Warna cahaya dari sumber cahaya

Saat sumber cahaya dinyalakan, warna cahaya mungkin memiliki rona biru atau kuning. Ini disebut warna cahaya dari sumber cahaya (warna sumber cahaya). Warna sumber cahaya dapat dinyatakan secara objektif sebagai suhu warna. Warna sumber cahaya secara umum dibagi menjadi cahaya putih dan cahaya berwarna; namun, konsep suhu warna hanya dapat diterapkan pada cahaya putih. Tidak mungkin untuk menentukan suhu warna dari cahaya berwarna.

“Cahaya putih” tidak merujuk pada warna sumber cahaya itu sendiri, yang warnanya tampak putih atau memiliki sedikit warna kekuningan, melainkan pada warna-warna sumber cahaya yang mencakup hampir seluruh rentang cahaya yang dapat dilihat manusia (cahaya tampak). Sumber cahaya putih yang mengandung jenis warna cahaya ini disebut sumber cahaya putih, dan hampir semua sumber cahaya yang digunakan dalam pencahayaan umum adalah sumber cahaya putih. Sebagai contoh, lampu neon siang hari memiliki warna cahaya yang sedikit kebiruan, sedangkan bohlam pijar memiliki warna cahaya yang sedikit kekuningan, tetapi keduanya mengandung seluruh spektrum cahaya tampak, sehingga keduanya merupakan sumber cahaya putih.

Berbeda dengan cahaya putih, warna sumber cahaya yang hanya memancarkan warna tertentu dikenal sebagai sumber cahaya berwarna, dan sumber cahaya yang mengandung jenis warna cahaya tersebut juga disebut sumber cahaya berwarna.

Sumber cahaya putih memiliki karakteristik yang ditunjukkan oleh fakta bahwa setelah sumber cahaya tersebut menerangi ruangan selama lebih dari jangka waktu tertentu, cahaya akan tampak hampir putih, terlepas dari apakah sumber cahaya tersebut memancarkan warna cahaya dengan semburat kebiruan atau kekuningan. Fenomena ini, yang disebut adaptasi warna, dihasilkan dari fungsi mata manusia yang bekerja untuk menyesuaikan warna sumber cahaya sehingga tampak putih.

Jika warna sumber cahaya putih dinyatakan dengan tingkat keputihan yang bersifat subjektif, hal tersebut merupakan metode penyataan yang sangat tidak akurat karena adanya fenomena adaptasi warna. Oleh karena itu, diperlukan skala pengukuran fisik dan objektif, dan skala pengukuran objektif yang digunakan untuk tujuan ini adalah suhu warna.
Suhu warna suatu sumber cahaya didefinisikan sebagai berikut: ketika suatu objek yang secara fisik didefinisikan sebagai hitam pekat (disebut “benda hitam”) dipanaskan dari luar dan suhunya meningkat, warna objek tersebut secara bertahap berubah dari hitam menjadi merah tua, kemudian dari merah tua menjadi merah, merah menjadi merah muda pucat, merah muda pucat menjadi kuning, kuning menjadi oranye, oranye menjadi putih, dan warna putih kebiruan. Apabila warna cahaya benda hitam sama dengan warna cahaya yang tampak dari sumber cahaya, maka suhu absolut benda hitam (K: kelvin) dinyatakan sebagai suhu warna dari sumber cahaya. Dengan demikian, sumber cahaya dengan suhu warna rendah berarti memiliki warna cahaya yang cenderung ke arah kemerahan, sedangkan sumber cahaya dengan suhu warna tinggi berarti memiliki warna sumber cahaya yang cenderung ke arah kebiruan.

Secara umum, sumber cahaya dengan suhu sekitar 3.000 K atau kurang akan memiliki warna cahaya agak kemerahan, sedangkan sumber cahaya dengan suhu sekitar 7.000 K atau lebih akan memiliki warna cahaya agak kebiruan.
Selain itu, klasifikasi warna cahaya diatur berdasarkan Standar Industri Jepang (JIS). Berdasarkan standar ini, warna cahaya dibagi menjadi lima kategori: warna bohlam, putih hangat, putih, putih siang, dan warna siang.

Baik suhu warna maupun suhu warna terkorelasi pada dasarnya memiliki konsep yang sama; namun secara ketat, keduanya memiliki makna yang berbeda. “Suhu warna” digunakan ketika kromatisitas sumber cahaya setara dengan kromatisitas benda hitam yang digunakan sebagai standar (radiator Planck). Sebaliknya, “suhu warna terkorelasi” digunakan ketika kromatisitas sumber cahaya tidak berada pada lokus Planck. Karena kromatisitas sumber cahaya yang digunakan untuk pencahayaan umum sering kali tidak berada pada lokus Planck, skala pengukuran untuk warna sumber cahaya tersebut secara teknis dinyatakan sebagai suhu warna terkorelasi, bukan hanya suhu warna. Tabel 1 menunjukkan suhu warna dan indeks rendering warna terkorelasi (dibahas di bawah) dari sumber cahaya representatif.

Satu hal yang perlu diperhatikan mengenai suhu warna adalah bahwa meskipun sumber cahaya memiliki suhu warna yang sama (suhu warna terkorelasi yang sama), warna cahayanya mungkin tampak berbeda. Sebagai contoh, ketika kromatisitas sumber cahaya berada di atas dan di bawah lokus Planck, kedua sumber cahaya akan memiliki suhu warna terkorelasi yang sama; namun, warna cahayanya akan berbeda.
Ketika kromatisitas sumber cahaya berada di atas lokus Planck, warna sumber cahaya umumnya akan tampak sedikit kehijauan. Sebaliknya, ketika kromatisitas sumber cahaya berada di bawah lokus Planck, warna cahaya akan sedikit kemerahan. Semakin jauh kromatisitas sumber cahaya dari lokus Planck, semakin kuat rona hijau atau merah pada warna cahaya tersebut.

Tabel 1: Daftar suhu warna dan indeks rendering warna menurut sumber cahaya (pedoman) per Maret 2019

*Angka-angka tersebut merupakan perkiraan kasar, dan nilai yang ditampilkan tidak dijamin.

Meskipun hubungan antara warna cahaya dan persepsi kehangatan atau kesejukan (sensasi kehangatan atau kesejukan) tidak selalu konstan karena adanya perbedaan yang timbul dari perbedaan antar individu, wilayah, dan musim, hubungan antara suhu warna terkorelasi dan persepsi kehangatan atau kesejukan telah ditetapkan sebagai berikut dalam JIS [1]. Artinya, sumber cahaya dengan suhu warna terkorelasi 5.300 K atau lebih tinggi memberikan persepsi sejuk, tetapi sebaliknya sumber cahaya dengan suhu warna terkorelasi 3.300 K atau lebih rendah memberikan persepsi hangat, dan sumber cahaya dengan suhu warna terkorelasi antara 5.300 K dan 3.300 K memberikan persepsi antara hangat dan sejuk.

Pada tahun 1941, Kruithof menerbitkan hasil penelitian tentang efek psikologis suhu warna sumber cahaya, pada orang-orang di ruangan yang diterangi oleh sumber cahaya tersebut [3].

a. Ruangan yang diterangi menggunakan sumber cahaya dengan suhu warna rendah memiliki suasana hangat dengan efek menenangkan, dan sumber cahaya dengan suhu warna rendah cocok untuk pencahayaan dengan iluminasi yang relatif rendah.

b. Ruangan yang diterangi oleh sumber cahaya dengan suhu warna tinggi, memiliki suasana yang agak sejuk dan suram ketika iluminasinya rendah. Sumber cahaya dengan suhu warna tinggi cocok untuk pencahayaan dengan iluminasi yang relatif tinggi, dan pencahayaan yang menggunakan jenis sumber cahaya ini menciptakan suasana nyaman bahkan dengan iluminasi tinggi hingga ribuan lux.

Namun, sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan Kruithof adalah lampu bohlam di bidang suhu warna rendah dan lampu neon dengan rendering warna rendah di bidang suhu warna tinggi; oleh karena itu, telah dikemukakan adanya masalah pada metode eksperimen tersebut, seperti perubahan yang terjadi secara bersamaan tidak hanya pada suhu warna, tetapi juga pada rendering warna dan difusi cahaya (pemodelan) [4].
Masalah lainnya adalah laporan tersebut tidak menyebutkan apakah efek adaptasi warna bahkan dipertimbangkan atau tidak. Selain itu, penelitian lain menemukan bahwa hasil Kruithof tidak dapat direplikasi dalam rentang iluminasi dan suhu warna tertentu [4,5].
Ketika berada dalam ruangan yang diterangi oleh warna cahaya yang sama dalam waktu lama, mata orang-orang di ruangan tersebut akan melihat sumber cahaya sebagai warna putih karena adaptasi warna, terlepas dari suhu warnanya, sehingga efek psikologis warna cahaya yang disebutkan sebelumnya akan berkurang secara alami. Oleh karena itu, efek psikologis ini tidak selalu terjadi setiap saat. Namun, dalam kondisi berikut, warna cahaya terkadang memberikan efek psikologis yang kuat.

1. Ketika seseorang berada di ruangan yang diterangi oleh sumber cahaya tertentu untuk waktu yang lama dan kemudian memasuki ruangan lain yang diterangi oleh sumber cahaya dengan suhu warna yang berbeda, warna cahaya tersebut akan memberikan efek psikologis yang kuat untuk waktu singkat, segera setelah memasuki ruangan.
2. Ketika seseorang melihat ke dalam suatu ruangan tetapi tidak memasukinya, seperti seseorang yang berjalan di sepanjang jalan pertokoan dan mengintip dari luar ke dalam sebuah toko yang memiliki suhu warna berbeda lalu membuat perbandingan, warna cahaya akan memberikan pengaruh yang kuat.

Berkaitan dengan poin 1 di atas, untuk menunjukkan efek psikologis suhu warna, selanjutnya kami akan memberikan gambaran umum tentang tes psikologis yang mengevaluasi bagaimana tingkat kenyamanan suasana yang diciptakan oleh pencahayaan ruang tamu di rumah berubah, tergantung pada kombinasi iluminasi/suhu warna [7]. Untuk eksperimen ini, “relaksasi” dan “bersosialisasi” dipilih sebagai aktivitas prasyarat untuk kehidupan sehari-hari (ADL) sebagai kriteria evaluasi, dan data evaluasi psikologis diperoleh setelah para pengamat diberi instruksi, dan pemahaman mereka telah diselaraskan.
Pola perilaku manusia di dalam rumah dapat bervariasi. Orang terkadang menghabiskan waktu lama di ruang tamu dan terkadang hanya menghabiskan waktu singkat di sana. Mereka juga sering berpindah dari ruang tamu ke ruang makan atau dari lorong ke ruang tamu. Dalam percobaan ini, iluminasi dan suhu warna ruangan percobaan diubah, dan evaluasi dilakukan dengan membandingkan kesan subjek dari waktu ke waktu untuk mengklarifikasi kesan mereka, segera setelah memasuki ruangan yang berbeda. Pertama, adegan pencahayaan referensi ditunjukkan kepada para subjek selama satu menit, kemudian beralih ke adegan pencahayaan uji, dan para subjek mengevaluasi adegan uji tersebut dengan membandingkannya dengan adegan referensi pada skala tujuh tingkat dari diinginkan hingga tidak diinginkan.

Gambar 1 dan 2 menunjukkan hasil percobaan ini dibandingkan dengan hasil Kruithof. Di sini, semakin besar ukuran lingkaran, semakin menarik pemandangan tersebut. Area yang digariskan menunjukkan zona nyaman Kruithof, sedangkan area yang diarsir di bawahnya menunjukkan zona ketidaknyamanan. Untuk evaluasi “bersosialisasi” yang ditunjukkan pada Gambar 1, ukuran lingkaran kecil ketika iluminasi 100 lx, dan besar ketika iluminasi 400 lx. Di dalam zona kenyamanan Kruithof, tingkat daya tarik umumnya adalah “Netral” atau lebih tinggi; sedangkan di dalam zona ketidaknyamanan, tingkat daya tariknya adalah “Netral” atau lebih rendah. Dengan demikian, hasil evaluasi tersebut serupa dengan hasil yang diperoleh Kruithof.

Untuk evaluasi “relaksasi” yang ditunjukkan pada Gambar 2, kombinasi iluminasi dan suhu warna yang ada di zona ketidaknyamanan Kruithof bukanlah kombinasi yang ideal. Ini menunjukkan bahwa hasil dari kedua percobaan tersebut serupa. Dari berbagai kombinasi iluminasi dan suhu warna yang ada di zona nyaman Kruithof, kondisi pencahayaan 800 lx bukanlah kondisi yang ideal. Ini adalah satu-satunya poin di mana hasil evaluasi psikologis berbeda dari hasil Kruithof.

Ketika aktivitas sehari-hari adalah bersosialisasi, hasil evaluasi psikologis sangat mirip dibandingkan dengan hasil Kruithof; namun, hasil kedua eksperimen tersebut berbeda ketika aktivitasnya adalah relaksasi. Alasan utama dari perbedaan ini diperkirakan karena adanya perbedaan suasana yang dibutuhkan untuk berbagai aktivitas kehidupan sehari-hari. Dengan kata lain, suasana yang santai dan hidup diinginkan untuk bersosialisasi, sedangkan suasana yang tenang dan hening cenderung diinginkan untuk relaksasi. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa orang merasa iluminasi yang tinggi agak tidak diinginkan saat mereka sedang relaksasi. Perubahan tingkat iluminasi dan suhu warna yang diinginkan bergantung pada aktivitas orang yang menggunakan lingkungan pencahayaan tertentu, dan ini adalah fenomena yang kita alami setiap hari.
Sebagaimana telah dijelaskan dalam percobaan yang disebutkan di atas dan juga telah dilaporkan oleh peneliti lain [4,5,6], ada kemungkinan terjadi kasus di mana kombinasi iluminasi dan suhu warna yang berada dalam zona nyaman Kruithof, belum tentu lebih nyaman daripada kombinasi iluminasi dan suhu warna yang berada dalam zona tidak nyaman. Dengan demikian, jika iluminasi dan suhu warna yang paling sesuai untuk merancang iluminasi yang nyaman ditentukan dengan menggunakan kurva Kruithof, mungkin ada beberapa kasus yang suasananya tidak terlalu nyaman karena faktor selain pencahayaan, seperti kondisi lingkungan dan aktivitas kehidupan sehari-hari. Secara khusus, diprediksi bahwa akan muncul kasus-kasus di mana nilai iluminasi dan suhu warna tidak dapat ditetapkan secara akurat di area yang dekat dengan batas antara nyaman dan tidak nyaman.
Namun, kurva Kruithof mempermudah penjelasan bahwa iluminasi rendah terasa nyaman ketika suhu warna rendah, dan iluminasi tinggi terasa nyaman ketika suhu warna tinggi. Dengan demikian, kurva Kruithof berguna untuk menjelaskan secara kualitatif efek iluminasi dan suhu warna pada suasana yang dialami orang dalam kehidupan sehari-hari, sehingga masih terus digunakan hingga saat ini. Selain itu, penggunaan kurva Kruithof tersebar luas khususnya di kalangan perancang arsitektur, dan terkadang menjadi bahan pembahasan pada tahap perencanaan pencahayaan. Ke depan, diharapkan dapat dilakukan penyelidikan yang lebih mendetail mengenai kurva Kruithof dapat diterapkan pada aktivitas kehidupan sehari-hari apa dan dalam kondisi konfigurasi lingkungan pencahayaan seperti apa, baik di luar maupun di dalam ruangan.

Mengenai apakah perbedaan warna sumber cahaya memiliki efek psikologis pada persepsi kecerahan, telah diketahui bahwa hampir tidak ada perubahan persepsi kecerahan karena perbedaan warna sumber cahaya (suhu warna/suhu warna terkorelasi), ketika mata sepenuhnya menyesuaikan diri dengan warna sumber cahaya 8)9). Dalam kasus di mana persepsi kecerahan dikatakan berbeda tergantung pada perbedaan warna sumber cahaya, maka (a) perlu diperiksa apakah tidak hanya warna sumber cahaya yang dibandingkan tetapi juga sifat rendering warnanya berbeda, karena persepsi kecerahan secara alami akan berbeda jika sifat rendering warna berbeda; dan (b) perlu diperiksa apakah kedua sumber cahaya yang dibandingkan diamati dan dibandingkan secara bersamaan, karena adaptasi warna tidak akan mungkin terjadi untuk warna sumber cahaya mana pun jika kedua sumber cahaya dibandingkan secara bersamaan—bahkan, akan tercipta efek penyempitan—sehingga dalam beberapa kasus persepsi kecerahan dari kedua sumber cahaya bisa berbeda.

Berbeda dengan evaluasi warna cahaya yang dilakukan dengan melihat secara langsung cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya, warna objek dievaluasi dengan menyinarkan cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya ke objek tersebut, lalu melihat cahaya yang dipantulkan dari objek tersebut. Dengan demikian, warna cahaya hanya berkaitan dengan karakteristik cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya; sedangkan bagaimana warna suatu objek terlihat, berkaitan dengan karakteristik cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya serta sifat reflektansi dari objek yang disinari. Oleh karena itu, perlu dibedakan secara jelas antara warna cahaya dan bagaimana warna tersebut terlihat. Dengan demikian, karakteristik tampilan warna suatu objek tidak dapat ditentukan hanya berdasarkan warna sumber cahayanya. Sebagai contoh, meskipun warna sumber cahaya memiliki sedikit nuansa kemerahan, belum tentu objek berwarna merah akan tampak merah di bawah sumber cahaya tersebut. Hal ini perlu dipertimbangkan saat memilih sumber cahaya.

(Referensi)
*Informasi pada halaman ini diformat berdasarkan situs web perusahaan kami dalam bahasa Jepang dan direvisi sesuai dengan standar IEC; namun, beberapa item diformat sesuai dengan standar JIS sebagai referensi.

1）A.A.Kruithof Tubular luminescence lamps for general illuminaiton, Philips Tech. Rev.6 (1941) 65
2) Kanaya, S. dan Kichise, H.: Pengaruh suhu warna/sifat rendering warna lampu terhadap iluminasi yang dibutuhkan di dalam ruangan, Laporan Teknis Nasional, 23-4, hlm. 58 (4 – 1957974 Agustus)
3）Bodmann, H.W.：Quality of interior lighting based on luminance, Transactions of the IES. London, 3-1, PP.22-40 (1967)
4）Davis,R.G.andGinthner,D.N.：Correlated color temperature,Illuminance level,and the Kruith of curve,Journal of the Illuminating Engineering Society, PP.27-31 (1990)
5) Nakamura, H. dan Karasawa, Y.: Hubungan antara iluminasi/suhu warna dan preferensi suasana, Jurnal Cahaya & Lingkungan Visual, 81-8A, hlm. 69–76 (1997)
6) Kanaya, S. dan Kichise, H.: Pengaruh suhu warna/sifat rendering warna sumber cahaya terhadap iluminasi yang dibutuhkan, Prosiding Konferensi Tahunan Institut Teknik Pencahayaan Jepang (1975), hlm. 48
7) Narisada, Kanaya, dan Hashimoto: Suhu warna/sifat rendering warna sumber cahaya dan kecerahan, Pertemuan Teknis IEEJ tentang Aplikasi Cahaya dan Ilmu Visual, LAV-82-1 (8 1982)