Işık kalitesi: CRI ne zaman yanıltır?

Kısa cevap

Renksel geriverim indeksi, CRI, bir ışığın sekiz test rengini aynı renk sıcaklığındaki bir referans ışığa göre ne kadar az kaydırdığını tek bir sayıyla, Ra ile özetler; 100, referans ışıkla aynı sonuç demektir. Ama yüksek bir Ra her zaman doğru renk demek değildir: sekiz test renginin hiçbiri doygun bir kırmızı ya da koyu bir ten değildir, ortalama bu yüzden belirli renklerdeki büyük kaymaları gizleyebilir ve dar tepeli LED tayfları bu test renklerinde iyi sonuç verip başka renklerde kötü sonuç verebilir. Daha yeni TM-30 yöntemi, doksan dokuz gerçek renk örneğiyle hesaplanan bir sadakat puanını, Rf, ışığın renkleri daha doygun mu yoksa daha soluk mu gösterdiğini söyleyen bir gam puanıyla, Rg, birlikte verir; ama o da önemli renklerde, örneğin tenlerde, ayrı bir denetimin yerini tutmaz.

Bir ışığı neyle karşılaştırırız?

Aynı adı taşıyan "beyaz" ışıkların tayfları birbirinden çok farklı olabilir (BI-16). Aynı renk sıcaklığında görünen iki ışık, nesneleri çok farklı gösterebilir: bir mağazada canlı görünen bir kumaş, evdeki başka bir lambanın altında soluk ya da kirli görünebilir. Bir ışığın bu özelliğine renk sunumu, ya da renksel geriverim denir.

Bir lambanın renk sunumunu ölçmek için bir karşılaştırma noktası gerekir. Hangi ışık doğrudur? Renk bilimi bu soruyu, ölçülen ışıkla aynı renk sıcaklığına sahip bir doğal ışıkla karşılaştırarak cevaplar.

Bu seçimin bir sonucu önemlidir: bir akkor ampul, kara cisme çok yakın bir tayf yaydığı için, kendi referansına karşı kusursuz sayılır. Hesabımıza göre aydınlatıcı A, akkor ampulün standart temsili, Ra ve bütün özel indekslerde tam 100 alır. Bu, akkor ışığın renkleri gün ışığındaki gibi gösterdiği anlamına gelmez; yalnızca aynı renk sıcaklığındaki doğal referansından farkı olmadığı anlamına gelir. Kromatik uyarlama (BI-21) bu karşılaştırmanın içindedir: göz, ampulün turuncu ışığına uyum sağlamış kabul edilir.

CRI nasıl hesaplanır?

Hesap her test rengi için aynıdır: rengin ölçülen ışık altındaki görünümü, kromatik uyum hesaba katılarak, referans ışık altındaki görünümüyle karşılaştırılır ve aradaki fark bir puana çevrilir; fark sıfırsa puan 100'dür, fark büyüdükçe puan düşer ve çok büyük farklarda sıfırın altına da inebilir. Ra, ilk sekiz test renginin puanlarının ortalamasıdır.

Ortalamanın gizledikleri

Bu yöntemin zayıf noktası, doğrudan tanımında gizlidir. Ra'yı belirleyen sekiz test rengi orta doygunluktadır; güçlü kırmızı, ten ve yaprak rengi gibi ek test renkleri Ra'ya girmez. Bir ışık, sekiz orta doygunluktaki rengi iyi, doygun bir kırmızıyı ise çok kötü gösterebilir ve yine yüksek bir Ra alabilir.

Bunu gerçek ışık tayflarıyla hesapladık. CIE'nin floresan aydınlatıcısı FL2, yaklaşık 4.200 kelvinlik bir "soğuk beyaz" floresanı temsil eder; Ra değeri 64,2'dir, ama güçlü kırmızı için özel indeksi R9 −83,6'dır. Ra, bu ışığın kırmızıları ne kadar kötü gösterdiğini hiç yansıtmaz. CIE'nin beyaz LED aydınlatıcısı LED-B3'te Ra 84,8, R9 ise 23,8'dir: genel indeks iyi görünürken doygun kırmızılar belirgin biçimde soluk ve kaymış görünür. Üç ayrı renkli LED'in karışımını temsil eden LED-RGB1'de Ra 57,4, R9 −32,9'dur.

Bunun nedeni tayftır. Beyaz LED'lerin çoğu, mavi bir tepe ile sarı-kırmızı bölgeye yayılan bir fosfor ışımasından oluşur; tayfın derin kırmızı ucunda gücü azdır. Floresan lambaların tayfı ise birkaç dar tepede toplanır. İki durumda da derin kırmızıyı yansıtan bir yüzey, bu dalga boylarında yeterli ışık bulamaz ve soluk ya da kaymış görünür; orta doygunluktaki sekiz test rengi ise bu eksikliği pek hissetmez. Bu yüzden ışık seçiminde yalnız Ra'ya bakmak yetmez; özellikle R9, yani güçlü kırmızıdaki başarım, ayrıca sorulur. Kırmızı, et ve meyve, kumaşlar ve ten gibi birçok nesnenin görünümünde belirleyicidir; kırmızıyı iyi göstermeyen bir ışık altında bu nesneler soluk, bayat ya da hastalıklı görünebilir.

TM-30: sadakat ve gam

CRI'ın sınırları, özellikle LED'lerin yaygınlaşmasıyla daha görünür hâle geldi. Kuzey Amerika Aydınlatma Mühendisliği Derneği, IES, yeni bir yöntem geliştirdi.

CIE de bu çalışmayı kendi önerilerine taşıdı. CIE 224:2017 raporu, CIE 13.3-1995'te tanımlanan CRI'ın, özellikle Ra'nın, aydınlatma sektöründe, yasal düzenlemelerde ve standartlarda yaygın olarak benimsendiğini, ama katı hâl ışık kaynakları için Ra değerlerinin sıradan kullanıcıların görsel değerlendirmeleriyle her zaman iyi örtüşmediğini belirtir; rapor, IES'in TM-30-15'te tanımlanan sadakat indeksine dayanan ve bilimsel olarak doğru bir sadakat ölçüsü olarak önerilen genel bir renk sadakati indeksi, Rf, tanımlar.

Hesabımızda iki yöntem bazı ışıklarda farklı sonuç verdi. LED-V1 olarak tanımlanan bir LED'de Ra 95,3'tür, ama TM-30 Rf 87,3'tür; yüksek Ra, daha geniş bir renk setinde daha düşük bir sadakat puanına karşılık gelir. LED-RGB1'de ise Ra 57,4 iken Rf 71,0, Rg 107,0'dır: ışık renkleri referansa göre daha doygun gösterir. Bazı uygulamalarda, örneğin bir manavda ya da bir giyim mağazasında, bu doygunluk artışı istenebilir; ama "doğru" renk demek değildir.

TM-30'un da sınırları var

Yeni yöntemin de tartışılan yanları vardır.

Bu tartışma, bir indeksin hangi renk setine dayandığının neden önemli olduğunu gösterir. Hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, puan, yöntemin seçtiği örneklerdeki başarımı özetler; kullanıcı için kritik olan renkler bu örnekler arasında iyi temsil edilmiyorsa, puan o renkler hakkında yanıltıcı olabilir.

Yüksek CRI her zaman doğru renk mi demektir?

Hayır. Bu dersteki hesaplar üç nedeni gösterir. Birincisi, Ra yalnızca sekiz orta doygunluktaki rengin ortalamasıdır; FL2 ve LED-B3 örneklerinde olduğu gibi doygun kırmızılardaki büyük kaymaları gizler. İkincisi, Ra ile daha kapsamlı bir renk setine dayanan Rf farklı sonuç verebilir; LED-V1'de Ra 95,3, Rf 87,3'tür. Üçüncüsü, CRI "doğru" kavramını aynı renk sıcaklığındaki bir referans ışığa göre tanımlar; akkor ampul bu tanımla kusursuz sayılır, oysa renkleri gün ışığındakinden belirgin biçimde farklı gösterir. Bir ışığın renkleri nasıl gösterdiğini anlamak için Ra'nın yanında R9'a, Rf ve Rg'ye ve kullanıcının önemsediği renklerde ayrı bir denetime bakmak gerekir.

Örnek — tenler hangi ışıkta doğru görünür?

CRI'ın ek test renkleri arasında bir ten rengi vardır, ama bu tek bir örnektir ve Ra'ya girmez. Bir ışığın farklı tenleri nasıl gösterdiğini görmek için dört ten örneğini kendimiz hesapladık. Tenlerin yansıtma tayflarını renk kodlarından Mallett–Yuksel yöntemiyle kurduk; bunlar gerçek ölçüm değildir. Her tenin her ışık altındaki görünümünü, TM-30'un kullandığı referans ışık altındaki görünümüyle, TM-30'un renk farkı uzayında karşılaştırdık.

Sonuçlar dikkat çekicidir. Ra'sı 82,9 olan FL11 floresanında dört tenin kaymaları 0,75 ile 1,43 birim arasındadır. Ra'sı daha yüksek, 84,8 olan LED-B3'te ise kaymalar 1,43 ile 2,67 birim arasındadır; yani daha yüksek Ra'lı ışık, tenleri bu örnekte daha çok kaydırır. FL2'de kaymalar 3,01 ile 4,67 birime, LED-RGB1'de 2,83 ile 4,56 birime çıkar. Ra'sı 95,3 olan LED-V1'de kaymalar 0,68 ile 1,38 birimle en küçüktür.

Kaymalar tenler arasında da eşit değildir. Her ışıkta en büyük kayma, orta-koyu ton 8D5524'tedir; FL2'de 4,67 birimle, iki uçtaki tenlerin kaymalarının yaklaşık bir buçuk katıdır. Tek bir açık ten örneğine göre değerlendirilen bir ışık, bu tonlardaki kaymayı gözden kaçırabilir. Kaymaların hangi tende büyüdüğü, ışığın tayfındaki boşlukların tenin yansıtma eğrisinin hangi bölümüne denk geldiğine bağlıdır; bu yüzden sonuç ışıktan ışığa değişebilir ve her yeni ışık için yeniden hesaplanmalıdır.

Bu hesap, ten tonlarının önemli olduğu mekânlar için, hastaneler, kuaförler, makyaj stüdyoları, fotoğraf ve video setleri, pratik bir ders verir: ışık seçerken genel indekse ek olarak, açıktan koyuya birçok ten tonunda ölçülmüş ya da hesaplanmış kaymalara bakmak gerekir. Mekânda ışığın rengi etkilemesinin daha geniş tartışması MI-01'in konusudur.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. CRI, bir ışığın test renklerini aynı renk sıcaklığındaki bir referans ışığa göre ne kadar kaydırdığını ölçer; Ra, sekiz orta doygunluktaki test renginin ortalamasıdır, R9 gibi özel indeksler ise doygun kırmızı gibi renkleri ayrıca değerlendirir.
2. Ra yüksekken R9 çok düşük olabilir; FL2'de Ra 64,2, R9 −83,6, LED-B3'te Ra 84,8, R9 23,8'dir. TM-30, doksan dokuz gerçek renk örneğine dayanan sadakat puanı Rf ile renkleri daha doygun ya da soluk gösterip göstermediğini söyleyen gam puanı Rg'yi birlikte verir.
3. Yüksek CRI her zaman doğru renk demek değildir; TM-30'un da sınırları vardır. Hesabımızda daha yüksek Ra'lı bir ışık tenleri daha çok kaydırdı ve kaymalar tenler arasında eşit değildi; ten tonlarının önemli olduğu yerlerde ışık, birçok tende ayrıca denetlenmelidir.

Kendini sına

1. (Kolay) Ra hangi test renklerinden hesaplanır?
2. (Kolay) Rg 100'ün üstünde olduğunda ne anlama gelir?
3. (Orta) Yüksek CRI her zaman doğru renk mi demektir?
4. (Orta) Akkor bir ampul neden CRI hesabında kusursuz sayılır ve bu neyi göstermez?
5. (Zor) Funt ve arkadaşları TM-30'un Rf puanı hakkında neyi öne sürer ve bu hangi ışık türleri için önemlidir?
6. (Zor) Ten örneği hesabı, bir hastane ya da kuaför için ışık seçerken neden Ra'ya bakmanın yetmediğini nasıl gösterir?

Cevaplar

1. Ton çemberini kapsayan, doygunluğu orta düzeyde ve açıklıkları yaklaşık aynı olan sekiz test renginden; doygun kırmızı, ten ve yaprak rengi gibi ek test renkleri Ra'ya girmez («CRI nasıl hesaplanır?»).
2. Işığın nesnelerin renklerini referans aydınlatıcıya göre ortalamada daha doygun gösterdiği anlamına gelir («TM-30: sadakat ve gam»).
3. Hayır. Ra yalnızca sekiz orta doygunluktaki rengin ortalamasıdır ve doygun kırmızılardaki büyük kaymaları gizleyebilir; daha geniş bir renk setine dayanan Rf farklı sonuç verebilir; ve CRI doğruluğu aynı renk sıcaklığındaki bir referansa göre tanımlar. Işığı değerlendirirken R9, Rf, Rg ve önemli renklerde ayrı denetim de gerekir («Yüksek CRI her zaman doğru renk mi demektir?»).
4. Çünkü akkor ampulün tayfı kara cisme çok yakındır ve CRI onu aynı renk sıcaklığındaki kara cisim referansıyla karşılaştırır; hesabımızda aydınlatıcı A bütün indekslerde 100 aldı. Bu, ampulün renkleri gün ışığındaki gibi gösterdiği anlamına gelmez («Bir ışığı neyle karşılaştırırız?»).
5. Rf'nin bazı ışıkların renk sunumunu olduğundan yüksek değerlendirebileceğini öne sürer; özellikle güçlü tepeleri ve gücü çok düşük dalga boyu bölgeleri olan ışıklarda, bütün olası ya da milyonlarca gerçek yansıtmaya dayanan bir indeks bu ışıkları daha düşük sıralar («TM-30'un da sınırları var»).
6. Hesabımızda Ra'sı 84,8 olan LED-B3 tenleri 1,43–2,67 birim, Ra'sı 82,9 olan FL11 ise 0,75–1,43 birim kaydırdı; kaymalar tenler arasında da eşit değildi ve en büyük kayma orta-koyu tondaydı. Ra'ya ek olarak, açıktan koyuya birçok ten tonunda kaymalara bakmak gerekir («Örnek — tenler hangi ışıkta doğru görünür?»).

Kaynaklar

• CIE 13.3-1995, «Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources».
• David, A., Fini, P. T., Houser, K. W., Ohno, Y., Royer, M. P., Smet, K. A. G. ve ark., «Development of the IES method for evaluating the color rendition of light sources», Optics Express, 23(12), 2015, s. 15888 vd.
• CIE 224:2017, «CIE 2017 Colour Fidelity Index for accurate scientific use».
• Funt, B., Hull, B. ve Zhang, X., «Evaluation of the IES Method for Evaluating Light Source Color Rendition in terms of Metamer Mismatching», Color and Imaging Conference, 24(1), 2016, s. 192–197.
• Mallett, I. ve Yuksel, C., «Spectral Primary Decomposition for Rendering with sRGB Reflectance», Eurographics Symposium on Rendering, 2019, doi:10.2312/SR.20191216.

Sonraki adım

DT-14, rengi ölçüm cihazlarının sayılarından çok, insanların gözle düzenlediği sistemlerle ele alıyor: Munsell'in algısal olarak eşit adımlarla kurulmuş, simetrik olmayan renk ağacını ve NCS'nin altı temel renge dayanan dizgesini, bunların mimaride nasıl kullanıldığını anlatıyor; Munsell renk ağacının neden simetrik olmadığını soruyor. Işık seçiminin mekândaki etkileri için MI-01'e geç.