Autora: María Rodríguez Trejo. Lighting Designer en ERCO

Uno de los parámetros más importantes para caracterizar las fuentes de luz es el Índice de Reproducción Cromática (IRC, Ra, o CRI).

BREVE REPASO ACERCA DEL CRI

El Índice de Reproducción Cromática mide la variación de color que experimentan los objetos al ser iluminados con una fuente de luz en comparación con el color que esos mismos objetos muestran cuando son iluminados por una fuente de luz de referencia (considerada ideal y de la misma temperatura de color que la luz estudiada).

La fuente de luz considerada «ideal», utilizada como referencia, se corresponde con la radiación del cuerpo negro en aquellos casos en los que la temperatura de color es inferior a 5000K. Para temperaturas superiores se utiliza como referencia la luz natural diurna.

La parte visible del espectro electromagnético se compone de radiación con longitudes de onda que van desde aproximadamente los 400 a los 750 nanómetros. La porción azul del espectro visible es la longitud de onda más corta y la porción roja es la longitud de onda más larga con todas las graduaciones de color entre ambas.  

Los gráficos de distribución de potencia espectral muestran la potencia relativa de las longitudes de onda a lo largo del espectro visible para una determinada fuente de luz. Dichos gráficos también revelan la capacidad de una fuente de luz de entregar todos o algunos colores determinados.

A continuación se muestra un gráfico de distribución de potencia espectral típico para luz de día.

1965 – 2015 y PROBLEMÁTICA DEL CRI

Desde el año 1965, cuando aparecieron en el mercado las lámparas fluorescentes, la CIE (Commission Internationale de l’Éclairage o también conocida como Comisión Internacional del Alumbrado) ha venido desarrollando y mejorando con revisiones periódicas (1974, .995) el Índice de Reproducción Cromática que es y ha sido determinante a la hora de la caracterización de las fuentes de luz desde entonces a nivel mundial.

Con las fuentes de luz analógicas, la utilidad de este índice resultaba de gran utilidad. Pero hoy día, con los avances tecnológicos que ha supuesto el uso de la tecnología digital LED, que contienen más componentes dentro del espectro de longitud de onda corta, y la proliferación de la SSL (Iluminación del Estado Sólido) se hacía obligatorio crear un nuevo sistema, un método que se adaptase a las características de las tecnologías en uso en la actualidad.

La limitación de partida es que el CRI se mide mediante un simple valor único de una escala numérica mientras que la luz es un espacio rico en el que tonalidades, saturación y brillo combinados de diferentes formas ofrecen valores muy distintos. Es difícil que una medida simple revele todo acerca de la calidad y fidelidad del color de una fuente de luz.

El espacio de color utilizado por el CRI y cuya nomenclatura es W*U*V*, está obsoleto y ya no se utiliza para estándares salvo para cálculos de CRI y determinación de temperatura de color correlativa (CCT), debido a una distorsión notable, especialmente en la región del rojo. El set de colores utilizado como referencia para calcular los CRI son colores pastel y carece de los colores saturados más ricos. Sin embargo, irónicamente los cambios más bruscos de color se dan en los colores saturados. A ello se suma que la utilización de tan solo 8 colores para calcular el CRI proporciona un set de colores muy pobre teniendo en cuenta la amplitud de colores del espectro visible.

Otro malentendido común es que un valor de CRI alto significa que la fuente de luz reproducirá bien todos los colores. Pero este no es el caso. El CRI se mide solo con respecto a una fuente de referencia que es la curva de un Cuerpo Negro por debajo de 5000K o una fuente de Luz de Día CIE por encima de 5000K. La referencia debe ser la más cercana en cromaticidad (color) a la fuente que se está probando. En caso contrario la comparación no tiene sentido. Comparar el
CRI de dos fuentes de luz de temperaturas de color muy diferentes no tiene sentido si bien en general CRI más altos significan menos desviaciones respecto a la fuente patrón o de referencia.

ACTUALIDAD: NUEVO ÍNDICE PROPUESTO IES TM-30 Y POSICIONAMIENTO DE LA CIE.

En el año 2015, el IES (Illuminating Engineering Society of North America) publicó el memorando técnico denominado TM-30-15, basado en los avances y progresos aportados por muchos contribuyentes de distintas ramas entre los que se cuentan investigadores que han trabajado sobre este tema en las últimas dos décadas, y la síntesis de muchos de sus conceptos. El TM-30- 15 aborda muchas de las limitaciones del CRI, proporcionando más información con mayor precisión.

Si bien, como el CRI, es un método que toma como referencia la radiación del cuerpo negro a determinada Temperatura de color, también es un método que incluye diversas medidas
interrelacionadas entre sí. El TM-30 no es un standard requerido, ni proporciona una guía o criterio para diseñar. Lo que sí permite es desmembrar o singularizar las fuentes de luz en función de todas sus características, para así poder elegir la que en conjunto será la más adecuada para el uso al que irá destinada.

En la tabla a continuación se determinan las principales diferencias que existen a priori entre el CRI 13.3 y el TM-30.

El TM-30 se sirve de dos parámetros numéricos principales, como son Rf y Rg, así como de otras herramientas de visualización, de modo que se llega a una mejor comprensión de la interpretación de matices específicos. Por otra parte proporciona una caracterización de la reproducción del color más completa de lo que puede hacerlo una única métrica.

Ofrece una jerarquía de informaciones, que van desde valores medios muy precisos, a caracterizaciones de muestras de color exhaustivamente detalladas.

Con 99 muestras, cantidad muy superior a las disponibles en el CRI tradicional, los valores de TM-30-15 son más difíciles de optimizar de manera selectiva y deberían proporcionar una mejor representación de la media de rendimiento de color.

En la tabla que sigue a continuación se indican y describen cada uno de los resultados que se obtienen tras la aplicación del TM-30 sobre una determinada fuente de luz.

Rf y Rg, parámetros complementarios basados en la misma referencia iluminante, forman un sistema de dos ejes que, tal y como puede verse en la ilustración que se muestra más abajo, ofrecen un resultado visual e intuitivo donde la relación entre fidelidad y saturación puede ser evaluada a través de múltiples fuentes. En este aspecto, la referencia exacta resulta menos determinante que si sólo estuviésemos prestando atención a la fidelidad sin tener encuenta la saturación.

Los puntos azules sobre fondo blanco representan fuentes de luz reales; los puntos que se encuentran en las áreas sombreadas (gris claro) son aquellos que no pueden clasificarse con referencia al cuerpo negro; y los que se encuentran en la parte más oscura (gris oscuro) son aquellos no clasificados como luz blanca.

EL Departamento de Energía de EE.UU. DOE impartió  dos seminarios de 90 minutos acerca del TM-30-15 en 2015, donde explicaban con detalle los aspectos básicos de esta nueva referencia, el proceso de desarrollo de este nuevo índice. Se mostraron gráficos existentes que describen las fuentes de luz actuales así como ejemplos de cómo pueden ser utilizados por los distintos usuarios y demostraciones prácticas de las herramientas Excel incluidas con el nuevo índice. Además se comentaron las medidas en curso para la adopción generalizada del TM-30-15 en el sector.

Por su parte, la CIE reconoce la obsolescencia e imprecisión del CRI 13.3, y la necesidad de actualizarlo con las fórmulas recién aprobadas y un mayor y mejorado set de muestras. Para ello creó el Comité Técnico TC 1-90 que se encarga de desarrollar y mejorar la precisión de los métodos de medición de fidelidad del CRI.

También reconoce, que tan sólo conocer el Grado de Fidelidad del CRI de una fuente de luz no es suficiente hoy en día, y es necesario remarcar otros aspectos importantes, sobre todo cuando tenemos que elegir una fuente en función las preferencias cromáticas. En este contexto, el TC 1-91 trabaja para sentar las bases del desarrollo de una nueva herramienta de medida enfocada a las preferencias cromáticas.

CONCLUSIÓN

TM-30 Sintetiza décadas de estudios e investigación sobre reproducciones cromáticas y ofrece unos resultados objeto de una serie de caracterizaciones exhaustivas, que pueden ayudar a elegir la Fuente de luz más adecuada, y dentro de la Industria y de la Ingeniería, la creación de nuevas fuentes de luz. Soluciona las limitaciones que tiene el Método CIE CRI, ofreciendo información complementaria y detallada. Para obtener el máximo beneficio del TM-30, debemos pensar más allá de los valores de número-alto-bueno y número-bajo-malo. La mejor solución dependerá de las necesidades de la aplicación. Esta poderosa herramienta no sólo respeta sino que también da soporte al rol de diseñadores e ingenieros.

La capacidad creciente de caracterización de datos y matices para la reproducción cromática beneficia a fabricantes, proyectistas e investigadores. Aunque la transición del Método CIE CRI al TM-30 será costosa, debido a la familiaridad y simplicidad de la primera, ya se está creando una infraestructura de intercambio de datos con la cooperación de los fabricantes, proyectistas e investigadores anteriormente mencionados, que hará cada vez más fácil e intuitivo el uso de esta herramienta.

Por otra parte, la CIE que respalda el IES TM 30-15, e incluso lo toma como base para el desarrollo de su TC 1-90 basado esencialmente en el Rf, recomienda que para desarrollar y establecer un nuevo método de caracterización tan importante como es el Índice De Reproducción Cromática, debe haber consenso a nivel internacional. Ya que si se desarrollan y establecen parámetros a nivel regional, se pueden ocasionar grandes confusiones en el mercado global.

A principios de este año, la CIE ha hecho público su Estudio Técnico CIE 224:2017 confeccionado por la División 1 (denominada “Visión y Color”) del TC 1-90, que respalda absolutamente el TM-30-15. Esta publicación incide en que, el Rf o índice de fidelidad es una medida precisa de fidelidad del color respecto a un objeto iluminante de referencia, si bien aún quedan algunos matices técnicos por resolver en futuras investigaciones.

También hace alusión a la medida de la Calidad del color respecto a la Percepción del usuario (p.e. efectos Chroma), que va más allá de la fidelidad de la Reproducción Cromática.

Como ya hiciera el TM-30-15, el CIE 224:2017 propone mejoras, como una paleta de 99 muestras de color, que si bien no soluciona el problema de la Percepción Cromática, al menos mejora sustancialmente el conocido CRI, además de mejorar el Espacio del color objeto y permitir una distribución más uniforme de las curvaturas de las longitudes de onda, amplia y uniformemente distribuidas en las tres dimensiones de un espacio de color uniforme. Contiene una serie de herramientas de cálculo Excel, incluyendo la anteriormente mencionada tabla de 99 muestras, y consta de 52 pags, 4 gráficos y 12 tablas.

En cualquier caso, la CIE entiende que la transición de un tipo de medida a otro debe realizarse de manera ordenada, y no reemplazará completamente el actual CRI (CIE 13.3) hasta que el nuevo sistema de medida esté ampliamente aceptado.

María Rodriguez Trejo, ERCO Lighting Design Department. 

FUENTES

• Evaluating Color Rendition Using IES TM-30-15, Solid-State Lighting Technology Fact Sheet, US Department of Energy, OCTOBER 2015
• Understanding and Applying TM-30-15, DOE+IES Webinar | September 15, 2015
• EN13032 / LM79, Photometric measurement standards.
• Test Method for LED Lamps, LED Luminaires and LED Modules, CIE International Standard S 025/E:2015
• UNE-EN 13032-4:2016 Luz y alumbrado. Medición y presentación de datos fotométricos de lámparas y luminarias.  Part 4: Lámparas LED, módulos y luminarias.
• CIE Position Statement on CRI and Colour Quality Metrics, October 15, 2.015
• CIE TC 1-90, Colour Fidelity Index
• CIE TC 1-91, New Methods for Evaluating the Colour Quality of White-Light Sources.
• CIE TC 1-95, The validity of the CIE Whiteness and Tint Equations.
• CIE 224:2017, CIE 2017 Colour Fidelity Index for accurate scientific use