关于光源的颜色知识:光谱、色温和显色性

时间：2022-09-22 　

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光谱

光，特别是『白光』，都是由各种波长的光混合而成，不同的波长对应不同的颜色；一种光中有哪些成分、强度各多少，反映在有横轴、纵轴的图表上，便是所谓的『光谱』。

光谱就像是光的素描，一种光有啥特点，大致能在光谱上得到反映，若我们只关注这几个参数，那么可以简单粗暴的说：光谱决定一切，它一变，其他各项必然改变；其中一项有个高低增减，光谱也随之上下左右，可谓牵一发而动全身。

灯泡的光谱

下面便是太阳和各种灯泡的光谱，上排从左至右是：阳光、白炽灯和荧光灯，下排从左到右分别是：卤素灯、冷色 LED 灯（高色温）和暖色 LED 灯（低色温）。

阳光和各种灯泡的光谱

其中光谱最『饱满』的便是阳光，各波长的分布『连续』而『均匀』；其次是白炽灯、卤素灯和暖色 LED 灯，之后便是冷色 LED 灯，光谱最『瘦小』的是荧光灯，波长分布断断续续。需要提醒大家的是，上图只是各式灯泡的典型光谱，荧光灯和 LED 种类繁多，非上面几张图所能概括。本文所谓的『红色』、『黄色』和『蓝色』实际上只是一种笼统的描述，颜色的变化，不是像换挡那样切换。

色温

我们已经知道，冷色就是高色温的颜色，直观的感受就是看起来白而亮，给人冰冷的感觉；暖色就是低色温的颜色，看起来黄而暗，给人温暖的感觉。

灯泡色温对比，左边低，右边高

你可能会感到奇怪，颜色就是颜色，温度就是温度，色温是什么鬼？想象一下，你加热一块不知道哪弄来的金属，点火，升温，开始是什么颜色，过会儿是什么颜色，然后是什么颜色?

加热金属

是不是一般这么变化的，先红色、橙色，再黄白色、白色，最后蓝白色。

金属颜色随温度而变化

很明显，物体的颜色和温度存在一种对应的关系，我们把某一物体（黑体，能够完全吸收各种方向、各种辐射的物体）的这种对应关系作为标准，用其他颜色与之对照，就有了『色温』（Color temperature）这一概念。

黑体色温变化和与之对应的光谱

色温的单位是开尔文（Kelvin），符号为 K，把它减去『273.15』就是摄氏温度 °C 。当某光源与黑体的颜色相同（即光谱相同）时，黑体当时的温度就是该光源之色温。

问题是很多光源的颜色和黑体不一样啊，没关系，我们还有『相关色温』的概念，光源和黑体的哪个颜色最接近，那个颜色的色温就是该光源的色温。实际上，我们平常所说的『色温』，基本上都是相关色温。

各种颜色可以用『色度图』来表示，不同温度下，黑体有对应的色度坐标，全部画于色度图上，就是中间那条又粗又黑的曲线。

黑体的轨迹线

如果光源的颜色在那条黑线上，那么光源的颜色就它所在的点对应的色温，如果光源的颜色不在黑线上，那么它的『相关色温』就是黑线上离它『最近』的那个点的色温。

灯泡的色温

不求严谨的话，我们还可以这么认为：色温高表示蓝光多，红光少；色温低表示蓝光少，红光多。

色温对比图

阳光的色温从早变到晚，这点不用我说大家也感受得到，蓝天的色温通常在4000K 到 40000K之间，其中 7500K 最为常见，云的色温从 5000K 到 8000K 变化，也可以说大致为 6000K 。

阳光的色温

白炽灯的色温通常不高，常见的一般为 2400K 左右 – 3400K 左右；荧光灯的色温浮动较大，常见的一般为 2700K 左右 – 6500K 左右；LED 灯色温有高有低，常见的一般为 3000K 左右 – 7000K 左右；

色温 6000K 和 3000K 的荧光灯

什么色温才合适？

选什么色温的灯泡，既要看照度、场合，也与个人的喜好有关，其中照度和色温的配合，一般有以下参考：

色温和照度的关系

此外，对于冷暖色温的划分，以及适用场合，国标中也有建议：

《GB 50034-2013 建筑照明设计标准》 – 国家质检总局

显色性

一样东西看起来什么颜色，和打在它身上的光有关，更和它选择反射的光有关。『显色』又称『演色』、『现色』，灯泡的显色性，就是灯泡让物体呈现『真实颜色』的能力。通常用一般显色指数（general colour rendering index）来表征，符号是 Ra。

同一物品在不用显色性光源下的表现

那么问题来了，什么是『真实的颜色』？我们日常所见的事物，多是阳光下的状况，所谓的『真实颜色』，就是日光之下的色彩。日光的光谱是连续的，可见光的所有波长都有所体现，打在物体上的光，光谱越是连续而均匀，物体选择反射的范围就越大，呈现出来的颜色就越『真实』。

灯泡的显色性

国际照明委员会把太阳光的显色指数定为 100，这意味着，灯泡的光谱越接近阳光，显色指数越高。阳光的光谱有啥特性呢？最大的特点就是『连续』。

从上往下是阳光、LED、白炽灯和荧光灯的光谱

白炽灯通过热辐射发光，产生的是连续光谱，显色指数最高，显色性 Ra 90 – 100，接近 Ra 100；荧光灯利用气体放电发光，发光具有选择性，显色性差异较大，多数不高，一般在 Ra 50 – 95 之间（另一说为 Ra 74 – 90）；LED 灯种类较多，显色性有高有低，常见的一般为 Ra 60 – 90+ 。