TM-30 das neue Maß der Farbigkeit - der bessere Color Rendering Index (CRI)
Der neue Standard des Farbwiedergabe-Index
Zusammen mit Wissenschaftlern der SORAA Inc. und der Illumination Engineering Society (IES) wurde ein neues und verbessertes Verfahren zur Messung der Farbwiedergabequalität von Leuchtmitteln entwickelt.
TM-30 ist ein hochpräzises und wissenschaftlich fundiertes Verfahren und übertrifft die bisherige Methode zur Bestimmung des sog. CRI
Physik
TM-30 berücksichtigt modernste wissenschaftliche Erkenntnisse der optischen, Licht und Lichtfarben beschreibenden Physik.
Das Ergebnis ist wesentlich aussagekräftiger als der bloße CRI Wert.
Präzision
TM-30 liefert weitaus genauere Informationen, wie zum Beispiel einen Index für die Lebendigkeit (Rf) der Farbwiedergabe.
Dieser Wert ersetzt den bisherigen CRI-Index. Der neue Index ermöglicht so eine klare Vorhersage, wie naturgetreu Farben erscheinen.
Mehr Einblick
TM-30 bietet auch mehr Einblick in den sog. Gamut-Index (Rg).
Dieser Index erlaubt die grafische Darstellung der Farbsättigung und die erreichte Präzision bei der Darstellung jeder einzelnen Farbe.
In einem vorhergehenden BLOG Beitrag habe ich den CRI und seine Prüffarben beschrieben.
Hier wollen wir dies weiter vertiefen und die Faktoren genauer beleuchten, wie sog. Verschiebungen die Farben eines Objekts beeinflussen können.
Im Allgemeinen kann eine Mischung aus Farbtonverschiebung und Sättigungsverschiebung (mehr oder weniger Sättigung) auftreten. Wie wir gesehen haben, ist der CRI nur an der absoluten Größe dieser Verschiebung interessiert und gibt daher keine Auskunft über die Art der Verschiebung - obwohl diese Information für unsere Wahrnehmung relevant ist. Heute möchte ich erklären, wie der TM-30 diese zusätzlichen Informationen liefert.
Schauen wir uns zunächst an, wie wir Farbverschiebungen in einem Farbraum visualisieren können. Ein Farbraum ist einfach ein Raum, in dem alle Farben, die wir sehen können, kategorisiert sind.
Es liegt zwar etwas Mathematik zugrunde, aber die Interpretation ist eher intuitiv. Die Abbildung unten zeigt eine Skizze eines Farbraums; verschiedene Farben werden durch ihren Farbton und seine Sättigung charakterisiert. Die dritte Dimension wird der Einfachheit halber nicht gezeigt: Sie entspricht der Helligkeit, d. h. ob eine Farbe dunkel oder hell ist. Die natürliche Farbe eines von einer Lichtquelle beleuchteten Objekts entspricht einem Punkt in diesem Diagramm; eine Lichtquelle (z. B. eine LED) kann eine Farbverschiebung bewirken, wodurch das Objekt an einem anderen Punkt erscheint. Abbildung 1 zeigt das Beispiel einer LED-Lichtquelle, die rote Objekte stärker sättigt (positive Sättigungsverschiebung) und orangefarbene Objekte gelblich erscheinen lässt (Farbtonverschiebung) - all dies im Vergleich zu natürlichen Farben. Wie wir sehen, können wir durch Einzeichnen von Pfeilen in den Farbraum erkennen, wie die LED-Quelle die Farben verzerrt.
Abbildung 1. Links: Skizze eines Farbraums. Die Sättigung nimmt von der Mitte zum Rand des Diagramms hin zu. In diesem Beispiel werden die Farbkoordinaten von zwei Objekten (einer Tomate und einer Orange) unter natürlichem Licht und unter LED-Licht aufgezeichnet. Das LED-Licht erhöht die Sättigung der Tomate (so dass sie reifer aussieht) und verschiebt den Farbton der Orange in Richtung Gelb (so dass sie eher wie eine Zitrone aussieht). Das entsprechende Erscheinungsbild ist rechts abgebildet.
Genau so funktioniert die TM-30-Methode:
Sie betrachtet neunundneunzig reale Objekte mit einer Vielzahl von Farben - diese wurden sorgfältig nach ihren Reflexionseigenschaften ausgewählt, aber das ist eine Geschichte für ein anderes Mal! An dieser Stell sei die Farbpalette des TM30 Verfahrens nur gezeigt... dagegen sind die 14 Prüffarben des CRI überschaubar 😉
Für jedes Objekt wird die Farbverschiebung berechnet, die durch die betreffende Lichtquelle verursacht wird. Anschließend werden die Objekte in Farbtonbereichen zusammengefasst und für jeden Bereich eine durchschnittliche Verschiebung berechnet. Auf diese Weise erhalten wir das Diagramm in Abbildung 2, das als Farbvektorgrafik bezeichnet wird und zu den Ergebnissen von TM-30 gehört. Dieses Diagramm zeigt, wie die verschiedenen Farben im Durchschnitt verzerrt sind. Die visuelle Interpretation ist intuitiv: nach außen gerichtete Pfeile bedeuten gesättigtere Farben, nach innen gerichtete Pfeile bedeuten stumpfere Farben, seitlich gerichtete Pfeile bedeuten eine Farbtonverschiebung, und kein Pfeil bedeutet, dass die Farbe nicht verzerrt ist!
Abbildung 2. Farbvektorgrafiken aus TM-30. Die Pfeile zeigen, wie Farben von ihren natürlichen Farben (die auf dem weißen Kreis liegen) durch verschiedene Lichtquellen verzerrt werden. Qualitativ minderwertige LEDs entsättigen verschiedene Farben, insbesondere Rot und andere warme Töne, und lassen sie stumpf erscheinen: Sie zeichnen sich durch einen niedrigen Rf und einen niedrigen Rg aus. SORAA Vivid gibt natürliche Farben wieder und verursacht kaum Verzerrungen: Es zeichnet sich durch einen hohen Rf-Wert aus. SORAA Enhance erhöht selektiv die Sättigung von warmen Tönen: Es zeichnet sich durch einen mittleren Rf-Wert und einen hohen Rg-Wert aus.
Die nächste Frage ist natürlich: Was machen wir mit diesen Informationen? Hier wird es etwas komplizierter, denn die Antwort hängt davon ab, was wir von der Lichtquelle erwarten.
Ein paar Dinge sind jedoch generell gültig.
- Wir mögen keine entsättigten Farben, vor allem nicht bei warmen Farben (Rot, Rosa, Orange)
- Wir mögen keine Farbtonverschiebungen, weil sie die Farben ungewohnt erscheinen lassen
- In manchen Fällen wollen wir, dass Farben natürlich aussehen - in diesem Fall wollen wir keinerlei Farbverschiebungen.
- In anderen Fällen mögen wir übermäßig gesättigte Farben (auch hier gilt das vor allem für warme Farben)
Eine einfache Faustregel besagt also, dass Menschen entweder Lichtquellen wünschen, die die Farben nicht verzerren, oder Lichtquellen, die einige Farben "verstärken" - und all das können wir anhand der Farbvektorgrafik analysieren und bestimmen.
Dies führt uns zum nächsten Schritt in TM-30, der darin besteht, diese Grafik der Einfachheit halber auf nur zwei Zahlen zu reduzieren. Die erste Zahl ist der Farbtreueindex Rf. Farbtreue bedeutet "keine Farbverfälschung". Rf misst einfach die durchschnittliche Länge der Pfeile in der Farbvektorgrafik. Wenn alle Pfeile die Länge Null haben, sind die Farben "natürlich", und Rf nimmt einen Höchstwert von 100 an. Wenn es zu Farbverschiebungen kommt, werden die Pfeile länger und Rf nimmt ab (bis zu einem Mindestwert von Null). Dies ist ähnlich wie beim CRI Ra - aber die präzisere und modernere Wissenschaft im TM-30 macht die Vorhersage von Rf genauer.
Die zweite Zahl ist der Gamut-Index Rg. Er gibt an, ob eine Lichtquelle im Durchschnitt die Farben übersättigt oder untersättigt. Rg wird als die Fläche der Form berechnet, die die Spitzen der Pfeile verbindet. Ein Wert von 100 bedeutet, dass die Fläche der Form die gleiche ist wie unter natürlichem Licht - mit anderen Worten: keine durchschnittliche Veränderung der Sättigung. Ein Wert über 100 bedeutet, dass die Sättigung tendenziell erhöht wird, und umgekehrt für Rg unter 100.
Es ist wichtig zu verstehen, dass Rf und Rg eng miteinander verbunden sind. Wenn Rf gleich 100 ist, gibt es keine Farbverschiebung; in diesem Fall muss auch Rg gleich 100 sein. Wenn Rf hingegen abnimmt, kommt es zu Farbverschiebungen, und Rg kann einen Wert über oder unter 100 annehmen. Grob gesagt, können wir einen Punkt Rf gegen einen Punkt Rg eintauschen. Wenn wir also eine "farbverstärkende" Quelle mit Rg=120 wollen, muss Rf bei oder unter 80 liegen. Mit anderen Worten, es gibt nichts zum Nulltarif: eine höhere Sättigung muss auf Kosten der Farbtreue gehen!
Daher können Lichtquellen auf einem Diagramm mit Rf-Rg-Werten angeordnet werden, wie in Abb. 3 dargestellt.
Abbildung 3. Veranschaulichung des Kompromisses zwischen Rf und Rg. Quellen können sich nur in der nicht-grauen Region befinden. Drei Zonen sind von besonderem Interesse: in grün, die High-Fidelity-Zone, in der sich SORAA Vivid befindet; in rot, die High-Gamut-Zone (Farbumfang) von SORAA Enhance; in blau, die Niederungen der Produkte mit schlechter Farbqualität.
In dieser Abbildung zeige ich mehrere Regionen auf. Die drei Regionen von Interesse sind:
- Die Low-Fidelity/Low-Gamut-Zone, die niemand wirklich mag, in der aber viele Produkte zu finden sind, weil es einfach ist, solche Lichtquellen in Bezug auf Lumen pro Watt effizienter zu machen.
- Die High-Fidelity-Zone Rf, die High-CRI-Produkten wie SORAA Vivid entspricht und eine klare Anziehungskraft ausübt, aber mit geringen Abstrichen bei der Effizienz (Lumen/Watt) verbunden ist.
- Die High-Gamut-Zone Rg, die Farben "verstärkt" was in einigen Anwendungsfällen wünschenswert sein kann.
Ein Wort der Warnung zu letzterem:
Rg sagt Ihnen, dass einige Farben verstärkt werden, aber es sagt nicht, welche! Letzten Endes müssen sich die Benutzer von Quellen, die die Sättigung erhöhen, die Details der Farbverzerrungsgrafik ansehen, um wirklich zu wissen, was sie am Ende bekommen bzw. welche Farben und Farbbereiche betroffen sind.
All das soll Ihnen helfen, eines der Probleme mit dem einfachen CRI Wert zu verstehen. Wir gehen manchmal davon aus, dass ein niedriger CRI (oder ein niedriger Rf) per se schlecht ist. Das ist nicht immer der Fall: Manchmal kann auch eine Quelle mit mäßigem Rf und hohem Rg angenehm sein.
Aber grundsätzlich gilt, dass die meisten heute auf dem Markt befindlichen Quellen mit niedrigem CRI auch einen niedrigen Rg-Wert haben, weil sie Lumen gegenüber Farbe bzw. Farbtreue bevorzugen. Oder anders herum gesagt, die Vollständigkeit des Farbspektrums und ein hoher CRI Wert für alle diese einzelnen Farben kostet Effizient. Die Lumen/Watt Ausbeute ist daher messtechnisch geringer als bei einer Low CRI resp. einer LED die nur einige wenige Farben mit hoher Widergabegüte darstellt.
Das war jetzt ziemlich viel Stoff, wie der TM-30 zu verstehen ist - ich hoffe aber etwas Licht ins Dunkel gebracht zu haben.
Zur weiteren Lektüre kann das offizielle TM-30-Dokument hier abgerufen werden. Der wissenschaftliche Artikel, in dem die Entwicklung des TM-30 beschrieben wird, ist hier frei zugänglich ansonsten können Sie auch gerne Kontakt mit uns aufnehmen.
Das gesamte Sortiment: SORAA Vollspektrum LED
