Цветовая температура

25 ноября 2021

Цветовая температура (ЦТ) – это характеристика интенсивности излучения источника света. Физически представляет собой функцию длины волны в оптическом диапазоне. Применяется в точных науках: физике, астрономии, колориметрии, спектрофотомерии.

Что такое цветовая температура?

Цветовая температура  — это температура абсолютно черного тела, при которой оно излучает тот же цвет, что и рассматриваемое излучение. При нагреве все металлы, из которых состоят светоиспускающие элементы ламп, излучают разные оттенки света. Каждому цвету соответствует своя температура свечения.

Таким образом, ЦТ показывает, какую длину волны излучает источник света. А длине волны соответствует цвет. Это важная характеристика при подборе источника света для дома и офиса. Обычная лампа накаливания светит теплым желтым светом. А люминесцентные и светодиодные источники светят разными оттенками.

Единица измерения цветовой температуры

Измеряется цветовая температура в единицах – Кельвинах (К) во всех областях, кроме фотографии. Для удобства работы фотографов ввели единицу измерения Миред (Майред).

Температура упоминавшегося абсолютно черного тела принята за 0 К. Тело полностью поглощает падающий на него свет. Если его разогреть до 500-1000°С, то оно станет красным (800-1300 К). Черное тело превратится в оранжевое (2000 К) при нагреве до 1700°С. Дальнейший нагрев превратит тело в желтое (2500 К), белое (5500 К) и голубое(9000 К). Впрочем, последнее возможно только в термоядерной реакции.

Все эти цвета встречаются в природе. Например, желтый цвет (2500 К) наблюдается при восходе солнца, а белый (5500 К) – когда оно в зените. На небе облачно? Тогда цветовая температура составит около 7000 К. К сумеркам она увеличивается еще на 1000 К. А ясное небо зимой имеет температуру около 15000 К.

Первым ученым, который начал изучать абсолютно черное тело, был Макс Планк. При его участии разработана цветовая модель XYZ  − диаграмма цветности.

Кривая на рисунке – это кривая Планка. Она характеризует цветовую температуру цветов. Согласно этой кривой регулируются настройки фотоаппаратов, видеокамер, графических редакторов. Рассчитывают ЦТ целых сцен. Например, лесной пейзаж в солнечный день имеет температуру в 5500 К. Эта цифра, равная температуре дневного света, получается как среднее арифметическое от сумм отдельных цветов на фотографии.

Человеческий глаз видит не весь спектр цветов. Мы воспринимаем диапазон от 800К до 25000К. А интервал 4500К-5200К самый комфортный для человека, приближенный к естественному свету.

Диапазоны цветовой температуры для ламп

Для разных типов ламп диапазон цветовой температуры будет различаться:

Типы ламп Диапазон ЦТ,К
Лампы накаливания и галогеновые 2700-3500
Дуговые ртутные 3800-5000
Натриевая лампа высокого давления Не более 2200
Металлогалогенные 2500-20000
Люминесцентные 2700-6500
Компактные люминесцентные 2700-6500
Светодиодные 2200-7000

Точный цвет света зависит от вида и мощности лампы. Например, двухсотваттная лампа накаливания имеет цветность равную 3000 К, хотя в целом разброс цветности невелик.

На упаковке led-ламп кроме значения цветовой температуры указывается подгруппа цветности.

Маркировка Расшифровка Примерный свет
WW (warm write) Теплый белый, 2700-3300 К.
NW (neutral write) Нейтральный белый, 3300 – 5000 К.
CW (cool write) Холодный белый, свыше 5000 К

Цветовая температура в фотографии, кинематографе и телевидении

Для создания картинки, точно передающей цвета, фото и видео операторы учатся настраивать технику правильно. Для фотографов особенно удобна шкала цветовой температуры в миредах.

Миред = 1000000/Кельвин.

Согласно этой шкале температура фотовспышки равняется: 100000/5000(К)=200 (миред).

Шкала удобна тем, что одинаково пропорциональна цветовым изменениям во всем спектре. Впрочем, фото и видео аппаратура настраивается в Кельвинах и в миредах, в зависимости от предпочтений владельца. Цифровые фотоаппараты и видеокамеры автоматически определяют цветовую температуру сюжета: портрет, ночной пейзаж и другие. Настройка цветовой температуры заложена в опции «баланс белого».

В доцифровую эпоху выпускалась фотопленка для определенных цветовых температур. Например, для дневных съемок производили пленку с ЦТ= 5600 К, для вечерних – 3200 К. Позже стали выпускать промежуточный вариант с ЦТ=4500 К. При обработке пленочных и слайдовых материалов при необходимости проводилась цветокоррекция.

Для получения хорошей картинки активно применяют светофильтры.

Применение светильников с цветовой температурой

Для освещения помещений разработаны СП 52.13330.2016 (СНиП 23-05-95). Для жилых комнат рекомендуется теплый свет, для рабочих помещений – дневной (3000-4000 К), для помещений с высокими требованиями к цветам – холодный (5000-6000 К). Документ советует при наличии в пространстве большого  количества зеленых и синих объектов выбирать светильники с ЦТ более 4000 Кельвинов. А при обилии красных и желтых предметов – менее 3500 К.

Дизайнеры используют свет от светильников  для создания интерьеров.

Теплый свет светильников

ЦТ в диапазоне от 2700 до 3000 К. Напоминает свет ламп накаливания, мягких солнечных лучей. Оттенок не надоедает, не раздражает. Создает теплую уютную атмосферу. Подходит для жилых помещений, библиотек, ресторанов, кафе и др. В квартире идеален для спален,  точечной подсветки.

Холодный цвет светильников

ЦТ свыше 4500 К. Хорошо подходит для рабочих пространств, учебных помещений, офисов, цехах. Холодный белый цвет создаст чистую продуктивную атмосферу. В квартире его уместнее использовать для подсветки рабочей зоны, ванной комнаты. Не подходит для небольших помещений – свет будет слишком ярким и тревожным.

Нейтральный цвет источников света

ЦТ в интервале 3200-4500 К. Свет подходит для разных помещений: для гостиных, коридоров, кухни и др. Незаменим в качестве подсветки места, где одеваются и прихорашиваются. Также отлично подходит для учебных помещений и офисов, так как нейтральный свет не создает нагрузку на глаза.

При планировании светового оформления дома помните, теплые тона подчеркивают теплые цвета в помещении. Красный, желтый и оранжевый выигрышнее всего смотрятся при теплом освещении. Синий и зеленый будут казаться блеклыми. Холодные же оттенки подчеркнут зеленые и синие тона, а теплые цвета будут несколько искажены и приглушены.

Цвет и его температура

Чтобы представить себе как это выглядит в реальной жизни, рассмотрим цветовую температуру некоторых источников: ксеноновых автомобильных ламп на рисунке 3 и люминесцентных ламп на рисунке 4.

В Википедии я нашел числовые значения цветовых температур распространенных источников света:

  • 800 К — начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел;
  • 1500—2000 К — свет пламени свечи;
  • 2200 К — лампа накаливания 40 Вт;
  • 2800 К — лампа накаливания 100 Вт (вакуумная лампа);
  • 3000 К — лампа накаливания 200 Вт, галогенная лампа;
  • 3200—3250 К — типичные киносъёмочные лампы;
  • 3400 К — солнце у горизонта;
  • 4200 К — лампа дневного света (тёплый белый свет);
  • 4300—4500 K — утреннее солнце и солнце в обеденное время;
  • 4500—5000 К — ксеноновая дуговая лампа, электрическая дуга;
  • 5000 К — солнце в полдень;
  • 5500—5600 К — фотовспышка;
  • 5600—7000 К — лампа дневного света;
  • 6200 К — близкий к дневному свет;
  • 6500 К — стандартный источник дневного белого света, близкий к полуденному солнечному свету;6500—7500 К — облачность;
  • 7500 К — дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба;
  • 7500—8500 К — сумерки;
  • 9500 К — синее безоблачное небо на северной стороне перед восходом Солнца;
  • 10 000 К — источник света с «бесконечной температурой», используемый в риф-аквариумах (актиниевый оттенок голубого цвета);
  • 15 000 К — ясное голубое небо в зимнюю пору;
  • 20 000 К — синее небо в полярных широтах.

Цветовая температура является характеристикой источника света. Любой видимый нами цвет имеет цветовую температуру и не важно, какой это цвет: красный, малиновый, желтый, пурпурный, фиолетовый, зеленый, белый.

Труды в области изучения теплового излучения абсолютно черного тела принадлежат  основоположнику квантовой физики Максу Планку. В 1931 году на VIII сессии Международной комиссии по освещению (МКО, в литературе часто пишется как CIE) была предложена цветовая модель XYZ. Данная модель представляет собой диаграмму цветности.

Числовые значения X и Y определяют координаты цвета на диаграмме. Координата Z определяет яркость цвета, она в данном случае не задействована, так как диаграмма представлена в двухмерном виде. Но самое интересное на этом рисунке – это кривая Планка, которая характеризует цветовую температуру цветов на диаграмме. Рассмотрим её поближе на рисунке 6.

Кривая Планка на этом рисунке немного урезана и «слегка» перевернута, но на это можно не обращать внимание. Чтобы узнать цветовую температуру какого-либо цвета, нужно просто продолжить линию перпендикуляра до интересующей вас точки (участка цвета). Линия перпендикуляра, в свою очередь, характеризует такое понятие как смещение – степень отклонения цвета в зеленый или пурпурный. Те, кто работал с RAW-конвертерами, знают такой параметр как Tint (Оттенок) – это и есть смещение. Рисунок 7 отображает панель настройки цветовой температуры в таких RAW-конверторах как Nikon Capture NX и Adobe CameraRAW.

Пора посмотреть, как определяется цветовая температура не просто отдельного цвета, а всего фотоснимка в целом. Возьмем, к примеру, деревенский пейзаж в ясный солнечный полдень. Кто имеет практический опыт в фотосъемках, знает, что цветовая температура в солнечный полдень составляет примерно 5500К. Но мало кто знает, откуда взялась эта цифра. 5500К – это цветовая температура всей сцены, т.е всего рассматриваемого изображения (картины, окружающего пространства, участка поверхности). Естественно, что изображение состоит из отдельных цветов, а у каждого цвета своя цветовая температура. Что получается: голубое небо (12000К), листва деревьев в тени (6000К), трава на поляне (2000К), разного рода растительность (3200К – 4200К). В итоге, цветовая температура всего изображения будет равна усредненному значению всех эти участков, т.е 5500К. Рисунок 8 наглядно демонстрирует это.

На рисунке изображен красный цветочный бутончик, который как будто бы растет из пшеничной крупы. Снимок был сделан летом в 22:30, когда солнце шло на закат. В этом изображении преобладает большое количество цветов желтого и оранжевого цветового тона, хотя на заднем плане есть и голубой оттенок с цветовой температурой примерно 8500К, также есть почти чистый белый цвет с температурой 5500К. Я взял лишь 5 самых основных цветов в этом изображении, сопоставил их с диаграммой цветности и посчитал среднюю цветовую температуру всей сцены. Это, конечно же, примерно, но соответствует истине. Всего в этом изображении 272816 цветов и каждый цвет имеет свою цветовую температуру, если подсчитать среднюю для всех цветов вручную, то через пару месяцев мы сможем получить значение ещё более точное, чем подсчитал я. А можно написать программу для расчета и получить ответ гораздо быстрее.

Ведущие шоу-программы решили не грузить нас расчетами цветовой температуры и сделали всего два источника освещения: прожектор, испускающий бело-зеленый яркий свет и прожектор, который светит красным светом, и всё это дело разбавили дымом….а, ну да — и поставили ведущего на передний план. Дым прозрачный, поэтому с легкостью пропускает красный свет прожектора и сам становится красный, а температура нашего красного цвета, согласно диаграмме – 900К. Температура второго прожектора – 5700К. Среднее между ними – 3300К Остальные участки изображения можно в расчет не брать – они почти черные, а такой цвет даже не попадает на кривую Планка на диаграмме, ведь видимое излучение раскаленных тел начинается примерно с 800К (красный цвет). Чисто теоретически, можно предположить и даже подсчитать температуру для темных цветов, но её значение будет пренебрежимо мало по сравнению с теми же 5700К.

Снимок сделан летним вечером после захода солнца. Цветовая температура неба располагается в районе синего цветового тона на диаграмме, что согласно кривой Планка, соответствует температуре примерно 17000К. Прибрежная растительность зеленого цвета имеет цветовую температуру примерно 5000К, а песок с водорослями имеет цветовую температуру где-то 3200К. Среднее значение всех этих температур примерно 8400К.

Баланс белого

С настройками баланса белого особенно хорошо знакомы любители и профессионалы занимающиеся видео и фотосъемками. В меню каждой, даже самой простой мыльницы-фотокамеры, есть возможность настроить этот параметр.

Сразу следует сказать, что белый цвет объектов можно получить, если использовать источник света с цветовой температурой 5500К (это может быть солнечный свет, фотовспышка, другие искусственные осветители) и если сами рассматриваемые объекты белого цвета (отражают всё излучение видимого света). В остальных случаях белый цвет может быть лишь приближен к белому. Посмотрите на рисунок 13. На нем изображена та самая диаграмма цветности XYZ, которую мы недавно рассматривали, а в центре диаграммы помечена крестиком точка белого цвета.

Отмеченная точка имеет цветовую температуру 5500К и как истинный белый цвет – она является суммой всех цветов спектра. Координаты у неё x = 0,33 и y = 0,33. Эта точка называется точкой равных энергий. Точка белого цвета. Естественно, если цветовая температура источника освещения 2700К, точка белого здесь и рядом не стоит, о каком уж тут белом цвете можно говорить? Там белых цветов никогда не будет! Белыми в данном случае могут быть только блики.

Баланс белого цвета – это установка значения цветовой температуры для всего изображения. При правильной установке вы получите цвета соответствующие тому изображению, которое вы видите. Если у получившегося снимка преобладают неестественные синие и голубые цветовые тона, значит, цвета «недостаточно нагреты», установлена слишком низкая цветовая температура сцены, необходимо её повысить. Если же на всём снимке преобладает красный тон – цвета «перегреты», установлена слишком высокая температура, необходимо её понизить.

Цветовая температура всей сцены рассчитывается как средняя температура всех цветов данного изображения, поэтому в случае смешанных источников освещения или сильно отличающихся по цветовому тону цветов, фотокамера рассчитает среднюю температуру, что не всегда оказывается верно.

Фотокамера не способна воспринимать резко отличающиеся яркости отдельных элементов изображения и их цветовую температуру так же, как зрение человека. Поэтому, чтобы сделать изображение почти таким же, как вы видели во время съемки, вам придется его корректировать в ручную в соответствии с вашим зрительным восприятием.

Mapкиpoвкa цвeтoвoй тeмпepaтypы

Нa yпaкoвкe кaждoй лaмпы ocвeщeния пpoизвoдитeли yкaзывaют тeхничecкиe хapaктepиcтики маркировки цветовой температуры. Cpeди вceх пpoчих хapaктepиcтик, тaких кaк мoщнocть, нaпpяжeния, чacтoтa ceти, oбязaтeльнo yкaзывaeтcя цвeтoвaя тeмпepaтypa cвeтoдиoдных лaмп (этo oтнocитcя нe тoлькo к LED лaмпaм).

Нa этoт ocнoвнoй фaктop oбязaтeльнo cтoит oбpaщaть внимaниe пepeд пoкyпкoй лaмпы.

Kcтaти, дaннaя хapaктepиcтикa oтoбpaжaeтcя нe тoлькo нa yпaкoвкe, нo и нa caмoй лaмпe. Вoт oдин из пpимepoв, LED лaмпa мoщнocтью 7 Вт и тeмпepaтypoй 4000 K. Уcтaнoвлeнa oнa y мeня дoмa, нa кyхнe, cвeтит пpиятным днeвным cвeтoм.

A вoт eщe oдин пpимep oбoзнaчeния нa cвeтoдиoднoм тoчeчнoм cвeтильникe для гипcoкapтoнных пoтoлкoв, тeмпepaтypa 2800 Keльвинoв. Cвeтильники c тaкoй цвeтoвoй тeмпepaтypoй cвeтят тeплым cвeтoм пoхoжим нa лaмпy нaкaливaния и были ycтaнoвлeны в cпaльнoй кoмнaтe нa oднoм из oбъeктoв. Копирование материалов с чужих сайтов приводит к пессимизации поисковыми системами.

Цветовая температура и восприятие человека

От выбора правильной цветовой температуры источников зависит, как будет эмоционально влиять на человека окружающее пространство, восприниматься внешний вид объектов и их цвета. Большое значение имеет то, что разные источники света ассоциируются с определенной обстановкой. Например, теплый свет свечи оказывает расслабляющее действие, белое освещение ламп дневного света создает рабочую атмосферу, холодное освещение создает больший контраст, применяется при необходимости работ с высоким цветоразличением.

Существует нормативный документ, в котором содержатся рекомендации по подбору цветовой температуры в помещении различного назначения: СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». В нем, в частности, для жилых помещений рекомендуется теплый свет, в помещениях, где выполняется зрительная работа – дневной 3000-4000К, в помещениях с высокими требованиями к цветоразличению более холодный свет до 5000-6000К.

Также там упоминается, что при большом количестве в освещаемом пространстве зеленых и синих объектов следует применять источники с цветовой температурой более 4000К, с большим количеством красных и желтых цветов – не более 3500К. Конечно, когда создавался данный нормативный документ применение светодиодных источников света было весьма ограничено, тем не менее, содержащаяся там информация может быть полезна и при их выборе. Например, осветительные диоды холодного света содержат большую долю синей части спектра, т.е. подчеркивают синие цвета, а в светодиодах теплого белого света синяя составляющая подавляется большим количеством желтого люминофора. Кроме этого, нужно учитывать индекс цветопередачи светодиодных источников, т.к. он не всегда на высоте в отличие от галогенных ламп, например, а только у отдельных более дорогих моделей.

В материалах, предоставляемых компанией Philips Color Kinetics приводится следующая таблица (таблица 3) для выбора цветовой температуры в зависимости от желаемой атмосферы и области применения:

Таблица – Эффект, атмосфера и область применения в зависимости от цветовой температуры

Эффект, атмосфера и область применения в зависимости от цветовой температуры

Цветовая
температура

Теплый свет
2700 К

Белый свет
3000 К

Нейтральный
3500 К

Холодный свет
4100 К

Дневной свет
5000-6500 К

   Эффекты и атмосфера

Теплая
Уютная
Открытая

Дружеская
Интимная
Индивидуальная

Дружеская
Располагающая
Безопасная

Ясная
Чистая
Продуктивная

Яркая
Тревожная
Подчеркивающая цвета

Области применения

Рестораны
Вестибюли гостиниц
Бутики
Жилы помещения

Библиотеки
Офисные помещения
Магазины

Выставочные залы
Книжные магазины
Офисные помещения

   Офисные помещения
Классные комнаты
Супермаркеты
Больницы

Галереи
Музеи
Ювелирные магазины
Помещения для медицинских осмотров

Восприятие человеком цветовой температуры в зависимости от освещенности

Исследования зависимости между освещенностью и цветовой температурой проводились Круитхофом (Kruithof). Эмпирическим путем им был составлен график – кривая комфорта Круитхофа – на котором определены области высоких и низких уровней освещенности для различных цветовых температур, являющиеся наиболее комфортными для наблюдателей. Цветовая температура, находящаяся в диапазоне комфорта, воспринимается как «белый» свет.

Именно по этой причине свет неба воспринимается человеком как комфортный белый свет, хотя источник с такой же цветовой температурой в помещении будет явно отдавать синевой: освещенность неба очень высока по сравнению с любым искусственным источником.

Как цветовая температура влияет на эмоции

Чем теплее свет, тем лучше чувствует себя человек, тем лучше это влияет на его эмоции.

При выборе источника света стоит уделить внимание цветовой температуре. От выбора ламп зависит настроение и самочувствие.

При подборе ЦТ помните, чем она ниже, тем расслабленнее и спокойнее чувствует себя человек. Теплый свет помогает отдохнуть и заснуть. Холодные цвета бодрят, они лучше подходят для работы, повышают концентрацию. Но при постоянном воздействии приводят к бессоннице.

Таким образом, для освещения дома лучше выбирать более теплые оттенки. А для рабочих кабинетов, офисов и цехов – холодные.

Какие параметры используют при техническом нормировании света

Все положения по освещению есть в СНиП 23-05-95. Критериев несколько, в списке они указаны в порядке предпочтения от самого значимого:

  1. Освещенность, измеряется в люменах.
  2. Цветовая температура, в кельвинах.
  3. Индекс цветопередачи.
  4. Коэффициент пульсации.
  5. Максимально допустимая яркость.
  6. Равномерность освещения.
  7. Удельная мощность.

Подобрать подходящую цветовую температуру несложно. Для это не нужно проводить расчеты, можно взять готовые данные, которые подходят под то или иное помещение.

Заключение

Цветовая температура важный параметр при освещении рабочих и жилых помещений. При грамотном подборе света комната может выглядеть красиво и гармонично, а глаза и не будут уставать. Используйте наши советы при выборе лампочек и пусть свет вас не тревожит!

 

Источники:

  • https://habr.com/ru/post/193142
  • https://vamfaza.ru/temperatura-cveta
  • https://www.o-svet.ru/blog/temperature-of-the-light
  • https://novolampa.ru/baza-znaniy/kak-vybrat-tsvetovuyu-temperaturu
  • https://first-apartment.ru/tsvetovaya-temperatura.html
  • https://svetilov.ru/teoriya/temperatura-sveta
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]