OliNo

Duurzame Energie

De Kleurweergaveindex (CRI) nader bekeken

Geplaatst door Marcel van der Steen in Uitleg
Tags:
Geef een reactie

lli_bv_go231_cw_cri1Dit artikel gaat in op de kleurweergaveindex oftewel CRI (Color Rendering Index). Wat wordt ermee bedoeld? Wat betekent het praktisch? Is het een goede maat? En hoe ligt de relatie met LEDs die nu zo in opkomst zijn? Dat zijn zo maar een paar vragen die behandeld worden. Er wordt vooral praktisch mee omgegaan in de hoop daarmee het begrip duidelijk te maken.

CRI en de betekenis

De CRI is een index, oftewel een maat. Die maat zegt iets over hoe kleuren worden weergegeven door het licht van een bepaalde lamp, vergeleken met het licht van een referentielamp of referentielichtbron. De waarde van deze index kan variëren tussen de 0 en de 100. De waarde 100 wil dan zeggen dat het licht van een bepaalde lamp net zo goed de kleuren weergeeft als dat van een referentielamp of referentielichtbron. Afhankelijk van de kleurtemperatuur is deze referentielichtbron het zonlicht (kleurtemperatuur > 5000 K), of een zwarte straler zoals een gloeilamp (kleurtemperatuur < 5000 K). De berekening van de index staat beschreven in een publicatie, de CIE 13.3-1995.

Er worden 8 referentiekleuren genomen, die verlicht worden door de lamp in kwestie en door de referentielichtbron. Daarna wordt berekend wat het verschil in kleurweergave is en dat resulteert in de CRI index, zijnde een gemiddelde van de indexen van ieder van deze 8 kleuren.

tcs

Referentiekleuren (TCS = test color samples) die gebruikt worden (bron Wiki CRI).

Er worden wat matte kleuren gebruikt, en dat heeft zo zijn reden (omdat ieder van deze een groot gedeelte van alle kleuren van het spectrum bevatten).

Wat betekent het praktisch?

Een paar voorbeelden zijn hierbij nuttig.

cri_comparison

Verlichting van hetzelfde object met licht van verschillende CRI (afkomstig van deze site)

Zo aan de foto te beoordelen is een beeld verlicht met licht met CRI waarde van bijvoorbeeld 90 veel levendiger (althans de kleuren) dan eentje met een CRI van 50. Echter een lamp met licht van een bepaalde CRI waarde is niet altijd gelijk aan een andere lamp met ook licht van dezelfde CRI waarde.

cri_70_compared

De kleur blauw is verschillend bij verlichting met licht van dezelfde CRI waarde (bron)

Verschillende spectra bij gelijke CRI

De reden van de verschillen in kleurweergave van voorwerpen door licht met dezelfde CRI waarde, wordt verklaard uit het spectrum van het licht. Licht bestaat uit een samenstelling van vele kleuren tezamen en een spectrum geeft dan aan hoeveel licht van welke kleur.

greentubes_tl_powerspectrum_at_1m_distance

Het spectrum van een TL buis, met een CRI waarde van 80.

Hierbij een spectrum van een TL buis. Dit spectrum geeft dus aan dat er in het licht afkomstig van een TL buis veel oranje zit van ongeveer 610 nm, veel groen van 545 nm en wat blauw van 435 nm. Echter er zit niet veel rood in, en ook niet veel blauwgroen van bijvoorbeeld 520 nm. Moest deze buis nu een voorwerp verlichten met precies deze kleur, dan zal voorwerp niet volgens deze kleur eruit zien, simpelweg omdat het licht van de TL buis deze kleur niet eens heeft! De kleur zal dan een mengeling worden van de piek bij 485 nm en nog meer van 545 nm. Dus de kleur wordt wat verschoven.

Het spectrum van een led lamp, met een CRI waarde van 81.

Het bekende spectrum van een ledlamp met warmwit licht (vanwege de grote bult bij geel-oranje licht en de kleine piek van blauw licht). Er zit dus in warmwit licht van deze led veel licht met geel en oranje. Er zit ook redelijk wat rood in, en er zit veel blauw van 550 nm. Er zit weer minder blauw in van 490 nm).

Een object met een kleur van 520 nm wordt door dit licht natuurlijk meer natuurgetrouw weergegeven dan de TL buis, simpelweg omdat er meer licht van 520 nm in dit ledlicht zit. Toch zal ook hier het licht van 540 en 550 nm ook zijn invloed hebben op de kleurindruk van het voorwerp dat nu even denkbeeldig een kleur had van 520 nm.

Is de waarde 100 goed?

Het wil dus niet automatisch zeggen dat de waarde 100 goed is. Wat een waarde 100 wil zeggen is dat het licht afgegeven door een bepaalde lamp de kleuren precies zo weergeeft zoals de referentielichtbron dat doet. Er is een rapport opgesteld door ASSIST (in het Engels) dat middels een vergelijkingstest aantoont dat men in geval van witte leds een voorkeur heeft voor licht met een lage CRI waarde. In de gerapporteerde test worden leds vergeleken met een gloeilamp en de resultaten laten zien dat de algemene voorkeur naar de ledverlichting uitgaat.

lampen_vergeleken_op_cri

De vergeleken lampen onderling met hun kleurtemperatuur en CRI waarde

vergelijk_voorkeur_licht

De voorkeur van het testpanel voor de kleurweergave van het licht van de lampen

Is de vergelijkingsindex wel goed?

Nu is er behoorlijk wat kritiek op de CRI waarde. Op de Wiki site worden er een aantal genoemd, waaronder:

  • er zijn maar 8 referentiekleuren, hiernaar kan te gemakkelijk geoptimaliseerd worden. Er zouden dus meer referentiekleuren moeten zijn.
  • De CRI waarde is een gemiddelde van de CRI waardes van ieder van de 8 referentiekleuren. Een kleur met en groot verschil kan zo te gemakkelijk worden gecompenseerd door goede waardes bij anderen. Gebruik bijvoorbeeld een effectieve waarde (RMS) om grote verschillen zwaarder in het eindresultaat te laten meewegen.
  • De referentiekleuren zijn allemaal redelijk mat. Gebruik enkele felle kleuren en tevens ook enkele veelvoorkomende (huidskeur van westerse mens, huidskleur van Aziaten, olijfgroene kleur van bladeren).
  • Gebruik een andere referentie dan de nu gebruikte referentiebron (die ook niet ideaal is, zie paragraaf hiervóór).

Ondanks dat er een ingewikkelde rekenmethode achter zit om te komen van het spectrum naar een CRI waarde, blijkt toch dat de CRI waarde kan variëren bij kleine spectrale verschillen.

npl_lev23_lmp91_powerspectrum_at_1m_distance

Spectrum van licht met een kleurtemperatuur van 3084 K en CRI = 94

npl_lev27_lmp105_powerspectrum_at_1m_distance

Spectrum van licht met een kleurtemperatuur van 3076 K en CRI = 83

npl_lev28_lmp109_powerspectrum_at_1m_distance

Spectrum van licht met een kleurtemperatuur van 3019 K en CRI = 88

Zo wordt duidelijk dat kleine verschillen in piekwaardes (kijk waar de blauwe piek valt) resulteren in verschillen in CRI waarde van meer dan 6 punten. Deze kleine verschillen in spectra leiden echter niet tot de ervaring van grote verschillen in kleur.

Vaak wordt gesteld dat voor binnenhuis gebruik een minimale CRI waarde van 80 aangehouden moet worden. Echter een waarde van 75 is in dit licht dus ook niet af te keuren.

Al met al is er dus ruimte voor verbetering voor de CRI berekenwijze zoals die nu gebeurt op 8 pastelkleuren (matte kleuren).

CRI en ledlampen

Er is een technisch rapport van de CIE wat hierop ingaat. Eerst iets over het CIE. Dat is een vooraanstaande internale commissie/autoriteit gericht op de kunst en kunde (wetenschap) van licht(bronnen). Zij zorgen voor uitwisseling tussen landen onderling (39 landen doen mee) en doen zelf veel onderzoek. Zij publiceren standaarden en rapporten over allerlei zaken aangaande licht.

Het technische rapport bedoeld hier is het CIE 177:2007 rapport: Color Rendering of White Led Light Sources: vrij vertaald: kleurweergave van witte led lichtbronnen. Een Technische Commissie (TC 1-62) van het CIE gaat hier in op een drietal zorgvuldig uitgevoerde visuele experimenten (inclusief simulaties) waarbij de CRI die hoort bij het ledlicht vergeleken wordt met de visuele perceptie. De experimenten die uitlegegd worden zijn de volgende:

  1. Een kleurweergave simulator op de Hiroshima City University (Japan)
  2. CRI simulaties door het Nationaal Instituut van Standaarden en Technologie (NIST, USA)
  3. Visuele CRI experimenten op de University of Pannonia (Veszprém, Hungary)

Zoals eerder gezegd, geeft CRI aan hoe goed de kleurindrukken overeenkomen met die van een referentielichtbron; een lage CRI geeft een groot verschil aan. De resultaten van de drie onderzoeken geven echter aan dat er een lage tot geen correlatie is tussen de berekende CRI en de visueel beoordeelde verschillen in kleuren. De TC stelt dan ook:  de CIE CRI is over het algemeen niet toepasbaar om de kleurweergave ranking van een set van lichtbronnen aan te geven wanneer zich witte LED lichtbronnen bevinden in deze set.

De conclusie van het TC is dat het aanbeveelt een nieuwe kleurweergave index (CRI) te ontwikkelen (of misschien een set van CRIs). De nieuwe index(en) bestaan dan in het begin náást de huidige bestaande, en dient extra informatie te geven over kleurvergelijk. Tevens moet deze index gelden voor alle soorten van lichtbronnen.

Conclusies

De CRI waarde die wordt bepaald voor het licht van iedere lamp, is niet geheel bruikbaar voor het doel waarvoor het wordt ingezet, namelijk het geven van een index in hoeverre de kleurweergave overeenkomt met die van een referentielichtbron.

Voor witte LEDs geldt dat de berekende CRI waardes niet overeenkomen met de visueel ervaren kleurverschillen.

De waarde van de CRI is sterk afhankelijk van kleine spectrale verschillen, die niet leiden tot een andere perceptie van de kleur.

Een waarde van 100 wil niet zeggen dat proefpersonen het licht als prettig ervaren of dat ze het licht prefereren; een onderzoek gedaan liet het tegenovergestelde zien.

12 Reacties to “De Kleurweergaveindex (CRI) nader bekeken”

  1. Rob M. Says:

    Nog een nadeel: CRI geeft geen informatie over welke verschuiving er plaatsvind. En ter info, CRI wordt gemeten met 3 assen waar vervolgens een gemiddelde formule op losgelaten wordt. Niet 2-assig zoals de meeste denken. Ook worden fosforen e.d. zo gekozen dat de CRI meting hoog uitvalt, maar de chromatische kleuren (dominante / verzadigde) kleuren falen. Dit zie je goed bij eten e.d.
    Dat is 1 van de redenen waarom ik liever geen andere lamp dan een hallogeen en gloeilamp boven mijn eten zie.

    CQS (Color Quality Scale) werkt met een RMS waarde, en geeft soms leuke resultaten ten opzicht van CRI. Philips heeft een meet methode ontwikkeld met 1444 kleuren, welke kant ze op verschuiven op het chromatisch diagram en wat de intensiteit doet. Echter heb je een cursus op zich nodig om dit diagram te kunnen lezen (en ik heb er helaas geen link van).

    Verder een erg interessant artikel, want dit bevestigd mijn eerdere bevindingen alleen maar.

  2. mvdsteen Says:

    Hoi Rob,
    Je praat over verschuiving. Daarmee bedoel je dus de verschuiving van de kleur tov de referentielichtbron denk ik dan. Bijvoorbeeld richting blauw, groen of rood. Wat zou je met deze extra informatie doen dan (als je hem al had)?
    Wat bedoel je verder met 2 assen? Zijn dat de x en y waarde?

  3. Rob M. Says:

    De verschuiving is inderdaad de kleur die op het chromatisch diagram verschuift op de X en Y as. Echter is er ook nog een Z as en deze wordt ook meegenomen in de berekening. (ik kan deze helaas niet fatsoenlijk geven via HTML..) Deze extra informatie geeft aan waar een lamp faalt, en waar hij goed presteerd. Hiermee kun je (als je het diagram kunt lezen) lampen sneller met elkaar vergelijken om een nog betere keuze te kunnen maken. Nu maak je een keuze op basis van een 2 cijferig getaal, welke veel te algemeen is in mijn ogen. Een rode kleur kan bruin uitvallen (dat is een behoorlijke verschuiving) maar toch een CRI van 90 halen. En juist die foutjes zou ik willen zien voor mijn overweging.

    Je hebt ook nog andere chromatische diagrammen, L*U*V, U*V*W bijvoorbeeld. Dit zijn nieuwere diagrammen welke meer de kleur ervaring van de mens benaderd. Deze zijn om te rekenen naar elkaar (bestaan algoritmes voor). Echter blijven we bij de CRI hangen, terwijl deze eigenlijk achterhaald is. Maarja, het is populair, dus waarom zouden we iets nieuws gaan kiezen. Dat er een CRI van 90 op een lamp staat is top, klinkt goed. Maar de aardbeien zien er wel bruin uit. Zouden ze dan nog evengoed smaken?

  4. mvdsteen Says:

    Rob, interessante info. Als ik het spectrum weet, zijn dan de drie parameters te bepalen? Waar heb je meer info?

  5. Rob M. Says:

    Meer info is te vinden in mijn vertrouwlijk verslag. Helaas kan ik deze dus niet openbaar maken.

    Het spectrum met werkelijk uitgestraalde irradiatie maakt het mogelijk om de CRI te bepalen. Dat is ook wat OliNo volgens mij doet. Maar de berekeningen hierachter zijn dermate complex dat het met een zakjappaner niet te doen is. Iedere golflengte heeft een eigen waarde in de berekening, daarmee ook de resolutie waarin gemeten wordt, de oppervlakte doet mee van het geheel(integreren), wat is de waarde tegen over de rest van het spectrum en ga zo maar door. Daarmee kun je bepalen hoe bepaalde kleuren zullen worden weergegeven dus ook de 7 van de CRI meting. En die kun je vervolgens weer plaatsen in het XYZ diagram, en daarmee kun je de CRI berekenen (even heeeeeeel kort door de bocht) Al met al heb ik heel veel respect voor de programmeurs van dat soort apparatuur, want daar heb je echt een uitdaging aan.

    Oh, en google is your best friend. De basis staat redelijk op (engelse) Wikipedia, van daaruit kun je verder googlen. Overigens heb ik er een goed half jaar fulltime voor nodig gehad om het enigsinds te snappen, maar CRI bepalen vanuit een spectrum kan ik ook niet. Ik weet de basis, en dat is voldoende om CRI “fictief” van tafel te vegen.

  6. Jorg Says:

    Je zou eigenlijk ook de negatieve aspecten van de kleuropbouw van LED moeten publiceren. Het blauwe spectrum is weer te hoog wat slecht is voor de gezondheid van mens en dieren! Het oog zal hierdoor sneller verouderen, (nacht) dieren raken ook uit balans van deze wittere lichtbron! Dit is onlangs onderzocht door de IDA. Zie voor het complete document onderstaande link. Wellicht handig om deze ook op te nemen ipv alleen voordelen, dit geeft geen goed beeld van de werkelijke situatie.

    http://docs.darksky.org/PR/PR_Blue_White_Light.pdf

  7. Karel Mertens Says:

    De RA waarde =65
    Ik heb een huishoud winkel en kado en speelgoed is deze
    RA waarde dan voldoende?

  8. Marcel van der Steen Says:

    Karel,
    Bedankt voor de vraag. De Europese verlichtingsnorm NEN-EN 12464-1 gaat gedetailleerd in op de verlichting van de wrkplek. In een algemeen gedeelte behandelt het de diverse kwaliteitsaspecten van een verlichtingsinstallatie en in het tweede gedeelte tabellen met verlichtingseisen voor industrieën, theaters, bioscopen, parkeergaranges, restaurants en ook winkels. In dit document vind je op pagina 4 de tabel die aangeeft voor een aantal ruimtes wat de eis is mbt o.a. Ra. De minimale waarde daar is 80. (dit artikel dat ik geschreven heb laat zien dat de waarde 80 dan ook best 75 of 85 mag zijn).

    Ook wordt gesteld dat je lampen met dezelfde kleurtemperatuur moet nemen en dan nog dezelfde Ra waarde, want je mag lampen met verschillende kleurtemperatuur maar wel dezelfde Ra waarde niet met elkaar vergelijken.

    Op pagina 8 wordt toegelicht dat de norm geen eisen stelt aan de lichtkleur (dus in dit geval kleurtemperatuur) van de toe te passen lichtbronnen. Dit betekent dus dat je zelf mag bepalen of je warmwit danwel koudwit toepast (dit is in lijn mt mijn artikel: er zijn velen die de kleur beter vinden bij koudwit lict en bij andere lichtspectra dan bij een halogeen- of gloeilamp. Dus dit kan zeker ook het geval zijn voor je winkel).
    Op pagina 2 van de gegeven link staan nog de volgende voor jou interessante gegevens:
    - Het aanbrengen van full-spectrumverlichting levert geen aantoonbare verhoging van de productiviteit; maw het heeft niet veel invloed op het welbehagen van de mens voor werkzaamheden)
    - Het aanbrengen van daklichten in winkelruimten (Wall Mart) geeft een verhoging van de verkoop met 40 %, ongeacht wat de koopwaar is (di kan interessant zijn, en ehet ligt wellicht aan de hoeveelheid licht en het feit dat het koudwit is, en niet zozeer de Ra waarde).

    Dus samengevat voor jouw situatie: de Ra waarde van 65 is niet conform de genoemde norm. Echter belangrijker lijkt het dat er genoeg licht is, en dat ie wellicht koudwit is zodat de kleuren echter en beter overkomen dan bij het gezellige gelige halogeenlicht.

  9. jurjen Says:

    Beste Marcel,

    Begrijp ik het nou goed dat als er op een product staat 2700k en een cri van +90 dit geen garantie is voor de kleurweergave (uitgaande van LED verlichting!

    met vriendelijke groet

    Juren

  10. Robin Says:

    Het is inmiddels een tijd geleden sinds de laatste reacties over CRI, het nu mei 2013. Zelf heeft bij mij een korte storm geraasd wat betreft led. Ik heb een aantal gloeilamp vervangers geprobeerd maar allemaal waren ze niet naar mijn zin. Vooral de kleur beleving en beloofde kleurtemperatuur. Maar ook licht de sterkte. Met beter vooronderzoek had ik wel betere lampen kunnen kopen (bijvoorbeeld deze website heb ik pas na mijn aankopen ontdekt). Maar als ik bovenstaande dingen lees begin ik toch weer te twijfelen of led een mooie overstap is om nu te maken (als je led wilt gebruiken als vervanging voor het ‘gezellige’ licht van de gloeilamp). Hoe staat het met de ontwikkelingen van led op dit moment? Ik heb ook een paar ledlampen voorbij zien komen die van kleurtemperatuur veranderen wanneer je ze dimt. Gaan jullie deze ook testen?

  11. Thomas Says:

    Wat me opvalt bij de CRI metingen is dat vlakje 9 vaak zeer laag scoort. Nou zag ik in een onderzoek dat daar speciale aandacht aan werd besteed omdat dit samenhangt met de weergave van rode kleuren.

    Heeft iemand daar ervaring mee of dat ook echt zo is?

  12. Marcel van der Steen Says:

    De kleur rood wordt inderdaad weergegeven met de negende kleur, de waarde voor CRI wordt weergegeven met R9. Omdat de kleurenruimte voor de CRI berekening verre van lineair is, is de beoordeling van de R9 kleur geheel anders dan die van de eerste 8 kleuren. Waar voor de eerste 8 geldt dat een waarde van 80 of hoger goed is, en hoger dan 90 heel erg goed, geldt voor R9 dat een waarde boven de 0 al acceptabel is en, zo uit mijn hoofd, boven de 30 of 40 al heel goed.
    Dat is lastig te herinneren/weten en daarom heb ik de CQS geïmplementeerd.
    Zie hierbij een plaatje van de CRI, en daaronder de CQS.

Geef een reactie

 

WP Theme & Icons by N.Design Studio
Gebruiksvoorschriften | Privacybeleid Adverteren Entries RSS Comments RSS Log in