При выборе светотехники пользователю приходится иметь дело с целым рядом параметров, среди которых цветовая температура — один из самых важных. От него зависит, как будет светить источник, передавать цвета объектов, влиять на организм в целом, и на зрение в частности. В этом материале разберём — что означают кельвины и люмены в светодиодных лампах, какие лучше брать для дома, работы, отдыха. Ведь многие даже не обращают внимания на эти цифры, ориентируясь только на тип цоколя и стоимость.
Оптические параметры источников света
Чтобы охарактеризовать любой источник искусственного света, используются электрические и оптические параметры. К первой группе относится рабочее напряжение и номинальная мощность, которые указываются в вольтах (В) и ваттах (Вт). Если лампа рассчитана на 220 В, то от 12 В она работать не будет. А если наоборот — моментально перегорит. Чем мощнее лампочка, тем больше света она даёт.
Поскольку светодиоды и другие источники используются для получения света, то более важными их параметрами являются оптические:
- Цветовая температура.
- Индекс цветопередачи.
- Световой поток.
- Сила света.
- Светоотдача.
Тема этого материала — цветовая температура LED ламп. О ней поговорим позже подробно. Рассмотрение других оптических свойств поможет лучше разложить по полочкам достаточно сложные для понимания величины и не путать их в дальнейшем.
Индекс цветопередачи
Мы видим окружающий нас мир благодаря тому, что свет отражается от поверхностей объектов. В зависимости от того, какой длины волны попадают на сетчатку наших глаз, мы различаем цвета: красный, синий и зелёный. Другие цвета и оттенки получаются при смешивании этой тройки в той или иной “пропорции”. Например, если смешать красный и зелёный, то получается жёлтый. Красный с синим дают фиолетовый или лиловый. Белый цвет получается при смешивании всех трёх базовых цветов.
Индекс (коэффициент) цветопередачи — это показатель качества или точности передачи реального цвета освещаемой поверхности. Обозначается Ra или CRI (colour rendering index). А измеряется в процентных единицах от 1 до 100, где 100 — это эталонная цветопередача, 1 — самая плохая. Данное понятие ввели после того, как обнаружили, что два идентичных цвета под разным освещением заметно отличаются. То есть было установлено, что источник света влияет на наше восприятие оттенков.
Эталонной цветопередачей обладает только один источник света — Солнце. У остальных — естественных и искусственных — этот показатель всегда меньше 100. Например, лампы накаливания, а также галогеновые и люминесцентные — передают цвета с точностью выше 90% (лампа накаливания в этом лучшая). Большинство светодиодных источников света имеют коэффициент цветопередачи в пределах 80-90. Никудышная цветопередача у натриевых ламп.
Заранее отметим, что цветовая температура светодиодов, ради которой мы здесь собрались, и индекс цветопередачи — это две связанные между собой характеристики. То есть, от первой зависит вторая. Чтобы убедиться в этом на практике, возьмите зелёный предмет (карандаш, фломастер), и посмотрите на него сначала при свете свечи в тёмной комнате, а потом при дневном белом свете на улице. Цвет одного и того же предмета будет восприниматься по-разному.
Световой поток
Световой поток светодиода — это количество или мощность излучаемого им света. Измеряется в люменах. Напрямую зависит от типа кристалла и яркости свечения. Два одинаковых светодиода дают больше люмен, чем один. Чем больше люмен, тем свет воспринимается нами, как более яркий. Цветовая температура и здесь “при деле”. Наше восприятие яркости зависит от неё.
Сила света
Сила света — это величина световой энергии, которая переносится световым потоком источника. Измеряется в канделах. Непосредственно связана с понятием светового потока. Чем больше кандел, тем ярче светит лампа. С цветовой температурой эта единица связана лишь косвенно. А вот качество цветопередачи при изменении силы света может практически не меняться.
Светоотдача
Световая отдача — это характеристика источника света, которая показывает, насколько эффективно электрическая энергия превращается в световое (видимое) излучение. Измеряется в люменах на ватт. Чем выше этот параметр, тем экономичнее лампа. И светодиодам в этом плане пока что нет достойного конкурента. К цветовой температуре светоотдача напрямую не относится.
Что такое цветовая температура?
Цветовая температура светодиодных светильников — это… цвет излучаемого ими светового потока. Официальное определение чуток сложнее. Для понимания в том числе. Достаточно понять, что температура света — это его оттенок. Несмотря на то, что измеряется в кельвинах, к нагреву светодиодов отношения она не имеет. Если кельвинов больше, то это не означает, что светильник будет сильнее греться. Это первое, что надо запомнить.
Какая связь между цветом света и единицей измерения температуры? Объясним на пальцах. Если взять кусок металла, и нагреть его докрасна, он начнёт излучать свет, видимый нами, как тёмно-красный. Нагрет он в этот момент примерно до 500 градусов по Цельсию или до 800 по Кельвину. Цветовая температура такого “источника” — тоже будет считаться 800 кельвинов.
Если нагревать металл дальше, он “покажет” новые оттенки — оранжевый, жёлтый, белый, голубой… Так вот, при какой температуре в градусах по Кельвину материал примет определённый оттенок, такая и будет цветовая температура излучаемого им света. Подчеркнём, что связь между нагревом и цветом присутствует только в этом или похожих примерах. Они нужны лишь для объяснения понятия. В случае со светодиодными светильниками цветовая температура их свечения никак не зависит от степени нагрева элементов.
Чтобы запомнить навсегда. Есть кельвины, и есть градусы по Кельвину. В “просто” кельвинах измеряется цветовая температура. А в градусах по Кельвину изменяется термодинамическая температура. Первую мы видим глазами. Вторую ощущаем тактильно.
Еще больше о цветовой температуре светодиодных ламп можно узнать из видео
Шкала цветовой температуры
Шкала цветовой температуры — это наглядный пример, позволяющий визуально сопоставить видимый глазами оттенок светового излучения с тем, скольким кельвинам он соответствует. Например, если выйти на улицу в ясный день, то мы увидим окружающий мир в свете, цветовая температура которого около 5000 кельвинов. В тёмной комнате свеча даёт 1500-1800 кельвинов.
Вот ещё несколько примеров.
- 2700 кельвинов — какой свет? Это так называемый «теплый белый» свет с преобладанием желтого — так светит лампа накаливания 60 Вт.
- 3000 кельвинов какой свет? Это свет также находится в «теплом белом» диапазоне, но немного ближе к белому. Так светит лампа накаливания 200 Вт.
- 4000к — какой свет? Это нечто среднее между дневным освещением и тем, которое даёт галогеновая лампа.
- 4000 — 4200к — какой цвет? В этом диапазоне мы видим переход от светло-жёлтого к белому.
- 6000 кельвинов — какой свет? Такой даёт металлогалогенная лампа.
- 6500 кельвинов — какой свет? Такой дают многие люминесцентные лампы.
- 6500К — какой цвет? Такой температуре соответствует тёмно-голубой оттенок пасмурного неба.
Какая цветовая температура лучше?
Эта характеристика светодиодных светильников влияет не только на наше восприятие оттенков. От неё также зависят биологические процессы в нашем организме. Так, при одной температуре освещения мы лучше расслабляемся. При другой — способны быстрее выполнять работу, концентрируя на ней своё внимание. Освещение может раздражать глаза и нервную систему. Поэтому надо стараться подбирать температуру света в соответствии с текущей деятельностью.
Весь спектр со шкалы выше принято делить на три большие группы (диапазоны):
- Тёплый свет.
- Нейтральный.
- Холодный.
В этих понятиях часто возникает путаница. Ведь только недавно мы разобрались, что шкала сдвигается вправо тем дальше, чем сильнее раскаляется материал, излучающий свет. А здесь всё наоборот — по шкале оттенки смещаются в том же направлении, но уже от тёплого к холодному. Эту особенность легко запомнить, если не путать градусы Кельвина и “просто” кельвины.
Тёплый свет
Такой излучает лампа накаливания, свеча, костёр. Все эти источники дают красновато-оранжевый оттенок. Мы называем его тёплым, мягким, ламповым — потому, что нами он воспринимается, как расслабляющий, успокаивающий, уютный. Теперь понятно, что заниматься работой при таком свете — нежелательно. Процесс будет неэффективным.
Источники, излучающие тёплые тона, хороши в комнате для отдыха, спальне, ванной. Можно их устанавливать и там, где не требуется высокая концентрация — в прихожих, коридорах, во дворах.
Обратите внимание, что лампа накаливания даёт тёплый свет и одновременно обладает наилучшей среди искусственных источников цветопередачей. А вот если взять свечу или светодиоды этого оттенка, то у них данный индекс будет низким. Секрет лампы накаливания в том, что её свечение состоит из большего количества оттенков видимого спектра, чем у светодиодов. Потому и цвета под её освещениям выглядят натуральнее.
Нейтральный свет
Нейтральным принято считать освещение, максимально близкое к естественному дневному. К такому наше зрение приспособлено в ходе длительной эволюции (искусственные источники появились в жизни человека сравнительно недавно). Потому при нейтральном освещении мы правильно видим цвета и лучше себя чувствуем. Такой свет не раздражает, и не напрягает. Мы можем при нём как отдыхать, так и работать, не наблюдая особого дискомфорта.
К искусственным источникам, излучающим близкий к дневному свет, относятся лампы дневного света, некоторые галогеновые лампы, а также светодиодные светильники, на которых указана температура 4500-5500 кельвинов. Такие рекомендуется устанавливать в гостиной, рабочем кабинете, в офисах, на производствах.
В автомобильных фарах головного света устанавливаются лампочки, дающие близкий к нейтральному свет. Они наилучшим образом передают дорожную обстановку. Некоторые автолюбители втыкают в свои фары дешёвые китайские лампочки, которые дают голубоватый свет. Холодный. Он утомляет водителя и ослепляет едущих навстречу. В противотуманных фонарях устанавливают жёлтые лампочки. Длина волны такого излучения больше, чем у белого, и они лучше “пробивают” туман и мелкий дождь.
Холодный свет
Холодным мы называем свет бело-голубого оттенка. Такой имеет слегка пасмурное небо. Поскольку на шкале видимого спектра голубой находится близко к ультрафиолетовому, несложно понять, как холодное освещение влияет наш организм. При его воздействии у нас вырабатывается гормон, который способствует бодрствованию. Это полезно, когда надо на чём-то сосредоточиться. Однако холодный не очень благоприятно влияет на наше зрение. Длительное пребывание при таком освещении быстро утомляет, нервирует, напрягает.
Исходя из этого, источники холодного света не стоит устанавливать в местах, где нужна расслабляющая, комфортная атмосфера. Также надо учитывать, что при такой цветовой температуре искажается цветопередача. С другой стороны, освещать рабочие места холодным светом тоже не следует. При нём достижимо лишь кратковременное повышение работоспособности. Но вскоре организм устанет от неприродного для него освещения, и “откажется” концентрироваться на выполняемых действиях.
Как светодиоды излучают свет разной цветовой температуры?
В некоторых таблицах света можно увидеть светодиодные источники почти по всему диапазону цветовой температуры. Тогда как лампы накаливания, галогеновые, люминесцентные, ксеноновые — занимают своё скромное место. Как это возможно?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо хотя бы в общих чертах понимать, как устроен и работает светодиод. Те LED источники, которые повсеместно используются в светильниках и ярких фонариках, имеют следующее устройство. Свет излучается полупроводниковым кристаллом. Температура его свечения первично зависит от того, из какого материала он изготовлен. Применяя разные материалы и их комбинации, можно заставить светить светодиод практически любым цветом. В том числе тем, который за пределами видимого спектра.
Это используется в фитолампах для досвечивания рассады и комнатных растений. В них установлены светодиоды двух типов. Одни мы видим, как фиолетовые или лиловые. Дополнительно они облучают растения ультрафиолетовыми лучами. Второй тип — мы видим, как красные. Дополнительно они излучают инфракрасные лучи, которые тоже нужны для нормального развития растений.
Светодиоды, которые устанавливаются в лентах, светильниках, лампах — имеют полупроводниковый кристалл, который изначально даёт свет, близкий к белому, нейтральному. Чтобы получать другие цветовые температуры, применяется материал — люминофор. Его можно увидеть, если посмотреть на LED элемент. Обычно он выглядит, как прямоугольник желтоватого цвета. Внутри этого квадратика и есть люминесцирующее вещество. Путём подбора его состава производители светодиодов добиваются светового излучения нужной цветовой температуры.
Подчеркнём, что добиться от светодиода нужного оттенка можно и без люминофорного покрытия. Для этого применяются разные полупроводниковые материалы и их комбинации. По этой технологии делаются маломощные светодиоды, которые встречаются в некоторых фонариках, а также используются для индикации. В RGB светодиодах таких кристалла три — красный, зелёный и синий. Когда электрический ток (одинаковый по силе) протекает через все три кристалла, излучается белый свет.
Заключение
Цветовая температура источника света — это оттенок излучаемых им лучей видимого спектра. Бывают лампы тёплого, нейтрального и холодного свечения. Наши глаза видят тёплый, как красноватый, оранжевый и жёлтый. Нейтральный — это белый. Холодный — от светло-голубого до синего. Тёплый свет способствует расслаблению, отдыху. Холодный при длительном воздействии напрягает, раздражает, утомляет. Нейтральный белый свет — идеальный для нашего зрения, так как именно при нём человек жил много тысячелетий.
