Fényforrások színvisszaadási indexe - CRI

Amikor egy új fényforrás vásárlásakor egy webshopban nézelődünk vagy egy boltban a kezünkben tartjuk a kiszemelt terméket, feltűnhet, hogy egyre több paraméter van feltüntetve a leírásban vagy a csomagoláson. Egyes adatokat tüzetesen megnézünk, elgondolkodunk rajta, számolunk, mert fontos a fogyasztás, nem akarunk az áramszolgáltatónak sokat fizetni, ezért keressük a leghatékonyabb lámpát. Aztán ha már vásároltunk pár terméket akkor tudjuk, hogy fontos a színhőmérséklet és a fényáram értéke is, de egyes csomagolásokon ennél sokkal több paraméter és adat van feltüntetve amiből néhányat lehet nem is ismerünk ezért átsiklunk felette pedig fontos információt tartalmaz. Ha tüzetesen átnézzük a csomagolást vagy a webshopban az adott termék leírását, rábukkanhatunk egy CRI értékre.

Magas és alacsony CRI értékű fényforrás eredménye

Talán van aki úgy gondolja, hogy ez nem fontos és fölösleges az időt fecsérelni ezen adatokra, valamint kicsit már talán tudományosnak is tűnhet, hogy egy egyszerű fényforrás vásárlásakor ennyire sok paraméter, érték és specifikáció figyelembevételével kell eldöntenünk, hogy melyik legyen az az egy amelyik majd fényt ad az esti olvasáshoz, esetleg a konyhai függesztékben világít majd az asztal fölött, de ha pontosan megértjük, hogy ez az érték milyen tulajdonságot hivatott leírni akkor rájövünk annak vitalitására.

A CRI az angol Color Rendering Index rövidítése ami annyit jelent, hogy színvisszaadási index.

A színvisszaadási index, a fényforrás azon képességét méri vagy mutatja, hogy különféle tárgyakat megvilágítva vele, mennyire képes azok színét visszaadni, tehát az adott fénnyel megvilágított tárgyak színe megváltozik ahhoz képest, amikor ugyanezen tárgyakat valamely referenciasugárzóval világítjuk meg.

A CRI vagyis a színvisszaadási érték 0 és 100 között lehet. Az emberi szem számára a tökéletes fény a nap fénye ennek színvisszaadási értéke 100. Minden mesterséges fényforrás ennél kicsit rosszabb, de körülbelül 95 és 100 közötti CRI értékeket az emberi szem már szinte nem képes megkülönböztetni.

A magas CRI értékű fényforrások képesek a megvilágított tárgyak színeit „valósághűen” vagy „természetesen” visszaadni egy ismerős referenciaforráshoz képest, legyen a referencia sugárzó akár izzólámpa, akár a nap természetes fénye.

A LED fényforrások néhány évvel ezelőtt még 70 körüli CRI értékkel készültek, manapság viszont már létezik 95 CRI értékű világítótest.

CRI érték a LED termékek csomagolásán

Jelenleg a gyártóknak nincs kötelezettségük, hogy a fényforrások CRI értékét feltüntessék a termékek adatlapján, de a 90 fölötti értékkel rendelkező LED fényforrások csomagolásain marketing szempontból általában jelölik valamilyen színes ábrával, hogy felhívják a vásárlók figyelmét ezen tulajdonság magas értékére. Habár egységesített ábra még nincs a jelölésére, azonban ha magas CRI értékű LED fényforrást szeretnénk vásárolni akkor valószínűleg hamar meg fogjuk találni az erre utaló ábrát a termék csomagolásán.

Az elfogadható CRI eredményes elérése volt a legnehezebb mutató a hagyományos izzószálas fényforrások cseréjére szánt első-generációs LED fényforrások esetén. Ezért ezt az értéket gyakran figyelmen kívül hagyják a marketingben, tehát a CRI-érték csak alkalmanként jelenik meg a termék csomagolásán.

Az egyesült államokban már több mint tíz évvel ezelőtt felismerték a magasabb CRI értékű LED fényforrások hiányát és 2008 az USA Energiaügyi Minisztériuma létrehozta az „L Prize”-t vagyis az L díjat, amely egy olyan izzólámpa kifejlesztésére ösztönözte a gyártókat, amely megfelel a hatékonysági mutatóknak, és amelynek CRI értéke magasabb mint 90.

A díj elnyerésének érdekében több gyártó is gőzerejű fejlesztésbe kezdett és közel három év múlva 2011. augusztus 3-án a Philips fényforrás fejlesztő és gyártó céget nyilvánították a díj nyertesének. Mára már kezd egyértelművé válni, hogy a magas CRI értékű izzók elfogadhatóan képesek helyettesíteni a hagyományos izzókat, azonban a legtöbb LED lámpának a CRI értéke még mindig nem haladja meg a 90-et. A cikk írásának idejében a boltok-, webshopok polcain, valamint a használatban lévő LED fényforrások CRI értéke még mindig csak a 80+.

Ha valaki lapozgatott már valaha egy színes magazint vagy újságot olyan helyen ahol higanygőzlámpa világított, például utcai lámpa fénye alatt, vagy egy pályaudvaron akkor tapasztalhatta, hogy a színek nem olyanok mint nappali fényben vagy otthon a volfrámszálas izzó fényénél. A képeken, a vörös barnának tűnhetett, az olíva és a szürke egyes árnyalati lehet azonosnak, megkülönböztethetetlennek tűntek és néhány szín kivételével az összes többi picit sötétebbnek látszott. Hogy miért van ez így? Ezt a hatást okozza a világítótest alacsony CRI értéke.

CRI érték összehasonlítás

Hogy jobban megértsük pontosan mi is történik amikor egy lámpatest mesterséges fénye visszaverődik egy tárgyról és annak a színei nem tűnnek természetesnek, meg kell vizsgálnunk a fény színeit. Menjünk vissza egy kicsit az iskolai fizikaórára amikor prizmával a nap fényét a szivárvány színeire bontottuk.

Fehér fény színekre bontása

A nap fényéből tökéletes szivárványt vetítettünk, de ha a nap helyett egy mesterséges fényforrást használunk akkor a megjelenő színek nem tartalmazzák a szivárvány minden árnyalatát legalábbis nem ugyanolyan intenzitásban. A tárgyak színeit csak akkor láthatjuk, ha a fény tartalmazza az adott tárgy színeivel azonos színeket.

Tehát egy piros almát csak akkor láthatunk pirosnak ha a fény ami megvilágítja tartalmazza a piros fényt. A mesterséges világítótestek színspektruma különbözik a nap fényétől ezért mind kicsit más színben (színekben) tünteti fel az adott tárgyat.

Különböző fényforrások sugárzási aránya a fény látható spektrumában

A fenti képen négy grafikonon négy világítótest színspektruma látható. Az első a nap fénye, a második egy LED lámpa fénye, a harmadik egy hagyományos wolframszálas izzó fénye és a negyedik egy kompakt fénycső fénye. Meg kell jegyezni, hogy a LED állandó fejlődése miatt egyre jobb és jobb lesz, tehát ha ezen cikk írása után egy évvel megvizsgálunk egy LED fényforrást valószínűleg már sokkal jobban fog hasonlítani a LED színspektruma a napfény színspektruma.

A fényforrások színvisszaadási indexe tulajdonképpen a látható fény spektrumának grafikonja egyetlen számértékbe sűrítve, amelynek vizsgálati és mérési módszerét a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság szabványosította. A CRI érték egy elfogadott, objektív index, ennek ellenére a vizsgálati módszert mind a mai napig sokan kritizálják arra hivatkozva, hogy egy nem minden fényforrás és beállítás esetén korrelál a színvisszaadás-érzettel, ebből az okból eredően a vizsgálati módszert kritizálók szerint ezt az adatot inkább csak tájékoztató jellegűnek kellene tekinteni.

A CRI mérést a fentebb már említett Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (CIE) fejlesztette ki még 1974-ben, amikor is kiválasztottak néhány tesztszínt. A kiválasztott színeket egyenként egyszer a referenciasugárzóval majd a vizsgált fényforrással világították meg és mérték a visszaverődő fények különbségét a referenciasugárzó és a vizsgált fényforrás esetén, minél kisebb az átlagos színkülönbség, annál nagyobb a CRI. Az alacsonyabb CRI értékek azt jelzik, hogy egyes színek természetellenesnek tűnnek.

A korai mérési eredmények alapján az izzólámpák CRI értéke 95 felett van, a hideg fehér fénycsövek CRI értéke 60 körüli, egyes foszfort tartalmazó fénycsövek esetén 80 körüli CRI értékeket mértek.

Az 1974-ben kidolgozott módszerben két magyar szakember is rész vett: A. Somkuti és P. Szlveszer.

A vizsgálati módszernek két fő hibája volt. Színkülönbségeit nem egységes színtérben mérték és a színkészletben mindössze 8 elem volt és mivel a vizsgálati módszer ebben a formában nem tűnt megfelelőnek ezért 1995-ben a CIE frissítette azt. A 8 tesztszín mellé kiválasztottak még 6 kiegészítőszínt így már 14 teszt színt -TCS (Test Colour Samples) használtak.

A CIE a CRI vizsgálati módszert többször frissítette így 2012-ben már 15 tesztszínt jelöltek meg.

CRI teszt színek

A megszámozott színeket egyenként megvilágítják a referenciafénnyel és a vizsgált fényforrással. Mindkét fényforrás esetében mérik a visszaverődő fény értékét mind a teszt 14 színnél.

A vizsgálati módszereket ezután is sok kritika értre, ezért 2015-ben az IES (Illumination Engineering Society) bevezetett egy újabb CRI vizsgálati módszert, amely más tesztkörnyezetet és 99 színmintát használ, azonban ez az újabb módszer nem hivatott megváltoztatni, vagy felülírni a CIE által 1995-ös vizsgálati módszerét.

A CIE 2017-ben az IES által leírt módszerrel szinte azonos intézkedést tett közzé, de az sem nem írta felül a CIE saját, régebben kiadott CRI vizsgálati módszereit.

A CRI leggyakrabban használt értékét Ra-nak hívják, amely az első nyolc index (R1-R8) átlagértéke (CIE 1974), az újabb pontosabb módszer a kiterjesztett, vagy angol nevén Extended CRI (Re), amely az R1-R15 átlagértékét használja (CIE 1995), ez így pontosabb színhűségmérőként szolgál, mivel több szín megjelenítését veszi figyelembe.

A kiterjesztett, Extended CRI az R1 – R15 indexek átlaga. Előnye, hogy bizonyos úgynevezett telített színeket is figyelembe vesz, például a mélyvöröset és a mélykéket, amelyeket az általános CRI (Ra) nem veszi figyelembe.

A CRI értéken belül fontos lenne ha a gyártók nyilvánossá tennék az adott termékek kiterjesztett, vagyis Extended CRI értékének bizonyos összetevő Ri számait, például az R9-et és az R12-t, amelyek a megvilágítás két jelentős színét képviselik. Tehát, amikor a színvisszaadási indexről beszélünk, a magas CRI meghatározása változik, és jobb az összehasonlítás megkezdése az általános CRI-vel (Ra), de hangsúlyozni kell a speciális Ri számokat a kiterjesztett CRI-ben

A színvisszaadási érték tehát egy átlag, aminek alapja az egyes tesztszínek referenciasugárzóval és a vizsgált sugárzóval történő megvilágításakor mért színkülönbsége.

A fényforrásgyártók sok esetben nem jelölik a mérési érték mellett, hogy azt melyik módszerrel végezték így nem tudhatjuk, hogy különböző gyártóktól származó azonos tulajdonságokkal és azonos CRI értékkel jelölt fényforrások valós színvisszaadási tulajdonságaiban van-e valamilyen különbség.

Ahogy a leírásból láthatjuk, fontos a fény megfelelő CRI értéke, mert valószínűleg senki sem szeretné ha a családi vacsorára feltálalt ételek színei fakók, szürke árnyalatúak lennének, az sem előnyös ha a sminktükör előtt az egyes kozmetikai termékek, például púderek, rúzsok színe merőben eltérne a természetes fényben láthatótól, pedig az alacsony színvisszaadási indexel rendelkező fényforrások esetében ez nem ritka.

Mind az otthoni világítástechnikai eszközök mind az ipari fényforrások megfelelően magas CRI értékét az adott hely, illetve az ott végzett munkafolyamat tekintetében kell megválasztani.

Gyógyászati létesítményekben, rendelőkben, kezelőkben, műtőkben ahol fontos, hogy megfelelő színükben lássuk az egyes tárgyakat ott a lehető legmagasabb CRI értékű fényforrás használata javasolt.

Ipari létesítményékben nyomdákban, ahol szemrevételezéssel ellenőrzik a különböző produktumokat és a nem megfelelő szín vagy színárnyalat, hibának számít és akár a termék selejtezését is megköveteli ott fontos, hogy megfelelően ellenőrizhetőek legyenek a színek, színárnyalatok és ebben a minőségi magas CRI értékű fényforrások használata elengedhetetlen.

Magas CRI értékű fotós lámpa

Az utóbbi időben a fotózási kiegészítők között is megjelent néhány LED fényforrás, ezek CRI értéke is fontos mivel az alacsony színvisszaadási indexel rendelkező lámpák okozta fakulást nem biztos, hogy egy jó gép vagy egy számítógépes utómunka maradéktalanul ellensúlyozni tudja.

Lakásokban ahol a mindennapi tevékenység megkívánja, hogy a tárgyak színeit megfelelően érzékelhessük, hogy azok ne térjenek el jelentősen a természetes fényben látható színűktől ott fontos a magas CRI értékű fényforrás használata.

Olvasáshoz ajánlott a magas CRI értékű fényforrás

Fontos hogy a konyha nappali, dolgozószoba, fürdőszoba fényforrása nem csak fényerő és színhőmérséklet tekintetében legyen komfortos, de CRI értéke is megfelelően magas legyen.

Természetesen, lehetnek kivételek, hiszen a konyhaszekrény élvilágítása vagy egy holker dekorációs LED szalagja ha nem játszik szerepet a fővilágításban akkor nem fontos, hogy CRI értéke magas legyen.

A kültéri fényforrások esetében, néhány speciális alkalmazási területet kivéve, nincs különösebb jelentősége a magas CRI értéknek, hiszen már az első-generációs nagyteljesítményű LED reflektorokban felhasznált LED chipek CRI értéke is elérte a 70-es értéket, ami munkavégzéshez, vagy egyéb feladatokhoz elengedő.

A színes fényforrásoknál a fehér fényűekkel ellentétben hiányoznak bizonyos színek, ebből kifolyólag válnak azok színesekké, hiszen ha a szivárvány minden színe ott lenne fehér fényt látnánk. Mivel a színes fény egyértelműen rosszul adja vissza a tárgyak színét, a színes fényforrások CRI értékét nem vizsgálják, ezért ezeknek a termékeknek a csomagolásain nincs is értelme keresni ezt az értéket.

Ui: A CRI érték nem összetévesztendő a CREE gyártóval.