Hoher CRI und niedriges M/P-Verhältnis: Kann man bei LED-Beleuchtung beides haben?
Kürzlich erzählte uns ein Lichtdesigner von einem Auftrag, bei dem der Kunde zwei Wünsche hatte. Um Kunstwerke präzise wiederzugeben, musste die Galeriebeleuchtung einen CRI von mindestens 95 haben. Um die Gesundheit der Besucher zu schützen, musste die Belastung durch blaues Licht reduziert werden. Diese beiden Forderungen stehen im Widerspruch zueinander. In diesem Artikel wird erläutert, warum dies so ist, und es werden Lösungen angeboten.
Die Unstimmigkeit zwischen zwei nützlichen Maßnahmen
Ideal sind sowohl ein niedriges M/P-Verhältnis als auch ein hoher CRI. Das Problem besteht darin, dass es körperlich schwierig ist, beides mit einer einzigen statischen Lichtquelle zu erreichen. Sie müssen verstehen, was jede Metrik tatsächlich misst, um zu verstehen, warum.
Wenn eine Lichtquelle einen hohen CRI aufweist, zeigt sie Objektfarben im Vergleich zu einem Referenzlicht präzise an. Als außergewöhnlich gilt ein Wert über 90. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Situationen, in denen die Farbtreue wichtig ist, beispielsweise bei Kunstausstellungen, Verkaufspräsentationen und medizinischen Untersuchungen.
Der mögliche Einfluss eines Lichts auf den zirkadianen Rhythmus wird anhand des M/P-Verhältnisses gemessen, das für melanopischen Lux zu photopischem Lux steht. Eine geringere Energie des blauen Lichts im Verhältnis zur wahrgenommenen Helligkeit wird durch ein niedrigeres M/P-Verhältnis angezeigt. Dies gilt für Krankenstationen, Schlafzimmer und jeden nachts genutzten Bereich.
Die Physik des Trade-Offs
Der Herstellungsprozess von LED-Licht ist die Quelle des Konflikts. Ein sehr niedriges M/P-Verhältnis von etwa 0,12 kann mit einer LED mit niedrigem CRI erreicht werden, beispielsweise einer bernsteinfarbenen LED mit aschmales 590-nm-Spektrum. Die photopische Kurve, die die Helligkeit misst, macht den Großteil der Energie aus, wohingegen die melanopische Kurve, die blaues Licht misst, das Aufmerksamkeit hervorruft, nur sehr wenig ausmacht. Allerdings ist diese bernsteinfarbene LED aufgrund ihrer schlechten Farbwiedergabe nicht für die Allgemeinbeleuchtung geeignet.
Hersteller müssen mehr Wellenlängen hinzufügen, um den CRI zu erhöhen. Die warme Farbwiedergabe wird durch Rot und tiefes Rot verstärkt. Kühle Töne werden durch Lücken im Spektrum beeinträchtigt, die durch Cyan- und Blauwellenlängen gefüllt werden. Das Spektrum wird voller und der CRI steigt, wenn zusätzliche Wellenlängen hinzugefügt werden. Allerdings kommt es auch zu einem Energieanstieg unterhalb der melanopischen Kurve.
Das war direktgetestet von Waveform Lighting. Sie verglichen eine Halogenlampe mit einem perfekten CRI von 100 mit drei 3000K-LED-Lampen mit CRI-Werten von 82, 91 und 97. In den Daten wurden M/P-Verhältnisse von 0,513, 0,546, 0,548 und 0,581 gefunden. Das M/P-Verhältnis stieg parallel zum CRI. In einem größeren Spektrum wird es immer mehr blaue Lichtenergie geben.
Die Einschränkung der statischen Wahl
Jede einzelne statische Lichtquelle erfordert aufgrund dieser physikalischen Einschränkung einen Kompromiss. Eine Lampe mit hohem -CRI und hohem-M/P sorgt für hervorragende Farben und eine stärkere zirkadiane Stimulation. Obwohl blaues Licht mit einer Lampe mit niedrigem-CRI und niedrigem-M/P reduziert wird, erscheinen die Farben fehlerhaft und leblos.
Wie wichtig dies ist, wird in einem Patientenzimmer eines Krankenhauses deutlich. Um den Hautton und die Wundheilung um 10 Uhr morgens effektiv analysieren zu können, ist ein Arzt erforderlich95 CRILicht bei 4000K. Um die Aufmerksamkeit zu fördern, sollte das Licht ein größeres M/P-Verhältnis haben. Um einen angenehmen Schlaf um 22 Uhr zu gewährleisten, benötigt derselbe Patient Licht mit 95 CRI bei 2700 K und einem niedrigen M/P-Verhältnis. Im selben Raum und am selben Tag gibt es zwei völlig unterschiedliche spektrale Anforderungen.
Dynamische weiße Beleuchtung ist die Antwort
Die Lösung für dieses Dilemma besteht darin, Licht nicht mehr als statisch zu betrachten. Kalt- und warmweiße LEDs werden in mehrkanaligen LED-Systemen kombiniert, um dynamisches Weiß, auch abstimmbares Weiß genannt, zu erzeugen. Um eine beliebige Farbtemperatur entlang der Planckschen Kurve zu erzeugen, modifiziert ein Steuerungssystem die Mischung.
Der blaue Spektralanteil nimmt deutlich ab, wenn ein Tunable-White-System von 4000K auf 2700K gedimmt wird. Da weniger kurzwellige Energie freigesetzt wird, sinkt das M/P-Verhältnis natürlich. Das Licht hat einen deutlich geringeren circadianen Effekt und ist mit 2700 K optisch warm. Bei 4000K ist es optisch ansprechender und kühler.
Der größte Vorteil besteht darin, dass der CRI über das gesamte Spektrum hoch bleibt. Das M/P-Verhältnis ändert sich im Gleichschritt mit der Farbtemperatur, und ein gut konzipiertes abstimmbares Weißsystem kann einen CRI von 90 oder mehr von 2700 K bis 5000 K aufrechterhalten.
Ein Rahmen für zirkadianes Design
Für verschiedene Standorte sind unterschiedliche Beleuchtungspläne erforderlich. Die nachfolgend aufgeführten Empfehlungen dienen als Grundlage für Designvorgaben.
Für die Aufmerksamkeit profitieren Büroumgebungen von 4000 K bei mindestens 90 CRI am Morgen und 3000 K am späten Nachmittag. Die Patientenzimmer von Gesundheitseinrichtungen sollten bei Untersuchungen tagsüber 4.000 bis 5.000 K und nach 20.00 Uhr 2.700 K nutzen, mit einem CRI von mindestens 90 durchgehend. Während der Geschäftszeiten können Kunstgalerien und Einzelhandelsgeschäfte zwischen 3500 K und 4000 K nutzen und auf wärmere Töne umsteigen, wenn Veranstaltungen am Abend stattfinden. Bei allen Einstellungen bei 90 CRI oder höher sollten Wohnschlafzimmer morgens 4000 K und nach Sonnenuntergang 2700 K oder weniger nutzen.
Stellen Sie sicher, dass der CRI im gesamten Farbtemperaturbereich über 90 bleibt, wenn Sie Produkte für eine dynamische Weißinstallation auswählen. Prüfen Sie die Kompatibilität mit Ihrem Steuerungssystem (DALI, DMX oder Funkprotokolle) und bestätigen Sie den Dimmbereich. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Kombination aus Treiber und LED bei allen Dimmeinstellungen eine wirklich flimmerfreie-Leistung liefert.
Die Wahl zwischen einem niedrigen M/P-Verhältnis und einem hohen CRI steht nicht mehr zur Debatte. Beides kann nicht gleichzeitig von einer einzelnen statischen Glühbirne abgegeben werden. Ein intelligentes System kann jedoch beides zu verschiedenen Tageszeiten bereitstellen und das entsprechende Spektrum zur richtigen Zeit auf die entsprechende Aktivität abstimmen.
FAQ
F: Erzeugen LEDs mit hohem CRI wirklich mehr blaues Licht?
A: Eine LED mit höherem CRI hat typischerweise ein vollständigeres Spektrum, das mehr Energie über alle sichtbaren Wellenlängen hinweg bei gleicher Farbtemperatur umfasst. Tests haben gezeigt, dass dies im Vergleich zu einer LED mit niedrigerem CRI häufig zu einem etwas größeren M/P-Verhältnis führt. Der Unterschied ist zwar nicht signifikant, aber messbar.
F: Ist es möglich, eine einzelne LED-Lampe mit einem extrem niedrigen M/P-Verhältnis und einem CRI von 95 zu erhalten?
A: Überhaupt nicht. Durch die Mechanismen zur Erzeugung eines Vollspektrums für einen hohen CRI wird im blauen Bereich zwangsläufig Energie hinzugefügt. Eine Glühbirne mit hohem CRI und 2700 K kann ein relativ niedriges M/P-Verhältnis haben, da der Blauanteil bei einer warmen Farbtemperatur wie 2700 K bereits recht niedrig ist. Bei etwa 4000.000 wird es viel schwieriger, dies zu erreichen.
F: Was ist das ideale M/P-Verhältnis für ein Schlafzimmer?
A: Wählen Sie warmweiße Glühbirnen mit einer Temperatur von 2700 K oder weniger für den Einsatz am Abend. Das M/P-Verhältnis ist bei diesen Farbtemperaturen naturgemäß niedriger und liegt normalerweise unter 0,45. Das Geheimnis besteht darin, wärmeres Licht mit niedrigerem M/P-Wert zu nutzen, wenn die Nacht naht, und kühleres Licht mit höherem M/P-Wert tagsüber.
F: Lösen intelligente Glühbirnen das Problem zwischen M/P und CRI?
A: Die Dimmmethode-zu-, die von den meisten intelligenten Verbraucherlampen verwendet wird, verringert die Farbtemperatur beim Dimmen, gewährleistet jedoch nicht bei allen Einstellungen einen hervorragenden CRI. Ein spezielles abstimmbares Weißsystem mit einem bestimmten CRI über das gesamte Spektrum ist die zuverlässige Methode zur Steuerung sowohl der Farbqualität als auch des zirkadianen Einflusses in professionellen Projekten.
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