Farbwiedergabe

TM-30-15 – die Revolution der Farbwiedergabe?

1. TM-30-15 – Ein neuer Standard für die Bestimmung der Farbwiedergabe?

Seit 1965 wird in der Lichtmesstechnik der Farbwiedergabeindex CRI (Color Rendering Index) als Parameter für die Qualität der Farbwiedergabe von Leuchtmitteln benutzt. Bei dieser Messung werden 14 Referenzfarben mit den korrespondierenden Werten einer tageslichtähnlichen Normlichtquelle verglichen. Das Ergebnis sind 14 Werte zwischen 0 und 100. Der Mittelwert dieser Werte bildet dann den CRI. Dabei gilt: je höher der CRI, desto mehr entspricht die Farbwiedergabe dem Tageslicht und desto besser ist sie. Ideal wäre ein CRI von 100 (das ist das Maximum). Ein weiterer Parameter ist der Ra Wert (allgemeiner Farbwiedergabeindex). Dieser entspricht dem CRI, arbeitet aber nur mit den ersten 8 Referenzfarben. Eine große Schwäche des CRI ist die Tatsache, dass er nur mit 14 (8) Referenzfarben arbeitet. Das Tageslicht (auch das Licht einer Glühlampe) erzeugt ein Licht mit einem kontinuierlichem Lichtspektrum und hat darum einen CRI von 100.

Sichtbares Lichtspektrum_Referenzfarben


Dies ist leider bei vielen künstlichen Lichtquellen nicht der Fall (Leuchtstofflampe, LED, usw.). Diese erzeugen ein diskontinuierliches Lichtspektrum, indem auch einige Farbkomponenten fehlen.

Spektrum einer Leuchtstofflampe

 

Dies führt leider dazu, dass viele Lampen ein Lichtspektrum erzeugen, dass speziell auf die Referenzfarben des CRI abgestimmt sind. Hiermit kann auch bei schlechter Farbwiedergabe ein hoher CRI Wert erzeugt werden. Das führt dazu, dass einige Farben unter dieser Beleuchtung blass und verfälscht erscheinen.

 

Moderne LED Lampen haben aber, bei gleichem CRI Wert, ein viel homogeneres Lichtspektrum. Diese Tatsache wird aber bei der Bewertung über den CRI nicht erkannt, weil der CRI nur die Referenzfarben und nicht das gesamte Spektrum bewertet. Abhilfe soll hier der neue Standard TM30-15 schaffen.

 

2. Farbsättigung

Bei der Farbwahrnehmung spielt nicht nur der Farbort (Wellenlänge im Lichtspektrum) und die Intensität eine Rolle, sondern auch die Farbsättigung. Unter der Farbsättigung versteht man, wie stark eine gesättigte Farbe mit Weiß- oder Schwarzanteilen gemischt ist (Schwarz, Weiß, Grautöne = unbunte Farben). Je mehr sich die Farben von Schwarz/Weiß zu den Buntfarben (gesättigte Farben) hin verschieben, desto lebhafter wirken die Farben.

 

Farbsättigung

 

 

 

 

 

Buntart-Dreieck

 

 

3. Farbraum GAI (Gamut Area Index)

Das menschliche Auge nimmt Farben über 3 unterschiedliche Rezeptoren wahr. In Anlehnung dieser Tatsache können mit 3 Werten alle vom Menschen wahrnehmbaren Farben dargestellt werden. Dies führt zu einem 3-dimensionalen-Farbraum. Durch eine mathematische Definition kann man diesen Farbraum auch 2-dimensional darstellen.
Das führt zu dem sogenannten „Farbsegel“ oder „horseshoediagram“. Dieses Diagramm stellt den vollständigen Farbraum dar, den Menschen mit ihren Augen wahrnehmen können.
Wie man sehen kann, nimmt die Sättigung der Farben vom Weißpunkt zu den Rändern hin immer mehr zu.

 

Farbsegel nach CIE1931 mit unterschiedlichen Farbräumen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Reale Farbräume von Kunstlicht

Jede Lichtquelle (Leuchtstofflampe, LED, usw.) bildet ihren eigenen Farbraum aus. Diese entsprechen aber nicht dem Farbraum des Farbsegels und stellen nur einen gewissen Teilbereich dar. Von diesen Lichtquellen können auch nur diese Farben, die sich in diesem Farbraum befinden, dargestellt werden. Das führt dazu, dass einige Farben sehr blass wirken, weil sie in diesem Farbraum nicht gesättigt dargestellt werden können.

 

5. IES TM-30-15

Wie sich gezeigt hat, besitzt der heutige Standard CRI (Ra) gewisse Schwächen, um eine gute Aussage über die Farbwiedergabe einer Lichtquelle zu machen. Um dies zu verbessern, wurde mit dem Fidelity-Index „Rf“ ein neuer Index eingeführt (engl. Fidelity = Wiedergabetreue), um ein breiteres Farbspektrum bewerten zu können. Dieser funktioniert genau wie der CRI (Ra), arbeitet aber nicht mit 14 (8) Referenzfarben sondern mit 99. Dadurch wird ein größerer Bereich vom gesamten Lichtspektrum bewertet und man kann eine detailliertere Aussage über die Farbwiedergabe des Leuchtmittels machen (sozusagen ein „Super-CRI“).

Um auch die Farbsättigung besser bewerten zu können, wurde ein zweiter Index eingeführt.
Dies ist der sogenannte Gamut-Index Rg (Gamut -> Farbraum). Hierfür wurde ein kreisförmiger Farbraum aus 16 Referenzfarben festgelegt. Dieser Kreis ist die Referenzfläche zum Vergleich für das gemessene Leuchtmittel. Wenn die gemessene Lampe einen Kreis erzeugt, der exakt deckungsgleich mit dem Referenzkreis ist, bedeutet das, dass alle Farben ausreichen gesättigt dargestellt werden können. Ist dies nicht der Fall, könnte es sein, dass die Farben, die den Kreis nicht ausfüllen, sehr blass wirken.
Es ist allerdings auch möglich, dass gewisse Farben über die Kreisgrenze hinausgehen. Das geschieht, wenn die Lampe bei gewissen Wellenlängen einen größeren Farbraum besitzt als der Referenzkreis. Hierbei können laut Gamut-Index sogar Werte größer 100 auftreten (Rg>100).

Durch diese graphische Darstellung kann sofort erkannt werden, ob die Lichtquelle eine gute Farbwiedergabe besitzt.

gute & schlechte Farbwiedergabe

Allerdings sollte man den Gamut Index nie alleine bewerten. Der Grund hierfür ist, dass sich die Bereiche mit guter und mit schlechter Farbdarstellung kompensieren können (die inneren und äußeren Vektoren addieren sich).
Das führt dazu, dass man auch bei schlechter Farbwiedergabe einen hohen Gamut Index erzielen kann.

Jedoch dürfte bei diesen Lampen der Fidelity Index sehr niedrig sein. Deshalb muss man immer beide Werte betrachten. Um dies übersichtlich darstellen zu können, werden beide Werte in einem Koordinatensystem dargestellt.
Die Spitze des eingezeichneten Dreiecks stellt dabei das Optimum dar (Glühlampe ->Rf=100; Rg=100). Je weiter die Anordnung von der Spitze entfernt ist, desto schlechter ist die Farbdarstellung der Lampe.

RG_RF Koordinatensystem

 

Fazit:

Mit dem neuen Standard IES TM-30-15 können bessere Aussagen über die Farbqualität getroffen werden, als mit dem heutigen Ra Wert.
Der neue Standard IES TM-30-15 könnte somit das zukünftige Kriterium zur Beurteilung der Farbqualität werden.

 

 

 

 

Quellenangabe:

https://www.wirsindheller.de/Farbwiedergabeindex-CRI-Ra.227.0.

http://static.cosmiq.de/data/de/704/3b/7043bddf35b8de2588d2f833eed815ec_1_orig.jpg

http://www.ledon-lamp.com/wissensbeitrage/verlockendes-licht/

http://kuepperscolor.farbaks.de/de/farbentheorie/geometrische_ordnung_der_farben.html

https://www.ledclusive.de/blog/ies-tm-30-15-farbwiedergabeindex-rf-rg/