Летняя серия спектральных измерений на проекте «Старый Свет»



Внимательный читатель, наверно, хорошо помнит осеннюю серию спектральных измерений 2018 года, которую нам удалось провести с замечательным прибором – спектроколориметром Konica Minolta CL-70F. Основной акцент тогда был сделан на получение свыше 300 спектров различных ламп, которые можно обнаружить в нашей Базе спектральных измерений. В течение лета следующего (2019) года у нас ещё несколько раз была возможность воспользоваться спектроколориметром, благодаря чему было сделано ещё несколько десятков довольно любопытных измерений, не подходящих под стандартный формат нашей базы. Тем не менее, мы решили собрать наиболее интересные из этих результатов в эту отдельную статью.

 

Смешение спектров люминесцентных ламп

Первое, о чём хотелось бы рассказать – это о результатах сложения (смешения) спектров люминесцентных ламп, которое иногда используют якобы для получения нестандартных цветовых температур и повышения цветопередачи. Для примера посмотрим спектры ламп с галофосфатным люминофором типа ЛБ18-1:

и ЛДЦ18:

а также их суммы:

Результаты сравнения приведены в таблице:

Лампа Тц Ra
ЛБ 18-1 3437К 53,5
ЛДЦ 18 5423К 86,6
ЛБ+ЛДЦ 4310К 72,9

Аналогичные результаты были также получены для ламп ЛБ20-1 и ЛД20:

Лампа Тц Ra
ЛБ 20-1 3414К 54,1
ЛД 20 5783К 73,8
ЛБ+ЛД 4204К 62,9

Несколько иная картина наблюдается для так называемых «трёхполосных» ламп, содержащих трёхкомпонентные люминофоры. Для примера возьмём TLD18W/827:

и TLD18W/840:

Результат суммирования:

или в табличном виде:

Лампа Тц Ra
827 2579К 84,3
840 3721К 85,0
827+840 3034К 85,5

Аналогичный результат получаем для ламп 840 и 865:

Лампа Тц Ra
840 3721К 85,0
865 5721К 81,4
840+865 4530К 84,2

Ещё более интересный результат получается, когда мы смешиваем световые потоки отдельных красной, зелёной и синей лампы (которые в сумме образуют как бы разделённую в пространстве трёхполосную лампу). Соотношением их потоков, падающих на спектроколориметр, можно в широких пределах менять цветовую температуру, однако индекс цветопередачи при этом неизменно остаётся выше 80.

Выводы:

  1. Суммарные спектральные характеристики (цветовая температура Тц и индекс цветопередачи Ra) двух ламп одного типоразмера, но разной цветности получаются весьма близкими к среднему арифметическому характеристик «складываемых» ламп. Некоторые несовпадения результатов с точным средним арифметическим можно объяснить неравенством световых потоков двух ламп и погрешностью измерения.
  2. Суммарный спектр стандартных ламп «белой» и «дневной» цветности примерно соответствует спектру стандартных же ламп «холодно-белой» («нейтрально-белой») цветности, так что использовать данное сочетание особого смысла нет.
  3. Лампы с трёхполосными люминофорами практически в любом сочетании позволяют получить Ra>80. Кроме того, смешением в разных пропорциях потоков красной, синей и зелёной цветных ламп можно получить спектры с практически любыми нестандартными цветовыми температурами также при сохранении Ra>80.

 

Изменение спектра ламп при диммировании

Хорошо известно, что лампы накаливания вследствие теплового принципа своей работы сильно меняют свою цветовую температуру при диммировании. Фактически, при снижении мощности цветовая температура падает вместе с физической температурой тела накала (спирали) (лампа заметно «краснеет»), что хорошо видно на полученных нами графиках:

Однако среди неспециалистов часто бытует мнение, что в отличие от ламп накаливания, люминесцентные лампы не меняют своей цветности при диммировании (так как там «нечему остывать»). С помощью спектроколориметра нетрудно убедиться, что это не так: в люминесцентных лампах при снижении мощности также происходят достаточно сложные процессы, меняющие как физику самого газового разряда, так и механизм возбуждения люминофора. Результаты измерений, проделанных для двух ламп типа ЛБ36, работающих на регулируемом ЭПРА типа ETC236R/04, мы собрали на одном спектральном графике:

Хорошо заметно, как при уменьшении мощности ламп растёт сине-зелёная часть спектра, в то время как жёлто-красная остаётся практически без изменений:

В процентах на рисунке показаны относительные уровни светового потока, при которых получен каждый из спектров. Кстати, это явление хорошо заметно на глаз: при диммировании лампы «холоднеют» и превращаются из ЛБ в ЛХБ Wink Индекс цветопередачи при снижении светового потока от 100% до 5% также растёт примерно на 2 пункта, впрочем вряд ли это изменение можно считать существенным.

Полностью аналогичные результаты были получены нами также для ламп ЛТБЦЦ40-2:


и TLD36W/830:

В последнем случае, кроме увеличения интенсивности пиков в сине-фиолетовой и зелёной части спектра, наблюдалось также снижение доли излучения в глубоком красном диапазоне (740-780нм).

Выводы:

  1. Спектр люминесцентных ламп при диммировании меняется.
  2. Изменения происходят за счёт увеличения интенсивности линий ртутного разряда с длинами волн 405, 436, 546нм и визуально воспринимаются как повышение цветовой температуры лампы (прибор значительного повышения Тц не фиксирует).
  3. У галофосфатных ламп при диммировании происходит незначительное повышение индекса цветопередачи, у трёхполосных ламп индекс цветопередачи не меняется.

 

Спектры различных источников

В заключение нашего обзора летней серии спектральных измерений 2019 года познакомим читателя с традиционной подборкой довольно любопытных спектров различных, иногда немного неожиданных источников света.

1. Экран ЭЛТ телевизора Samsung (полностью белое свечение R=G=B=255, Тц=8926К, Ra=68,3):

2. Экран LCD телевизора Benq с люминесцентной подсветкой (полностью белое свечение R=G=B=255, Тц=7025К, Ra=91,9):

3. Экран чёрно-белого ЭЛТ телевизора (полностью белое свечение R=G=B=255):

4. Высоковольтный разряд в воздухе при атмосферном давлении:

5. Солнце в июльский полдень (27.07.2019 в 13:00, Тц=5200К, Ra=99,5):

6. Июльские сумерки (21.07.2019 в 21:00, ясное небо, Тц=16457К, Ra=94,5):

7. Знаменитый RGB светодиод WS2812B, первый вариант:

и второй вариант, отличающийся уменьшенной интенсивностью красного кристалла (кстати, белый цвет в таком варианте воспринимается намного лучше):

8. Фосфоресцирующая краска наподобие той, что применялась в советских ёлочных игрушках, цвет свечения светло-зелёный:

И ещё аналогичные краски – оранжевая:

розовая:

и голубая:

9. Люминесценция белой офисной бумаги в свете ультрафиолетовой лампы «чёрного света» Blacklight blue:

Как можно видеть, спектры окружающих нас источников света крайне сложны и многообразны, и всегда бывает довольно интересно ознакомиться с ними поближе. В наших дальнейших планах – ещё несколько серий спектральных измерений (одна из которых будет целиком посвящена естественному дневному свету), результаты которых могут найти применение в различных учебных, научно-популярных и научных исследованиях.
Автор: Dominique, опубликовано: 04.05.20
(1)