Consistencia cromática: SDCM y elipses de MacAdam. Cómo evitar diferencias de color entre luminarias
Wenn eine LED-Leuchte spezifiziert wird, ist es üblich, auf Parameter wie den Lichtstrom, die Leistung, die Farbtemperatur (CCT) oder den Farbwiedergabeindex (CRI) zu achten. Es gibt jedoch einen Parameter, der zwar häufig in den technischen Datenblättern erscheint, aber oft übersehen wird und einen direkten Einfluss auf das visuelle Ergebnis einer Installation hat: die Farbkonstanz, ausgedrückt durch das SDCM (Standardabweichung der Farbabstimmung).
Es ist nicht ungewöhnlich, Installationen zu finden, bei denen alle Leuchten mit 3000 K spezifiziert sind, aber einige leicht gelber und andere etwas weißer wahrgenommen werden. In den meisten Fällen liegt das Problem nicht an der Farbtemperatur, sondern an der während des Herstellungsprozesses erlaubten chromatischen Toleranz.
In diesem Artikel analysieren wir, was SDCM ist, welche Beziehung es zu den MacAdam-Ellipsen hat und warum es Teil jeder technischen Spezifikation für professionelle Beleuchtung sein sollte.
El diagrama de cromaticidad CIE 1931: la base de la colorimetría
Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) entwickelte 1931 das CIE xy-Farbdia-gramm, das weiterhin die Referenz zur mathematischen Darstellung aller vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Farben ist.
Im ersten Diagramm ist das bekannte Diagramm in Form eines Hufeisens zu sehen.
- Die Kontur stellt die Wellenlängen des sichtbaren Spektrums dar.
- Die untere gerade Linie verbindet die Enden des Spektrums und entspricht den Farben Lila.
- Jeder Punkt, der sich innerhalb des Diagramms befindet, repräsentiert eine bestimmte Chromatizität.
Dieses Diagramm ermöglicht es, die chromatische Position jeder Lichtquelle unabhängig von ihrer Lichtintensität darzustellen.
Die Farbtemperatur einer Leuchte ist nichts weiter als ein konkreter Punkt innerhalb dieses Farbraums.
La curva de Planck y la temperatura de color correlacionada (CCT)
Im zweiten Diagramm ist die Planck-Kurve oder der Planckian Locus dargestellt.
Diese Kurve entspricht der von einem idealen schwarzen Körper emittierten Strahlung, wenn seine Temperatur erhöht wird, und dient als Referenz zur Definition der Korrelierte Farbtemperatur (Correlated Color Temperature, CCT).
Die üblichen Werte in der architektonischen Beleuchtung (2700 K, 3000 K, 3500 K, 4000 K oder 5000 K) liegen auf dieser Kurve.
Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass die CCT lediglich die ungefähre Position der Farbe im Farbdia-gramm angibt.
Es wird nicht definiert, wie stark sich diese Farbe während der Herstellung abweichen kann.
Zwei LEDs können sich nahe dem Punkt von 3000 K befinden, aber an leicht unterschiedlichen Positionen im Diagramm angeordnet sein, was für den Beobachter wahrnehmbare Unterschiede erzeugt.
Genau hier erscheint das Konzept der chromatischen Konsistenz.
¿Qué es el SDCM?
Die Standardabweichung der Farbabstimmung (SDCM) quantifiziert die chromatische Streuung einer Gruppe von Lichtquellen im Vergleich zu einem Referenzpunkt.
Anders ausgedrückt, gibt es an, wie weit sich die tatsächlich von einer Leuchte ausgestrahlte Farbe vom angegebenen Nennfarbton entfernen kann.
Bei der Herstellung von LED-Chips gibt es unvermeidliche kleine Variationen in den Halbleitermaterialien, dem Phosphor und den Vergussprozessen. Diese Unterschiede führen dazu, dass nicht alle LEDs genau die gleiche Farbigkeit erzeugen.
Deshalb klassifizieren die Hersteller die LEDs durch Binning-Prozesse, indem sie diejenigen gruppieren, deren Chromatizität eine ähnliche Abweichung aufweist.
Je geringer der geforderte SDCM ist, desto strenger wird diese Klassifizierung sein und desto mehr Einheitlichkeit werden die installierten Leuchten bieten.
Las elipses de MacAdam
Das dritte Diagramm zeigt die bekannten MacAdam-Ellipsen.
In den 1940er Jahren führte David MacAdam Experimente durch, um zu bestimmen, was der minimale chromatische Unterschied ist, der vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann.
Das Ergebnis war überraschend: Die visuelle Empfindlichkeit ist im gesamten Farbraum nicht einheitlich.
In bestimmten Bereichen des Diagramms sind wir in der Lage, extrem kleine Variationen zu unterscheiden, während in anderen ein viel größerer Farbwechsel erforderlich ist, um einen Unterschied wahrzunehmen.
En el gráfico de la izquierda, cada elipse delimita una región dentro de la cual las diferencias de color resultan prácticamente imperceptibles para un observador. El tamaño y la orientación de estas elipses varían según la zona del diagrama de cromaticidad: en algunas regiones podemos distinguir variaciones muy pequeñas, mientras que en otras se necesita un cambio cromático mayor.
Por este motivo, las tolerancias de color no pueden representarse mediante círculos de igual radio. Las regiones de igual percepción adoptan formas elípticas, conocidas como elipses de MacAdam.
El gráfico de la derecha muestra cómo se aplican estas elipses para expresar la tolerancia cromática mediante el valor SDCM (Standard Deviation of Color Matching). El punto central representa el color de referencia y los contornos indican distintos niveles de desviación permitida.
Un valor de 1 SDCM corresponde aproximadamente a una variación apenas perceptible. A medida que aumenta el número de pasos —por ejemplo, 2, 4 o 7 SDCM— también aumenta el área de tolerancia y, por tanto, la diferencia de color que puede existir respecto al valor de referencia.
Cuanto menor sea el valor SDCM, mayor será la uniformidad cromática entre diferentes fuentes de luz o productos.
¿Cuándo empieza a apreciarse la diferencia?
Obwohl es von den Beobachtungsbedingungen, der beleuchteten Fläche und dem Beobachter abhängt, wird allgemein die folgende Klassifikation akzeptiert:
Consistencia cromática | Percepción visual |
1 SDCM | Diferencia prácticamente imperceptible. Utilizado en aplicaciones de laboratorio o museografía muy exigente. |
2 SDCM | Uniformidad excelente. Muy utilizado en proyectos premium. |
3 SDCM | Estándar de calidad para iluminación arquitectónica profesional. |
5 SDCM | Las diferencias comienzan a ser visibles cuando las luminarias están próximas. |
>5 SDCM | Variaciones claramente apreciables que pueden afectar a la estética del proyecto. |
Un ejemplo práctico
Angenommen, eine Installation besteht aus zwanzig Downlights mit 3000 K.
Alle Leuchten entsprechen genau der angegebenen Farbtemperatur.
Dennoch:
- Die erste Charge besteht aus LEDs, die in 3 SDCM klassifiziert sind.
- Die zweite Charge verwendet LEDs mit 6 SDCM.
Wenn beide Chargen an derselben Decke installiert sind, strahlen einige Leuchten ein leicht wärmeres Licht aus, während andere einen etwas neutraleren Farbton aufweisen.
Die Installation erfüllt technisch die Spezifikation der Farbtemperatur, aber visuell zeigt sich ein Mangel an Uniformität, der besonders auf weißen Wänden, durchgehenden Decken oder glatten Oberflächen offensichtlich wird.
Diese Art von Unterschieden wird oft mit Installationsfehlern oder elektrischen Problemen verwechselt, während sie in Wirklichkeit ausschließlich auf die chromatische Streuung der verwendeten LEDs zurückzuführen ist.
¿Qué debería especificar un proyecto?
In Projekten der architektonischen Beleuchtung reicht es nicht aus, nur die Farbtemperatur anzugeben.
Eine vollständige Spezifikation sollte mindestens Folgendes enthalten:
- Korrelierte Farbtemperatur (CCT).
- Farbwiedergabeindex (CRI).
- Maximale chromatische Toleranz (SDCM).
- Lichtstrom.
- Nutzungsdauer und Wartung des Flusses.
- Blendungsindex (UGR), sofern zutreffend.
Für die meisten hochwertigen architektonischen Anwendungen wird empfohlen, SDCM ≤ 3 zu verlangen, während es in Museen, im Premium-Einzelhandel, im Gastgewerbe oder in Bereichen, in denen visuelle Einheitlichkeit entscheidend ist, sinnvoll sein kann, SDCM ≤ 2 zu spezifizieren.
Conclusión
Die Farbtemperatur definiert den allgemeinen Farbton des Lichts, garantiert jedoch nicht, dass alle Leuchten genau das gleiche chromatische Erscheinungsbild aufweisen.
Die CIE-Diagramme zeigen, wo sich eine Farbe im Farbraum befindet, die Planck-Kurve ermöglicht es, sie mit einer korrelierten Farbtemperatur in Verbindung zu bringen, und die MacAdam-Ellipsen legen die Grenze fest, ab der das menschliche Auge beginnt, Unterschiede wahrzunehmen.
Aus diesem Grund ist der SDCM zu einem der wichtigsten Parameter geworden, um die Farbwiedergabequalität einer LED-Leuchte zu bewerten. Die Aufnahme dieses Wertes in die technischen Spezifikationen hilft, eine gleichmäßige Beleuchtung zu gewährleisten, verringert Vorfälle während der Installation und stellt sicher, dass das Endergebnis dem vorgesehenen Design treu bleibt.
In der professionellen Beleuchtung reicht es nicht aus, 3000 K zu verlangen; es ist auch notwendig zu definieren, mit welcher Genauigkeit wir diese Farbe erreichen wollen.