Opple Light Master III: прибор для определения качества освещения

Иногда его называют Light Master III, иногда — Light Master G3. Но чаще всего – Light Master Pro.

Если прочесть описание и взглянуть на цену, то складывается мнение, что этот прибор — единственный доступный из функциональных и единственный функциональный из доступных. Во всяком случае, его возможностей должно быть совершенно достаточно для тестирования осветительных приборов, как для обзоров, так и в быту. Так это или нет? Проверим.

Прибор добрался до меня в простом полиэтиленовом пакете, даже без пупырок. Внутри аккуратная коробка. Картон плотный.

Открывается легко — крышка фиксируется лишь магнитом. На обратной стороне крышки QR код со ссылкой на ПО, сам прибор установлен в мягкий ложемент, точно подогнанный по форме. Все это производит хорошее впечатление — коробка сгодится не только для доставки прибора до потребителя, но и как контейнер для постоянного хранения.

Дизайн прибора был удостоен премии IF Design Award 2020. И есть за что. Тот случай, когда лаконичная простота идет на пользу. У прибора нет никаких органов управления. Есть только гнездо зарядки (micro usb), да пара светодиодов для индикации.

А пользователю больше ничего и не нужно: прибор включается сам, стоит его выдвинуть из корпуса, как коробок спичек. Выключается, соответственно, при задвигании обратно. Все управление происходит на экране смартфона. Связь — по блютусу. Концепция очень удобна, потому что часто измерять нужно в одном месте, а отслеживать результаты измерений удобно в другом.

На верхней поверхности имеется белый рассиеватель света. Прикасаться к нему руками нельзя – следы от пальцев могут сбить настройки прибора. И еще имеется крохотное окошко датчика пульсаций, вот его фотография под микроскопом:

Раскрываем прибор, включаем в смартфоне блютус, запускаем программу. Она требует включения блютуса и доступа к данным локации устройства. Читал на форумах, что в архитектуре Андроида блютус исторически был частью сервиса геопозиционирования. Короче говоря, для работы программы нужно дать такое разрешение, но можно настроить, чтобы для геолокации использовался GPS, а сам GPS не включать — все работает. Вроде бы в Андроид 12 должны эту взаимосвязь отключить. Программа сама находит прибор, буквально пара секунд — и все готово к работе.

1. Интерфейс

Основная часть информации сгруппирована в 4 экрана.

Первый экран показывает значения освещенности в люксах, цветовой температуры и индекса цветопередачи.
Второй экран показывает цветовую диаграмму, обозначив на ней параметры анализируемого света.
Третий экран дает представление о мерцании света, выводит синтетический индекс вреда для зрения.
И четвертый экран позволяет самостоятельно оценить флуктуации освещенности во времени.

Есть еще экран настроек, где можно выбрать регион и запустить процесс установки связи с прибором.

Давайте поговорим немного о том, как интерпретировать результаты.

2. CCT

Страница фотометрии предлагает нам ознакомиться с диаграммой цветового пространства CIE 1931. Эта схема была предложена в 1931 году для стандартизации описания цвета. Она учитывает восприятие человеческим глазом разных длин волн и их комбинаций, поэтому не является объективным эталоном цвета в физическом смысле. Но т.к. все мы более-менее принадлежим к виду homo sapiens, то между собой можем ей пользоваться для передачи информации о цвете.

Как пользоваться диаграммой? Верхняя дуга «подковы» состоит из чистых (монохроматических) цветов. Такие цвета имеют собственную длину волны излучения, она подписана там вдоль кривой.

Форма кривой получена в результате сложных исследований и вычислений, не будем сейчас на них останавливаться. Но нам, как пользователям, может быть интересно одно ее свойство: при смешении двух цветов, находящихся на кривой, мы можем получить любой оттенок с отрезка, соединяющего точки этих цветов. Точный цвет зависит от пропорции смешения. Верно и обратное: любая точка в нашем цветовом треугольнике может быть получена как смесь двух цветов.

Снизу мы видим «фиолетовую прямую». Она состоит из комбинаций разных длин волн и ни в какой точке не может быть описана одной лишь волной.

Темная дуга в центре — излучение абсолютно черного тела, нагретого до определенной температуры. Называется «Black Body Locus» (BBL). Температура этого тела там же и подписана. Стартуем с красного свечения при температуре порядка 1000К (все температуры измеряются в Кельвинах, это наш Цельсий плюс 273 градуса), по мере прогрева до 10000К переходим через оранжевый и желтый в голубой. Все, что находится выше или ниже — менее естественные цвета для человеческого глаза. Ибо сколько ни грей черное тело — ни зеленым, ни лавандовым оно не станет. Так что если мы хотим более-менее естественный свет, то стремиться нужно к этой кривой.

Однако, получается это не всегда.

Прибор показывает нам точку, соответствующую оттенку света.
Насколько нам удалось приблизиться к BBL, можно судить по параметру Duv (читается «дельта-у-ви»). Уход цвета в розовую область соответствует сдвигу от линии BBL вниз и отрицательным значениям Duv. Если источник света «зеленит» — точка сдвинута вверх от BBL, а Duv, соответственно, будет положительным. Некоторые профессионалы осветительного дела считают именно Duv наиболее важным параметром освещения, потому что уход от BBL делает кадр неестественным и создает дополнительные хлопоты при доведении картинки до ума. Считается, что Duv от 0,004 уже можно заметить невооруженным глазом. И вот как раз этот параметр прибор не показывает пользователю. Плохо? Плохо. Но не очень. Duv вычисляется по координатам x и y точки на графике цветовой температуры, а эти координаты, к счастью, у нас есть. Все что остается — это пройти по ссылке:

https://www.waveformlighting.com/tech/calculate-duv-from-cie-1931-xy-coordinates

вбить x и y в онлайн-калькулятор и получить искомое значение Duv.

Остается непонятным, почему авторы программы не реализовали эту возможность. Есть такая версия: заявленная разработчиками погрешность определения x и y — 2%. Но если мы рассмотрим именно отклонение найденной нами точки от кривой BBL, то абсолютное значение ошибки не изменится, а относительно величины отклонения (она мала), в процентном отношении, ошибка станет в десятки раз больше. Т.е. изготовитель просто постеснялся выводить величину, погрешность которой неприлично высока. Возможно так. Но это не точно.

Ну хорошо, а как понять, от какой температуры мы отклонились? Для этого из точки актуального цвета проводим перпендикуляр к нашей кривой идеального. Точка пересечения перпендикуляра с кривой покажет температуру цвета, от которой мы ушли в сторону. На графике можно разглядеть уже проведенные перпендикуляры, они помогают грубо оценить отклонение.

3. CRI

Значит ли это, что мы можем смешать голубой с оранжевым, попасть смесью плюс-минус в точку на BBL и получить идеальную лампу? Разумеется, нет. Во-первых, при смешении двух цветов, уже лежащих на BBL, получается цвет с отрицательным Duv. Взгляните на график — там кривая с выгибом вверх. Но даже если взять для смешения два цвета с небольшим положительным Duv, результат нас все равно не устроит. Дело в цветопередаче. Нужно не просто совпадение с излучением черного тела, нагретого до определенной температуры, важно еще чтобы как можно больше частот присутствовало в спектре, и, соответственно, равномерно подсвечивало предметы разных цветов.

Для этого используется еще один параметр — индекс цветопередачи, CRI (Color Rendering Index). Он-то и показывает, насколько спектр источника приближен к спектру черного тела указанной температуры.
Для определения CRI анализируется засветка эталонных образцов цвета. Образцов всего 15, для каждого устанавливается индекс цветопередачи по стобалльной шкале.

По первым восьми образцам вычисляется среднее значение. Полученное число и есть CRI. Немного обидно, что в расчет не берутся образцы номер 9 (R9) и номер 15 (R15) — это красный цвет и цвет кожи человека. Они наиболее важны для нашего восприятия освещения. Действительно, высокий CRI можно получить за счет восхитительной передачи голубых и зеленых оттенков. Но если в реальной жизни лица домочадцев будут синюшние, то вряд ли вы обрадуетесь такой лампочке. Так что по-хорошему, сравнивать источники света нужно еще по R9 и R15.

Opple Light Master Pro снабжен сенсором AS7262. Это шестиканальный датчик, так что измерение осуществляется даже не по восьми цветам, по шести. Есть его более продвинутая версия — AS7341, там все 8 каналов цвета (а всего в датчике 11). Но он один стоит больше, чем весь этот прибор целиком.

Но, напоминаю, за такие-то деньги… До появления этого прибора за сопоставимые деньги я пользовался, можно сказать, игрушкой — спектроскопом. Вот таким:

Он расщеплял свет на спектр и можно было сделать фотографию.

слева — спектр флуорисцентной лампы.
справа — спектр светодиодной лампы.

Потом фотография загружалась в специальную программу, и я получал спектр. Например, так:

слева — спектр флуорисцентной лампы.
справа — спектр светодиодной лампы.

Сравнивать их можно было лишь качественно. Такой метод лишь визуализировал то, что и без него было понятно.
Теперь же — другое дело. Opple Light Master Pro выдает хорошо повторяемые данные по индексу цветопередачи.

Слева направо:
1) Самая дешевая светодиодка
2) Обычная светодиодная лампа среднего качества
3) Светодиодная лампа улучшенной цветопередачи:

И, для сравнения:

Слева направо:
1) Энергосберегающая лампа
2) Лампа накаливания
3) Солнце

Как видим, все вполне соответствует характеристикам. Немного удивило то, что энергосберегайки по цифрам выглядят явно лучше, чем на глаз. Но их время ушло, так что интерес к ним сугубо академический. Важно другое: при измерении разных ламп данные получаются разные, что говорит о том, что прибор замечает различия между ними. А при многократном измерении света одной лампы данные весьма точно повторяются. Что говорит о том, что случайная ошибка очень небольшая. Эти два факта позволяют использовать прибор для _относительных_ измерений. Что в быту вполне достаточно.

Итак, мы разобрались с цветовой температурой (ССТ), отклонением от локуса черного тела (Duv), индексом цветопередачи (CRI). На что еще способен прибор?

4. Lux

Прибор измеряет люксы. Люкс — это единица освещенности поверхности. Не путать с Люменами — единицами светимости. Измерить освещенность относительно просто. Достаточно оказаться в какой-то точке пространства и подсчитать приходящуюся на единицу площади энергию. Но любители фонарей обычно меряются люменами. Их измерить сложнее — нужна специальная сфера, которая интегрирует весь свет от источника и позволит вычислить его яркость.
Для конечного пользователя люксы намного интереснее. Действительно, важно как освещен рабочий стол. Что с того, что лампа светит ярко, если она далеко, направлена не туда, а плафон засижен мухами? Так что если вы ставите себе задачу организовать комфортное место для работы и отдыха — люксы наше все. И прибор их измеряет.

И это единственный показатель, который я могу сравнить с другим прибором. На скорую руку прикрутил экранчик к датчику освещенности на чипе BH1750. Постарался разместить сенсоры как можно ближе и осветить как можно более равномерно. И вот какие оказались показания:

846 и 838. Сложно сказать, кто из них больше привирает, но плюс-минус 10 люкс — точность, которая для домашнего использования более чем достаточна.

5. Flicker

Еще один важный параметр света — определение возможного мерцания.

Мерцание источника света бывает преднамеренным, как способ управлять яркостью. Диммеры на лампах, режим экономии заряда в фонарях или регулировка яркости монитора — всякий раз меняется скважность тока подсветки (отношение времени включения к длительности периода).
Но часто мерцания бывают случайными — такова особенность дешевых блоков питания. А иногда пробиваются сетевые 50 герц.
Обычно глазом мерцание незаметно, но человек под мерцающим светом или с мерцающим монитором устает намного быстрее. А когда одно мерцание накладывается на другое и возникает их интерференция — дело совсем плохо. Для определения этой проблемы когда-то был т.н. «карандашный тест». Потом придумали смотреть на мерцающий свет через фотоаппарат или камеру смартфона. Если пошли полоски — это оно. Но эти тесты не дают точного представления ни о частоте, ни о скважности, ни о глубине просадки яркости. А вред от мерцания зависит от всех этих факторов. Можно, конечно, использовать осциллограф с фотодиодом, но не у всех он есть, да и не везде его с собой возьмешь.

Light Master предлагает исчерпывающий анализ мерцания. Прибор определяет частоту, глубину модуляции и Flicker Index, который, собственно, и характеризует опасность для зрения. Есть даже график, в соответствии с рекомендациями IEEE PAR1789. Попали в зеленую зону — все хорошо. В желтой — возможны проблемы. От источника в красной зоне лучше находиться подальше.

На другой странице можно посмотреть график изменения освещенности (в люксах) за 24 мс, с определением максимального уровня освещенности за это время, минимального и среднего. Я протестировал несколько ламп — вот какие разные осциллограммы мне нарисовал прибор:

Слева направо:
Светодиодная лампа
Энергосберегающая лампа
Лампа накаливания

Этот график можно укрупнить в нужном фрагменте, чтобы рассмотреть подробнее даже относительно высокочастотные колебания.

Всего было исследовано 59 ламп, пять мониторов, два фонаря, люстра xiaomi, пара светодиодных лент. Яркость мониторов, где была диагностирована ШИМ-подсветка, была выкручена до предела, а потом убавлена в настройках видеокарты. Больше для самоуспокоения — все они были в зеленой зоне. Дешевая светодиодная лента показала себя предсказуемо плохо, лента с повышенной цветопередачей выдала CRI=99. Две светодиодные лампы переехали в парадную по причине плохой цветопередачи, еще 3 лампы я забраковал по причине мерцания. Удивило то, что, оказывается, лампа накаливания вполне себе мерцает на 100 герцах. Хотя раньше я считал, что инертность изменения температуры нити должна сглаживать синусоиду сети.

6. Аккумулятор и его заряд

После трех-четырех десятков измерений аккумулятор прибора почти сел — об этом можно судить по индикатору в интерфейсе программы. Я поставил прибор на зарядку. Но ток как будто и не поднимался выше 20-30 мА.

Подумалось, что отказал контроллер зарядки. Но присмотрелся — на корпусе надпись – «input current 40мА». И это, знаете ли, очень хорошо. Многие производители в погоне за быстрой зарядкой совсем не думают о ресурсе батареи. А тут батарея небольшая — всего 80мАч. Дать ей большой ток — мигом вздуется. Ничего, я лучше два часа подожду, пока зарядится, мне не срочно.

7. Итоги

Что понравилось:
— первое и главное — прибор безальтернативен в своей ценовой категории.
— результаты измерений разумно соотносятся с тем, что видно невооруженным глазом.
— удачное конструктивное решение. Прочный внешний корпус, компактность, защищенность при переноске, быстрая готовность к работе, хорошая батарея.
— приложение для смартфона ни разу не сглючило и выглядит приятно.
— низкая цена

Что не понравилось:
— отсутствуют два важных параметра — r9 и Duv. (последний легко вычислить онлайн-калькулятором из x и y).
— есть подозрение, что завышает CRI для энергосберегающих ламп.
— применен не самый современный сенсор (ну а что вы хотели, за такую-то цену?)

8. Выводы

Прибор очень полезный. Позволяет:
— При покупке мониторов и телевизоров оценить мерцание подсветки (ШИМ-эффект).
— Быстро и просто выбрать хорошую светодиодную лампу. К счастью, в магазинах обычно есть стенды, где все они подключены и доступны для исследования.
— При фотографировании задать в фотоаппарате нужный баланс белого, исходя из измеренной цветовой температуры.
— Определить лампу с высохшим электролитическим конденсатором для отбраковки или ремонта.
— Провести сравнительное исследование фонарей и светодиодов к ним — с объективными данными, а не просто «синит-желтит».

9. Ссылка:
Opple Light Master