Expertise for Lumen Beings: la lumière blanche

Expertise for Lumen Beings : le spécialiste de l’éclairage Herbert Bernstädt vous guide dès à présent dans tous les domaines de la technologie de l’éclairage et des projecteurs. Dans la première édition de la série, l’expert en éclairage et ingénieur en développement expérimenté s’intéresse à la plus importante des couleurs de lumière : la lumière blanche.

Point sur la lumière blanche

Le plus souvent, les projecteurs à lentille Fresnel (plus simplement appelés projecteurs Fresnel) sont choisis non seulement en fonction de leur puissance, mais surtout de leur température chromatique .  En l’absence de précision, il est admis que la température chromatique de la source de lumière halogène est 3 200 K. Dans les studios de télévision, on parle également de lumière artificielle, car contrairement à la lumière naturelle, celle-ci est produite artificiellement avec de l’électricité. La lumière du jour désigne, quant à elle, la source lumineuse des lampes à décharge pouvant générer des températures chromatiques de 5 600 K comparables à celles de la lumière du jour. Il n’est pas facile d’équiper un projecteur Fresnel à ampoule halogène avec une lampe à décharge. Les différences de conception à mettre en œuvre pour utiliser une lampe à décharge sont bien trop importantes, notamment la protection anti-UV ou contre une tension d’allumage de plusieurs milliers de volts. Avec des sources lumineuses à LED, le choix est complété par trois solutions.

LED = Trois types de lumière blanche

De la même manière qu’un projecteur Fresnel à lampe halogène ne peut être transformé en projecteur avec lampe à décharge, en optant pour des LED, il convient de faire un choix en amont parmi trois types de lumière blanche. En effet, chaque type nécessite des drivers de LED adaptés et un simple remplacement de la platine à LED ne suffit pas. On distingue trois systèmes :

• Le blanc fixe, avec un canal de pilote commandant un seul type de LED à lumière blanche.
• Le blanc variable, avec deux drivers commandant deux températures chromatiques de lumière blanche différentes.
• Enfin, le type full colour, selon lequel la lumière blanche est générée par l’association de différentes couleurs de LED. Le tableau ci-dessous présente les principales différences entre ces trois solutions.

T ou D – Blanc constant

Une intensité lumineuse maximale est garantie avec une température chromatique  fixe. C’est assez logique, car chaque puce LED use de toute sa puissance pour contribuer à l’intensité lumineuse. En règle générale, 3 200 K ou 5 600 K sont disponibles pour la lumière artificielle ou la lumière du jour.

Dans certains cas, la température chromatique peut tomber à 3 000 K, mais la différence n’est pas très significative. Les lampes halogènes intégraient souvent des ampoules de type Longlife à 3 000 K, offrant une durée de vie moyenne (dvm) de 2 000 heures contre 200 h seulement en règle générale pour les modèles à 3 200 K. Avec une ampoule ACL à 3 400 K, la dvm tombe à 20 h seulement.

Avec le vieillissement des puces LED à lumière blanche, la température chromatique tire de manière à peine perceptible vers une couleur de lumière plus froide. Cela s’explique par le fait que la dégénérescence du phosphore est plus rapide que celle du cristal de silicium de la LED. Dans des conditions normales d’utilisation, en général, la baisse de luminosité avec le temps n’est visible que par comparaison directe. La distance par rapport à l’objet éclairé a souvent beaucoup plus d’impact que la perte de luminosité liée à la durée de vie de la LED, dès lors que celle-ci ne chauffe pas trop et que les conditions de fonctionnement sont raisonnables. Néanmoins, si un remplacement de l’array à LED devenait nécessaire, grâce aux connecteurs à vis et enfichables des projecteurs Cameo, il peut être réalisé facilement et rapidement.

Une température chromatique  constante, y compris avec gradation, peut être un avantage ou un inconvénient selon l’application concernée. Sur un plateau de tournage, il est souhaitable que la température chromatique  reste constante en toutes circonstances. Au théâtre, pour obtenir une couleur de la lumière plus chaude lorsque l’intensité lumineuse diminue, un projecteur de la série DTW est plus intéressant.

Solutions types :

DTW – Blanc variable

En cas de difficulté à trancher entre une lumière du jour ou une lumière artificielle, les projecteurs Fresnel à lumière blanche variable sont le bon choix. Deux types de LED sont utilisés ici : une LED blanc chaud et une LED blanc froid, dont l’intensité lumineuse est graduée l’une par rapport à l’autre. Il est ainsi possible de passer d’une température chromatique à l’autre pour ainsi dire en continu. Cependant, avec les températures chromatiques principales (blanc chaud ou blanc froid), la moitié des LED environ reste éteinte. Cela s’explique par le pilotage ou la configuration thermique et de puissance quand l’intensité lumineuse augmente ou reste constante lors d’un fondu de la couleur de la lumière au « centre » (quand les deux couleurs sont activées). C’est également dans ces conditions que l’indice de rendu des couleurs est le moins performant (IRC), dans la mesure où une ligne apparaît entre les couleurs des LED quand le blanc est variable. Lorsque les couleurs des LED se situent sur la courbe de Planck (position naturelle d’une LED à lumière blanche), c’est au centre qu’elles s’en écartent le plus. Sricto sensu, pour les LED, le notion de température chromatique  (color temperature en anglais, ou CT) n’est plus adaptée, car elle ne concerne que les systèmes à rayonnement thermique, donc les lampes halogènes. Pour les LED, la notion de température de couleur proximale ou corrélée (correlated color temperature en anglais, ou CCT ) est plus juste. Elle désigne la couleur perçue la plus proche de l’objet ou de la lumière observée.   

S’il est possible de modifier la température chromatique, la reproduction du comportement de variation des ampoules halogènes (Dim to Warm, DTW) paraît concevable. À cet effet, on incorpore généralement des LED de couleur ambrée pour ajouter une touche de rouge lorsque l’intensité lumineuse diminue. Les LED ambrées sont nettement plus avantageuses que les LED rouges pour se rapprocher de la courbe de Planck, bien que cette fonction soit également connue sous le nom de Red-Shift. Elle doit son nom au point rouge que l’image de la caméra perçoit quand l’intensité lumineuse des ampoules halogènes est atténuée. Le projecteur P ST DTW permet ainsi d’activer et de désactiver le paramètre Responsetime ainsi que la fonction Red-Shift via DMX. Il est ainsi possible de réaliser un véritable blackout, puis de masquer a posteriori le filament de tungstène qui s’éteint, même si cela exige un travail de programmation relativement long et si le paramètre Responsetime doit être désactivé pour permettre un blackout rapide. Pour en savoir plus, nous vous invitons à lire l’article sur le DTW.

Solutions types :

FC – Full-Colour – Blanc+

La lumière blanche peut d’ores et déjà être mélangée à du jaune et à du bleu, mais le résultat n’est pas très satisfaisant. Plus on ajoute de couleurs, plus les spectres par couleur s’élargissent et meilleure est la qualité du blanc composé. Le rapport de mélange permet de se positionner sur tous les points de l’espace colorimétrique couvert (gamut). Ainsi, la LED Full Color est capable de restituer les couleurs saturées, mais aussi la lumière blanche, le tout à la température chromatique  souhaitée. Si le système de commande le permet, il est également possible de simuler le comportement des lampes halogènes (DTW) ou de tirer vers le vert ou le magenta (Tint). Cette flexibilité colorimétrique s’accompagne d’une luminosité plus faible. 

Contrairement aux moteurs pour lumière blanche décrits précédemment, dans le cas des systèmes à couleurs pleines (full colour), l’impact du vieillissement des LED est loin d’être négligeable. En effet, si une différence de luminosité de 1 % est indétectable avec une puce à lumière blanche, elle est imméditament visible avec un mélange de couleurs. L’une des solutions consiste à étalonner les couleurs, comme nous le faisons pour nos lampes Cameo destinées aux professionnels. L’utilisateur a le choix : effectuer lui-même l’étalonnage (user calibration), se passer d’un étalonnage (RAW), ou encore utiliser l’étalonnage usine, réalisé à l’aide d’une puce de commande spéciale intégrant un algorithme sophistiqué de simulation du vieillissement et du comportement de variation, mais aussi d’optimisation de la courbe de Planck, de la luminosité, de la saturation, et bien plus encore (factory calibration). Ainsi, le positionnement colorimétrique reste constant même en cas de diminution de l’intensité lumineuse d’un mélange de couleurs.

Autre problématique liée aux sources lumineuses multicolores : le mélange des couleurs dans le projecteur doit être effectué de manière à produire une couleur de mélange homogène. Bien entendu, le champ lumineux doit être homogène et ne pas former de bordures colorées. Les ombres multiples au niveau des volets ou des objets sont également à éviter. La série F est équipée d’optiques spéciales, qui feront l’objet d’un autre article.

Quand toutes les couleurs sont disponibles, il est souvent chronophage de trouver exactement la couleur recherchée. Rien que le réglage du point blanc en utilisant du rouge, du vert et du bleu est laborieux. En effet, en étirant les trois couleurs primaires à 100 %, on se retrouve généralement dans le triangle chromatique, mais pas au point zéro. C’est pourquoi Cameo accorde une grande importance à une mise en œuvre rapide de ses appareils. L’utilisateur décide d’abord du mode de commande de la couleur ou de la lumière blanche de la lampe. Dès la première pression sur un bouton, le projecteur propose de régler la température CCT pour la lumière blanche ou les valeurs HSI, ainsi que les paramètres Direct LED et Gel pour les différents types de lumière, mais aussi la couleur. Pour un éclairage avec une lumière blanche, il suffit d’appuyer sur CCT et de régler la température chromatique voulue. Avec une caméra, il est également possible de régler confortablement le décalage vers le magenta ou le vert (fonction Tint) pour équilibrer les blancs. Les valeurs HSI (Hue Color, Saturation et Intensity) sont directement réglées via trois encodeurs rotatifs, sans naviguer dans des menus à touches. Pour aller encore plus vite, il est possible d’utiliser l’une des 44 couleurs standard préréglées (preset) ou l’une des 8 couleurs personnalisées (User Colours). Ces dernières permettent de créer un effet de chenillard (Play Loop) ; une lampe du kit placée devant la vitre permet alors de reproduire un gyrophare, et ce, sans aucune console.   

Solutions types :

F2 FC PO avec étalonnage des couleurs et DTW, ainsi qu’une lumière sans aucune ombre de couleur.
Simplicité d’utilisation, un encodeur continu pour la luminosité, la température chromatique  et la fonction Tint.

Teaser

Dans la série suivante, nous nous intéresserons à l’interaction des ampoules à LED avec la lentille de Fresnel et les volets.

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Glossaire :

CT – Colour Temperature : température chromatique  des rayonnements thermiques sur les lignes de Planck
CCT – Correlated Colour Temperature : température chromatique  correspondant aux lignes de Planck
IRC – Indice de rendu des couleurs : mesure de la perception des couleurs sous la lumière
DTW – Dim-to-Warm : simulation du changement de température chromatique d’une lampe halogène
Red-Shift.
Lumière artificielle : lumière halogène correspondant à une température chromatique  d’env. 3 200 K
Lumière du jour : semblable à la lumière du jour naturelle, donc proche d’une température chromatique  d’env. 5 600 K