Почему при установке светодиодов с двумя температурами цвета на половину яркости ухудшается цветопередача и качество цвета?

В индустрии освещения “двойная регулировка цветовой температуры” уже давно стала обычным явлением. В офисах, гостиницах или жилых комнатах возможность свободно переключаться между теплым и холодным белым цветом, похоже, стала стандартной функцией умного освещения.

Однако многие дизайнеры и пользователи замечают, что при установке промежуточного значения цветовой температуры что-то кажется “не так” - некоторые лампы заметно ухудшают цветопередачу, а другие приобретают розоватый или зеленоватый оттенок.

Рисунок: После смешанного затемнения светодиодов с двухцветной температурой и высоким CRI, Ra и R9 значительно уменьшаются.

Это не иллюзия, а скорее неизбежный результат принципа смешанного освещения светодиодами с двухцветной температурой. В этой статье с помощью самой строгой технической логики мы поможем вам понять причины этого явления и дадим профессиональные рекомендации по его улучшению.

Прежде чем обсуждать согласованность двухцветного освещения со смешанной температурой, мы должны установить общий “оптический язык”, включая:

Спектральное распределение мощности (SPD) - “отпечаток пальца” источника света, определяющий все характеристики, такие как цветовая температура и цветопередача.

• Свет ламп накаливания имеет непрерывный и ровный спектр, в то время как SPD белых светодиодов состоит из синих чипов и люминофоров, которые обычно имеют резкий синий пик и сегментированные желтые/красные полосы.
• В системе с двумя цветовыми температурами разница в SPD между теплым белым (например, 2700K) и холодным белым (например, 6500K) значительна, и их смешивание неизбежно приводит к новому спектральному профилю.

Индекс цветопередачи (CRI, TM-30)

• CRI Ra: международно признанный стандарт, используемый на протяжении десятилетий, но он оценивает только восемь тестовых образцов цветов с низкой насыщенностью, что делает его подверженным “оптимизации”, которая приводит к высоким числовым значениям, но плохой фактической цветопередаче.
• R9: Индекс цветопередачи насыщенного красного цвета, критический для оттенков кожи, дерева и мяса. Источники света с высоким Ra, но низким R9 часто приводят к тому, что цвета кажутся сероватыми.

• TM-30: Модернизированная версия, выпущенная IES North America, добавляющая двойные показатели Rf (достоверность) и Rg (насыщенность) и использующая векторные диаграммы цвета для визуального отображения направления и величины отклонения цвета, обеспечивая более полную оценку, чем CRI.

Цветовая разница (SDCM) и эллипс МакАдама

• Светодиоды из одной партии также могут иметь незначительные цветовые различия, и SDCM - это индикатор, который количественно определяет эти различия.
• Для качественного освещения обычно требуется 2-3 ступени SDCM, но это лишь показатель на уровне чипа, а стабильность системы также зависит от оптического дизайна и точности привода.

Система двойной цветовой температуры состоит из канала теплого белого и канала холодного белого. При регулировке цветовой температуры два SPD линейно накладываются друг на друга в разных соотношениях.

Вопростакие:  

• На диаграмме цветности CIE траектория цвета, полученного в результате смешивания, представляет собой прямую линию, в то время как идеальный белый свет (траектория черного тела BBL) - изогнутую линию.
• При настройке на промежуточную цветовую температуру эта прямая линия неизбежно “перерезает” BBL снизу, что приводит к систематическому отрицательному смещению Duv, проявляющемуся в виде заметного розового или пурпурного оттенка.

Это означает, что даже если цветовая температура идеально совпадает с BBL в обеих крайних точках, отклонение цвета в промежуточном диапазоне физически неизбежно.

Рисунок: Иллюстрация отклонения DUV от кривой сходимости

При реальном тестировании CRI и Rf светодиодов с двухцветной температурой часто демонстрируют заметный “провал” в среднем диапазоне (3500K~4500K), особенно при значительном снижении R9.

На это есть три причины:  

1. Спектральные промежутки:У теплых и холодных белых светодиодов есть свои сильные и слабые стороны, и их смешение в среднем диапазоне может привести к энергетическим “долинам” в критических областях, таких как 480-560 нм.  
2. Провал метамеризма:Хотя SPD смешанного света может достигать одной и той же цветовой температуры, он полностью отличается от истинного спектра с одной цветовой температурой, что приводит к искажению цветопередачи.
3. ТМ-30 выявляет изменения насыщенности:Средняя цветовая температура Rg часто повышается (перенасыщение), делая цвета более “живыми”, но снижая точность цветопередачи. Это может быть преимуществом в розничной торговле, но является критическим недостатком в помещениях с высокой точностью цветопередачи, таких как музеи и медицинские учреждения.

Чтобы кардинально решить проблему цветопередачи и согласованности цветопередачи, индустрия начала применять стратегию многоканальной спектральной настройки:

• Трехканальный: Добавление нейтрального белого между теплым и холодным белым значительно улучшает смещение Duv.
• Четырех/пятиканальный (RGBW, RGBAW):При введении независимых основных цветов, таких как красный, зеленый, синий и янтарный, алгоритм может оптимизировать SPD в условиях метамеризма, достигая:

~ Полнодиапазонное согласование BBL (Duv ≈ 0);

~ Полноцветная температура с высокой цветопередачей (Ra > 90, R9 > 90);

~ Контролируемая непрерывность спектра, поддерживающая освещение, ориентированное на человека, специфическое усиление цвета и другие приложения.

Хотя многоканальные системы имеют более высокую стоимость и сложность управления, они являются единственным решением, способным одновременно удовлетворить двойные высокие требования к цветопередаче и согласованности в высококлассных осветительных и цветокритичных приложениях.