گام های مک آدامز

گام های مک آدامز معیاری برای تفکیک رنگ های متفاوت برای چشم انسان است در این مقاله علاوه بر توضیح این مطلب رابطه ی بین آن و صنعت روشنایی را نیز توضیح خواهیم داد

نورسفید:

نور سفید ما را احاطه کرده است. اگر به آن توجه کنیم از سفید گرم مایل به قرمز تا سفید سرد مایل به آبی روشن برایمان قابل رویت است. همه ی افراد می توانند کیفیت و ماهیت نور سفید را احساس کنند. این حس را می توان با دو شاخص درجه حرارت رنگ نور و ضریب نمود رنگ نور توضیح داد. دمای رنگ نور در واقع بیان کننده ی میزان سردی و گرمی رنگ نور است. هرچه این عدد کوچکتر باشد، رنگ نور برایمان گرم تر به نظر می رسد و هرچه این عدد بزرگتر بشود، رنگ نور سردتری را شاهد خواهیم بود. به طور مثال یک لامپ هالوژنی معمولی دمای رنگ نوری حدود ۳۰۰۰ کلوین دارد.

ضریب نمود رنگ در واقع ضریبی برای مشخص کردن کیفیت نمایش رنگ واقعی اجسام تحت تابش یک منبع نور مشخص است. اگر به نمودار Color CIE توجه کنیم که اغلب برای مشخص کردن و شرح رنگ نور سفید استفاده می شود، می توانیم خطی را از مرکز آن رسم کنیم که مکان هندسی جسم سیاه را در این نمودار نشان دهد. تا زمانی که رنگ نور منبع در محدوده ی این خط قرار بگیرد چشم ما آن را به عنوان رنگ نورسفید می بیند. اگر تغییرات دمای رنگ نور از محدوده ی این خط کمی بالاتر برود به سمت رنگ سبز متمایل و اگر کمی به سمت پایین خط برود به سمت صورتی متمایل خواهد شد.

گام های مک آدامز اندازه گیری های نور رنگی را شرح می دهد. به طور کلی تغییر یک گام مک آدامز برای چشم انسان قابل مشاهده نخواهد بود. ( یک گام یا یک SDMC ) و اگر این تغییر برای خط مکان هندسی جسم سیاه باشد تا دو گام قابل مشاهده نخواهد بود. و هنگامی تغییر رنگ سفید برای چشم انسان قابل رویت خواهد بود که ۳ گام تغییر را داشته باشیم.

گام های مک آدامز:

در این مقاله می خواهیم درباره گام های مک آدامز مطالبی را مطرح و مختصری درباره آن و تاثیراتش در صنعت بیان کنیم. البته این مبحث به طور گسترده آن طور که لازم است هنوز مورد توجه قرار نگرفته است. گام های مک آدامز برای مدت بسیاری برای تعریف رنگ نور لامپ ها استفاده شده است و با توجه به تکنولوژی ها نوین صنعت روشنایی این مبحث متداول تر شده است به خصوص هنگامیکه نیاز به ارائه مفهومی داریم. بیضی مک آدام در واقع یک راهنما برای چگونگی دقیق دیدن رنگ توسط افراد به طور متوسط ، و بیان کننده ی قابلیت تفکیک بین رنگ های مشابه است. بیضی های مک آدام نیز مانند بقیه ی شاخص های فتومتریک براساس پارامترهای فیزیکی از قبیل وزن، طول و زمان قابل اندازه گیری دقیق نیستند. بلکه از اندازه گیری های آماری بدست آمده از خواص چشمی و از نمونه های آماری استخراج شده اند. بنابراین نتایج را نمی توان مطلق در نظر گرفت.

دید رنگی ما محدود است و این موضوعی کاملا مشخص است و می دانیم که در مورد رنگ های خیلی نزدیک به هم قابلیت تفکیک بین آنها برایمان دشوار است. همچنین هر یک از ما بر اساس تجربه ی شخصی خودمان می دانیم توانایی ما برای تمایز قائل شدن بین رنگ ها برای هر فرد متفاوت است و بستگی به عواملی همچون میزان روشنایی، چگونگی اشباع رنگ ها و حتی رنگ خاص مورد بحث خواهد داشت. البته باید توجه داشته باشیم که بحث ما در اینجا درباره ی کوررنگی نیست و فقط درباره ی محدودیت های عادی صحبت می کنیم.

مبحث گام های مک آدامز مفهوم نسبتا جدیدی است. دیوید مک آدام دانشمند رنگ شناس در کمپانی کداک در دهه ۴۰ میلادی بود که آزمایش هایی را برای تشخیص قابلیت رنگ بین افراد ترتیب داد. آزمایش او در واقع تطبیق دادن یک رنگ با رنگ دیگر بود چیزی مشابه کنترل نور خودکار در RGB، و سپس مقادیر را اندازه گیری کرد . با بدست آوردن این نتایج سپس به بررسی آنها از جهات مختلف پرداخت به طور مثال تطبیق رنگ زرد با رنگ قرمز یا تطبیق آن با رنگ سبز و بر این اساس شروع به ایجاد مناطقی کرد که افراد در آن محدوده رنگ ها مشابه یکدیگر مشاهده کرده بودند. او این آزمایش را برای ۲۵ رنگ مختلف با طیف های متفاوت انجام داد. سپس محدوده های بدست آمده را بر روی نمودار کروماتیستی فضای رنگ استاندارد CIE 1931 به صورت دوبعدی رسم کرد. حاصل محدوده های به وجود آمده، اشکال بیضی شکلی بودند. پس از آزمایش های متعدد او به رابطه ی معنی داری بین نتایج بدست آمده از موضوعات مختلف رسید که بر این اساس توانست فرمولی برای آن تهیه و به نام خود ثبت کند.

تصویر شماره ۱ نشان دهنده ۲۵ مجموعه استاندارد مک آدام است. هر بیضی نمایش دهنده طیف های رنگی هستند که در سطح روشنایی یکسان برای افراد مختلف، متفاوت دیده نمی شوند. مک آدام تخمین زده است که هر فرد براساس سه رنگ اصلی می تواند تا حدود ۱۷ هزار رنگ را تشخیص بدهد که با در نظر گرفتن سطوح متفاوت روشنایی به عددی نزدیک به ۳ میلیون رنگ خواهیم رسید.

Protocol-MacAdam-ellipses-1-Figure1LightingENG

بیضی های رسم شده در شکل ۱ بسیار کوچک هستند به همین دلیل در مقالات کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. این بیضی ها به عنوان گام اول شناخته می شوند. که در واقع یک گام تغییر رنگ نسبت به نقطه ی مرکزی می باشند. راه دیگر مشخص کردن یک گام مک آدامز، مشخص کردن منطقه ای در نمودار کروماتیستی است که رنگ های داخل آن برای افراد قابل تشخیص نباشد. پس در نمودار ها اغلب بین ۷ تا ۱۰ برابر محدوده ی اصلی را مشاهده خواهیم کرد. به طور مثال در شکل ۲ هفت گام تغییر اندازه محدوده را مشاهده می کنیم. این بدان معناست که بین دو نقطه ابتدایی و انتهایی بیضی در واقع ۱۴ گام فاصله داریم.

Protocol-MacAdam-ellipses-1-Figure2LightingENG

با این توضیحات اکنون می توان جزئیات و تفاوت های بین بیضی ها را مشاهده کنیم. به طور مثال در فضای رنگ کروماتیستی CIE-1931 می توان مشاهده کرد که محدوده ی رنگ آبی بسیار کوچکتر از محدوده ی رنگ سبز است. این نشان می دهد که چشم ما در رنگ آبی تفکیک بهتری از رنگ سبز دارد. واضح است که نتایج حاصل به منطقه ی رنگی که انتخاب می کنیم، وابسته است. دلیل استفاده از فضای رنگی ۱۹۳۱ آن است که برای بیشتر افراد آشناتر و قابل حس تر است. مکان هندسی منابع پلانکین یا جسم سیاه در نمودار نشان داده شده اند و می توان مشاهده کرد که در این مناطق بیضی ها متمایل به موازات این خط هستند. این بدان معناست که ما حساسیت کمتری نسبت به اختلاف رنگ برای تغییرات در امتداد خط مکان هندسی جسم سیاه داریم ( به طور مثال محدوده ی آبی/قرمز ) نسبت به وقتی که در جهت عمود بر خط مکان هندسی جسم سیاه تغییرات داشته باشیم. پس می توان نتیجه بگیریم: می توانیم در امتداد مکان هندسی جسم سیاه تغییرات قابل توجهی داشته باشیم در حالیکه تغییر دمای رنگ نور قابل درک نباشد حال آنکه تغییرات هرچند کوچک به سمت صورتی یا سبز بسیار قابل درک خواهند بود.

Protocol-MacAdam-ellipses-1-Figure3LightingENG

در شکل محدوده ای با خط چین قرمز مشخص شده است. این محدوده با مرکزیت نقطه ی ۳۲۰۰ کلوین که بسیار نزدیک به دمای رنگ نور لامپ رشته ای معمولی می باشد، رسم شده است. البته ایجاد بیضی هایی به این شکل کاملا مناسب نیستند و بیضی رسم شده بر اساس ریاضیات معینی ترسیم نشده و با استفاده از داده های آماری و درونیابی به آن دست پیدا کرده ایم. اگرچه لازم به ذکر است اطلاعات دقیق و کافی هستند و رفتار خوبی از آن مشاهده شده است. در مورد روش دستیابی به بیضی مشخص شده در شکل می توان بیان نمود که با برون یابی ۲۵ بیضی شناخته شده ی اصلی و وزن دهی خاص به آنها بر روی نمودارهای x,y به بیضی مورد نظر دست یافتیم.

حال این منطقه را بزرگنمایی می کنیم و ۳ گام مک آدامز (گام دوم، گام چهارم، گام هفتم ) را برای آن مشخص می کنیم.

چرا این ۳ گام را مشخص کردیم؟ این سه گامی هستند که در مشخصات اغلب منابع نوری مشخص می شوند. به طور خاص ۷ گام برای ثبات رنگ در لامپ های CFL بر اساس استانداردهایANSI/NEMA/ANSLG C78.377-2008 آمریکای شمالی خواهیم داشت. ( البته این استاندارد برای رنگ نورهای سفید می باشند نه نورهای رنگی ) با مشاهده تصویر شماره ۳ در می یابیم که هفت گام مک آدام رسم شده در آن، محدوده ی وسیعی را دربرگرفته است، این محدوده با مرکزیت نقطه ی ۳۲۰۰ کلوین از ۲۹۵۰ تا ۳۴۵۰ کلوین را پوشش می دهند. گام های دوم و چهارم از بیضی های مک آدام که محدوده ی کوچکتری را در بر می گیرند توسط مرکز تحقیقات نورپردازی موسسه پلی تکنیک رنسلیر برای استفاده در لامپ های LED مطرح شده است و در حال حاضر استاندارد بسیاری از تولیدکنندگان منابع نوری است.همچنین گام چهارم از بیضی های مک آدامز نیز در تولید لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز مانند متال هالید ها استفاده می شود. همچنین لامپ های رشته ای معمولا با این گام ها سازگارتر هستند و در گام اول جای می گیرند. در واقع تمرکز ما بیشتر بر منابع نوری LED است به عنوان منابع نوری با دوام که در بسیاری موارد از آن بهره می بریم که در صنعت می توان توافق کرد که در بیشتر موارد در نظر گرفتن ۲ گام از بیضی های مک آدام مناسب این نوع از منابع نوری است.

تا زمانی که منابع نوری اصلی ما بر پایه لامپهای التهابی هستند نگرانی زیادی بابت ثبات رنگ نور نخواهیم داشت. ما می دانیم که لامپهای تخلیه الکتریکی به طور کاملا متنوع و از دوره ای به دوره دیگر در طول عمرشان تغییر می کنند اما برای بسیاری از مردم این مورد نگران کننده نیست.در هرحال، هرچه ما به سمت استفاده بیشتر از LED ها و سایر تجهیزات و تکنولوژی های مرتبط با آنها حرکت می کنیم و متغیرهای بیشتری مرتبط با این منابع نوری معرفی می گردد،دانستن اینکه چشم ما چگونه می تواند بین رنگها تمایز قائل شود و اینکه ما چگونه می توانیم این تمایز را مشخص کنیم و اندازه بگیریم ، به طور فزاینده ای برای ما اهمیت پیدا خواهد کرد.