Коррелированная цветовая температура

Коррелированная цветовая температура (КЦТ, англ. Correlated Color Temperature, CCT) — это характеристика цвета источника света, определяемая как температура абсолютно чёрного тела (излучателя Планка), при которой его цветовое ощущение наиболее близко к цветовому ощущению, создаваемому данным источником. КЦТ выражается в кельвинах (К) и является одной из основных величин в колориметрии и светотехнике, позволяющей количественно описать оттенок белого света — от тёплого (желтоватого) до холодного (голубоватого).

Физические основы

Абсолютно чёрное тело и его излучение

В основе понятия цветовой температуры лежит закон излучения абсолютно чёрного тела (АЧТ). При нагревании АЧТ до определённой температуры оно начинает испускать электромагнитное излучение, спектральный состав которого зависит только от температуры. Согласно закону смещения Вина, с ростом температуры максимум спектральной плотности излучения смещается в сторону более коротких длин волн. При температурах порядка 2000–3000 К излучение имеет красновато-жёлтый оттенок, при 5000–6000 К — близкий к дневному свету, а при температурах выше 8000 К — голубоватый или синий.

Отличие от истинной цветовой температуры

Для источников света, спектр излучения которых близок к спектру АЧТ (например, лампы накаливания, некоторые газоразрядные лампы), можно говорить об истинной цветовой температуре. Однако большинство современных источников света, особенно светодиоды и люминесцентные лампы, имеют дискретный или неравномерный спектр, который не совпадает со спектром АЧТ ни при какой температуре. В таких случаях вводится понятие коррелированной цветовой температуры — температуры АЧТ, цветность которого наиболее близка к цветности данного источника по определённому критерию (обычно по шкале цветового различия CIE 1960 UCS или CIE 1976 UCS).

Методы определения

Колориметрический подход

КЦТ определяется на основе координат цветности источника в цветовом пространстве CIE. Для этого измеряют спектральное распределение энергии источника, вычисляют его координаты цветности (x, y) в системе CIE 1931 или (u', v') в системе CIE 1976 UCS. Затем находят точку на линии абсолютно чёрного тела (планковском локусе), расстояние до которой минимально. Температура, соответствующая этой точке, и является коррелированной цветовой температурой.

Использование изотерм

На цветовом графике линии равной коррелированной цветовой температуры (изотермы) представляют собой прямые, перпендикулярные планковскому локусу. Для упрощения расчётов часто применяют эмпирические формулы, например, аппроксимацию Робертсона или метод Мак-Адама. В современных колориметрах и спектрорадиометрах вычисление КЦТ производится автоматически.

Шкала коррелированных цветовых температур

Типичные значения

Различные источники света имеют характерные диапазоны КЦТ:

Восприятие человеком

КЦТ напрямую влияет на субъективное восприятие освещения. Низкие значения (до 3000 К) ассоциируются с тёплым, уютным светом, часто используются в жилых помещениях, ресторанах, гостиницах. Средние значения (3500–4500 К) считаются нейтральным белым светом, применяются в офисах, магазинах, учебных заведениях. Высокие значения (5000 К и выше) воспринимаются как холодный, дневной свет, используются в производственных цехах, больницах, музеях, а также в фотографии и видеосъёмке для имитации естественного освещения.

Применение

Светотехника и дизайн

Выбор КЦТ является важным этапом проектирования освещения. В жилых помещениях для создания уютной атмосферы предпочитают тёплый свет (2700–3000 К). В рабочих зонах, где требуется высокая концентрация, используют нейтральный или холодный свет (4000–5000 К). В медицинских учреждениях, особенно в операционных, применяют холодный свет с высокой цветопередачей для точной визуализации тканей.

Фотография и видеосъёмка

В фото- и видеотехнике КЦТ используется для баланса белого. Камеры и фотоаппараты позволяют устанавливать баланс белого вручную или автоматически по заданной КЦТ. Стандартные значения: 3200 К (лампы накаливания), 5500 К (дневной свет), 6500 К (пасмурное небо). Неправильный баланс белого приводит к цветовым искажениям — изображение приобретает желтоватый или голубоватый оттенок.

Дисплеи и мониторы

КЦТ экранов мониторов, телевизоров и смартфонов обычно составляет 6500 К (стандарт D65). Однако многие пользователи предпочитают более тёплые настройки (5000–5500 К) для снижения нагрузки на глаза. В профессиональной цветокоррекции и печати используется стандарт D50 (5000 К) для просмотра изображений.

Психология и биоритмы

Исследования показывают, что КЦТ освещения влияет на циркадные ритмы человека. Холодный свет (высокая КЦТ) подавляет выработку мелатонина, способствуя бодрости и концентрации, поэтому его рекомендуют для утреннего и дневного освещения. Тёплый свет (низкая КЦТ) стимулирует выработку мелатонина, способствуя расслаблению и подготовке ко сну. В современных системах «умного дома» реализована функция автоматической смены КЦТ в течение суток (так называемый «человеческий» или «биодинамический» свет).

Ограничения и критика

Цветопередача и КЦТ

КЦТ не является единственной характеристикой качества света. Два источника с одинаковой КЦТ могут иметь совершенно разную цветопередачу, что оценивается индексом цветопередачи (CRI, Ra). Например, светодиодный светильник с КЦТ 4000 К и низким CRI может искажать цвета объектов, делая их неестественными. Поэтому при выборе источников света необходимо учитывать как КЦТ, так и CRI.

Неоднозначность восприятия

Субъективное восприятие цветовой температуры зависит от адаптации глаза, окружающих цветов и индивидуальных особенностей зрения. Один и тот же источник света может восприниматься разными людьми как тёплый или холодный. Кроме того, на восприятие влияет яркость: при низкой яркости свет кажется более тёплым, при высокой — более холодным (эффект Бецольда — Брюкке).

Стандартизация

Международная комиссия по освещению (МКО, CIE) регламентирует методы определения и представления КЦТ в документах CIE 15:2018 «Colorimetry» и CIE S 014-3/E:2011 «Colorimetry — Part 3: CIE Tristimulus Values». В России действует ГОСТ Р 55703-2013 «Источники света электрические. Методы измерения цветовых и светотехнических характеристик», который устанавливает методики измерения КЦТ. В США стандарт ANSI C78.377-2017 определяет диапазоны КЦТ для твёрдотельных источников света (светодиодов).

Источники

1. Wyszecki G., Stiles W. S. Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae. — 2nd ed. — Wiley, 1982.
2. Hunt R. W. G. The Reproduction of Colour. — 6th ed. — Wiley, 2004.
3. CIE 15:2018. Colorimetry. — 4th ed. — CIE, 2018.
4. ГОСТ Р 55703-2013. Источники света электрические. Методы измерения цветовых и светотехнических характеристик.
5. ANSI C78.377-2017. American National Standard for Electric Lamps — Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products.
6. Шашлов А. Б. Цвет и цветовоспроизведение. — М.: Книга, 1986.