Följ LED & LED

TM-30 är det den nya standarden för att mäta ljusfärgkvalitet

Publicerat 2016-08-19 av Kristofer Blockhammar

Belysningsindustrins behov för en entydig mätning av belysningsfärgkvalitet blir mer och mer brådskande. TM-30 metoden som har lagts fram av Illumination Engineering Society of America (IES) är en metod som kan erbjuda en lösning.

TM-30 färgutvärderingsprover (CES) består av 99 olika färger
Uppkomsten av energibesparande belysning har startat debatter om metoder för att uttrycka färgkvalitet. LED-belysning är den senaste belysningstekniken och erbjuder ett enormt utökade av nya effekter och toner.

Color Rendering Index (CRI Ra), beräknas med hjälp av en metod som fastställts av International Committee on Illumination (CIE) och har varit belysningsbranschens referens i många år. CRI är lätt att förstå, men kan ge förvirrande resultat. Det är möjligt för vissa lampor att få en hög CRI, men efter testning ändå leverera belysning som är långt under förväntningarna. Behovet av en ny testmetodstandard som kan generera ett otvetydigt uttryck för färgkvalitet har blivit brådskande.

Gränserna för CRI
Referensmetoden för beräkning av CRI använder åtta färgprover. Dessa anses vara representativa för de flesta objekt, men i själva verket är dessa bara mediumpastellfärger (figur 1). För att utföra testet, bestäms den korrelerade färgtemperaturtestkällan (CCT) först. En referenskälla för samma CCT beräknas därefter. Åtta standardproven belyses sedan av test och referenskällan och koordinaterna hittas sedan på CIE Y-U-V färgmodellen. Avståndet mellan koordinaterna för varje prov (Ei) beräknas sedan och används för att generera åtta resultat (Ri), som uttrycker sannolikheten för varje prov. Det aritmetiska medelvärdet av dessa värden beräknas generera CRI som genomsnittliga color rendering index (Ra).

En av styrkorna i CRI är dess enkelhet. Som ett enkelt nummer som uttrycker kvaliteten på en lampa i form av närheten till dagsljuset, är det relativt lätt att mäta och lätt för användare att förstå.

Men CRI kan i all sin enkelhet leda till otydlighet. Eftersom indexet är ett genomsnitt med hänvisning till endast åtta mediumpastellfärger är det möjligt för en hög poäng lampa att ge dåliga resultat med andra färger, särskilt med mättade färger (röd, gul, grön, blå), eftersom dessa inte ingår i testproverna. Exakt återgivning av mättade färger och rött i synnerhet, kan vara viktigt i situationer där levande effekter är önskvärda i t.ex. butiker. Trogen återgivning av röda färger är också viktigt för korrekt återgivning av hudtoner och belysning på vårdcentraler och sjukhus.

Figur 1: CRI färgprover är endast pastellfärger

Branschen är väl medveten om bristerna i CRI mätetalen. Flera försök att förbättra detta system har genomförds, fram till nu har alla misslyckats.

LED-belysning behöver bättre mätvärden
LED-belysning i synnerhet, har ökat behovet på ett mer robust färgkvalitetsindex. En mängd olika kriterier påverkar egenskaperna hos ljuset från vita lysdioder. De vita lysdioderna på marknaden erbjuder olika versioner av "vitt" ljus. De kan också vara specialkonstruerade för att ge goda resultat under enkla tester som CRI.

TM-30, vägen framåt?
Illumination Engineering Society of America (IES) har föreslagit att den nya testmetoden TM-30, som har utformats för att övervinna begränsningarna som CRI ger. TM-30 korrigerar upplevda brister som är associerad med den färgrymd, prover och egenskaper i referensbelysning och genererar mer detaljerad statistik som beskriver inte bara trohet utan också bättre färgvektorgrafik som hjälper slutanvändarna att förutse lampans prestanda i avsedd applicering.

	Figur 2: TM-30 färgutvärderingsprover (CES) består av 99 olika färger

TM-30 använder en aktuellare färgrymd än den välkända CIE U-V-W två dimensionella rymd. IES hävdar att CIE U-V-W inte ger en korrekt och enhetlig representation av tredimensionell färgenkelhet.

TM-30 metoden använder istället den tredimensionella CIE-CAM02-UCS enhetliga färgrymden. Detta är en ”state-of-the-art” färgrymd som har mer enhetliga egenskaper än den äldre U-V-W-färgrymden och denna passar bättre till beräkning av färgskillnader.

Figur 3: TM-30 har en referenskälla som är en blandning mellan 4500K till 5500K

Extra färgprover
TM-30 anger också ett mycket större antal färgprover än CRI provningsmetoder. I själva verket använder man 99 färgutvärderingsprover (CES) som har valts med spektrala egenskaper som är företrädare för verkliga föremål som färger, textilier, hudtoner och bläck. Figur 2 visar de 99 proverna. Förutom att ha valts för att ge en enhetlig täckning av färgrymden, har de också valts utifrån deras reflektansegenskaper för att minimera skillnader i känslighet för enskilda våglängder. Detta bidrar till att eliminera naturligt förekommande provrelaterade fel. Den större uppsättningen av prover, med krav på våglängdenhetlighet, bidrar också till att förhindra selektiv optimering, d.v.s. medvetet finjustering av ljuskällan för att prioritera en hög testpoäng istället för den verkliga prestandan.

Med hjälp av resultat från 99 färgprover, genererar TM-30 metoden ett mer exakt värde.

För att ge en mer djupgående bedömning av färgkvalitet, uttrycker också TM-30 ökningen eller minskningen när man testar de 99 färgexemplen. Detta är gamutindexet, Rg, och beräknas utifrån färgvektorgrafik som genereras av de genomsnittliga kromaticitetkoordinaterna i varje 16 nyans platserna, som spänner över hela skalan av kromaticitet. Detta fastställs av två uppsättningar av 16 genomsnittspoäng i kromaticitetdiagrammet, som representerar svar om färgexemplens referens mellan ljuskällan och testkällan. Varje uppsättning poäng genererar två polygoner som färgomfånget för varje ljuskälla, som visas i figur 4. Beräkningen av skillnaden i området mellan de två polygonerna ger värdet för Rg för testkällan. Vektordiagramfärg som visar två polygoner tillåter också läsaren att identifiera nyanser som kommer att vara mer mättade och de som kommer att vara mindre mättade, jämfört med referenskällan.

Koppla in siffrorna
TM-30 tekniska promemoria ger tillgång till online funktioner för att beräkna och visa resultat. Resultatet inkluderar trohetsindexet, Rf, som kan vara upp till 100, vilket liknar fallet med CRI. Gamutindex, Rg, beräknas också och kan vara upp till 140. Rg får vara större än 100 eftersom testlampan kan ha ett större omfång än referensen. Rf, kan som ett mått på trohet, bara vara upp till 100.

TM-30 kan också uttryckas grafiskt. Färgvektordiagram liknar den som visas i figur 4, vilket visar tydligt att testlampan har högre eller lägre färgskala än referensen.

Figur 4: Färgvektordiagram

Dessutom ger plottning av Rf och Rg värden på ett tvådimensionellt färgåtergivningsdiagram en grafisk representation av lampans index, som är mer beskrivande än CRI men som fortfarande är ganska lätt att förstå.

	Figur 5: Färgåtergivning som den beskrivs av TM-30 index

Framtidsutsikter?
Chanserna för TM-30, eller åtminstone en reviderad version av den, kommer att bli den nya internationella färgmättningsstandarden och den är bättre än någon av sina föregångare.