Dit artikel gaat in op de kleurweergaveindex oftewel CRI (Color Rendering Index). Wat wordt ermee bedoeld? Wat betekent het praktisch? Is het een goede maat? En hoe ligt de relatie met LEDs die nu zo in opkomst zijn? Dat zijn zo maar een paar vragen die behandeld worden. Er wordt vooral praktisch mee omgegaan in de hoop daarmee het begrip duidelijk te maken.

CRI en de betekenis

De CRI is een index, oftewel een maat. Die maat zegt iets over hoe kleuren worden weergegeven door het licht van een bepaalde lamp, vergeleken met het licht van een referentielamp of referentielichtbron. De waarde van deze index kan variëren tussen de 0 en de 100. De waarde 100 wil dan zeggen dat het licht van een bepaalde lamp net zo goed de kleuren weergeeft als dat van een referentielamp of referentielichtbron. Afhankelijk van de kleurtemperatuur is deze referentielichtbron het zonlicht (kleurtemperatuur > 5000 K), of een zwarte straler zoals een gloeilamp (kleurtemperatuur < 5000 K). De berekening van de index staat beschreven in een publicatie, de CIE 13.3-1995.

Er worden 8 referentiekleuren genomen, die verlicht worden door de lamp in kwestie en door de referentielichtbron. Daarna wordt berekend wat het verschil in kleurweergave is en dat resulteert in de CRI index, zijnde een gemiddelde van de indexen van ieder van deze 8 kleuren.

Referentiekleuren (TCS = test color samples) die gebruikt worden (bron Wiki CRI).

Er worden wat matte kleuren gebruikt, en dat heeft zo zijn reden (omdat ieder van deze een groot gedeelte van alle kleuren van het spectrum bevatten).

Wat betekent het praktisch?

Een paar voorbeelden zijn hierbij nuttig.

Verlichting van hetzelfde object met licht van verschillende CRI (afkomstig van deze site)

Zo aan de foto te beoordelen is een beeld verlicht met licht met CRI waarde van bijvoorbeeld 90 veel levendiger (althans de kleuren) dan eentje met een CRI van 50. Echter een lamp met licht van een bepaalde CRI waarde is niet altijd gelijk aan een andere lamp met ook licht van dezelfde CRI waarde.

De kleur blauw is verschillend bij verlichting met licht van dezelfde CRI waarde (bron)

Verschillende spectra bij gelijke CRI

De reden van de verschillen in kleurweergave van voorwerpen door licht met dezelfde CRI waarde, wordt verklaard uit het spectrum van het licht. Licht bestaat uit een samenstelling van vele kleuren tezamen en een spectrum geeft dan aan hoeveel licht van welke kleur.

Het spectrum van een TL buis, met een CRI waarde van 80.

Hierbij een spectrum van een TL buis. Dit spectrum geeft dus aan dat er in het licht afkomstig van een TL buis veel oranje zit van ongeveer 610 nm, veel groen van 545 nm en wat blauw van 435 nm. Echter er zit niet veel rood in, en ook niet veel blauwgroen van bijvoorbeeld 520 nm. Moest deze buis nu een voorwerp verlichten met precies deze kleur, dan zal voorwerp niet volgens deze kleur eruit zien, simpelweg omdat het licht van de TL buis deze kleur niet eens heeft! De kleur zal dan een mengeling worden van de piek bij 485 nm en nog meer van 545 nm. Dus de kleur wordt wat verschoven.

Het spectrum van een led lamp, met een CRI waarde van 81.

Het bekende spectrum van een ledlamp met warmwit licht (vanwege de grote bult bij geel-oranje licht en de kleine piek van blauw licht). Er zit dus in warmwit licht van deze led veel licht met geel en oranje. Er zit ook redelijk wat rood in, en er zit veel blauw van 550 nm. Er zit weer minder blauw in van 490 nm).

Een object met een kleur van 520 nm wordt door dit licht natuurlijk meer natuurgetrouw weergegeven dan de TL buis, simpelweg omdat er meer licht van 520 nm in dit ledlicht zit. Toch zal ook hier het licht van 540 en 550 nm ook zijn invloed hebben op de kleurindruk van het voorwerp dat nu even denkbeeldig een kleur had van 520 nm.

Is de waarde 100 goed?

Het wil dus niet automatisch zeggen dat de waarde 100 goed is. Wat een waarde 100 wil zeggen is dat het licht afgegeven door een bepaalde lamp de kleuren precies zo weergeeft zoals de referentielichtbron dat doet. Er is een rapport opgesteld door ASSIST (in het Engels) dat middels een vergelijkingstest aantoont dat men in geval van witte leds een voorkeur heeft voor licht met een lage CRI waarde. In de gerapporteerde test worden leds vergeleken met een gloeilamp en de resultaten laten zien dat de algemene voorkeur naar de ledverlichting uitgaat.

De vergeleken lampen onderling met hun kleurtemperatuur en CRI waarde

De voorkeur van het testpanel voor de kleurweergave van het licht van de lampen

Is de vergelijkingsindex wel goed?

Nu is er behoorlijk wat kritiek op de CRI waarde. Op de Wiki site worden er een aantal genoemd, waaronder:

• er zijn maar 8 referentiekleuren, hiernaar kan te gemakkelijk geoptimaliseerd worden. Er zouden dus meer referentiekleuren moeten zijn.
• De CRI waarde is een gemiddelde van de CRI waardes van ieder van de 8 referentiekleuren. Een kleur met en groot verschil kan zo te gemakkelijk worden gecompenseerd door goede waardes bij anderen. Gebruik bijvoorbeeld een effectieve waarde (RMS) om grote verschillen zwaarder in het eindresultaat te laten meewegen.
• De referentiekleuren zijn allemaal redelijk mat. Gebruik enkele felle kleuren en tevens ook enkele veelvoorkomende (huidskeur van westerse mens, huidskleur van Aziaten, olijfgroene kleur van bladeren).
• Gebruik een andere referentie dan de nu gebruikte referentiebron (die ook niet ideaal is, zie paragraaf hiervóór).

Ondanks dat er een ingewikkelde rekenmethode achter zit om te komen van het spectrum naar een CRI waarde, blijkt toch dat de CRI waarde kan variëren bij kleine spectrale verschillen.

Spectrum van licht met een kleurtemperatuur van 3084 K en CRI = 94

Spectrum van licht met een kleurtemperatuur van 3076 K en CRI = 83

Spectrum van licht met een kleurtemperatuur van 3019 K en CRI = 88

Zo wordt duidelijk dat kleine verschillen in piekwaardes (kijk waar de blauwe piek valt) resulteren in verschillen in CRI waarde van meer dan 6 punten. Deze kleine verschillen in spectra leiden echter niet tot de ervaring van grote verschillen in kleur.

Vaak wordt gesteld dat voor binnenhuis gebruik een minimale CRI waarde van 80 aangehouden moet worden. Echter een waarde van 75 is in dit licht dus ook niet af te keuren.

Al met al is er dus ruimte voor verbetering voor de CRI berekenwijze zoals die nu gebeurt op 8 pastelkleuren (matte kleuren).

CRI en ledlampen

Er is een technisch rapport van de CIE wat hierop ingaat. Eerst iets over het CIE. Dat is een vooraanstaande internale commissie/autoriteit gericht op de kunst en kunde (wetenschap) van licht(bronnen). Zij zorgen voor uitwisseling tussen landen onderling (39 landen doen mee) en doen zelf veel onderzoek. Zij publiceren standaarden en rapporten over allerlei zaken aangaande licht.

Het technische rapport bedoeld hier is het CIE 177:2007 rapport: Color Rendering of White Led Light Sources: vrij vertaald: kleurweergave van witte led lichtbronnen. Een Technische Commissie (TC 1-62) van het CIE gaat hier in op een drietal zorgvuldig uitgevoerde visuele experimenten (inclusief simulaties) waarbij de CRI die hoort bij het ledlicht vergeleken wordt met de visuele perceptie. De experimenten die uitlegegd worden zijn de volgende:

1. Een kleurweergave simulator op de Hiroshima City University (Japan)
2. CRI simulaties door het Nationaal Instituut van Standaarden en Technologie (NIST, USA)
3. Visuele CRI experimenten op de University of Pannonia (Veszprém, Hungary)

Zoals eerder gezegd, geeft CRI aan hoe goed de kleurindrukken overeenkomen met die van een referentielichtbron; een lage CRI geeft een groot verschil aan. De resultaten van de drie onderzoeken geven echter aan dat er een lage tot geen correlatie is tussen de berekende CRI en de visueel beoordeelde verschillen in kleuren. De TC stelt dan ook:  de CIE CRI is over het algemeen niet toepasbaar om de kleurweergave ranking van een set van lichtbronnen aan te geven wanneer zich witte LED lichtbronnen bevinden in deze set.

De conclusie van het TC is dat het aanbeveelt een nieuwe kleurweergave index (CRI) te ontwikkelen (of misschien een set van CRIs). De nieuwe index(en) bestaan dan in het begin náást de huidige bestaande, en dient extra informatie te geven over kleurvergelijk. Tevens moet deze index gelden voor alle soorten van lichtbronnen.

Conclusies

De CRI waarde die wordt bepaald voor het licht van iedere lamp, is niet geheel bruikbaar voor het doel waarvoor het wordt ingezet, namelijk het geven van een index in hoeverre de kleurweergave overeenkomt met die van een referentielichtbron.

Voor witte LEDs geldt dat de berekende CRI waardes niet overeenkomen met de visueel ervaren kleurverschillen.

De waarde van de CRI is sterk afhankelijk van kleine spectrale verschillen, die niet leiden tot een andere perceptie van de kleur.

Een waarde van 100 wil niet zeggen dat proefpersonen het licht als prettig ervaren of dat ze het licht prefereren; een onderzoek gedaan liet het tegenovergestelde zien.