Большое изучение ламп ДРЛ, или Очень серьёзные Красные отношения

Всем хорош дуговой ртутный разряд. В отличие от разрядов в газах, и свет даёт этакий голубовато-белый, и зажигается прямо от сетевого напряжения без дополнительных ухищрений, и особых требований к материалу разрядной трубки не предъявляет. При этом дёшев до неприличия, да ещё и приличную светоотдачу имеет. И всё бы прекрасно, если бы не один небольшой нюансик, а именно цветопередача. Как мы знаем, оценивается она по всему видимому спектру, от фиолетового цвета до глубокого красного. Если с первой частью всё условно благополучно (условно – потому что все основные цвета представлены сравнительно узкими спектральными полосками), то с последней совсем беда. Красных длин волн в спектре практически нет:

С этим связаны непрерывные попытки человечества «улучшить» ртутную лампу, которые сводились к поискам способов добавить к её спектру красную часть, самым радикальным из которых было тонирование колбы в красный оттенок . Однако достаточно быстро учёные пришли к использованию люминофоров, которые и дожили вполне благополучно в ртутных лампах до самого завершения их эпохи. В лампах низкого давления люминофоры прижились быстро и надёжно, а вот у более мощных ламп с повышенной интенсивностью излучения эта технология несколько припозднилась. Дело в том, что далеко не каждый люминофор оказался способен выдерживать те температуры и плотности УФ излучения, которые присущи данному классу ламп. Поэтому в то время, как трубчатые люминесцентные лампы вовсю бороздили космические выпускались практически с любой цветностью света и цветопередачей, лампы типа ДРЛ довольствовались весьма скромными цветовыми характеристиками. Тем не менее их люминофоры тоже потихоньку развивались, хоть и намного меньшими темпами.

Для оценки качества спектров с 1964 года применяется система общего индекса цветопередачи МКО CRI R_a. Параметр довольно удобный (хотя и не без оговорок), однако здесь есть несколько «но»:

• появился он значительно позже, чем лампы ДРЛ с люминофором, так что система оценки их цвета имела полное право сложиться раньше;
• ориентирован он в основном на белые источники со сплошным спектром, в противном случае может выдавать не очень корректные и предсказуемые результаты;
• для ламп ДРЛ, даже с самыми продвинутыми люминофорами, он даёт слишком «некрасивые» (низкие) значения по сравнению с другими источниками света.

Всё это привело к тому, что для оценки цвета ламп ДРЛ было принято так называемое красное отношение (КО) – проще говоря, доля красной части спектра в общем световом потоке. Если вдруг кому интересны подробности, чисто математически оно оценивается в виде отношения двух интегралов:

где Ф_eλ – спектральная плотность светового потока лампы, V(λ) – функция видности.

Ранее нами был написан небольшой скрипт на языке php, который преобразует данные, полученные со спектроколориметра, в ряд удобных графиков (спектральная плотность излучения, цветовая диаграмма МКО 1931 г., цветовая диаграмма МКО 1976 г., индекс цветопередачи CRI Ra/Ri). Собственно, все спектры, размещаемые в нашей базе, начиная с 2021 года созданы этим скриптом. В июне 2023 года возникла идея дополнить скрипт расчётом красного отношения, по запросу нанося полученные значения на спектральные графики. По этому случаю было произведено большое измерение спектров ламп типа ДРЛ125 разных изготовителей и лет выпуска. Результаты получились довольно любопытные, и мы хотим ими поделиться.

В таблице собраны все данные, полученные в ходе эксперимента. Колонки не требуют особых пояснений, пожалуй за исключением пятой. Степень «нетронутости» ламп определялась как по истории их происхождения, так и визуально – по состоянию горелок.

Коротко прокомментируем результаты. Цветовая температура новых ламп ДРЛ (кроме ламп типа «комфорт») находится в пределах 4000-4600К, при индексе цветопередачи 30-40. К концу срока службы эти числа меняются на 4500-5000К и 20-30 соответственно. В целом значения вполне соответствуют заявленным для каждого типа ламп. Лампа Л493 предсказуемо заняла первое место (хотя, честно говоря, в плане КО ожидалось даже больше). Точно так же закономерно последнее место разделила убитая ДРЛ125(6) (Л369) и новая LRF 125W (Л283). Несколько непонятен большой разброс между лампами из одной партии, например Л282/Л378, Л284/Л285/Л364, Л885/Л886. Также сильно удивили отдельные «выбросы» значений КО в обе стороны: для ламп Л085, Л282, Л964. Измерение показало, что даже имеющие приличную наработку лампы иностранного производства (две последние строчки таблицы) имеют КО, соответствующие новым отечественным лампам с маркировкой (8) или даже (10).

Как интерпретировать полученные результаты? Другими словами, что есть хорошо, а что плохо? Например, КО 10% – это много или мало? Красное отношение официально не применяется для оценки цветопередачи других источников света, однако ничто не мешает применить написанный нами скрипт и для них. Поэтому мы не удержались и сделали ещё одну серию расчётов для других типов ламп:

Выводы из таблицы:

• значение КО для белых ламп с «приличной» цветопередачей (R_a > 80), как правило, составляет не менее 20 единиц;
• КО максимально для ламп с минимальной цветовой температурой, и снижается по мере её увеличения;
• несмотря на то, что у тепловых источников КО достаточно высокое, оно не является максимально возможным для той же цветовой температуры. Например, у КЛЛ цветности 827 КО на 20% выше, чем у галогенной лампы с такой же цветовой температурой;
• КО имеет слабое отношение к цветопередаче, что вполне логично, т.к. цветопередача в общем случае определяется сбалансированностью спектра, а не наличием красного как такового;
• как ни странно, знаменитый параметр R₉ (специальный индекс цветопередачи для насыщенных красных цветов) не имеет прямой корреляции ни с общим индексом цветопередачи, ни даже с КО. Например, при изменении цветности ЛЛ с 827 до 865 R₉ значительно растёт, а КО падает почти вдвое. Эта особенность связана скорее с методикой определения индекса R₉.

Таким образом, даже самые лучшие из обследованных образцов ламп ДРЛ125 (в том числе HPL Comfort от Philips) по цветовым характеристикам не дотягивают даже до ЛЛ типа ЛБ, имеющих минимальный индекс цветопередачи R_a в пределах 51-55. С учётом области применения этого вида ламп (в основном уличное и вспомогательное освещение), этот недостаток был признан несущественным. Тем более, что в сравнении с пришедшими им на смену лампами ДНаТ это были всё ещё неплохие результаты. Однако реалии сегодняшнего дня таковы, что даже светодиоды NoName с весьма посредственными цветовыми характеристиками уверенно соответствуют лучшим ДРЛ с КО=15.

В дальнейшем, по мере появления такой возможности, планируется дополнить это исследование данными по нескольким лампам ДРЛ мощностью 250 и 400Вт.