LED-ljus för tillväxt, färgåtergivning och estetik

[petnym]

Jag skrev först detta inlägg som ett svar på ett annat inlägg, men jag tycker att ämnet förtjänar en egen tråd. Det är ett ganska komplext område men jag skall försöka fatta mig kort.

När det gäller saltvattensakvarium för hemmabruk så vill man inte enbart optimera ljuset för tillväxt då akvariet oftast hålls för att kunna betraktas. Så ljuset blir en kombination (kompromiss) för att uppnå tillväxt, färgåtergivning och estetik. Här nedan följer en kort beskrivning av vad jag menar med vart och ett av dessa tre.

För tillväxten hos koraller så är det klorofyllets aktiva områden, våglängder, (blå-violett samt rött) som gäller (troligtvis främst blå-violett för saltvattensakvarium eftersom rött absorberas av vattnet). Detta är orsaken till att vi använder Royal Blue LEDs över våra akvarium. Ljuset från Royal Blue LEDs prickar nämligen klorofyllets aktiva område bättre än vad föregångaren Blue / Cold blue gör. Men dessa LED har ett relativt smalt frekvensområde så nu för tiden kompletterar man ofta med violetta LEDs. Violetta LEDs har ytterligare en fördel som komplement; Det mänskliga ögat är inte så känsligt för de violetta våglängderna så dessa upplevs lysa svagare än tex royal blue LEDs. De violetta ljuset ökar således tillväxten hos korallerna men påverkar inte färgtemperaturen lika mycket som det blå ljuset.

I ett sammansatt spektrum så kan våra ögon inte särskilja på olika våglängder. Orsaken till detta är att ögat endast har tre olika receptorer för färg. Det vi kan urskilja är röd, grön och blå. (Det är ingen slump att TV'n använder dessa tre färger!). Det är kombinationen av dessa tre som uppfattas som en färg i vårt medvetande. Som följd av detta så kan två ljuskällor som utsänder ljus med helt olika spektrum (ie kombinationer av våglängder) faktiskt uppfattas som identiska. Det är först när ljuset reflekteras av färgade objekt som vi ser skillnaden. Kontentan är således att trots att ett spektrum med tre diskreta toppar, tex RGB, kan ha nästan godtycklig färgtemperatur så kan ljuset inte återge godtycklig färg på ett objekt (i vårt fall fiskar och koraller). Detta är viktigt att förstå, eftersom det är grunden i färgåtergivning och det förklarar varför färgtemperaturen inte vara ett mått på färgåtergivning.

För att förstå vilken färg kombinationen av olika våglängder får så gäller additiv färgblandning, tex vilken färg det vita sanden på botten får. Jämför med RGB-LED's eller färgerna på en TV. Men när ljuset träffar en färgglad fisk eller korall så reflekteras bara en del våglängder. Om ljuset då inte innehåller alla, eller åtminstone de för den aktuella färgen viktiga våglängderna, så kommer objektet att se färglöst eller missfärgat ut. Här gäller subtraktiv färgblandning. För att undvika sådana missfärgningar behöver vi välja en kombination av LED's som ger ett kontinuerligt spektrum. En LED-ramp med enbart kombinationen av CW och RB LEDs har inte det, utan kommer att ha stora hål i sitt färgspektrum.

När det kommer till övrig estetik så är också själva ljusets färg viktigt. Det är först här begreppet färgtemperatur kommer in. Färgtemperaturen är alltså ett mått på hur våra ögon uppfattar ljuset. När det gäller vilken färgtemperatur som är "bäst" är upp till var och en. En del gillar ett blåare eller mer violett ljus, andra vill inte ha så blått (kallt) ljus. Färgtemperaturen är avgörande för hur vi upplever färgen på den vita sanden i akvariet.

Lite länkar för fördjupning:

Graf över klorofyllet aktiva spektrum

Additiv färgblandning

Subtraktiv färgblandning

Ögats receptorer

Vad säger forumets övriga färgexpertis?

Ändrat 11 mars 2012 av petnym

[Lasse]

Har bara en liten inflikning så att inte raden

Violetta LEDs har ytterligare en fördel som komplement; Det mänskliga ögat är inte så känsligt för de violetta våglängderna så dessa upplevs lysa svagare än tex royal blue LEDs.

missförstås. Det är ordet känsligt som måste förklaras. Det är riktigt att vårt seende inte uppfattar varken royal blue eller violett som starkt men i verkligheten är det en mycket energirik strålning. Vårt dåliga färgseende i dessa våglängder gör att vi inte direkt kompenserar ljusintaget genom att "blända av" som vi gör när samma enegrimängd träffar ögat i våglängder där vi har bra färgåtergivning. Vår dåliga färguppfattning i dessa våglängder blir en mycket stark nackdel och vi kan skada ögat om vi tittar direkt in i dessa koncentrerade ljuskällor. Här är en bra genomgång, tyvärr gjord innan LED var vanligt. EU har tittat på risken för sk "blåljusskador" med LED och inte hittat någon speciell identifierad fara. Men, det är viktigt, de har tittat på de vita LED:en och inte på de LED vi använder - RB och violett. För mig är det viktigt att påpeka faran med dessa, speciellt om man tittar direkt in i dem - alla konstruktioner som görs måste göras så att det inte går att direkt se in i källan. Tänk då på att barn är kortare än vuxna och att de därför får en annan vinkel till ljuskällan, dvs de ser den mer underifrån.

MVH Lasse

Artikeln som jag länkade till är så viktig så jag skickar med den som fil också.

Optisk strålning 2010.pdf

[Janne68]

Ett intressant ämne Peter, har själv följt trådar på utländska forum i ämnet under en tid och är helt inne på att man bör komplettera den klassiska uppsättning CW/RB med något mer, sen exakt vad som behövs har jag inte alls klart för mig, finns ju lite olika åsikter om det, men kul att du tar upp ämnet här.

MVH

/Janne

[petnym]

Ett intressant ämne Peter, har själv följt trådar på utländska forum i ämnet under en tid och är helt inne på att man bör komplettera den klassiska uppsättning CW/RB med något mer, sen exakt vad som behövs har jag inte alls klart för mig, finns ju lite olika åsikter om det, men kul att du tar upp ämnet här.

Ja, på nano-reef.com har diskussionen pågått länge, och på reefcentral finns det också trådar i ämnet, så jag tyckte det var dags att vi svenskar också tar upp detta. I och med dina elektronik-kort för LED-drivning så kanske fler prövar på LED och då kan det ju vara bra att ha tänkt igenom sånt här före...

[Lasse]

Om man tittar på Cree:s spektralfördelning på vissa vita (varmvita) LED så är de idag så nära en fullspektrumkälla som man kan komma (det är väl endast plasma som kommer närmare) så om man behöver sätta till andra specifika våglängder för det estetiska idag - det är jag inte så säker på. Förutsatt att man tar med några varmvita i uppsättningen. Jag har 10 000 K som lägst i min uppsättning, mest 16 000 så jag ligger "kallare" än de som kör med Cree kallvita (6 500 K). Jag upplever inte att jag får dålig färgåtergivning. (jag har iofs en 6 500 K 30 wattare inblandad).

MVH Lasse

[petnym]

Om man tittar på Cree:s spektralfördelning på vissa vita (varmvita) LED så är de idag så nära en fullspektrumkälla som man kan komma (det är väl endast plasma som kommer närmare) så om man behöver sätta till andra specifika våglängder för det estetiska idag - det är jag inte så säker på. Förutsatt att man tar med några varmvita i uppsättningen. Jag har 10 000 K som lägst i min uppsättning, mest 16 000 så jag ligger "kallare" än de som kör med Cree kallvita (6 500 K). Jag upplever inte att jag får dålig färgåtergivning. (jag har iofs en 6 500 K 30 wattare inblandad).

Tittar man på spektralfärdelningen i databladen för vita LED så tycker jag att de fortfarande har mer att önska vad gäller ljus i det violetta området (390-425nm), samt en rakare spektralkurva över det blågröna området (475-500 nm) och en aning mer ljus det djupröda området (630-670 nm).

[petnym]

Man kan notera att i databladet för Cree XM-L så verkar inte de blå spektraltopparna sammanfalla med varandra för de olika typerna av vita LED, dvs varmvit, kallvit och neutral. Om det verkligen är så, kanske det är en bra idé att blanda olika typer av vita XM-L LED.

[knabbuziak]

Måttet för färgåtergivning heter väl CRI (color rendering index)? Jag har försökt läsa in mig på ämnet och tror jag har kunnat greppa det hela någorlunda (men kan säkert vara långt ifrån sanningen - området är enormt känns det som).

Om jag förstått det hela rätt så ska en ljuskälla med 100CRI motsvara en fullspektrumkälla vid en given färgtemperatur.

De ljuskällor som jag hittils hittat med höga CRI-värden är bland annat Osram som har en på 95CRI och CREE XP-E på 90CRI http://www.led-tech.de/en/High-Power-LEDs-Cree/CREE-XP-Series/CREE-XP-E-P4-on-Star-PCB-high-CRI-LT-1754_120_138.html

Tyvärr är dessa ljuskällor varmvita, vilket inte tilltalar alla akvarister, men borde gå att kombinera med fler blåa dioder. Om det funkar att kombinera på ett bra sätt vet jag dock inte, men tittar man på spektrumkurvan på länken ovan så har i alla fall inte jag sett någon annan diod som haft så små skillnader mellan toppar och dalar.

Sent from my GT-I9100 using Tapatalk

[petnym]

Måttet för färgåtergivning heter väl CRI (color rendering index)? Jag har försökt läsa in mig på ämnet och tror jag har kunnat greppa det hela någorlunda (men kan säkert vara långt ifrån sanningen - området är enormt känns det som).

Ja, och det är deprimerande läsning, eller hur? För den som ännu inte läst in sig på CRI så har jag bifogat en länk med info nedan, egentligen är allt man behöver veta i citaten nedan...

Några citat från länken nedan: “The conclusion of the Technical Committee is that the CIE CRI is generally not applicable to predict the color rendering rank order of a set of light sources when white LED light sources are involved in this set.”, samt "Over the years, fluorescent phosphors have been tuned and refined to render those eight color samples well".

Kort sammanfattat... CRI är värdelöst för att bestämma färgåtergivning för LED, och egentligen alla andra ljuskällor också, eftersom det bara visar hur väl tillverkaren har lyckats optimera spektrat för 8st förutbestämda pastellfärger...

Länk:

http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=cri color rendering index need for a new metric.&source=web&cd=2&ved=0CC4QFjAB&url=http%3A%2F%2Fcool.conservation-us.org%2Fbyorg%2Fus-doe%2Fcolor_rendering_index.pdf&ei=SgxfT6quBInY4QTMmL3TBw&usg=AFQjCNF1fQ6_5ZTZ9_ThsBbkxVQD8UCPMg&sig2=Kxasw1ZS4G7I64Fqw4gudA&cad=rja

[knabbuziak]

Åh, den infon hade jag inte hittat tidigare... det gjorde det hela mycket mer deprimerande och får mig nog att slopa planerna på CREE's hög-CRI-dioder. Kan lika gärna blanda natural white och cool white istället. Men det ska finnas nån tråd på RC tror jag där nån har byggt en egen ramp med massa olika färger på dioder och sen lyckades i bild redovisa den markanta skillnaden man får om man ser till att få med fler kulörer i spektrat... ska se om jag hittar den!