TM-30: insuficiente con los tonos blancos y la cuestión de la luz ultravioleta
El arte de reproducir tonos blancos diferenciados sin radiación ultravioleta...
En varios artículos de este BLOG de iluminación de danholt he explicado la importancia de las distintas métricas TM-30 y cómo los diseñadores de iluminación y los usuarios pueden orientarse con ellas.
Sin embargo, TM-30 también es útil para otros actores del mundo de la iluminación, incluidos los propios fabricantes. Al desarrollar una fuente de luz, a menudo se trata de compromisos: por ejemplo, podemos decidir si damos prioridad a los lúmenes por vatio o a la reproducción cromática. Es fundamental que las métricas que utilizamos para evaluar estos compromisos sean lo más precisas posible, para optimizar propiedades valiosas del producto y no simples números abstractos.
Hoy quiero mostrar, tomando como ejemplo la LED de espectro completo SORAA Vivid, cómo estos compromisos pueden determinar el diseño de un producto.
La serie SORAA Vivid busca reproducir el blanco y todos los colores del espectro visible de forma igualmente natural, exactamente como aparecerían bajo una fuente de luz natural con la misma temperatura de color (CCT), como halógeno o luz solar.
La tecnología de espectro completo de SORAA combina un refuerzo violeta y otros tres fósforos, lo que conduce de forma natural a un espectro continuo y uniforme. Mediante un cuidadoso equilibrado de los espectros individuales, es posible aproximarse al máximo al espectro completo de la luz visible natural, como se muestra en la Fig. 1.
Esto produce colores naturales, medidos por un valor elevado del índice de fidelidad cromática TM-30 Rf: con el ajuste adecuado, por ejemplo, puede alcanzarse Rf = 95.
Fig. 1 La luz solar natural puede aproximarse muy bien con el enfoque de espectro completo de SORAA, lo que da lugar a un alto índice de fidelidad cromática Rf. Aquí se superponen los picos individuales del refuerzo violeta y de los tres fósforos (azul, verde, rojo) para generar el espectro completo.
Hasta aquí, sin embargo, queda sin responder una pregunta decisiva:
¿Cómo conseguimos una reproducción clara y diferenciada de los tonos blancos?
¿Por qué los tonos blancos se diferencian de los colores?
La razón es que muchos materiales blancos contienen sustancias fluorescentes blanqueadoras, también llamadas abrillantadores ópticos.
Estas sustancias absorben la luz ultravioleta invisible y emiten a cambio luz visible azulada. Nuestro ojo, junto con el cerebro, registra esto como un aumento del grado de blancura.
Los abrillantadores ópticos están presentes en todas partes: se encuentran en muchos materiales blancos fabricados, como tejidos, papel y plásticos, y también están presentes de forma natural en nuestros dientes. Son responsables de absorber radiación ultravioleta y convertirla en azul.
Aunque a todos nos gusta un blanco brillante y claro, en la mayoría de aplicaciones no queremos la radiación UV dañina que hace posible percibir estos tonos blancos.
Los productos LED convencionales evitan naturalmente la radiación UV, pero eso significa que no estimulan los abrillantadores y hacen que los objetos blancos siempre parezcan amarillentos y apagados.
SORAA ha encontrado una solución elegante a este problema:
Resultó que los abrillantadores ópticos también pueden estimularse mediante luz violeta inofensiva — no luz ultravioleta — con una longitud de onda cuidadosamente elegida. El truco que utiliza SORAA para reproducir el blanco natural consiste en sustituir la luz UV típica de la luz solar por la cantidad correcta de luz violeta simple:
Los agentes blanqueadores, o abrillantadores ópticos, se estimulan entonces exactamente como lo harían bajo luz natural con componente UV.
La Fig. 2 muestra esta relación:
Fig. 2 La luz halógena e incandescente estimula los colores blancos gracias a su “cola UV”. Con un diseño LED inteligente, esto puede imitarse mediante un pico de luz violeta que también estimula los abrillantadores ópticos. De este modo se evitan por completo los efectos nocivos de la radiación UV.
¿Cómo puede expresarse este efecto en números? Sorprendentemente, no existe una respuesta estricta. Esto se debe en parte a que gran parte de la industria de la iluminación, que utiliza LEDs con fuente “azul” y no tiene forma de determinar el grado de blancura, ni siquiera conoce esta cuestión.
Y además, para decirlo claramente: las métricas de reproducción cromática, incluidos CRI y TM-30, no dicen nada sobre la reproducción del blanco.
Esto significa que una fuente puede tener un valor Rf o CRI muy alto y, aun así, una reproducción del blanco terrible.
Afortunadamente, la ciencia del color subyacente se comprende bastante bien, y es posible derivar una métrica que mida la reproducción de objetos blancos de forma análoga al índice de reproducción cromática Rf.
Basándose en investigaciones internas y colaboraciones académicas, SORAA ha hecho exactamente eso y ha desarrollado la métrica de reproducción del blanco Rw. Como era de esperar, el valor Rw para la luz natural se sitúa alrededor de 100.
Y aquí aparece el compromiso que les había prometido. Para lograr la mejor fidelidad cromática, deberíamos aproximarnos lo máximo posible a la forma del espectro natural; pero para obtener la mejor fidelidad del blanco sin UV, debemos añadir al espectro algo de luz violeta — no ultravioleta — que entonces se desvía de su forma natural.
En resumen, nos enfrentamos a un antagonismo entre la reproducción homogénea de los colores y del espectro completo, por un lado, y la reproducción de los tonos blancos, por otro. Las mediciones precisas son decisivas, porque este compromiso debe resolverse de la mejor manera posible.
Con ayuda de Rf y Rw, el espectro de las lámparas SORAA Vivid se diseñó para obtener lo mejor de ambos mundos.
Esto se logró mediante el ajuste óptimo de la longitud de onda y la intensidad del refuerzo violeta en relación con los espectros de los tres fósforos. Para lograr un mejor rendimiento, también se prestó especial atención a otro índice TM-30, el Rfh1. Este parámetro mide la reproducción del rojo y es el equivalente moderno y mejor del CRI R9. De hecho, la reproducción de los tonos rojos es muy importante para nuestra percepción; por tanto, Rfh1 es al menos tan importante como Rf, quizá incluso más.
Como resultado, SORAA Vivid ofrece valores muy altos en todas las métricas: Rf = 91, Rfh1 = 95 y Rw = 100. Es una suerte que este compromiso específico pudiera encontrarse y optimizarse sin perder los aspectos esenciales de una fuente de luz de espectro completo.
Fig. 3 Campos de color TM-30 con métricas de distorsión cromática. A la izquierda, una SORAA Vivid con alta fidelidad cromática y alta fidelidad de blancura (Rw). A la derecha, aparentemente casi igual en TM-30, una LED estándar con alto CRI tiene un valor Rf elevado, pero no reproduce el blanco en absoluto, Rw = 0 — algo que TM-30 no muestra.
Comparemos ahora una fuente LED (Fig. 3, derecha) que fue optimizada de forma “ingenua” solo para colores: la fidelidad cromática podría alcanzar Rf = 95, pero la fidelidad del blanco caería a Rw = 0. Si este ejemplo suena demasiado dramático, recuerde que esto corresponde exactamente a cualquier LED booster de alto CRI basado en azul, que constituye la inmensa mayoría de los productos del mercado.
Como puede confirmar cualquiera que haya comparado una camisa blanca bajo una LED SORAA Vivid y bajo una LED de la competencia, la diferencia es sorprendente.
Espero que estas ideas le den algunos criterios de decisión:
1. El diseño de una fuente de luz es una tarea compleja y exigente, en la que se mezclan aspectos técnicos y físicos con la percepción subjetiva.
2. Las mediciones precisas son importantes, porque son la herramienta de diseño con la que finalmente tomamos decisiones y luego las validamos.
Conclusión: No se fije en una sola métrica, sino en una variedad de indicadores relevantes para su aplicación, como la fidelidad cromática general, la reproducción de rojos y la diferenciación de blancos.
Toda la gama: LED de espectro completo SORAA
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