Светотехника сегодня — это не только наука, изучающая свойства света и его возможности, но и в большей степени — искусство, создающее сложные концепции использования освещения. Требования к свету не просто меняются, но становятся день ото дня все более изысканными. Сейчас потребителю важно получить не просто эффективное, но и качественное освещение. С каждым годом мы сталкиваемся со все более совершенными параметрами, характеризующими качество света. Задачи, стоящие перед светотехниками, усложнились и видоизменились так сильно, что общепринятый индекс цветопередачи CRI перестал быть безупречной метрикой (хотя по-прежнему остается повсеместно используемой). Появились более прогрессивные CQS, TM-30 и TLCI. Мы пытаемся превзойти природу, создавая решения практически с эталонной цветопередачей, не забывая при этом и о безопасности освещаемых объектов (ткань не выцветает, картины не подвергаются старению, а продукты сохраняют свою свежесть).
Именно такой задачей — спроектировать идеальный свет и уберечь объект от светового излучения — является музейное освещение. Но как определить, что ваш свет — идеален? Лучший результат вы получите, сконструировав источник света, полностью идентичный тому, при котором художник создавал свои произведения. Для объектов изобразительного искусства, чей возраст более века, таким источником света является естественное дневное освещение. Оценить, насколько точно мы «попадем в яблочко» нашим спектром и приближаемся к эталону, нам помогают системы оценки качества света. Первым подобным инструментом, позволяющим адекватно оценить качество освещения, стал CRI (Color Rendering Index), или индекс цветопередачи. Показатель был введен в 1960–1970 годах из-за необходимости различать источники света с одинаковой цветовой температурой, визуально передающие одни и те же цвета по-разному. Индекс цветопередачи показывает, насколько естественный цвет имеют предметы при освещении.
Эталоном служит солнечный свет, CRI которого равен 100. До 1974 года для расчета CRI использовали восемь эталонных цветов, или Ra (R1-R8), которые сравнивали с цветами от тестируемого источника света. Но этого оказалось недостаточно, и в 1974 году были добавлены еще семь вспомогательных, насыщенных цветовых образов, среди которых наибольший интерес в контексте музейного освещения представляют R9 (красный) и R13/R15 (кремовый/бежевый), о чем более подробно мы поговорим позже (рис. 1). Чтобы получить значение CRI для конкретного источника света, производится расчет по методике Международной комиссии по освещению (CIE), дающей численное значение отклонения цвета от эталона. Чем меньше отклонение, тем лучше CRI. По итогам измерений средние значения отклонений вычитают из 100 и получают точное числовое значение индекса цветопередачи. Например, при меньшем отклонении Ra будет ближе к 100, при большем — дальше. При отсутствии отклонений источнику освещения присваивается Ra 100. Примечательно, но дополнительные цвета (R9–R15) в расчете не участвуют.
Рис. 1. Метрика CRI — эталонные и вспомогательные цветовые образы
В апреле 2013 года компания Philip Lighting реализовала несколько интересных проектов по реконструкции музейного освещения, акцент в которых был сделан на очень высокий индекс цветопередачи. Это Рейксмюсеум в Амстердаме, один из крупнейших в мире музеев, экспонирующий на сегодняшний день более 7500 работ от эпохи Возрождения (Рембрандт, Вермеер, Ван Гог) до наших дней (Дали, Кандинский). А также музей Бойманса-ван Бёнинга в Роттердаме, в собрании которого находятся шедевры европейских мастеров XV века (Босх, ван Эйк и другие.)
Для этих проектов специалисты Lumileds сконструировали специальный спектр, в котором, как мы уже говорили, особое внимание было уделено частным индексам — R9 и R15. R15, как и R13, отвечает за передачу телесных оттенков. Зачастую используют их сочетание, чтобы максимально достоверно отразить цвет кожи европеоидной расы, который чаще всего встречается в изобразительном искусстве. R9 отвечает за передачу красного, что делает объекты более насыщенными. Обязательность индексов R9 и R15 наглядно иллюстрирует фламандская школа живописи.
Поскольку у этих мастеров не было большого разнообразия красок (технологический процесс их получения был очень сложен), их палитра состояла из земельных пигментов: желтого, красного и коричневого разных оттенков. Вот по чему на их полотнах даже зеленый отдает «коричневым». Таким образом, сочетание красного и глубокого коричневого — это одно из ведущих требований к освещению подобных полотен. Наглядной иллюстрацией применения R9 и R15 служит полотно Яна Адама Круземана «Дама с собачкой» (рис. 2), которое сегодня экспонируется в Рейксмюсеуме.
Освещение этой картины акцентирует внимание на красном платье, представляющем собой центр экспозиции, а также выгодно подчеркивающем цвет кожи. Все это достигается за счет очень высоких частных индексов R9 (97) и R15 (98) при общем CRI Ra 98. Задачи, связанные с акцентом на тех или иных специальных цветовых образах, достигаются с помощью сложного спектрального инжиниринга, заключающегося в технологии смешения люминофора. Применение таких технологий возможно только при условии, что они разрабатываются и производятся непосредственно этой же светотехнической компанией.
Рис. 2. Использование частных индексов на примере полотна Яна Адама Круземана «Дама с собачкой»
На сегодня таких производителей всего двое — это Lumileds и Nichia. Но в отличие от Nichia, специалисты Lumileds применяют свои разработки только в своих же продуктах потому, что устав компании запрещает продажу наработок сторонним производителям. Тогда, в 2013 году, эти проекты были настолько технологически совершенны, что возможность их реализации специально конструировалась под конкретного заказчика. Сегодня, с появлением новых светодиодов формата CoB конфигурации 1203, разработанных Lumileds специально для музейного освещения, это решение стало общедоступным.
К сожалению, CRI как система оценки цветопередачи имеет один существенный недостаток — использование ненасыщенных цветов и усреднение частных индексов. Таким образом мы можем получить объект с высоким CRI, но зрительно его цвета будут заметно отличаться от эталона. Другой проблемой становится то, что при работе со светильниками, чья цветопередача ниже 90, мы получим несколько источников освещения, которые при одинаковом CRI будут различаться по цветовой температуре и по-разному освещать объекты.
Несмотря на недостатки, CRI остается лидирующей и наиболее популярной системой. И большинство производителей светотехнической продукции в своей документации указывают именно ее. В основном это повсеместное применение обусловлено приборами, оборудованием и технологиями измерения, сконструированными специально под CRI. Но не нужно забывать и про простоту произведения расчетов. При правильном использовании CRI является вполне рабочим и самодостаточным инструментом, позволяющим реализовывать проекты музейного освещения на очень высоком международном уровне. Музейные проекты от Lumileds —ярчайшее тому доказательство. Но технологии не стоят на месте, а мы пытаемся достигнуть чего-то большего…
Так, в 2010 году появляется новая метрика оценки качества освещения — CQS. Разработанная Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) система CQS (Color Quality Scale) в отличие от CRI пользуется уже 15 насыщенными цветами (или Qa), сильно подверженными цветовым сдвигам. Конечный индекс CQS рассчитывается принципиально по-другому. За итоговый результат принято считать корень из суммы квадратов цветовых сдвигов (рис. 3), дабы сильный цветовой сдвиг хотя бы по одному из образцов не позволил общему индексу остаться высоким.
Следует заметить, что согласно этой шкале красный цвет (CQS TCS 14) не такой насыщенный, как в шкале CRI, поэтому красного спектра светодиодов достаточно, чтобы численно быть примерно равным световым ощущениям человека. Так же как и в случае с CRI, расчет CQS производится на сравнении тестируемого источника света и эталонного. Чем меньше расхождения между ними, тем лучше. Однако и CQS имеет свой подводный камень. Это отсутствие корректировки параметра в зависимости от тона и насыщенности, что позволило бы учесть особенности человеческого зрения видеть белый цвет из смеси свечения от цветных светодиодов. Таким образом, при одинаковых индексах светильники могут сделать одни и те же объекты «приукрашенными» или «приглушенными». Для корректировки этой проблемы впоследствии были введены дополнительные индексы — Qf (Color Fidelity Scale), который снижает общий показатель CQS за любое изменение цветности образца (например, за увеличение насыщенности), а также Qp (Color Preference Scale), который поощряет увеличение насыщенности.
Рис. 3. Метрика CQS — 15 эталонных цветовых образов
Необходимость учитывать все три индекса стала достаточно сложной задачей, однако послужила ступенью для дальнейшего развития методик измерения. В августе 2015 года принимается новый стандарт IES ТМ-30-15, который оперирует показателями Rf (fidelity — точность) и отвечает за соответствие цвета эталону (измеряется от 0 до 100), и Rg (gamut —насыщенность), который отвечает за насыщенность этих цветов (измеряется от 60 до 140). Таким образом вы можете быть уверены, что, например, томат будет действительно красным, а не малиновым, бордовым или оранжевым. И не просто красным, а насыщенным и контрастным.
Для максимально высокой точности измерения стандарт TM-30 пользуется 99 цветовыми шаблонами (рис. 4), куда входят не только эталонные цвета, но и оттенки, встречающиеся в повседневной жизни (коралловый, бирюзовый, телесный). Для определения TM-30 тестируемый источник освещения проверяется на соответствие 99 цветам по отношению к эталонному источнику. Полученные 99 точек распределяются на векторной диаграмме цветов и далее разделяются на 16 цветовых областей, где для каждой области выводят среднее значение. Полученные средние значения Rf и Rg изображают одной точкой на графике координат, где по оси Х отображается шкала Rf, а по оси Y — шкала Rg. Эталонный источник имеет показатели Rf = 100 и Rg = 100.
Соответственно, мы можем повышать или приглушать насыщенность, не боясь сместить тон. Можем оценить не только достоверность и цветопередачи и корректность каждого частного индекса тона, но и их насыщенность. Например, сделать зеленый ярким и контрастным, но не получить на выходе салатовый. Это, безусловно, находка для решений, освещающих арт-объекты.
Рис. 4. Метрика TM-30 — широкая палитра цветовых образов и примеры построения векторной диаграммы цветов
Сегодня в области музейного освещения существует два подхода, основанных на мнениях хранителей музеев. Первый из них заключается в том, что наилучшей точности воспроизведения цвета можно добиться только с источником естественного дневного освещения (о чем мы уже писали в начале статьи), то есть лампой в 6500 К. Идеальным примером такого освещения служит Сикстинская капелла. Однако известно, что большинство материалов, использовавшихся в разные эпохи мастерами живописи (масляные и акварельные краски, холсты, бумага и др.) подвержены воздействию температуры и влажности окружающего воздуха, естественного излучения (небосвод, Солнце) и излучения электрических источников света.
Все эти влияния вызывают процессы старения экспонатов и, соответственно, нежелательное изменение их первоначального облика. Источники света высоких цветовых температур содержат очень большой процент излучения в коротковолновой синей и ультрафиолетовой области, что и вызывает процесс старения. Поэтому большинство хранителей музеев обычно возражают против источников света с цветовой температурой выше 3000 К. Но, с другой стороны, музеи и картинные галереи являются местами досуга и культурного отдыха, где посетители должны себя чувствовать максимально комфортно.
То есть мы сталкиваемся с двумя противоречивыми требованиями: достоверная цветопередача классической живописи требует более высоких цветовых температур, но пожелание хранителей диктует применение более низких цветовых температур. Как сохранить произведения искусства и максимально эффективно экспонировать их для посетителей, не нарушая при этом приватную атмосферу экспозиционного пространства? Как адаптировать 3500 под 6500 К, не потеряв при этом качества передачи белого?
В спектральном инжиниринге есть одна особенность — баланс белого цвета. В сущности, баланс белого — это параметр, который находится за пределами всех метрик оценки качества освещения. Поскольку в связи с особенностью устройства человеческого глаза белый получается за счет смешения красного, зеленого и синего спектральных цветов (так называемый аддитивный синтез цвета, или RGB — red, green, blue), цветового образца «белый» в системах оценки качества не существует.
Тем не менее, необходимость скорректировать цвета объекта до тех цветов, в которых человек видит данный объект в естественных условиях, или до тех цветов, которые являются наиболее привлекательными, — это наша основная задача. И решается она за счет достоверной передачи белого цвета. Наглядные примеры коррекции баланса белого для источников света различной цветовой температуры приведены на рис. 5. Этот инструмент помогает нам на низких цветовых температурах добиться цветопередачи дневного солнечного цвета.
Рис. 5. Наглядные примеры эффекта коррекции баланса белого при различных цветовых температурах
Основной конструктивной особенностью белого светодиода является применение синего кристалла, чье излучение частично преобразуется с помощью люминофора в желто-зеленую область и в сумме воспринимается нами как белый свет. При создании светодиода более низкой цветовой температуры помимо желто-зеленого люминофора также используется больший процент красно-оранжевых пигментов, что приводит к искажению цветопередачи белых поверхностей за счет незначительного переотражения красно-желтой части спектра. Таким образом, даже при использовании светодиода с очень высоким индексом на низких цветовых температурах, белый цвет выглядит желтым. Этот оптический эффект не дает нам воспринимать его как естественное дневное освещение.
Условная линия максимально достоверной передачи белого цвета проходит практически перпендикулярно кривой Планка, пересекая ее в отметке 4000 К. И если мы хотим передать белый цвет максимально достоверно, то при биновке светодиода нам необходимо уходить в область ниже кривой Планка. С другой стороны, если мы используем источник с более высокими цветовыми температурами, то следование кривой Планка приведет к тому, что белый цвет будет выглядеть более холодным. В этом случае необходимо уходить выше кривой Планка. На практике такие светодиоды уже существуют. Например, у Lumileds это реализовано в серии Crisp Color. CrispColor 3000 K насыщает холодные цвета, что позволяет добиться эффекта освещения картин дневным светом с КЦТ 6500К. Помимо этого, нужно отметить, что Crisp Color бинуются ниже кривой Планка (рис. 6), что в свою очередь позволяет «освежить» белые цвета и убрать желтизну. Благодаря CrispColor мы имеем достаточно высокий индекс Rg, что помогаем нам уйти от искажения белого, сохранив при этом другие индексы.
Рис. 6. Расположение координат цветности светодиодов серии CrispColor относительно кривой Планка
Бонусом серии светодиодов CrispColor становится ранее упомянутый TLCI (Television Lighting Consistency Index) — индекс совмещенности телевизионного освещения. Это специфический параметр, отвечающий за способность распознавания цвета сенсором камеры. Для художественных галерей и музеев, являющихся местами общественного досуга, где зачастую проводится фото- и видеосъемка, светодиоды с высокими показателями TLCI — это скорее необходимость, чем роскошь. Светодиоды серии CrispColor достигают индекса TLCI до 97, тем самым устраняя необходимость делать дополнительные корректировки цвета отснятого материала. В качестве еще одного дополнительного инструмента следует рассмотреть и технологию Dim-to-Warm.
Это «атмосферное» решение отлично подходит в тех случаях, когда автор экспозиции сосредоточивается не только на арт-объектах, но и на окружающей обстановке. Это могут быть различные перформансы, экспозиции современного искусства, лекции, мастер-классы или творческие вечера. Спектральный инжиниринг Dim-to-Warm — это CRI свыше 95 во всем цветовом диапазоне. Технология внедряется очень просто, без какого-либо дополнительного оборудования и Wi-fi-роутеров, аналогово управляется драйвером по протоколу 0–10 и не требует контроллеров.
В заключение хотелось бы сказать, что тема музейного освещения является той уникальной нишевой областью, которую как будто бы ждали производители светодиодов. Именно здесь мы можем показать технологическое совершенство самых современных источников света. Именно сейчас хранитель музея может позволить себе не приспосабливаться к существующему оборудованию, а скорее наоборот, диктовать требования и пожелания к такому свету, какой он хочет видеть в своем музейном пространстве. А производитель оборудования имеет техническую возможность воплотить его замыслы. Таким образом, мы можем соединить изобразительное искусство и искусство освещения в рамках одной экспозиции… Ярко, технологично и красочно, но при этом очень бережно.