Lumen, Kelvin, Ra-værdi og TM 30

Lysstyrke - nu i lumen

Med introduktionen af LED som lyskilder giver det ikke længere mening at anvende effekten (Watt) som udtryk for lysmængden. LED er en helt anden teknologi, og 10W giver helt forskellige lysstyrker i glødelys, lysstofrør, halogen og LED. Vi skal i stedet vænne os til at bruge enheden lumen til at angive mængden af lys. Med den metode kan styrken af de forskellige lyskilder sammenlignes.

Måling af lysstyrke i lumen

Målekammer til lysstyrke

Lysmængden måles ved at anbringe lyskilden i centrum i et kugleformet kammer, så lyset måles hele vejen rundt.

I praksis er man mere interesseret i, hvor meget lys, der falder på en overflade, og her anvendes lumen pr. m2, som kaldes lux.

Pas på hvidt lys

Temperatur på hvidt lys

Det er også meget vigtigt, at farven af lyset er rigtig. Hvidt lys er ikke bare hvidt lys. Farven kan være kold eller varm, og det giver vidt forskelllige stemninger.

Hvidt lys starter som blåt

LED dioderne er som udgangspunkt blå. For at få hvidt lys, forsynes de med gul coating. Det er forklaringen på, at de kolde (blå) LED er mere energieffektive end de varme.
I mange armaturer blandes røde, grønne og blå dioder, hvilket giver hvidt lys og giver mulighed for at indstille lysfarven.

Hvorfor måler man i Kelvin?

Farvetemperaturen, der angiver om lys er koldt eller varmt, måles i grader Kelvin. Det stammer oprindeligt fra glødetrådens temperatur i en glødepære – jo højere temperatur, jo hvidere lys. Kelvin-skalaen er parallel med Celsius-skalaen, blot ligger nulpunktet ved det absolutte nulpunkt i stedet for ved vands frysepunkt. En temperatur i Kelvin er dermed 273 grader højere end i Celcius.

Farvetemperatur 1000 - 2200 Kelvin
I dag har farveskalaen ikke sammenhæng med lyskildens fysiske temperatur, og man måler i stedet op mod 2 referencelyskilder - en for farvetemperaturer op til 5000 K (varmt dagslys), og en for højere værdier (koldt lys).
 

Sammenligning af spektra for LED 2700 og 6500 K

Sammenligning af spektra for LED med 2700 og 6500 Kelvin. Det er nemt at se, at 6500 K giver meget mere blåt lys

MacAdam angiver spredning i lysfarven

Når hvide LED-dioder kan være hvide i mange nuancer, er der behov for at måle og stille krav til, hvor meget de afviger indbyrdes. MacAdam-systemet  beskriver farvetolerance med en skala 1–10 hvor 1 er den bedste farverenhed (bølgelængde og mætning) man kan opnå. Mellem 1 og 3 er det svært at se forskel på farverne. Ved anvendelse af wall washer spots og til krævende lysgengivelse bør værdien ligge på 3 MacAdam. 

Hvorfor er farvegengivelsen vigtig?

De fleste har sikkert oplevet rum, hvor belysningen var "kedelig". Ved nærmere eftersyn vil det sikker være rum, hvor der er opsat armaturer uden hensyn til kvaliteten af lyset, så farverne gengives flade og alt for unuancerede.

Inden for klinisk arbejde er meget påkrævet, at lyset gengiver farverne som de er i virkeligheden, f.eks. ved aflæsning af sticks eller bedømmelse af hudfarve.
Sticks test kræver naturtro farvegengivelse

Farvegengivelse ved Ra70, Ra80, Ra90 og Ra100

Hvad er Ra-værdi?

For at kunne sammenligne forskellige lyskilders evne til at gengive farver, har den Internationale Belysningskommission (Commission Internationale de l'Eclairage, forkortet CIE) allerede i 1931 opstillet en farvetest, som lyskilder måles efter og tildeles en Ra-værdi (hedder også CRI – Color Rendering Index). Testen består i at måle lyskildens evne til at gengive 8 pasteller, sammenlignet med sollys midt på dagen (5000 K), hvorefter den tildeles en Ra-værdi på en skala fra 0 – 100. Sollys er defineret som Ra 100.

Svagheden i at anvende Ra-værdi som kvalitetsmåling består i, at farvegengivelsen er beregnet som et gennemsnit. Farvegengivelsen kan være god i få områder og dårlig i andre – men kan stadig opnå et godt gennemsnit og dermed en høj Ra. Omvendt kan en lyskilde med en lav Ra være udmærket - hvis den lave score stammer fra farver, som måske er uønskede til den aktuelle lyssætning.

Spektrum for naturligt sollysSollys har jævn spektralfordeling

Spektrum for lysrørLys fra lysrør har ujævn spektrafordling (mange spikes)

En anden svaghed er, at du ikke kan sammenligne Ra-værdien for lyskilder med farvetemperatur under 5000 K med lyskilder med højere farvetemperatur. De er målt med forskellige referencer, og for at kunne sammenligne, skal lyskilderne have samme farvetemperatur.

 

Hvad gør vi så?

Udvidelse af farveskalaen

Da det generelt blev erkendt, at kvalitetsmåling på 8 pasteller ikke giver et retvisende billede, blev der tilføjet flere farver i testen, så der ialt kunne måles på 14 farver. Især farve nr. 9, som er en klar rød, kan være nyttig. Resultatet betegnes som en Rværdi.

 

En anden løsning er forsøgt med testen CQS - Colour Quality Scale, som anvender en testpalette med 15 mættede farver og er designet til at spænde over hele Kelvinskalaen. Den er mere retvisende ved sammenligning af LED med andre lyskilder, men anvendes ikke så ofte som Ra.
 

Den kommende standard: TM 30

Som følge af, at LED-teknologien er vokset ud af Ra metoden, der ikke er blevet opdateret siden 1995, er der i 2015 udviklet en ny og meget mere omfattende testmetode til at bestemme lyskilders evne til at gengive farver korrekt. Den kaldes TM 30-18 (18 angiver revisionsåret), og består af 3 forskellige testforløb, der måler efter forskellige kriterier og på hele 99 farveprøver.

TM-30 test baseres på 99 farver

Det giver mulighed for, at også lyskildens anvendelse kan indgå som en parameter, der kan måles efter. Skal lyset f.eks. bruges på et hospital, i et venteværelse eller i et teater? Det er vidt forskillige kriterier, der er afgørende for valg af lyskilde i disse eksempler: På hospitalet skal lyset være så tæt på dagslys som muligt og gengive hudfarver perfekt. I venteværelset må lyset gerne signalere ro og renhed, og i teatret må der gerne være knald på farverne. Med TM 30 bliver det muligt at vælge den bedste lyskilde efter variende krav.

Color Vector Grafic  Rg

TM 30 omfatter også grafisk afbildning, der giver et hurtigt overblik over mange oplysninger. En af de mest nyttige er vektorgrafikken over målereultaterne placeret på farvecirklen.

Testfarverne tegnes ind som en cirkel (tegnet med sort) og målingerne fra de 99 farveprøver markeres i forhold til cirklen. Hvor farverne gengives kraftigere end referencen, ligger den gengivne farve uden for cirklen. Og tilsvarende ligger resultatet inden for, hvis farven gengives mere bleg end referencen. Samtidig kan en farveforskydning aflæses ved hjælp at pilene. Hvis en rød farve gengives mere lilla, vil pilen pege skråt.

Farve vektor grafik beskriver farveforskydning og farvemætning

TM 30-15

Test Værdi Beskrivelse
Rf  0-100 Test af farvegengivelse som Ra, men nu på 99 farver og med mixet overgang mellem de to referencer ved farvetemperaturer under/over 5000 K
Rf 0-100 Test af farvegengivelse, hvor de 99 farver er opdelt i 16 grupper, så det er muligt at fokusere på relevante farvegrupper
Rg 60-140 Test af farvernes mætning i forhold til referencen - værdien er et gennemsnit på tværs af farver. En værdi over 100 angiver, at farver vises mere intense, end de er i virkeligheden (Gamut Index)

Color Vector Grafik

  Grafisk beskrivelse af, hvilke farver der har højere/lavere mætning end originalen.
Grafik   Grafisk sammenstilling af Rf og Rg

TM 30-18 

TM 30 standarden er yderligere raffineret i 2018 og hedder nu TM 30-18, men der vil gå år, før standarden er bredt accepteret og implementeret i industrien.