TM-30: insufficiente per i bianchi e la questione dell’ultravioletto

L’arte della resa differenziata dei bianchi senza radiazione ultravioletta...

In diversi articoli del BLOG luce di danholt ho spiegato l’importanza dei vari parametri TM-30 e come lighting designer e utenti possano lasciarsi guidare da essi.

Tuttavia, il TM-30 è utile anche per altri attori del mondo dell’illuminazione, compresi i produttori stessi. Nello sviluppo di una sorgente luminosa si tratta spesso di compromessi: per esempio, possiamo decidere se dare priorità ai lumen per watt o alla resa cromatica. È fondamentale che le metriche utilizzate per valutare questi compromessi siano il più precise possibile, affinché vengano ottimizzate proprietà reali e preziose del prodotto, e non numeri astratti.

Oggi vorrei mostrare, prendendo come esempio la LED full spectrum SORAA Vivid, come tali compromessi possano determinare il design di un prodotto.

La serie SORAA Vivid mira a riprodurre il bianco e tutti i colori dello spettro visibile in modo ugualmente naturale — esattamente come apparirebbero sotto una sorgente luminosa naturale con la stessa temperatura di colore (CCT), come alogena o luce solare.

La tecnologia full spectrum di SORAA combina un violet boost e altri tre fosfori, creando naturalmente uno spettro uniforme e continuo. Bilanciando con cura i singoli spettri, è possibile avvicinarsi il più possibile all’intero spettro della luce visibile naturale, come mostrato nella Fig. 1.

Questo porta a colori naturali, misurati da un valore elevato dell’indice di fedeltà cromatica TM-30 Rf: con la giusta calibrazione, per esempio, si può raggiungere Rf = 95.

Fig. 1 La luce solare naturale può essere approssimata molto bene con l’approccio full spectrum di SORAA, ottenendo un elevato indice di fedeltà cromatica Rf. Qui i singoli picchi del booster violetto e dei tre fosfori (blu, verde, rosso) vengono sovrapposti per generare lo spettro completo.

Finora, però, rimane senza risposta una domanda decisiva:

Come otteniamo una resa chiara e differenziata dei bianchi?

Perché i bianchi si distinguono dai colori?

Il motivo è che molti materiali bianchi contengono sostanze fluorescenti sbiancanti, i cosiddetti sbiancanti ottici.

Queste sostanze assorbono la luce ultravioletta invisibile e riemettono luce visibile bluastra. Il nostro occhio, insieme al cervello, registra questo fenomeno come un aumento del grado di bianco.

Gli sbiancanti ottici sono ovunque: si trovano in molti materiali bianchi prodotti industrialmente, come tessuti, carta e plastiche, e sono anche naturalmente presenti nei nostri denti. Sono responsabili dell’assorbimento della radiazione ultravioletta e della sua conversione in blu.

Anche se tutti apprezziamo un bianco brillante e pulito, nella maggior parte delle applicazioni non vogliamo la radiazione UV dannosa che permette di percepire questi bianchi.

I prodotti LED convenzionali evitano naturalmente la radiazione UV — ma questo significa che non stimolano gli sbiancanti e fanno apparire gli oggetti bianchi sempre giallastri e spenti.

SORAA ha trovato una soluzione elegante a questo problema:

È emerso che gli sbiancanti ottici possono essere stimolati anche da luce violetta innocua — non ultravioletta — a una lunghezza d’onda scelta con cura. Il trucco che SORAA utilizza per riprodurre il bianco naturale consiste nel sostituire la luce UV tipica della luce solare con la giusta quantità di semplice luce violetta:

Gli agenti sbiancanti, ovvero gli sbiancanti ottici, vengono così stimolati esattamente come lo sarebbero sotto luce naturale con componente UV.

La Fig. 2 illustra questa relazione:

Fig. 2 La luce alogena e a incandescenza stimola i colori bianchi grazie alla sua “coda UV”. Con un design LED intelligente, questo effetto può essere imitato con un picco di luce violetta che stimola anch’esso gli sbiancanti ottici. In questo modo gli effetti dannosi della radiazione UV vengono completamente evitati.

Come si può esprimere questo effetto in numeri? È sorprendente, ma non esiste una risposta rigorosa. Ciò dipende in parte dal fatto che gran parte dell’industria dell’illuminazione, che utilizza LED con sorgente “blu” e non ha modo di determinare il grado di bianco, non conosce affatto questa questione.

E inoltre, per dirlo chiaramente: le metriche di resa cromatica, inclusi CRI e TM-30, non dicono nulla sulla resa dei bianchi.

Questo significa che una sorgente può avere un valore Rf o CRI molto alto e tuttavia una pessima resa dei bianchi.

Fortunatamente, la scienza del colore alla base è abbastanza ben compresa, ed è possibile derivare una metrica che misuri la resa degli oggetti bianchi in analogia con l’indice di resa cromatica Rf.

Sulla base di ricerche interne e collaborazioni accademiche, SORAA ha fatto esattamente questo e ha sviluppato la metrica di resa del bianco Rw. Come ci si aspetta, il valore Rw per la luce naturale è circa 100.

Ed è qui che si manifesta il compromesso promesso. Per ottenere la migliore fedeltà cromatica, dovremmo avvicinarci il più possibile alla forma dello spettro naturale — ma per ottenere la migliore fedeltà del bianco senza UV, dobbiamo aggiungere allo spettro un po’ di luce violetta, non ultravioletta, che quindi si discosta dalla sua forma naturale.

In breve, siamo di fronte a un antagonismo tra la resa omogenea dei colori e dell’intero spettro da un lato, e la resa dei bianchi dall’altro. Misurazioni precise sono qui fondamentali, perché questo compromesso deve essere ottimizzato nel miglior modo possibile.

Con l’aiuto di Rf e Rw, lo spettro delle lampade SORAA Vivid è stato progettato per ottenere il meglio di entrambi i mondi.

Questo è stato ottenuto attraverso la calibrazione ottimale della lunghezza d’onda e dell’intensità del violet boost rispetto agli spettri dei tre fosfori. Per ottenere prestazioni migliori, è stata dedicata particolare attenzione anche a un altro indice TM-30, l’Rfh1. Questo parametro misura la resa del rosso ed è l’equivalente moderno e migliore del CRI R9. Infatti, la resa dei toni rossi è molto importante per la nostra percezione — Rfh1 è quindi almeno importante quanto Rf, forse persino di più.

Di conseguenza, SORAA Vivid raggiunge valori molto elevati in tutte le metriche: Rf = 91, Rfh1 = 95 e Rw = 100. È una fortuna che questo specifico compromesso sia stato trovato e ottimizzato senza perdere gli aspetti essenziali di una sorgente luminosa full spectrum.

Fig. 3 Campi colore TM-30 con metriche di distorsione cromatica. A sinistra, una SORAA Vivid con elevata fedeltà cromatica ed elevata fedeltà del bianco (Rw). A destra, apparentemente quasi identica nel TM-30, una LED standard con alto CRI ha sì un valore Rf elevato, ma non rende affatto il bianco, Rw = 0 — cosa non riconoscibile nel TM-30.

Consideriamo ora, per confronto, una sorgente LED (Fig. 3, a destra) ottimizzata in modo “ingenuo” solo per i colori: la fedeltà cromatica potrebbe raggiungere Rf = 95, ma la fedeltà del bianco scenderebbe a Rw = 0. Se questo esempio sembra troppo drammatico, ricordo che corrisponde esattamente a ogni LED booster high-CRI basato sul blu, che costituisce la stragrande maggioranza dei prodotti sul mercato.

Come può confermare chiunque abbia confrontato una camicia bianca sotto una LED SORAA Vivid e sotto una LED concorrente: la differenza è sorprendente.

Spero che queste considerazioni vi forniscano alcuni criteri decisionali:

1. Il design di una sorgente luminosa è un compito complesso ed esigente, in cui si mescolano aspetti tecnici e fisici con la percezione soggettiva.

2. Misurazioni precise sono importanti, perché sono lo strumento progettuale con cui alla fine possiamo prendere decisioni e poi validarle.

Conclusione: Non guardate a una sola metrica, ma a una varietà di indicatori rilevanti per la vostra applicazione, come la fedeltà cromatica complessiva, la resa dei rossi e le sfumature di bianco.

L’intera gamma: LED full spectrum SORAA

Prenota ora una consulenza gratuita!