Индекс цветопередачи и другие характеристики светодиодных ламп

Особенности конструкции и принципа работы

Внешне лед лампы практически не отличаются от своих аналогов с вольфрамовой нитью накала. Стандартный цоколь с винтовой резьбой позволяет использовать их в тех же приборах, не внося изменений в конструкцию электрооборудования. На этом сходство заканчивается. Внутреннее устройство светодиодных изделий гораздо сложнее.

Цоколь изготавливается из латуни и покрывается сплавом никеля, предотвращающим коррозию. Винтовая резьба обеспечивает контакт с патроном и качественное крепление. Основание из полиэтилентерефталата надежно защищает корпус прибора.

Драйвер, состоящий из импульсного трансформатора, микросхем и конденсаторов, преобразует величину входящего напряжения. Это самая дорогая часть устройства. Качественный преобразователь максимально снижает коэффициент пульсации.

Основной функцией алюминиевого радиатора является отвод тепла от элементов устройства. Благодаря этому повышается эксплуатационный срок. Размер радиатора напрямую связан с количеством светодиодов. Он может быть гладким или ребристым. Его форма зачастую зависит от общей конструкции.

На плате из того же материала размещены чипы, последовательно соединенные в группы. Форма платформы также соответствует конструкции лампы и может быть круглой, квадратной или овальной.

Рассеиватель изготавливается из ударопрочного пластика, реже из стекла, матового цвета. Он крепится к радиатору посредством защелок или специального герметика.

Принцип работы светодиодной лампочки прост. Чипы, расположенные на плате – не что иное, как кристаллы-полупроводники, которые начинают испускать свет при прохождении через них электротока. Последний идет только в одном направлении: от анода к катоду. Основное отличие от лампы с вольфрамовой нитью накала заключается в температуре нагрева. Светодиод нагревается до 38°С, в то время как металлическая нить до 2000°С. При этом на разогрев первого тратится 4% потребляемой энергии, тогда как во втором случае значение доходит до 96%.

Индекс цветопередачи

Немаловажный показатель, характеризует то, насколько источник не искажает восприятие освещаемых цветов. Минимальное значение – 1 – наихудший индекс цветопередачи с наибольшим искажением цветов, максимальное – 100 – когда цвета не искажаются вовсе и выглядят как при естественном освещении.

Ввести данную характеристику пришлось из-за того, что два источника света с совершенно одинаковыми световыми потоками и цветовыми температурами по-разному передавали цвета. Как оказалось, связано это с неравномерностью в спектре их излучения.

Что примечательно, самой лучшей цветопередачей обладают лампы накаливания! Их индекс цветопередачи Ra равен 100, т.е. они почти идеально передают цвета! А вот показатель популярных светодиодных лам от 60 (бюджетные варианты) до 95 (самые качественные образцы). В реальности большинство производителей светодиодных ламп гарантирует Ra>80.

И хотя нормой для жилых помещений считается значение не менее 80, для глаза разница между 80 и 100 имеется. Дома в зеркале человек может выглядеть немного иначе, чем на улице в глазах окружающий как раз из-за освещения лампами с низким индексом цветопередачи.

Шкала цветовых температур источников света

Есть определенная градация, позволяющая быстро выбрать оптимальный источник света не углубляясь в технические параметры лампы. Выделяют пять основных групп, которые чаще всего применяются в жилых или производственных помещениях. Для каждой присуща определенная температура света в Кельвинах, таблица позволит разобраться в этом моменте.

Температурный диапазон, К	Тип света	Подробное описание
2700-3500	Мягкий белый свет с желтизной	Позволяет создать спокойную, уютную обстановку, располагает к отдыху. Так светят лампы накаливания и некоторые галогенные варианты
3500-4000	Белый естественный свет	Обеспечивает хорошую цветопередачу. В такой обстановке зрение устает меньше всего. Используется для общего освещения в домах
4000-5000	Холодный белый оттенок	Дает хорошую видимость, подходит для офисов, общественных зданий, рабочих зон на кухне и т.д.
5000-6000	Белый дневной	Позволяет выполнять работы высокой точности. Чаще всего применяется в производственных помещениях
Более 6500	Холодный дневной с синеватым оттенком	Используется в помещениях с высочайшими требованиями к видимости, например, в операционных. Также его используют для видео и фотосъемки

Многие производители не только указывают цветовую температуру, но и делают упаковки разного цвета для удобства.

Данные по цветовой температуре должны быть на упаковках ламп.

Почему CRI R9 важен?

CRI R9 является очень важным показателем, потому что многим источникам света будет не хватать красного, но этот факт будет скрыт из-за усреднения вычислений CRI, которые не включают R9. Как показано на диаграмме ниже, источник света действительно может работать достаточно хорошо с первыми 8 тестовыми цветными образцами, демонстрируя неплохие результаты для R1-R8. Для общей метрики CRI Ra это означает, что светодиод с плохой цветопередачей красного цвета все еще может обойтись с рейтингом 80 CRI (Ra).

Однако при более внимательном рассмотрении значения R9 видно, что свет будет очень плохим, в частности, для красных цветов.

Таблица яркости света

На актуальный момент соответствие светового потока современных светодиодных ламп и потребляемой ими мощности выглядит так:

Световой поток, лм	250	400	650	1300	2100
Потребляемая мощность светодиодного светильника, Вт	2-3	5-7	8-9	14-15	22-27
Эквивалентная мощность лампы накаливания, Вт	25	40	60	100	150

В таблице указаны приблизительные округленные значения, так как присутствующие на рынке лампы произведены в течение нескольких лет различными производителями по отличающимся технологиям. Для восприятия «на глаз» этот разброс практически не заметен.

Имея четкое понятие о взаимосвязи характеристик светового излучения, можно самостоятельно выполнить расчет освещения помещения или территории. Для этого надо знать нормы освещенности и технические характеристики LED-ламп.

Индекс цветопередачи люминесцентных ламп

Показатели люминесцентных ламп зависят от их устройства:

• у стандартных изделий CRI
• у компактных и трубок Т5,Т8 CRI в пределах 60-80 Ra;
• у трех компонентных CRI примерно 90 Ra.

При покупке следует тщательно изучить упаковку, на которой CRI должен быть указан.

Отклонения в показателях люминесцентных ламп объясняются особенностью функционирования (рваным спектром излучения, состоящим из пиков с волнами различной длины). Большое влияние на коэффициент оказывает состав люминофора. Недобросовестные производители наносят такой состав, который позволяет пройти испытание на основе 8-и цветов. Остальные показатели при проверке оказываются гораздо хуже.

Что такое световой поток

На самом деле для расчета освещенности проектантами ранее использовалась другая величина – кандела (свеча), также имеющая прямое соответствие потребляемым ваттам лампой накаливания. В технической литературе начала второй половины прошлого века можно встретить выражения «тысячесвечовая лампа» и т.п. Яркость в канделах означает мощность света в ваттах, излучаемых в определенном направлении. В качестве визуальной ассоциации – такую яркость обеспечивает обычная горящая парафиновая или стеариновая свечка. Отсюда и название. Такой подход обеспечивает визуальное представление яркости, как количество горящих свечей.

Яркость свечения в одну канделу

Для понятия светового потока существует определение – мощность энергии излучения, которая оценивается по световому ощущению. Или количество фотонов, испускаемых в единицу времени. Математически это выглядит так: если точечный источник силой в 1 канделу излучает поток в телесный угол, равный одному стерадиану, то он создает световой поток в 1 люмен (лм).

Графическое изображение стерадиана

Требует пояснение понятие стерадиана. Чтобы представить телесный угол в 1 ср, надо взять конус с вершиной в центре сферы радиуса R, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную R2 . Угол раскрыва такого конуса составляет около 65 градусов.

Если точечный источник света в 1 канделу, излучающий одинаково во все стороны, поместить в сферу, радиусом 1 м, то на ее внутренней поверхности создастся освещенность, равная 1 люксу (лк). Эта величина используется для задания норм освещенности. Так, для различных помещений, согласно СНиП, должны выполняться условия:

• классные комнаты общеобразовательных школ – 500 лк;
• аудитории ВУЗов – 400 лк;
• спортзалы – 200 лк.

Нормы освещенности установлены и для других помещений.

Если световой поток в 1 лм падает на 1 кв.м. поверхности, то он создает освещенность в 1 лк. Отсюда связь между люменом и люксом: 1 лк = 1 лм/кв.м. Например, чтобы обеспечить достаточную освещенность в аудитории, площадью 100 кв.м., нужен световой поток в 40000 люмен. Также надо учесть, что освещенность убывает пропорционально квадрату расстояния от источника света, поэтому высота подвеса светильника имеет значение.

Цоколь

Для обозначения формы и размера цоколя светодиодов используется следующая маркировка:

• E14/ E27 (цоколи Эдисона). Стандартное резьбовое исполнение, применяемое в большинстве бытовых ламп. Цифровое обозначение указывает на диметр цоколя 14 и 27 мм, соответственно.
• GU. Двухштыковые цоколи с уплотненными штырьками. Устанавливаются на лампах для декоративных встроенных светильников акцентного типа. Метка GU употребляется вместе с цифровой составляющей, которая обозначает расстояние между штырьками. GU10 является наиболее распространенным цоколем этой формы.
• GU5.3. Разработан специально для LED-ламп, призванных заменить галогенные аппараты для освещения.
• G. Эта категория штырьковых цоколей используется при сборке ламп для люминесцентных изделий. Цифровая метка при букве G указывает на расстояние между контактами.

Разнообразие цоколей позволяет заменить источники света устаревших модификаций на новые, энергосберегающие приборы.

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.

Отрицательное воздействие

Мозг человека не может полноценно обработать информацию, которая поступает на глаза с частотой, превышающей несколько десятком герц. По этой причине кадры в кино и по телевизору меняются с частотой 25-50 Гц. Если пульсации потока света ниже, она оказывает воздействие на глаза и анализируется мозгом. Человек может определить яркость потока, цвета, оттенки, контрасты. Если информация подается с другой частотой, люди подсознательно стараются избегать ее.

Исследования медиков показали, что на самом деле глаза и мозг воспринимают данные с частотой до 300 Гц, но не визуально. Человек воздействия не чувствует, поэтому не принимает никаких мер. Ощущения дискомфорта и усталости он связывает с другими причинами. Хотя невизуальное воздействие изучено недостаточно, все же ясно, что оно достаточно глубокое.

При кратковременном воздействии мерцания:

устают глаза;
снижается внимание;
человек быстро утомляется;
замедляется работа мозга;
нарушается работа органов пищеварения;
появляется тошнота;
нарушаются суточные ритмы.

При продолжительном воздействии пульсации:

• развивается бессонница и депрессия;
• снижается зрение;
• развиваются патологии желудочно-кишечного тpaкта и сердечно-сосудистой системы;
• нарушается функциональность мозга;
• снижается работоспособность.

Самое опасное явление на рабочем месте – развитие стробоскопического эффекта при частоте мерцания до 80 Гц. У человека возникает иллюзия замедления движения и неподвижности окружающих предметов. Это повышает вероятность травматизма. При повышении частоты быстро развиваются болезни нервной системы.

Диапазоны цветовой температуры для ламп. Маркировка цвета свечения.

Для разных типов ламп диапазон цветовой температуры будет различаться.

Типы ламп	Диапазон ЦТ,К
Лампы накаливания и галогеновые	2700-3500
Дуговые ртутные	3800-5000
Натриевая лампа высокого давления	Не более 2200
Металлогалогенные	2500-20000
Люминесцентные	2700-6500
Компактные люминесцентные	2700-6500
Светодиодные	2200-7000

Точный цвет света зависит от вида и мощности лампы. Например, двухсотваттная лампа накаливания имеет цветность равную 3000 К, хотя в целом разброс цветности невелик.

Наибольший диапазон ЦТ у светодиодных источников света. Разнообразие связано с их конструкцией: для изготовления светодиодов используются разные материалы. Свет даже одинаковых led различается в зависимости от производителя. Для точной индексации температуры свечения разработан стандарт ANSI C78.377A. Цветовое свечение светодиодных ламп разбивается на 8 классов:

• 2725±145 (К);
• 3045±175 (К);
• 3465±245 (К);
• 3985±275 (К);
• 4503±243 (К);
• 5028±283 (К);
• 5665±355 (К);
• 6530±510 (К).

Даже в рамках одного класса свечение у разных лампочек различается. Производители придумали разбивать классы на подклассы (бины). Унификации пока не достигнуто: каждый изготовитель предлагает свою линейку цветовых температур. Поэтому лучше в один светильник вставлять лампочки одной фирмы. Иначе будут  расхождения в цвете свечения.

На упаковке led-ламп кроме значения цветовой температуры указывается подгруппа цветности.

Маркировка	Расшифровка	Примерный свет
WW (warm write)	Теплый белый, 2700-3300 К.
NW (neutral write)	Нейтральный белый, 3300 – 5000 К.
CW (cool write)	Холодный белый, свыше 5000 К

Маркировка люминесцентных ламп по цветовой температуре.

Российский ГОСТ выделяет пять разновидностей цвета. Они обозначаются буквами.

• ТБ – тепло-белый (2700-3000 К);
• Б – белый (3500 К);
• Е – естественный (5000 К);
• ХБ – холодно-белый (4200 К);
• Д – дневной (6000-6500 К).

Например, лампа ЛБ65 белого цвета. В последнее время российские производители наносят маркировку по международным правилам.

Зарубежные производители не маркируют по единому стандарту. Каждый изготовитель наносит свой шифр. ЦТ указывается цифровым кодом. Код у каждого производителя свой. Их расшифровку стоит спросить у продавца или посмотреть в технической документации.

Чаще всего ЦТ маркируют последними двумя цифрами кода. Их умножают на 100 для получения значения в Кельвинах.

Пример маркировки ЛЛ.

На лампе написано: L18W/840. Последние две цифры: 40. Значит, цветовая температура источника света: 40*100 = 4000 (К).

Часто европейские производители перед цифрами, обозначающими цветовую температуру, указывают слово Color/EW. (Например, Т8 w8 FS G13 RS 220 В. G Color/742. Цветовая температура составит: 42*100 = 4200 (К)).

Первая цифра трехзначного кода указывает на индекс цветопередачи (Ra/CRL). Это характеристика показывает, насколько реалистично передаются цвета при данном освещении. Индекс цветопередачи измеряется в процентах. Чем выше, тем лучше. Шифруется первая цифра: например, 7 означает, что Ra = 70-79%. В зависимости от индекса цветопередачи свечение воспринимается по-разному.

Иногда в маркировке ЦТ указывается полностью: SPM-15-27-3500-55. В данном случае температура свечения составит 3500 К.

Свечение люминесцентных ламп.

Какие лампы подходят для дома

В квартирах и частных домах белый свет не рекомендован. Не обязательно размещать везде одинаковые светильники, лучше воспользоваться индивидуальными рекомендациями по оборудованию освещения в таких помещениях. Светильники с белым нейтральным светом хорошо подойдут для освещения кухни, санузла, впишуься в интерьер прихожей. Их температура может варьироваться от 4000 K до 5000 K.

Но для спальни, детской и комнат, где вы отдыхаете, предпочтительно использовать теплые тона светового спектра. Тут лучшим решением будет теплый белый свет ближе от 2700 до 3200 K. Он снимет дневную напряженность, создаст уют и позволит расслабиться.

Удобно и эффективно пользоваться нормальным белым светом в зоне чтения и рабочем уголке, а также для подсветки зеркал, перед которыми наносится макияж. Этим вы добьетесь максимального цветового контраста и удобств для выполняемых действий.

Письменный стол ребенка лучше оснастить лампой с температурой 3200-3500 K. Она не создаст излишней усталости для глаз, а близость к белому спектру поможет собраться и настроиться на работу. Для всех светодиодных ламп их рабочая температура указана на упаковке.

Хотя наши глаза на протяжении многих лет привыкли к мягкой белой цветовой температуре лампы накаливания, это не означает, что они обязательно являются самым лучшим вариантом для освещения всего дома.

Например, из-за их теплой цветовой температуры, эти мягкие белые огни часто тянут теплые цвета из комнаты (предметы красного, оранжевого цвета), изменяют контрасты во всем пространстве. Вот несколько советов о том, как наиболее эффективно осветить разные комнаты в вашем доме:

Теплый свет предпочтителен для рекреационных зон, то есть мест, предназначенных для отдыха. Такие лампы устанавливают в спальнях, гостиных. В гостиной лучше комбинировать нейтральный и тёплый свет.

При недостаточном естественном освещении включаем нейтральный или оба, а в вечернее время либо при просмотре телепередач – тёплый. Для спальни однозначно стоит остановиться на лампах тёплого света.

Такие лампы предпочтительнее использовать в помещениях, которые предназначены для зрительной работы. Этот спектр излучения не утомляет глаза и обеспечивает наилучшее цветовосприятие.

Как уже говорилось, холодный белый свет оказывает стимулирующее влияние на наш мозг. В бытовых условиях его используют в ситуациях, где желательна периодическая концентрация внимания, например, смотровые кабинеты, операционные.

Светодиодные лампы с холодным белым светом, размещённые в ванной комнате, помогут утром быстрее войти в рабочий тонус.

Цветовая температура и наши эмоции

Температура света способна напрямую влиять на психологическое состояние человека. Теплые оранжевые и желтоватые оттенки лучше всего использовать для утра, так как они способствуют мягкому пробуждению, настраивают на положительный лад и стимулируют активность.

Также эти оттенки хороши для применения в вечернее время из-за их успокаивающего эффекта.

Источники света с нейтральным белым идеальны для помещений, в которых проводят большое количество времени, работают в течение длительного срока. Такие оттенки наиболее соответствуют полуденному солнечному свету, поэтому организм воспринимает такое освещение как сигнал к активной деятельности.

Лампы с высокой цветовой температурой нельзя использовать долгое время, так как они обладают чрезвычайно активизирующим воздействием на психику человека. При краткосрочном использовании такой свет стимулирует организм. А при долгосрочном возможен обратный эффект — торможения, депрессии.

При низком уровне освещенности (мало света) человек лучше чувствует себя при «теплом свете» (Тцв=3000 К), а если освещенность будет высокая (>700 лк), то появится дискомфорт и боль в глазах. И наоборот: Тцв=5000 К — комфортно от 700 лк до 2500 лк, но при освещенности менее 150 лк свет будет восприниматься тревожно (лунный свет).