Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI) - czy umożliwia on jednoznaczną ocenę jakości barwnej oświetlenia uzyskiwanego przy użyciu dowolnego rodzaju źródła światła?

Założenia te zostały opisane przez Międzynarodową Komisję Oświetleniową w raporcie technicznym CIE 13.3 „Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources”, w 1995 roku.

Raport ten wskazuje na rodzaje źródeł światła, dla których można wyznaczać ich jakość barwną metodą R_a.

Uwzględniając wszystkie zalecenia wskaźnik oddawania barw R_a (CRI) jest miarą użyteczną dla źródeł opisanych w dokumencie CIE, co potwierdziły również wyniki badań przedstawione w niniejszym artykule. Prezentuje on dane wskazujące na użyteczność stosowania wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a na potrzeby konkretnych źródeł światła i wykazuje brak możliwości adaptacji tej metody do określania jakości barwnej światła białego emitowanego przez źródła LED zbudowane na bazie mieszania barwnych promieniowań.

W artykule przedstawiono również informacje, iż Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa w dokumencie CIE 177:2007 „Colour Rendering of White LED Light Sources” pokazała istnienie potrzeby opracowania i wprowadzenia do powszechnego stosowania nowej miary określania jakości oddawania barw przez źródła światła. CIE wskazało, że istotnym jest, aby ta nowa miara zawierała więcej informacji o kierunku zachodzących zmian barwy oraz że powinna być ona uniwersalna dla wszystkich źródeł światła znanych współcześnie.

Na tak przedstawione wyzwanie metrologiczne w 2015 roku amerykańskie Illuminating Engineering Society zaproponowało nową miarę określania jakości oddawania barw źródeł światła, oznaczoną jako IES TM-30-15. Używa ona dwóch liczb jako wskaźników oceny oddawania barw – wierności barwy oraz jej nasycenia. Została ona obecnie wprowadzona do użytkowania na terenie USA jako dodatkowy, niezależny od wskaźnika R_a, parametr jakościowy oceny parametrów źródeł światła.

Źródła światła współcześnie stosowane do celów oświetleniowych

Człowiek ma możliwość wzrokowej percepcji obiektów znajdujących się w jego otoczeniu jedynie wtedy, gdy występuje różnica w jaskrawości (luminancji) lub barwie pomiędzy danym obiektem a tłem, na którym jest on obserwowany.

W związku z tym od zarania dziejów, poprzez używanie sztucznych źródeł światła, ludzkość stara się rozświetlać zapadające po zmroku ciemności. Do celów oświetleniowych stosowane są różnorodne typy elektrycznych źródeł światła (rys. 1.), a współcześnie coraz większą popularnością cieszą się energooszczędne rozwiązania oświetleniowe, np. typu LED.

Odczuwane przez człowieka wrażenie barwy lub jaskrawości powstaje w wyniku współdziałania mózgu i wzroku. Percepcja światła możliwa jest dzięki temu, że na siatkówce ludzkiego oka znajdują się receptory jaskrawości zwane pręcikami oraz receptory barwy – czopki. Pełne rozróżnianie barw jest możliwe wtedy, kiedy na siatkówce ludzkiego oka luminancja L jest wyższa od 3,5 cd/m². Wtedy mamy do czynienia z widzeniem czopkowym (fotopowym) i dla tego rodzaju widzenia definiowane są normy dotyczące parametrów oświetlenia.

Energia padającego fotonu determinuje w procesie widzenia chromatyczność (inaczej barwę), którą dalej rozpatruje się jako odcień i nasycenie. Natomiast ilość padających fotonów związana jest z jaskrawością (luminancją) światła.

Psychofizjologiczna zdolność człowieka do identyfikowania barw jest oparta na rozróżnianiu trzech atrybutów barwy: odcienia, nasycenia i jasności, które w znacznej mierze zależą od parametrów źródeł światła używanych do oświetlenia.

Biorąc pod uwagę specyfikę działania ludzkiego wzroku, należy oczekiwać, że w zależności od rodzaju źródła światła można kreować w danym otoczeniu warunki oświetleniowe mniej lub bardziej sprzyjające komfortowi widzenia – w tym rozróżnianiu barw. W związku z czym z punktu widzenia użytkowników istotnym zagadnieniem jest możliwość jednoznacznej oceny jakości danego oświetlenia. Może być ona między innymi opisana przy użyciu wielkości fotometrycznych oraz kolorymetrycznych charakteryzujących źródła światła.

Parametry techniczne charakteryzujące jakość promieniowania optycznego emitowanego przez elektryczne źródła światła

Współcześnie do typowych parametrów charakteryzujących jakość elektrycznych źródeł światła emitujących promieniowanie o barwie białej zalicza się:

• względny rozkład widmowy emitowanego promieniowania, np. mocy promienistej P(λ),
• strumień świetlny Φ,
• temperaturę barwową najbliższą T_b,
• światłość I,
• skuteczność świetlną η,
• współrzędne trójchromatyczne barwowe, np. w układzie x, y CIE 1931,
• ogólny wskaźnik oddawania barw R_a (CRI).

Większość wymienionych parametrów charakteryzujących źródła światła jest powszechnie znana, a ich interpretacja nie sprawia trudności. Jednak przy wyznaczaniu i podawaniu wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a, mimo że stosowany jest on popularnie do charakteryzowania jakości źródeł światła, nie wszyscy zdają sobie sprawę, jak prawidłowo należy interpretować tę wielkość i co właściwie jest opisywane za pomocą tego wskaźnika. Dlatego też warto poszukiwać odpowiedzi na pytanie, czy wskaźnik oddawania barw R_a (CRI) umożliwia jednoznaczną ocenę jakości barwnej oświetlenia uzyskiwanego przy użyciu dowolnego rodzaju źródła światła?

Na przełomie lat 40. i 50. XX wieku rozpoczęto prace zmierzające do liczbowego określenia jakości wrażenia barwnego powstającego podczas oglądania oświetlanego obiektu. Potrzeba liczbowego opisania tego efektu wynikała z zaobserwowanego faktu, że przy oświetlaniu przedmiotów barwnych świetlówkami emitującymi światło o takiej samej barwie (charakteryzującymi się taką samą wartością temperatury barwowej najbliższej T_b), ludzie, którzy te przedmioty obserwowali, wskazywali na odczuwanie różnicy we wrażeniu barwnym, które odbierali. Efekt ten miał miejsce mimo oglądania tych przedmiotów w tych samych warunkach oświetleniowych, tj. przy tej samej wartości luminancji oraz przy zachowaniu stałej geometrii obserwacji.

Jedynym parametrem, którym te badane źródła światła różniły się między sobą, był rozkład widmowy emitowanej przez nie mocy promienistej.

W 1955 roku Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa CIE powołała Komisję Techniczną, której celem było stworzenie metod pomiarowych umożliwiających określenie oddawania barw źródeł światła. W efekcie prac tej Komisji opublikowany został w 1965 roku dokument CIE 13-1965. Dokument ten rekomendował, do oceny oddawania barw przez źródła światła, metodę próbek testowych.

Na podstawie porównania barwy próbek testowych oświetlonych raz wzorcowym, a następnie badanym źródłem światła określano wartość wskaźnika oddawania barw badanego źródła światła R_a (CRI). Ustalono, że wskaźnik ten będzie wyrażony liczbą z przedziału od 0 do 100.

Druga edycja dokumentu CIE 13 została opublikowana w 1974 roku. Zawierała ona informacje, że przy obliczaniu wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CRI) należy uwzględniać adaptacyjną korekcję różnic barwnych (adaptacja chromatyczna von Kries) oraz należy dopasować położenie punktu chromatyczności źródła wzorcowego do źródła badanego.

Po 20 latach od publikacji CIE 13.2 stwierdzono, że terminologia używana w technice świetlnej uległa zmianie i postanowiono rozpocząć prace nad nową edycją dokumentu CIE, poświęconego zagadnieniu oddawania barw źródeł świtała, nie zmieniając metody obliczeń ogólnego wskaźnika R_a (CRI) [1].

W związku z zaobserwowanym dynamicznym rozwojem typów oraz powstawania nowatorskich konstrukcji źródeł światła, w 1995 roku CIE przedstawiła raport techniczny 13.3‑95, w którym wskazała źródła światła, dla których oddawanie barw można określać metodą R_a (CRI). Wymieniono źródła żarowe, świetlówki liniowe, świetlówki kompaktowe oraz inne typy lamp wyładowczych, wykluczając źródła o dominującym monochromatycznym promieniowaniu, np. niskoprężne lampy sodowe.

Ponadto w dokumencie tym CIE wskazuje, że w metodzie obliczania wskaźnika R_a nie został uwzględniony kierunek zmian barwnych. Jako przykład przytoczono informację o możliwości zaistnienia sytuacji, w której dwa źródła światła charakteryzujące się taką samą temperaturą barwową T_b oraz wskaźnikiem oddawania barw, np. R_i = 95, będą inaczej oddawać barwę konkretnej oświetlanej barwnej próbki testowej. Spowodowane to będzie innym kierunkiem zmiany barwy (przeciwnie skierowane wektory przesunięć barwnych w przestrzeni barw) jeden w kierunku fioletu, a drugi w kierunku zieleni.

Jako że LED-owe źródła światła do ogólnych celów oświetleniowych zaczęto stosować dopiero od roku 2000, to w dokument CIE z 1995 roku nie odnosił się w żaden sposób do tego rodzaju lamp.

Matematyczna metoda opisu jakości oddawania barw źródeł światła – raport techniczny CIE 13.3-95

Do obliczeń wskaźnika oddawania barw metodą CIE 13.3-95 użyto 14 próbek barwnych wybranych z atlasu Munsella (rys. 2.), oświetlanych raz badanym, a raz wzorcowym źródłem światła. Wskazano, że źródło wzorcowe powinno charakteryzować się takim samym (lub bliskim) położeniem punktu chromatyczności (u_k, v_k) jak źródło badane (u_r, v_r). Przyjęto, że różnica ΔC w położeniu punktu chromatyczności (zal. 1) tych dwóch źródeł nie może być większa od wartości 5,4·10^–3.

Jako źródło wzorcowe dla badanych źródeł światła charakteryzujących się temperaturą barwową najbliższą T_b poniżej 5000K zarekomendowano promiennik Plancka. Ustalono również, że dla źródeł światła, które charakteryzują się T_b wyższą niż 5000K, źródłem wzorcowym powinno być światło dzienne o temperaturze barwowej wynoszącej 6500K.

W związku z trudnościami w fizycznej realizacji takiego typu oświetlenia zalecono, aby promieniowanie to było opisane modelem matematycznym iluminatu D65. Wskazano też, że dla szczególnych przypadków można przyjąć jako źródło wzorcowe inne standardowe iluminanty CIE.

Algorytm wyznaczania wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CRI) został przez Międzynarodową Komisję Oświetleniową CIE zdefiniowany następująco:

1. dla każdej próbki oświetlanej źródłem wzorcowym i źródłem badanym obliczane są wartości trójchromatyczne X, Y, Z w układzie barw CIE 1931,

2. następnie wartości te przekształcane są na odpowiadające im wartości w przestrzeni CIE UCS 1960 (u, v),

3. oraz poddawane są one adaptacji chromatycznej von Kries,

4. różnice barw ΔE, w przestrzeni barw CIE UWV 1964, obliczane są z zależności 2:

5. dla wszystkich próbek wyznaczany jest cząstkowy wskaźnik oddawania barw R_i (zal. 3):

6. na podstawie wartości R_i dla pierwszych 8 próbek wyznaczana jest, używana obecnie jako miara oceny jakości oddawania barw źródeł światła, wartość ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (zal. 4):

Wartość ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CRI) została wyskalowana współczynnikiem 4,6 (zal. 3), tak aby wartość R_a równa 50 odpowiadała efektowi oświetleniowemu (rys. 3.) uzyskanemu przy użytkowaniu ciepłobiałej świetlówki typu F4 odniesionej do źródła żarowego jako wzorca. Ustalono też, że R_a o wartości 100 reprezentuje identyczne oddawanie barw między źródłem badanym a źródłem wzorcowym.

Według raportu CIE praktyczne doświadczenia i wiedza na temat punktów charakterystycznych wartości R_a określiły, że pięciostopniowe różnice w wartości wskaźnika odpowiadają zauważalnej zmianie barwy u człowieka.

Publikacja CIE 13.3-95 zaleca również, aby w nawiasie za obliczoną wartością wskaźnika oddawania barw podawać informację o tym, jakie źródło wzorcowe zastosowano do jego obliczenia. W związku z czym prawidłowo opisana wartość wyliczonego ogólnego wskaźnika oddawania barw, przy źródle odniesienia w postaci iluminantu D65, powinna wyglądać następująco R_a = 70 (D65) [1].

W praktyce oświetleniowej przyjęto tym parametrem charakteryzować jakość danej instalacji. Ustalono, że bardzo dobre warunki do oddawania barw panują wtedy, gdy R_a oświetlenia leży w granicach pomiędzy 100 a 85. Źródła o R_a poniżej 50 nie nadają się do ogólnych celów oświetleniowych.

Współcześnie dla źródeł świetlówkowych wskaźnik oddawania barw oraz temperatura barwowa są podawane w postaci trzycyfrowego kodu. Pierwsza cyfra określa wartość R_a, a dwie pozostałe determinuje wartość T_c.

Przykładowo, opis 840 oznacza, że świetlówka charakteryzuje się temperaturą barwową 4000K, a jej wskaźnik oddawania barw zawiera się w przedziale pomiędzy 80 a 89.

Lampy rtęciowe zawierające luminofor mają wskaźnik oddawania barw zawierający się w zakresie pomiędzy 40 a 69, natomiast ich unowocześniona konstrukcja zawierająca halogenki (lampy metalohalogenkowe) charakteryzuje się wysoką wartością ogólnego wskaźnika R_a, która zawiera się pomiędzy 70 a 95.

Zgodnie z rekomendacjami CIE wskaźnik oddawania barw dla lamp sodowych nie powinien być w ogóle określany ze względu na monochromatyczny charakter ich świecenia.

Metoda obliczeń wskaźnika oddawania barw metodą R_a (CRI), a źródła światła charakteryzujące się dowolnym rozkładem widmowym promieniowania

W ostatnich dwóch dekadach nastąpił dynamiczny rozwój technologiczny (a właściwie rewolucja) w dziedzinie dostępnych handlowo i stosowanych rodzajów źródeł światła. Niestety rozwój ten nie spowodował prowadzenia równoległych prac badawczych w dziedzinie parametryzacji i określania ich jakości.

Producenci nowoczesnych lamp rozszerzyli stosowanie metody CIE 13.3-1995 na wszystkie źródła światła, nie zważając na to, iż w dokumencie CIE 13.3-95 podano jednoznacznie, do jakiego rodzaju źródeł światła ta metoda ma zastosowanie. Metoda obliczeń wartości wskaźnika oddawania barw R_a (CIE) nie przewidywała występowania źródeł światła o dowolnym rozkładzie widmowym. Została ona wprowadzona dla źródeł świetlówkowych, żarowych i wyładowczych, z wyłączeniem źródeł o dominującym monochromatycznym promieniowaniu.

Wskaźnik oddawania barw CIE R_a jest miarą porównawczą, czyli mając daną próbkę barwną oświetloną światłem wzorcowym porównujemy ją z tą samą próbką oświetloną światłem badanym.

Jeżeli te dwie próbki wyglądają identycznie, wskaźnik oddawania barw cząstkowy R_i zostaje określony jako 100.

Jeżeli próbka barwna wygląda inaczej (jest bardziej lub mniej nasycona, ciemniejsza lub jaśniejsza lub nastąpiła zmiana w wyglądzie tonu barwy), wskaźnik R_i jest określany liczbą mniejszą niż 100.

Wskaźnik oddawania barw nie zawiera informacji o kierunku zmiany barwy, a jedynie zaznacza że taka zmiana zaszła [2].

Można domniemywać, iż w przypadku źródeł światła o innym niż znane wcześniej charakterze rozkładu widmowego metoda ta może, ale nie musi powodować trudności w interpretacji otrzymanych wyników liczbowych. W celu wyjaśnienia tego zagadnienia przeprowadzone zostały przedstawione w niniejszym artykule obliczenia numeryczne.

W badaniach użyto cztery świetlówki emitujące promieniowanie o różniącym się rozkładzie widmowym (rys. 4.), charakteryzujące się zbliżonymi wartościami temperatury barwowej najbliższej T_b. Następnie wyznaczono dla nich wartości szczegółowych wskaźników oddawania barw oraz ogólnego R_a (rys. 5.).

Porównując dwa pierwsze źródła światła i wzorzec, można zauważyć wyraźne wizualne różnice w oddawaniu barwy próbki opisanej wskaźnikiem cząstkowym R₃. Natomiast oddawanie barw przy oświetlaniu testowych próbek promieniowaniem pochodzącym z dwóch ostatnich źródeł światła jest bardzo zbliżone i nie jest ono możliwe do zauważenia przez układ wzrokowy człowieka (rys. 5.). W związku z czym posiadając jedynie informacje o wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a potencjalni użytkownicy nie będą w stanie przewidzieć, jak dane źródło światła będzie oddawało barwy mocno nasycone (np. próbek dodatkowych). Dlatego w metodzie tej CIE określiło wyznaczenie ogólnego wskaźnika z pierwszych 8 próbek, a kolejne 6 próbek miało być określane oddzielnie.

W rzeczywistości zdarza się, że producenci podają tylko jeden ze wskaźników cząstkowych – wskaźnik oddawania próbki czerwonej R₉ – lekceważąc zalecenia CIE.

Następnym eksperymentem, którego wyniki zaprezentowano w niniejszej pracy, była analiza jakości barwnej światła emitowanego przez pięć źródeł świetlówkowych charakteryzujących się taką samą wartością ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a, ale o różniących się między sobą wartościami temperatury barwowej najbliższej T_b i rozkładem widmowym (rys. 6.).

Porównując wygląd oświetlanych próbek testowych (rys. 7.) możemy zauważyć znaczne różnice w wyglądzie barwy w przypadku wszystkich próbek testowych.

Z eksperymentu tego wynika wniosek, iż porównywanie wartości R_a źródeł światła charakteryzujących się różnymi wartościami temperatur barwowych T_b jest nieracjonalne. Źródła te podczas obliczeń, zgodnie z zaleceniami CIE, dotyczących wyboru iluminantu wzorcowego, są porównane do odmiennych w rozkładzie widmowym źródeł wzorcowych, więc mimo posiadania wskaźnika R_a na tym samym poziomie, będą one inaczej oddawać barwy przedmiotów nimi oświetlanych. Ignorowanie lub wręcz niedostrzeganie tego faktu jest częstym błędem popełnianym przy interpretacji wskaźnika oddawania barw R_a (CRI).

Wśród użytkowników i projektantów oświetlenia często panuje niczym nieuzasadnione przekonanie, że różniące się wartościami temperatury barwowej T_b źródła światła, o ile charakteryzują się taką samą lub podobną wartością R_a, będą oddawały barwy identycznie. O tym, że takie myślenie jest nieuprawnione, przekonać powinny dane przedstawione na rys. 7.

Przykład przedstawiony na rys. 7. pokazuje, iż operowanie wskaźnikiem R_a nie powinno sprowadzać się jedynie do przedstawienia jego wartości liczbowej. Zawsze powinno się też brać pod uwagę inne parametry charakteryzujące dane źródło światła, np. wartość temperatury barwowej, i dopiero na tej podstawie można mówić o jakości danego oświetlenia.

Pojawienie się na rynku oświetleniowym źródeł elektroluminescencyjnych typu LED pokazało zarówno projektantom oświetlenia, jak i nieprofesjonalnym jego użytkownikom wiele niejednoznaczności i wręcz problemów, jakie wynikają ze stosowania metody CIE 13.3 do określania parametrem R_a jakości barwnej wszystkich rodzajów źródeł światła [3].

W źródłach typu LED światło białe możemy uzyskiwać na dwa sposoby:

• mieszając promieniowania monochromatyczne (trzech lub większej liczby diod), np. diody czerwonej (R), zielonej (G) i niebieskiej (B), a niekiedy dodatkowo pomarańczowej (A) lub białej (W),
• lub też nakładając luminofor na diodę (czip) emitujący promieniowanie monochromatyczne barwy niebieskiej lub promieniowanie z zakresu UV [4].

Pierwsza z wymienionych metod uzyskiwania światła białego, powoduje, iż rozkład widmowy światła otrzymywanego w ten sposób charakteryzuje się promieniowaniem o wyraźnie widocznych trzech wzmocnieniach.

Poprzez regulację położenia i wzmocnienia tych trzech pików można optymalizować wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CRI) do wymaganych w zaleceniach oświetleniowych, pomimo iż wizualnie źródło to będzie oceniane przez użytkowników jako niekomfortowe.

W momencie powstawania metody CIE 13.3-95 źródła światła tego typu nie były używane w oświetleniu, dlatego metoda ta nie przewiduje korekcji tego rodzaju wyników.

Możliwość zaprojektowania źródeł LED różniących się rozkładem widmowym (rys. 8.), a charakteryzujących się taką samą wartością ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a i taką samą wartością temperatury barwowej najbliższej T_b, spowodowała spore zamieszanie w technice oświetlenia.

Pojawienie się na rynku źródeł światła charakteryzujących się takimi samymi wartościami parametrów katalogowych, a jednak w efekcie swego działania zupełnie inaczej oddających barwy przedmiotów oświetlanych (rys. 9.), stało się problemem nie tylko dla projektantów oświetlenia.

Rys. 9. zawiera zestawienie przeprowadzone dla siedmiu źródeł światła LED i obrazuje, z jak dużymi różnicami odbieranej barwy próbek testowych można mieć do czynienia, przy zachowaniu tej samej wartości T_b wynoszącej 3300K i R_a na poziomie 67, 80 oraz 90.

Dodatkowym ukazanym na tym rysunku paradoksem jest fakt, że źródło LED o R_a wynoszącym 59 lepiej oddaje barwy niż źródło z R_a na poziomie 80 czy nawet 90.

Porównując efekty oświetleniowe uzyskane przy użyciu źródeł światła charakteryzujących się taką samą wartością temperatury barwowej najbliższej T_b oraz taką samą wartością ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CRI) można zauważyć, że wygląd wszystkich oświetlanych próbek testowych różni się między sobą.

Rys. 10. oraz rys. 11. unaoczniają, iż różnice wizualne pomiędzy efektem uzyskanym przy oświetleniu światłem wzorcowym a źródłami badanymi są względem siebie odwrotne. Inaczej mówiąc, jeżeli dla jednego źródła światła saturacja próbki pierwszej się zwiększyła, to dla drugiego uległa ona zmniejszeniu.

Oczywiście taki efekt wizualny nie musi być normą. Wystarczy, że suma wartości różnic barwnych dla wszystkich 8 barwnych testowych próbek podstawowych będzie taka sama dla różnych źródeł światła, to wartość ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CRI) tych źródeł przyjmie taką samą wartość.

W przypadku charakteryzowania ogólnym wskaźnikiem R_a (CRI) jakości światła emitowanego przez diody LED wykonane w technologii luminoforu konwertującego promieniowanie niebieskiego czipu LED na światło białe, system oceny funkcjonuje poprawnie (rys. 12.). Wizualizacja przedstawiona na rys. 12. wskazuje, iż jest spełniona zależność, że mniejsza wartość ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CRI) oznacza gorszą wizualną jego jakość. Oczywiście pod warunkiem spełnienia zaleceń dotyczących porównywania źródeł światła o takiej samej lub zbliżonej wartości temperatury barwowej T_b i odnoszonych do tego samego źródła wzorcowego (żarówka albo rozkład D65).

Brak niedogodności zanotowanych dla LED-ów typu RGB (czy nawet RGBA tj. czerwona, zielona, niebieska, pomarańczowa) lub RGBW, tj. czerwona, zielona, niebieska, biała) wynika z tego, iż rozkład widmowy LED-a z luminoforem ma charakter ciągły. Czyli że światło emitowane przez tego rodzaju LED-y nie ma szansy, w celu poprawy wartości liczbowej ogólnego wskaźnika oddawania barw, być celowo wzmacniane dla niektórych wybranych długości fali.

Wnioski

Badania, których wyniki zaprezentowano w niniejszym artykule, potwierdzają, że dla podanych w dokumencie CIE 13.3-95 typów źródeł światła określanie ich jakości oddawania barw wskaźnikiem R_a (CRI) ma w pełni uzasadnienie. Ponadto przedstawione badania wykazały również brak możliwości adaptacji tej metody do określania jakości oddawania barw źródeł LED emitujących promieniowanie barwy białej uzyskiwane na bazie mieszania świateł monochromatycznych.

Wyniki te nie powinny być zaskoczeniem ani jakąkolwiek rewelacją, są one bardziej konsekwencją faktu, iż Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa CIE w swoim dokumencie 13.3-95 nigdy nie rekomendowała stosowania tej metody do charakteryzowania źródeł światła typu LED. Co więcej, w dokumencie CIE 13.3-95 jasno został określony zakres stosowania tej metody i źródła światła, których ona dotyczy.

Innym problemem jest fakt, iż wskaźnik ten jest określany jako liczba względna, zależna od parametrów świetlnych wzorca przyjętego jako wielkość odniesienia.

Należy pamiętać, że wzorcem odniesienia może być zarówno iluminat D65 (światło dzienne), jak i promiennik Plancka (promiennik temperaturowy) o temperaturze barwowej wynoszącej 3000K, czyli dwa źródła światła o zupełnie innym rozkładzie widmowym.

Oba te źródła są odniesieniem dla wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a = 100, a zestawiając je koło siebie, widzimy dwie zupełnie inaczej wyglądające barwnie sceny świetlne. Dlatego tak ważne jest, aby przy porównaniu jakości konkretnych lamp, brać jedynie pod uwagę źródła charakteryzujące się taką samą lub zbliżoną wartością temperatury barwowej najbliższej T_b.

Mając na uwadze dyskusyjność stosowania metody określania wartością ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a jakości wszystkich rodzajów źródeł światła Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa w 2007 roku w dokumencie CIE 177 „Colour Rendering of White LED Light Sources” [5] wskazała na potrzebę opracowania nowej miary określania oddawania barw przez źródła światła. Ustalono, że nowa miara powinna zawierać więcej informacji o kierunku zmiany barwy niż współcześnie używana i musi być ona uniwersalna dla wszystkich znanych współcześnie źródeł światła.

W odpowiedzi na tak postawiony problem, w 2015 roku Illuminating Engineering Society USA zaproponowało nową miarę oceny oddawania barw IES TM‑30‑15, która opiera się na dwóch wskaźnikach – wierności barwy i jej nasycenia. Miara ta została wprowadzona do użytku na terenie USA jako dodatkowa do wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R_a (CIE) [6].

Literatura

1. Publikacja CIE 13.3-1995 Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of  Light Sources
2. Fryc I., Fryc J., Wąsowski K., Rozważania o jakości oddawania barw źródeł światła, wyrażanej wskaźnikiem Ra (CRI), uwzględniające fizjologię widzenia oraz zagadnienia techniczno-prawne, Przegląd Elektrotechniczny, 92 (2016), nr. 2, 218-223
3. Houser K., Mossman M., Smet K., Whitehead L., Tutorial: Color Rendering and Its Applications in Lighting, Leukos, 12:7-26, 2016
4. Wiśniewski A.: Elektryczne Źródła Światła, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2010
5. Publikacja CIE 177:2007 Colour Rendering of White LED Light Sources
6. Royer M.P., IES TM-30-15 Is Approved-Now What?, Leukos, 12:3-5, 2016

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!