Кельвины и Ra: две цифры с коробки, от которых зависит цвет комнаты

Дубовая столешница, выбранная в шоуруме за медовый тон, дома вечером выглядит серой фанерой. Плед, который был терракотовым, стал бурым. Лампа при этом ровно та, которую просили: 806 люмен, 2700 К, тёплый белый. Кельвины не соврали — они отвечают за оттенок самого света, а не за то, что этот свет делает с цветом вещей. За это отвечает вторая цифра, и её на коробке ищут в последнюю очередь.

Кельвины меряют раскалённый металл, а не лампу

Определение звучит неожиданно: цветовая температура (CIE S 017:2020, 17-23-067) — это «temperature of a Planckian radiator whose radiation has the same chromaticity as that of a given stimulus». Температура идеального нагретого тела. У лампы накаливания она настоящая: спираль раскалена, её спектр почти совпадает с планковским.

У светодиода спирали нет, и величина ему полагается другая — коррелированная: «temperature of a Planckian radiator having the chromaticity nearest the chromaticity associated with the given spectral distribution» (17-23-068). Ключевое слово — nearest, ближайшая. Стандарт тут же оговаривает, что понятием вообще не следует пользоваться, если цветность источника отходит от планковского локуса дальше заданного предела.

Сам локус (17-23-059) — «locus of points in a chromaticity diagram that represents chromaticities of the radiation of Planckian radiators at different temperatures». А точки с одинаковой КЦТ лежат не вдоль этой кривой, а поперёк: линия одинаковой температуры (17-23-082) — «locus of equal correlated colour temperature on a chromaticity diagram», перпендикулярная локусу.

«3000 К» — это не точка на диаграмме, а отрезок поперёк кривой. Лампа может сидеть на нём выше локуса и слегка зеленить, может ниже и слегка розовить. Обе честно подписаны 3000 К.

Совпадение кельвинов, стало быть, ещё не гарантирует совпадения оттенка.

Верхнюю половину диапазона в квартире закрыла норма

Здесь российский документ жёстче интуиции. СанПиН 1.2.3685-21, пункт 152:

Для общего и местного искусственного освещения следует использовать источники света с цветовой коррелированной температурой от 2400°К до 6500°К. Цветовая коррелированная температура светодиодов белого света не должна превышать 4000°К.

4000 К здесь не «нейтральный вариант на выбор», а потолок для технологии, которая стоит почти в каждом патроне. Лампы 5000 и 6500 К, продающиеся под именем «дневной свет», в жилой комнате оказываются за пределами норматива: сам диапазон до 6500 К открыт, но не для белых светодиодов.

Рядом, в пункте 155, стоит ограничение, которое в маленькой комнате бьёт больнее, чем в зале: светодиодные приборы «должны иметь защитный угол не менее 90°, исключающий попадание в поле зрения прямого излучения. Габаритная яркость светильников не должна превышать 5000 кд/м2». Лампа с прекрасной цветопередачей в голом патроне всё равно останется бликующей точкой, а при низком потолке она висит близко к глазам.

Ra — это среднее по восьми образцам

Индекс цветопередачи (17-22-109) — «measure of the degree to which the psychophysical colour of an object illuminated by the test illuminant conforms to that of the same object illuminated by the reference illuminant». Проще: насколько цвет предмета под этой лампой похож на цвет под эталонным источником (17-22-108).

R_i, специальный индекс

17-22-110: то же сравнение, но для одного конкретного контрольного образца из набора CIE. Отдельная оценка одного цвета

R_a, общий индекс

17-22-111: «mean of the CIE 1974 special colour rendering indices for a specified set of eight test colour samples». Среднее арифметическое по восьми образцам

R9

Регламент ЕС 2019/2015, приложение I, п. 41: «‘R9’ means the colour rendering index for a red coloured object as defined in standards». Насыщенный красный

Среднее по восьми — это и есть слабое место цифры на коробке: провал на одном образце усредняется семью остальными и в Ra почти не виден. А самый частый провал у светодиодов — как раз красный: люминофор на синем кристалле легко добирает жёлто-зелёную часть спектра и трудно — длинноволновую.

Что CRI и R9 — независимые величины, видно по структуре самого регламента: в таблице 3 приложения V они стоят в разных блоках, а в приложении IX для проверки рынком им отведена общая строка допуска «CRI and R9». Одну из другой не вывести.

Почему Ra 95 стоит ватт

Плата за широкий спектр учтена прямо в европейской формуле энергоэффективности. Регламент ЕС 2019/2020 задаёт предельную мощность как P_onmax = C × (L + Φ_use/(F × η)) × R, где «CRI factor (R) is: 0,65 for CRI ≤ 25; (CRI+80)/160 for CRI > 25». Подставим: при CRI 80 множитель равен 1,00, при CRI 90 — 1,06, при CRI 95 — 1,09 (расчёт по формуле регламента). Лампе с высокой цветопередачей разрешено брать примерно на девять процентов больше ватт при том же потоке — иначе она не проходит по эффективности.

Нижняя планка задана там же, в таблице 4 приложения II: «Colour rendering CRI ≥ 80». Всё, что ниже, — наружное и промышленное применение, с прямой пометкой на упаковке.

Шесть шагов Макадама, из-за которых лампы не совпадают

Разброс оттенка внутри партии описан отдельной величиной — регламент ЕС 2019/2015 определяет её как «maximum deviation of the initial <…> chromaticity coordinates (x and y) of a single light source from the chromaticity centre point (cx and cy) declared by the manufacturer <…>, expressed as the size (in steps) of the MacAdam ellipse». Требование к ней задаёт таблица 4 регламента 2019/2020: «Variation of chromaticity coordinates within a six-step MacAdam ellipse or less».

Шесть шагов — разрешённый максимум, а не типичное качество. Две лампы, честно подписанные 3000 К и честно уложившиеся в норму, могут сидеть по разные стороны эллипса: одна у зелёного края линии одинаковой температуры, другая у розового. По отдельности обе выглядят белыми — глаз подстраивается. Рядом, в одном светильнике на два рожка, разница читается сразу.

Где 2700, где 3000, где 4000

Логика простая: чем ближе задача к различению деталей и цветов, тем выше уместная температура и тем важнее высокий Ra. Подсветку столешницы поэтому планируют вместе с самой раскладкой кухни — линейный светильник под верхним шкафом должен быть одной температуры с общим светом, иначе стык двух белых будет виден на фартуке. То же в санузле, где полка над раковиной и зеркальный шкаф диктуют место для вертикального света: лицо в зеркале при низком Ra выглядит нездоровым независимо от кельвинов. И отличить тёмно-синий носок от чёрного в нише под гардеробную при плохой цветопередаче нельзя физически — там нужен и высокий Ra, и приличный R9.

Что напечатано на лампе, что на коробке, а чего нет нигде

Регламент 2019/2020 предписывает печатать на самом источнике света световой поток и коррелированную цветовую температуру, а если места хватает только на одно значение — поток. На упаковку идёт больше: КЦТ с округлением до 100 К, «также выраженная графически или словами», и индекс цветопередачи, округлённый до целого. R9 в этот перечень не входит — он живёт в информационном листе изделия, который по регламенту 2019/2015 поставщик заводит в базу данных. Там же оказываются шаги Макадама.

В России эти регламенты не действуют. Но модели ламп глобальные, и европейский список удобен как чек-лист: нет на коробке индекса цветопередачи — значение почти наверняка пограничное.

Почему нельзя мешать температуры в одной комнате

Глаз работает не абсолютным колориметром, а относительным. В стандарте есть адаптированный белый (17-23-081) — «colour stimulus that an observer who is adapted to the viewing environment would judge to be perfectly achromatic», и примечание уточняет, что в разных местах сцены он может быть разным. Когда в поле зрения один белый, зрение принимает его за эталон, и через минуту 2700 К перестают казаться жёлтыми. Когда белых два, эталон всё равно один, и второй источник получает ярлык «цветной».

Вторая часть чисто физическая: смена источника меняет цвет предметов сама по себе — «illuminant colour shift» (17-22-115). В маленькой комнате это усиливается, потому что свет успевает несколько раз отразиться от стен, и отделка своим коэффициентом отражения подкрашивает поток. Тёплая лампа на холодной серо-голубой стене даёт грязноватый оттенок, которого не было ни у лампы, ни у краски. Так же работают зеркало, возвращающее отражённый поток, и стеклянная перегородка между зонами: если по её сторонам стоят лампы разной температуры, граница станет цветной.

Разводить температуры по зонам открытой студии можно, но по сценариям, а не по метражу: 4000 К над рабочей поверхностью включается днём, 2700 К в жилой части — вечером, одновременно они гореть не должны.

Дневной и вечерний сценарий: что об этом известно точно

Здесь легко уйти в выдуманные проценты, поэтому сразу к источнику. Консенсусные рекомендации второго международного семинара по циркадной фотометрии (Brown T. M. et al., PLoS Biology, 2022, e3001571) сформулированы не в кельвинах, а в меланопической эквивалентной дневной освещённости на уровне глаз, в вертикальной плоскости: днём в помещении — не менее 250 лк, за три часа до сна — не более 10 лк, в спальне — не более 1 лк.

Оговорка из той же работы важнее самих чисел: температура света — лишь грубый ориентир этой величины. Авторы приводят пример, где обычный перестраиваемый белый светодиод на 6500 К имел меланопическую эффективность 0,83, тогда как источники со смешением каналов достигают заметно больших значений даже на 4000 К. Холодная лампа не обязательно «бодрит» сильнее тёплой — решает спектр, а не подпись на коробке.

Вывод для квартиры получается мягкий: днём на вас работает площадь остекления относительно площади пола, и карниз, выведенный за проём, добавляет к ней больше, чем смена температуры. Вечером верх гасится, остаются тёплые нижние слои — это ровно та раскладка на общий, локальный и акцентный свет, в которой температуры удобно разносить по группам выключателей.

Проверяется всё это без прибора. Возьмите в магазин образец своей отделки — обрезок ламината, лоскут обивки — и положите под витринную лампу. Если дерево на нём серое, а красная нитка бурая, никакие 2700 К эту лампу не спасут: у неё провален красный, и дома провал никуда не денется.