи, но, по состоянию на 2015 г., стандарты пока не выработаны. О причинах разногласий в МКО можно только гадать. Тем не менее, последующие события наглядно показали,что, казалось бы, частный вопрос о методике измерения цветопередачи стал ареной борьбы влиятельных светотехнических компаний.
В 2013 г. свою рабочую группу по разработке нового стандарта создало Североамериканское светотехническое общество (Illuminating Engineering Society of North America — IES). Эта организация, базирующаяся в США, имеет важное международное значение. В частности, именно ей был создан формат файлов IES, в котором записываются фотометрические данные осветительных приборов.
Стандарт был довольно быстро разработан и принят в августе 2015 г. под названием IES ТМ-30-15. В комитет по его принятию вошли представители таких компаний как Cree, Philips и Soraa.
Согласно IES ТМ-30-15 цветопередача описывается двумя показателями: точность (fidelity) — Rf и насыщенность (gamut) — Rg. Оценка ведется по 99 цветовым оттенкам. Причем для измерений используются не только пластинки, окрашенные в определенные цвета, но и встречающиеся в повседневной жизни объекты.
В остальном все так же — объекты разных цветов освещают эталонным источником света, а потом измеряемым источником, определяют цветовой сдвиг, а затем обрабатывают данные. О системах, позволяющих определять Rf и Rgнапрямую на основе анализа спектра излучения источника света, пока не сообщается.
Показатель Rfимеет тот же смысл, что и CRI, но более достоверно определяет точность цветопередачи из-за использования большего количества оттенков. Значение Rf может лежать строго в пределах от 0 до 100, наивысшей точности соответствует значение 100. Первые измерения по новому стандарту показали, что численные значения CRI и Rf в большинстве случаев различаются не более чем на 10 пунктов, при этом, за редким исключением, значение CRI больше, чем значение Rf.
Обычной насыщенности цветов соответствует значение Rg = 100. Если цвета освещаемого объекта становятся более блеклыми по сравнению с эталонным источником, то Rg < 100. Если же насыщенность повышается, то, соответственно, Rg > 100. У серийно выпускаемых источников света для широкого применения значение Rg лежит в пределах от 60 до 140.
Продвижение стандарта
По состоянию на май 2016 г. стандарт IES ТМ-30-15 не является обязательным к исполнению ни в одной стране мира. Тем не менее, производители могут при желании измерять цветопередачу своей продукции и по данной методике в дополнение к измерениям, предусмотренным стандартами, обязательность которых установлена законодательством.
В то же время, некоторые производители светотехнической продукции из западных стран увидели в новом стандарте возможность отстроиться от китайских конкурентов. Среди таких компаний можно отметить, в частности, Lumino (Великобритания) и Xicato (США). Западные производители вкладывают огромные деньги в разработку светильников, позволяющих увидеть товар на витрине в более привлекательном виде. Но менеджеры, принимающие решение о закупке подобного оборудования, ориентируются на формальные критерии, например, CRI, который такой же, как и у конкурентов из Китая. По той же причине поддержку IES ТМ-30-15 оказало и Министерство энергетики США — в этой стране сейчас предпринимается целый комплекс мер, чтобы вернуть производства, некогда выведенные в Китай.
Но, увы, разработка нового стандарта оказалась не в силах сдержать китайскую экспансию на светодиодном рынке. Китайская компания Yuji уже в начале 2016 г. начала испытывать свою продукцию на соответствие IES ТМ-30-15 и получать неплохие результаты. Но, может быть, стандарт сделает более выгодным развитие новых технологий, так как их преимущества станут более понятными для потребителей?
Большой вклад в продвижение стандарта IES ТМ-30-15 вносит компания Soraa, одним из учредителей которой стал американский ученый японского происхождения Сюдзи Накамура, удостоенный Нобелевской премии за создание мощных светодиодов синего свечения. Используя технологию GaN on GaN, компания Soraa наладила выпуск светодиодов белого свечения, у которых кристалл излучает свете длиной волны 400 нм (против 450 нм у обычных светодиодов), а для создания белого света используется трехполосный люминофор. CRI не отображает выигрыш от использования данной технологии, хотя субъективно он значителен, особенно для торгового освещения. Soraa надеется, что IES ТМ-30-15 как более достоверный метод, позволит потребителям увидеть в виде конкретных данных преимущества ее фирменной технологии.
Использование IES ТМ-30-15 производителями на добровольной основе позволит уже сейчас покупателям делать более осознанный выбор.
Ни один из российских производителей источников света или осветительных приборов об измерении цветопередачи своей продукции на основе IES ТМ-30-15 пока не объявил.
Будущее IES ТМ-30-15
Ценность стандарта IES ТМ-30-15 заключается в том, что после многих лет ожидания наконец-то «лед тронулся» и была создана реально работающая технология оценки цветопередачи, учитывающая современные реалии. Не смотря на участие в выработке стандарта представителей Сгее и Philips, эти компании пока не торопятся его использовать. Сгее заняла выжидательную позицию, а светотехническое подразделение Philips сейчас находится в состоянии реорганизации и ему сейчас просто не до этого. По сути, основным ресурсом для IES ТМ-30-15 сейчас является авторитет нобелевского лауреата Сюдзи Накамуры. Не ясна и позиция МКО, которая продолжает работать над своим стандартом.
Вряд ли IES ТМ-30-15 в ближайшие годы будет обязательным для всего мира, каким является сейчас МКО 13.3-1995. Тем не менее, он вполне может стать основой будущего глобального стандарта измерения цветопередачи. Использование же IES ТМ-30-15 производителями на добровольной основе позволит уже сейчас покупателям делать более осознанный выбор.
