Введение
Свойство источников света, связанное с излучением черного тела.
Цветовая температура – это параметр, описывающий цвет видимого источника света путем сравнения его с цветом света, излучаемого идеализированным непрозрачным, не отражающим телом. Температура идеального излучателя, наиболее точно соответствующего этому цвету, определяется как цветовая температура исходного видимого источника света. Цветовая температура обычно измеряется в кельвинах. Шкала цветовой температуры описывает только цвет света, излучаемого источником света, который фактически может иметь другую (и часто значительно более низкую) температуру. Цветовая температура находит применение в освещении, фотографии, видеосъемке, издательском деле, производстве, астрофизике и других областях. На практике цветовая температура наиболее значима для источников света, которые в некоторой степени соответствуют цвету излучения черного тела, то есть для света в диапазоне от красного до оранжевого, желтого, белого и голубовато-белого. Хотя понятие коррелированной цветовой температуры расширяет определение на любой видимый свет, цветовая температура зеленого или фиолетового света редко представляет собой полезную информацию. Цветовая температура обычно выражается в кельвинах с использованием символа K – единицы измерения абсолютной температуры. Цветовые температуры выше 5000 K называют "холодными цветами" (голубоватыми), а более низкие (2700–3000 K) – "теплыми цветами" (желтоватыми). "Теплый" в данном контексте относится к традиционной классификации цветов, а не к температуре черного тела. Гипотеза о теплоте оттенков утверждает, что источники света с низкой цветовой температурой воспринимаются как более теплые, а с высокой – как более холодные. Спектральный пик теплого света находится ближе к инфракрасному диапазону, и большинство естественных источников теплого света излучают значительное количество инфракрасного излучения. Тот факт, что "теплое" освещение в этом смысле на самом деле имеет "холодную" цветовую температуру, часто приводит к путанице.
Категоризация различных видов освещения
Цветовая температура электромагнитного излучения, испускаемого идеальным черным телом, определяется как температура его поверхности в кельвинах или, альтернативно, в микрореципрокных градусах (миредах). Это позволяет установить стандарт для сравнения источников света. Если горячая поверхность излучает тепловое излучение, но не является идеальным излучателем черного тела, то цветовая температура света не соответствует фактической температуре поверхности. Свет лампы накаливания является тепловым излучением, а лампочка приближается к идеальному излучателю черного тела, поэтому её цветовая температура по существу равна температуре нити накала. Таким образом, относительно низкая температура излучает тускло-красный свет, а высокая – почти белый свет традиционной лампы накаливания. Металлурги могут оценивать температуру горячего металла по его цвету, от темно-красного до оранжево-белого и, наконец, белого (см. каление). Многие другие источники света, такие как люминесцентные лампы или светодиоды (LED), излучают свет преимущественно не за счет теплового излучения. Это означает, что спектр излучаемого света не соответствует спектру черного тела. Для таких источников света используется так называемая коррелированная цветовая температура (ЦЦТ). ЦЦТ – это цветовая температура излучателя черного тела, которая наиболее точно соответствует цвету света от лампы при восприятии человеческим глазом. Поскольку для лампы накаливания такое приближение не требуется, ЦЦТ лампы накаливания просто равна её фактической температуре, определяемой путем сравнения с излучателем черного тела.
Солнце
Солнце близко к идеальному излучателю черного тела. Эффективная температура, определяемая как общая излучаемая мощность на единицу площади, составляет 5772 К. Цветовая температура солнечного света над атмосферой составляет около 5900 К.
С Земли Солнце может казаться красным, оранжевым, желтым или белым, в зависимости от его положения на небе. Изменение цвета Солнца в течение дня в основном обусловлено рассеянием солнечного света и не связано с изменениями в излучении черного тела. Рассеяние солнечного света атмосферой Земли вызывает голубой цвет неба, поскольку атмосфера рассеивает синий свет сильнее, чем красный. Некоторые лучи дневного света в ранние утренние и поздние вечерние часы (так называемые "золотые часы") имеют более низкую ("более теплую") цветовую температуру из-за усиленного рассеяния коротковолнового солнечного света атмосферными частицами – это оптическое явление называется эффектом Тиндаля. Спектр дневного света аналогичен спектру черного тела с коррелированной цветовой температурой 6500 К (стандарт обзора D65) или 5500 К (стандарт для фотопленки с цветобалансом). В соответствии с теорией черного тела, синий цвет соответствует более высоким температурам, а красный – более низким. Это противоположно общепринятым культурным ассоциациям, где "красный" ассоциируется с "теплом", а "голубой" – с "холодом".
Освещение
Для освещения интерьеров зданий часто важно учитывать цветовую температуру освещения. Более теплый (то есть с более низкой цветовой температурой) свет часто используется в общественных местах для создания атмосферы расслабления, в то время как более холодный (с более высокой цветовой температурой) свет используется для повышения концентрации, например, в школах и офисах. Регулировка цветовой температуры (CCT) для светодиодной технологии считается сложной задачей, поскольку бининг, старение и температурный дрейф светодиодов влияют на фактическое значение цветового излучения. В таких случаях используются системы обратной связи, например, с применением цветовых датчиков, для активного мониторинга и контроля цветового выхода нескольких светодиодов, смешивающих цвета.
Аквакультура
В аквариумистике цветовая температура выполняет различные функции и имеет разную значимость в разных направлениях. В пресноводных аквариумах цветовая температура обычно важна лишь для создания более привлекательной визуальной картины. Светильники, как правило, разрабатываются для создания приятного спектра, иногда с дополнительным вниманием к поддержанию жизни растений в аквариуме. В морских/рифовых аквариумах цветовая температура является важнейшим фактором здоровья аквариума. В диапазоне от 400 до 3000 нанометров свет с более короткой длиной волны проникает в воду глубже, чем свет с большей длиной волны, обеспечивая необходимые источники энергии для водорослей, живущих в кораллах (и поддерживающих их жизнедеятельность). Это соответствует повышению цветовой температуры с увеличением глубины воды в данном спектральном диапазоне. Поскольку кораллы обычно обитают на мелководье и получают интенсивное прямое тропическое солнечное освещение, ранее основное внимание уделялось имитации этих условий с помощью светильников с цветовой температурой 6500 К.
Цифровая фотография
В цифровой фотографии термин "цветовая температура" иногда используется для переназначения цветовых значений с целью имитации изменений температуры окружающего освещения. Большинство цифровых камер и программ для обработки RAW-изображений предлагают предустановки, имитирующие конкретные условия освещения (например, солнечно, облачно, лампа накаливания и т.д.), в то время как другие позволяют явно задавать значения баланса белого в кельвинах. Эти настройки изменяют цветовые значения вдоль сине-желтой оси, а некоторые программы включают дополнительные элементы управления (иногда называемые "оттенок"), добавляя маджента-зеленую ось. Эти настройки в определенной степени произвольны и зависят от художественного видения.
Индекс цветопередачи
Индекс цветопередачи CIE (CRI) — это метод оценки соответствия освещения, создаваемого источником света на восьми стандартных образцах, освещению, обеспечиваемому эталонным источником света. Совместное использование CRI и CCT позволяет численно оценить, какой эталонный (идеальный) источник света наиболее точно имитирует конкретный искусственный источник света, и каково отличие между ними.
Распределение спектральной мощности
Источники света и осветители могут быть охарактеризованы их спектральным распределением мощности (SPD). Относительные кривые SPD, предоставляемые многими производителями, могут быть построены с шагом 10 нм или более на их спектрорадиометре. В результате получается кажущееся более гладким ("полноспектральным") распределение мощности, чем имеет место в реальности для данной лампы. Ввиду дискретного характера распределения, для измерений люминесцентных ламп целесообразно использовать значительно меньший шаг, что требует более дорогостоящего оборудования.
Цветовая температура в астрономии
В астрономии цветовая температура определяется локальным наклоном спектральной плотности энергии (SPD) на заданной длине волны или, на практике, в диапазоне длин волн. Например, используя цветовые величины B и V, откалиброванные таким образом, чтобы быть равными для звезды A0V (например, Веги), звездная цветовая температура определяется как температура, для которой цветовой индекс излучателя абсолютно черного тела соответствует звездному. Помимо этого, могут использоваться и другие цветовые индексы. Цветовая температура (а также коррелированная цветовая температура, определенная выше) может существенно отличаться от эффективной температуры, определяемой излучательным потоком с поверхности звезды. Например, цветовая температура звезды A0V составляет около 15000 К, в то время как ее эффективная температура составляет около 9500 К.
Для большинства астрономических приложений (например, для размещения звезды на диаграмме Герцшпрунга — Рассела или для определения температуры модели потока, соответствующей наблюдаемому спектру) эффективная температура является интересующей величиной. В литературе существует множество соотношений между цветовой температурой и эффективной температурой. Эти соотношения также обладают меньшей зависимостью от других звездных параметров, таких как звездная металличность и поверхностная гравитация.