Введение

Коррелированная цветовая температура (КЦТ) — ключевой параметр для светодиодных светильников, и правильный выбор имеет важное значение как для дизайна внутреннего, так и наружного освещения. Находясь в помещении, мы часто интуитивно ощущаем его: в одних комнатах мы чувствуем себя расслабленно и комфортно, как только переступаем порог, в то время как другие могут вызывать необъяснимое чувство угнетения или раздражения. На открытом воздухе окружающая среда может быстро стать тусклой, если свет уличных фонарей на спортивных площадках или торговых улицах имеет желтоватый оттенок, а если парковые и садовые светильники (ZGSM садовые светильники — светильники на столбах) белые или голубоватые, это может нарушить нормальные циркадные ритмы растений и животных. Эти различия в восприятии в основном зависят от цветовой температуры света. Коррелированная цветовая температура — это метрика (измеряемая в кельвинах, или К), имеющая фундаментальное значение в светотехнической отрасли, но существует множество заблуждений. Цветовая температура является не только важным фактором, определяющим теплый или холодный характер света, но и важным элементом в создании пространственной атмосферы и соответствии функциональным потребностям помещения. В данной статье будет объяснено практическое значение значений Кельвина в освещении на основе принципа излучения черного тела. Будут разъяснены логические взаимосвязи между коррелированная цветовая температура и люменами, индексом цветопередачи (CRI) и световой эффективностью. Кроме того, будет проанализировано влияние диапазонов цветовой температуры от 3000K до 6000K на психологическое восприятие человека, эффективность работы и зрительный комфорт в различных условиях.

Что такое цветовая температура и CCT(коррелированная цветовая температура) в светодиодном освещении?

Для понимания коррелированная цветовая температура необходимо прежде всего разобраться в базовых понятиях «абсолютно черное тело» и «излучение абсолютно черного тела». Абсолютно черное тело — это идеализированный объект, который полностью поглощает все падающее на него электромагнитное излучение, не пропуская и не отражая свет; при низких температурах оно не отражает свет и выглядит абсолютно черным, откуда и произошло его название. В 1860 году Кирхгоф, опираясь на теорию теплового равновесия, доказал, что при нагревании замкнутой полости, стенки которой выполнены из материала, обладающего свойствами абсолютно черного тела, спектр излучения внутри этой полости определяется исключительно ее абсолютной температурой и не зависит от свойств самого материала. Такое излучение называется излучением абсолютно черного тела; оно характеризуется фиксированным стандартным спектральным распределением мощности (Что такое SPD — спектральное распределение мощности?).

Цвет излучения абсолютно черного тела однозначно определяется его абсолютной температурой, измеряемой в кельвинах (К); именно это легло в основу понятия «цветовая температура». На приведенном ниже рисунке показана так называемая кривая Планка (или кривая абсолютно черного тела). Она отображает изменение цвета излучения стандартного абсолютно черного тела по мере его нагревания. Значения, отмеченные вдоль этой линии (например, 1515 К, 2000 К, 2500 К, 3333 К, 5000 К и 10 000 К), соответствуют абсолютной температуре тела (в кельвинах). В крайней правой точке кривой координата цветности x достигает максимума; в этом состоянии температура тела относительно низка, а излучаемый свет имеет теплый оранжевый или теплый желтый оттенок. Движение влево вдоль кривой соответствует повышению температуры тела, при этом цвет излучения меняется, постепенно переходя от оранжево-белого и желтовато-белого к голубовато-белому. Например, абсолютно черное тело с температурой 3000 К излучает теплый желтовато-белый свет, при 5000 К свет становится нейтрально-белым, а при 8000 К приобретает холодный голубовато-белый оттенок; чем выше температура, тем сильнее спектр излучения смещается в синюю область.

Важно отметить, что понятие цветовой температуры применимо лишь к идеальным источникам света, спектры которых точно соответствуют кривой излучения абсолютно черного тела. Спектры искусственных источников света (подробнее о различных источниках света), таких как светодиоды и люминесцентные лампы, не полностью совпадают с кривой излучения черного тела, поэтому цветовую температуру для них нельзя определить напрямую.. Для унифицированного описания «теплоты» или «холодности» света различных источников в отрасли было введено понятие коррелированная цветовая температура (CCT). Под коррелированная цветовая температура понимается абсолютная температура, при которой цвет излучения источника света наиболее близок к цвету излучения абсолютно черного тела. В качестве примера можно привести метод четырехугольников номинальной CCT (реализуемый с помощью гониофотометра): этот метод определяет на диаграмме цветности CIE область в форме четырехугольника, соответствующую определенному классу цветовой температуры. Если измеренные координаты цветности (x, y) светодиодного источника света попадают в пределы этого четырехугольника (определяемого такими стандартами, как ANSI C78.377), то данный источник можно отнести к соответствующей номинальной цветовой температуре. Разумеется, можно также воспользоваться эмпирической формулой Маккэми (McCamy): подставив значения x и y (в системе CIE 1931), можно рассчитать коррелированная цветовая температура (CCT); полученный результат — 3916 К — согласуется с номинальным значением 4000 К.

Что такое диаграмма цветности CIE 1931 xy?

По сути, траектория абсолютно черного тела представляет собой часть диаграммы цветности CIE 1931 (в координатах x, y) — стандартизированной двумерной системы координат цветности, разработанной Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931 году и служащей основным инструментом для единообразного описания цвета источников света в светотехнической отрасли. На этой диаграмме горизонтальная ось соответствует координате цветности x, а вертикальная — координате цветности y. Любой источник видимого света может быть охарактеризован уникальным набором значений (x, y); эти данные не только связаны с коррелированной цветовой температурой (CCT), но и позволяют точно определить положение цвета данного источника на диаграмме.

Черная линия на рисунке (на которой расположены точки A, B и C) представляет собой кривую излучения абсолютно черного тела (Blackbody Locus); она служит важнейшим ориентиром для всей диаграммы цветности и является основой для определения коррелированная цветовая температура (CCT). Замкнутый контур в форме подковы на диаграмме — это кривая спектральных цветов (Spectrum Locus). Вдоль этого контура отмечены длины волн монохроматического видимого света в диапазоне от 450 до 780 нм, а точки на линии соответствуют монохроматическому свету с максимальной насыщенностью. Фиолетовая линия в основании «подковы» обозначает границу пурпурных оттенков (magenta) — цвета, получаемого при смешении красного и синего (в природе не существует монохроматического света с одной длиной волны, соответствующего этому цвету). Вся область внутри контура «подковы» представляет собой совокупность всех смешанных цветов, воспринимаемых человеческим глазом; чем ближе к центру фигуры, тем ниже насыщенность цвета, переходящая в различные оттенки белого света. По результатам испытаний светодиодных светильников или источников света определяются координаты цветности x и y. Помимо подтверждения коррелированная цветовая температура, эти координаты позволяют оценивать такие параметры, как цветовой сдвиг и насыщенность цвета. На приведенном ниже графике координаты цветности нашего уличного светильника серии Alca (ZGSM уличного светильника серии Alca) составляют: x = 0,3884, y = 0,3889.

Какие еще параметры связаны с CCT (диаграммой цветности xy)?

Многие связывают коррелированная цветовая температура (CCT) со световой отдачей и индексом цветопередачи (CRI), однако на самом деле CCT не имеет прямой зависимости ни от того, ни от другого. Вместо этого отправной точкой для оценки цветовых характеристик светодиодных светильников служат координаты цветности (x, y). Они не только позволяют определить широко известную величину CCT(коррелированная цветовая температура), но и связаны с показателями цветового допуска. Что касается световой отдачи и CRI, то они зависят прежде всего от спектрального распределения мощности (SPD) светодиодных чипов; на световую отдачу также влияют конструктивные особенности светильника, такие как КПД блока питания, коэффициент пропускания линз и эффективность теплоотвода (рабочая температура светодиодов и драйвера).

CCT против Duv

Duv — это ключевой показатель для оценки «чистоты» цвета источника света; он отражает кратчайшее расстояние и направление от фактических цветовых координат (x, y) источника света до кривой Планка (линии излучения абсолютно черного тела). Положительное значение Duv указывает на желто-зеленый оттенок, а отрицательное — на пурпурно-красный; даже если два источника света имеют одинаковую коррелированная цветовая температура (CCT), различие в значении Duv приведет к тому, что человеческий глаз будет воспринимать свет одного источника как зеленоватый, а другого — как розоватый. Чем меньше это значение, тем сложнее заметить разницу в цвете между различными источниками света. Понятие эллипса МакАдама (связанное с эллипсами МакАдама и биннингом светодиодов) возникло в результате исследований человеческого зрения, проведенных в 1942 году; оно описывает на диаграмме цветности CIE 1931 (в координатах x, y) допустимый диапазон отклонения цветовых координат, в пределах которого человеческий глаз едва способен различить разницу в цвете. Эллипсы классифицируются по количеству шагов (ступеней): 3-шаговые, 5-шаговые, 7-шаговые и т. д. Чем меньше эллипс (например, 3 SDCM), тем уже допустимый диапазон вариации Duv и выше стабильность цвета; чем больше эллипс (например, 7 SDCM), тем шире диапазон вариации Duv и тем заметнее различия в цвете.

CCT против CRI

Прямой зависимости между коррелированная цветовая температура (CCT) и индексом цветопередачи (CRI) не существует. Если изучить технические характеристики светодиодных чипов, можно заметить, что одной и той же цветовой температуре могут соответствовать различные значения CRI. Цветовая температура характеризует цвет самого источника света, тогда как индекс CRI отражает способность источника точно передавать цвета. В сочетании с цветовой температурой (измеряемой в кельвинах) индекс CRI определяет эстетическое и функциональное качество освещения. Светодиодные светильники с высоким CRI обеспечивают более естественную и точную цветопередачу, в отличие от моделей с низким CRI, при использовании которых цвета могут выглядеть неестественно или отличаться от того, как они воспринимаются при естественном освещении. Индекс CRI тесно связан со спектральным распределением мощности (SPD) светильника или источника света. Принято считать, что чем выше значение CRI у источника света, тем ближе его свет к естественному. Следует отметить, что, как правило, чем выше индекс цветопередачи (CRI), тем ниже световая эффективность светильника или источника света, поэтому необходимо найти компромисс между CRI и высокой световой эффективностью (CRI против световой эффективности).

Коррелированная цветовая температура (CCT) и световая отдача

Коррелированная цветовая температура (CCT) в определенной степени связана со световой отдачей, однако прямой корреляции между ними нет. Хотя световая отдача зависит от спектрального распределения мощности, диаграмма цветности CIE 1931 (координаты x, y) отличается от спектрального распределения энергии. При производстве светодиодов для получения различных значений координат (x, y) — а значит, и разной CCT(коррелированная цветовая температура) — необходимо корректировать состав люминофора. Низкая цветовая температура (теплый свет, например 2700 К): для получения соответствующих координат (x, y) требуется высокая доля красного света, однако красные люминофоры обладают более низкой эффективностью преобразования (из-за значительных потерь, связанных со стоксовым сдвигом), поэтому световая отдача обычно ниже. Высокая цветовая температура (холодный свет, например 6500 К): координаты (x, y) смещены в сине-зеленую область, где преимущественно используются желто-зеленые люминофоры с более высокой эффективностью преобразования, благодаря чему световая отдача, как правило, выше. Именно поэтому часто говорят, что чем ниже цветовая температура, тем ниже световая отдача, и наоборот. Однако даже при одинаковой CCT спектральное распределение мощности может существенно различаться, что также приводит к разнице в световой отдаче. Кроме того, различия в конструкции светильников (например, эффективность светодиодного драйвера, потери линз и температура) также являются важными факторами, влияющими на светоотдачу (Как улучшить светоотдачу?). Таким образом, хотя CCT(Коррелированная цветовая температура), безусловно, связана со светоотдачей, эта связь не является прямой.

Подходящая коррелированная цветовая температура (CCT) для вашего проекта освещения

Основные принципы — внутреннее освещение

Выбор коррелированная цветовая температура для внутреннего освещения следует осуществлять дифференцированно, с учетом функционального назначения помещений и циркадных ритмов человека. Теплый желтый свет (2700–3000 К) — мягкий и успокаивающий — подходит для зон отдыха (например, спален и столовых), способствуя расслаблению и подготовке ко сну. Нейтральный белый свет (4000 К), близкий к естественному, оптимален для офисов, гостиных, кухонь и домашних кабинетов, обеспечивая баланс между четкостью восприятия и комфортом. Чистый белый и холодный белый свет (5000–5700 К) характеризуется повышенным визуальным контрастом и способствует концентрации внимания; такие решения часто применяются там, где требуется высокая точность выполнения задач, например, на производствах, складах, в лабораториях и медицинских кабинетах. При выборе осветительных приборов необходимо учитывать показатели индекса цветопередачи (CRI) и допустимые отклонения цветовых характеристик (цветовой допуск), чтобы избежать искажения цветов продуктов питания, этикеток и внешнего вида предметов. Контроль цветового допуска позволяет исключить визуальные различия в оттенках света между разными светильниками в одном помещении, создавая тем самым однородную световую среду. Это создает равномерную визуальную световую среду. Кроме того, благодаря циркадным ритмам и меняющимся потребностям, светильники в гостиных или домашних офисах теперь могут быть спроектированы с регулируемой коррелированная цветовая температура, которая также называется настраиваемым белым светом (Что такое настраиваемый белый свет?), что позволяет пользователям переключаться между настройками с помощью пульта дистанционного управления или кнопки.

Оптимальная коррелированная цветовая температура для дорожного освещения

Коррелированная цветовая температура уличных фонарей должна обеспечивать баланс между безопасностью дорожного движения, комфортом проживания жителей и контролем светового загрязнения. Для боковых улиц в жилых районах и живописных пешеходных дорожек следует отдавать приоритет теплому белому свету 3000K, поскольку он имеет низкое содержание синего света, снижает ночное ослепление и экологическое световое загрязнение, а также минимизирует воздействие на сон жителей близлежащих домов; на главных городских магистралях и дорогах смешанного назначения (коммерческих и жилых) основным выбором является нейтральный белый свет 4000K, поскольку он обеспечивает баланс между четкостью распознавания препятствий и качеством изображения при видеонаблюдении, представляя собой оптимальное решение после всестороннего рассмотрения; холодный белый свет 5000K обеспечивает более высокую контрастность, но подходит только для промышленных зон и грузовых маршрутов, расположенных вдали от жилых районов. Высокое содержание синего света (Как уменьшить синий свет в светодиодном освещении?) может усугубить ослепление дорожного покрытия и усилить свечение в ночном городском небе. Следует по возможности избегать светильников с высокой цветовой температурой на участках, подверженных дождю и туману, а на всем участке дороги необходимо использовать одинаковую коррелированная цветовая температура, чтобы предотвратить визуальные разрывы.

Оптимальная цветовая температура для спортивного освещения

Коррелированная цветовая температура (CCT) прожекторов для спортивных площадок классифицируется в зависимости от потребностей в распознавании спортсменов и трансляции соревнований. На любительских спортивных площадках обычно используется нейтральный белый свет 4000-4500K, который снижает зрительную усталость при длительных тренировках и удовлетворяет потребности в ежедневных занятиях спортом; на стандартных спортивных площадках клубов используется 5000K, что лучше подходит для различения мячей, летящих с высокой скоростью, и цветов формы; Коррелированная цветовая температура (CCT) профессиональных трансляций в высоком разрешении составляет около 5700K, что соответствует стандарту баланса белого камеры, позволяет точно воспроизводить истинные цвета травы и формы, а также улучшает способность спортсменов оценивать пространственное расстояние. Холодный свет выше 6500K может давать слишком много синего света и вызывать дискомфорт для глаз. Теплый свет ниже 4000K снижает визуальный контраст. Для профессиональных площадок необходимы осветительные приборы с высокими показателями CRI и TLCI, чтобы обеспечить правильную цветопередачу, а также уделить большое внимание равномерности освещения (равномерность света в спортивном освещении) и освещенности.

Световые решения ZGSM

Краткое содержание

Подводя итог, отметим, что коррелированная цветовая температура (CCT) светодиодного освещения, измеряемая в кельвинах (K), является ключевым показателем для оценки визуального восприятия света; однако научно обоснованный выбор не должен основываться исключительно на значении K. Как показывает диаграмма цветности CIE 1931 (в координатах x, y), коррелированная цветовая температура (CCT) лишь указывает ближайшую точку цвета на кривой излучения абсолютно черного тела (черного тела), тогда как истинными определяющими факторами качества света являются параметры, образующие «железный треугольник»: отклонение от кривой черного тела (Duv), индекс цветопередачи (CRI) и световая отдача (лм/Вт). При положительном значении Duv свет приобретает зеленоватый оттенок, при отрицательном — пурпурный (маджента). Даже при одинаковой CCT визуальная четкость может существенно различаться; CRI определяет точность цветопередачи: холодный свет с высоким значением K, но низким CRI, как правило, искажает цвета объектов, в то время как теплый свет с высоким CRI создает уютную атмосферу, но часто ценой некоторого снижения световой отдачи. Световая отдача во многом зависит от энергопотребления и конструкции системы теплоотвода, однако более высокие значения K обычно обеспечивают более высокую световую отдачу. Чрезмерная ориентация на значение K при игнорировании Duv и CRI может привести к ловушке «высокое значение K — низкое качество». Поэтому выбор «правильной CCT» для проекта должен основываться на принципе соответствия конкретным условиям эксплуатации: для жилых помещений рекомендуется теплый свет с высоким CRI в диапазоне 2700–3000 K, тогда как в офисах и коммерческих помещениях обычно используется нейтральный свет (4000–5000 K); уличное освещение должно обеспечивать хорошую видимость в дождь и туман, поэтому рекомендуется диапазон 3000–4000 K со строгим контролем, чтобы избежать отрицательного сдвига Duv; для мощного освещения спортивных площадок и подобных объектов часто выбирают холодный белый свет (5000–5700 K) для повышения визуальной четкости и световой отдачи, хотя профессиональные спортивные арены требуют также учета показателей CRI и TLCI(CRI против TLCI в спортивном освещении). Только комплексный баланс Коррелированная цветовая температура (CCT), Duv, CRI и световой отдачи — без погони за каким-либо одним показателем в отрыве от остальных — позволяет достичь идеального светового эффекта.

Сопутствующие товары

Похожие блоги

Связанные дела

Люди также спрашивают

Введение автора