TM-30: De nieuwe standaard voor kleurnauwkeurigheid - de verbeterde kleurweergave-index (CRI)

De nieuwe standaard voor de kleurweergave-index

In samenwerking met wetenschappers van SORAA Inc. en de Illumination Engineering Society (IES) is een nieuwe en verbeterde methode ontwikkeld voor het meten van de kleurweergavekwaliteit van lichtbronnen.

TM-30 is een zeer nauwkeurige en wetenschappelijk verantwoorde methode die de voorgaande methode voor het bepalen van de zogenaamde CRI overtreft.

natuurkunde
TM-30 integreert de nieuwste wetenschappelijke bevindingen op het gebied van optische fysica en beschrijft licht en lichtkleuren.
Het resultaat is aanzienlijk betekenisvoller dan de CRI-waarde op zich.

precisie
TM-30 levert veel nauwkeurigere informatie, zoals een index voor de levendigheid (Rf) van de kleurweergave.
Deze waarde vervangt de vorige CRI-index. De nieuwe index maakt het dus mogelijk om nauwkeurig te voorspellen hoe natuurgetrouw kleuren worden weergegeven.

Meer inzicht
TM-30 biedt ook meer inzicht in de zogenaamde kleurbereikindex (Rg).
Deze index maakt een grafische weergave mogelijk van de kleurverzadiging en de precisie waarmee elke afzonderlijke kleur wordt weergegeven. 

In een eerder blogbericht beschreef ik de CRI en de bijbehorende testkleuren..

Hier willen we hier dieper op ingaan en de factoren nauwkeuriger onderzoeken, zoals de zogenaamde... Diensten kan de kleuren van een object beïnvloeden.

Over het algemeen kan er een combinatie van kleurverschuiving en verzadigingsverschuiving (meer of minder verzadiging) optreden. Zoals we hebben gezien, is de CRI alleen geïnteresseerd in de absolute omvang van deze verschuiving en geeft daarom geen informatie over het type verschuiving – ook al is deze informatie relevant voor onze waarneming. Vandaag wil ik uitleggen hoe de TM-30 deze aanvullende informatie levert.

Laten we eerst eens kijken hoe we kleurverschuivingen in een kleurruimte kunnen visualiseren. Een kleurruimte is simpelweg een ruimte waarin alle kleuren die we kunnen zien, zijn gecategoriseerd.

Hoewel er een wiskundige basis aan verbonden is, is de interpretatie vooral intuïtief. Het onderstaande diagram toont een schets van een kleurenspectrum; verschillende kleuren worden gekenmerkt door hun tint en verzadiging. De derde dimensie is voor de eenvoud weggelaten: deze correspondeert met helderheid, oftewel of een kleur donker of licht is. De natuurlijke kleur van een object dat door een lichtbron wordt verlicht, komt overeen met een punt in dit diagram; een lichtbron (bijvoorbeeld een led) kan een kleurverschuiving veroorzaken, waardoor het object op een ander punt lijkt te staan. Figuur 1 toont het voorbeeld van een led-lichtbron, die rode objecten verzadigder laat lijken (positieve verzadigingsverschuiving) en oranje objecten geliger (tintverschuiving) – allemaal vergeleken met de natuurlijke kleuren. Zoals we kunnen zien, kunnen we door pijlen in het kleurenspectrum te tekenen, zien hoe de led-lichtbron de kleuren vervormt.

Figuur 1. Links: Schets van een kleurruimte. De verzadiging neemt toe van het midden naar de rand van het diagram. In dit voorbeeld zijn de kleurcoördinaten van twee objecten (een tomaat en een sinaasappel) vastgelegd onder natuurlijk licht en ledverlichting. De ledverlichting verhoogt de verzadiging van de tomaat (waardoor deze rijper lijkt) en verschuift de tint van de sinaasappel naar geel (waardoor deze meer op een citroen lijkt). Het bijbehorende uiterlijk is rechts weergegeven.

Dit is precies hoe de TM-30-methode werkt:

Ze onderzoekt negenennegentig echte objecten in een breed scala aan kleuren – zorgvuldig geselecteerd op basis van hun reflecterende eigenschappen, maar dat is een verhaal voor een andere keer! Laten we voor nu alleen het kleurenpalet van de TM30-methode laten zien... vergeleken daarmee lijken de 14 testkleuren van de CRI nog wel te overzien 😉 

Voor elk object wordt de kleurverschuiving berekend die door de betreffende lichtbron wordt veroorzaakt. De objecten worden vervolgens gegroepeerd in kleurbereiken en voor elk bereik wordt een gemiddelde verschuiving berekend. Dit proces levert het diagram op dat in Figuur 2 wordt weergegeven, een zogenaamde kleurvectorgrafiek, een van de resultaten van TM-30. Dit diagram illustreert hoe de verschillende kleuren gemiddeld vervormd zijn. De visuele interpretatie is intuïtief: naar buiten wijzende pijlen duiden op meer verzadigde kleuren, naar binnen wijzende pijlen op doffere kleuren, zijwaarts wijzende pijlen duiden op een kleurverschuiving en geen pijl betekent dat de kleur niet vervormd is.


Figuur 2. Kleurrijke vectorafbeeldingen van TM-30. De pijlen laten zien hoe kleuren door verschillende lichtbronnen worden vervormd ten opzichte van hun natuurlijke kleuren (die op de witte cirkel liggen). LED's van lage kwaliteit desatureren verschillende kleuren, met name rood en andere warme tinten, waardoor ze er dof uitzien: ze worden gekenmerkt door een lage Rf-waarde en een lage Rg-waarde. SORAA Vivid reproduceert natuurlijke kleuren en veroorzaakt minimale vervorming: het wordt gekenmerkt door een hoge Rf-waarde. SORAA Enhance verhoogt selectief de verzadiging van warme tinten: het wordt gekenmerkt door een gemiddelde Rf-waarde en een hoge Rg-waarde.

De volgende vraag is natuurlijk: wat doen we met deze informatie? Hier wordt het wat ingewikkelder, want het antwoord hangt af van wat we van de lichtbron verwachten.

Een aantal zaken zijn echter over het algemeen wel waar.

• We houden niet van fletse kleuren, vooral niet van warme kleuren (rood, roze, oranje).
• We houden niet van kleurverschuivingen omdat de kleuren daardoor onbekend lijken.
• In sommige gevallen willen we dat kleuren er natuurlijk uitzien - in dit geval willen we geen kleurverschuivingen.
• In andere gevallen geven we de voorkeur aan oververzadigde kleuren (dit geldt met name voor warme kleuren).

Een simpele vuistregel is dat mensen ofwel lichtbronnen willen die kleuren niet vervormen, ofwel lichtbronnen die bepaalde kleuren "versterken" - en we kunnen dit alles analyseren en bepalen met behulp van kleurvectorafbeeldingen.

Dit brengt ons bij de volgende stap in TM-30: het vereenvoudigen van deze grafiek tot slechts twee getallen. Het eerste getal is de kleurgetrouwheidsindex, Rf. Kleurgetrouwheid betekent "geen kleurvervorming". Rf meet simpelweg de gemiddelde lengte van de pijlen in de kleurvectorgrafiek. Wanneer alle pijlen nul lang zijn, zijn de kleuren "natuurlijk" en neemt Rf een maximale waarde van 100 aan. Als er kleurverschuivingen optreden, worden de pijlen langer en neemt Rf af (tot een minimumwaarde van nul). Dit is vergelijkbaar met de CRI, Ra, maar de preciezere en modernere wetenschap achter TM-30 maakt het voorspellen van Rf nauwkeuriger.

Het tweede getal is de kleurbereikindex Rg. Het geeft aan of een lichtbron kleuren gemiddeld over- of onderverzadigd weergeeft. Rg wordt berekend als de oppervlakte van de vorm die de pijlpuntjes verbindt. Een waarde van 100 betekent dat de oppervlakte van de vorm hetzelfde is als bij natuurlijk licht – met andere woorden, geen gemiddelde verandering in verzadiging. Een waarde boven 100 betekent dat de verzadiging de neiging heeft toe te nemen, en omgekeerd voor Rg onder 100.

Het is belangrijk te begrijpen dat Rf en Rg nauw met elkaar samenhangen. Als Rf gelijk is aan 100, is er geen kleurverschuiving; in dat geval moet Rg ook gelijk zijn aan 100. Als Rf echter afneemt, treden er kleurverschuivingen op en kan Rg een waarde aannemen die hoger of lager is dan 100. Grofweg kunnen we één punt Rf inwisselen voor één punt Rg. Dus als we een "kleurversterkende" lichtbron willen met Rg = 120, moet Rf gelijk aan of lager zijn dan 80. Met andere woorden: er bestaat geen gratis lunch: een hogere verzadiging gaat onvermijdelijk ten koste van de kleurnauwkeurigheid!

Lichtbronnen kunnen daarom op een diagram worden gerangschikt met behulp van Rf-Rg-waarden, zoals weergegeven in figuur 3.

Figuur 3. Illustratie van het compromis tussen Rf en Rg. Bronnen kunnen alleen in het niet-grijze gebied worden gelokaliseerd. Drie zones zijn van bijzonder belang: in groente, de zone met hoge beeldkwaliteit waar SORAA Vivid zich bevindt; in rood, de zone met een hoog kleurbereik (het kleurenspectrum) van SORAA Enhance; in blauw, de goedkopere producten met een slechte kleurkwaliteit.

Dit diagram toont verschillende regio's. De drie regio's waarin we geïnteresseerd zijn, zijn:

• Het segment met lage beeldkwaliteit en een beperkt kleurbereik, waar niemand echt van houdt, maar waarin veel producten te vinden zijn omdat het eenvoudig is om dergelijke lichtbronnen efficiënter te maken qua lumen per watt.
• De hoogwaardige zone Rf, die wordt gebruikt in producten met een hoge kleurweergave-index (CRI), zoals SORAA Levendig Het komt overeen en oefent een duidelijke aantrekkingskracht uit, maar gaat gepaard met een lichte afname van de efficiëntie (lumen/watt).
• De zone met een hoog kleurbereik (Rg) "versterkte" de kleuren, wat in sommige toepassingen wenselijk kan zijn.

Een waarschuwing met betrekking tot dat laatste:

Rg geeft aan dat sommige kleuren versterkt worden, maar niet welke! Gebruikers van bronnen die de verzadiging verhogen, moeten uiteindelijk de details van de kleurvervormingsgrafiek bekijken om echt te weten wat ze uiteindelijk krijgen, of liever gezegd, welke kleuren en kleurbereiken worden beïnvloed.

Dit alles zou je moeten helpen een van de problemen met de simpele CRI-waarde te begrijpen. We gaan er soms van uit dat een lage CRI (of een lage Rf) per definitie slecht is. Dit is niet altijd het geval: soms kan een bron met een gemiddelde Rf en een hoge Rg juist prettig klinken.

Het algemene principe is echter dat de meeste lichtbronnen die momenteel op de markt zijn met een lage CRI ook een lage Rg-waarde hebben, omdat ze prioriteit geven aan lumen boven kleur of kleurechtheid. Met andere woorden, een volledig kleurenspectrum en een hoge CRI voor alle afzonderlijke kleuren gaan ten koste van de efficiëntie. Daarom is de lumen per watt-output lager dan die van een led met een lage CRI of een led die slechts een paar kleuren met een hoge weergavekwaliteit reproduceert.

Dat was nogal wat informatie over hoe je de TM-30 moet begrijpen, maar ik hoop dat ik wat duidelijkheid heb kunnen scheppen. 

Voor meer informatie, de Het officiële TM-30-document is hier te vinden.Het wetenschappelijke artikel waarin de ontwikkeling van de TM-30 wordt beschreven, is hier gratis beschikbaar; anders kunt u gerust contact met ons opnemen.

Het complete productassortiment: SORAA Full Spectrum LED 

Boek nu uw gratis consultafspraak!