La valutazione della resa cromatica di una sorgente è divenuta negli anni argomento molto sentito. Dato lo sviluppo della tecnologia LED nell’illuminazione, ormai da anni è stata operata una scelta volta a migliorare la qualità della luce emessa dai LED.

Ormai  tutti (o quasi) i produttori di LED propongono sul mercato soluzioni tecnologiche evolute, con specifiche di resa cromatica davvero elevate: in applicazioni d’interno è normale parlare di CRI (Color Rendering Index) Ra >90.

Sebbene siano noti i limiti di questo indice nella valutazione della Resa Cromatica di una sorgente LED, ho deciso  rinfrescare quest’articolo originariamente scritto nel 2007, dedicato proprio alla descrizione dell’indice di Resa Cromatica CIE CRI Ra così come è stato definito dal CIE Commission Internationale de l’Éclairage per la prima volta negli anni ’60 del 900 e poi successivamente modificato.

CIE CRI Ra history

Per maggiori info sulle evoluzioni degli indici di Resa Cromatica e perchè il CRI Ra non è adeguato a valutare una sorgente LED, rimando a questi articoli:

L’indice di Resa Cromatica CIE Ra

L’Indice di Resa Cromatica Ra (Spesso citato con la dizione anglosassone Color Rendering Index – CRI) è un indice adimensionale che varia da 0 a 100, che descrive la capacità di una sorgente di restituire fedelmente i colori di un oggetto illuminato.

Da non confondere con la temperatura di colore (spesso citata con il termine inglese Correlate Color Temperature CCT ) che rappresente il colore apparete di una sorgente, :due sorgenti con temperatura (correlata) di colore identiche possono avere un Ra molto diverso tra loro.

Temperatura di colore
La temperatura di colore di una sorgente si esprime in Kelvin (K) e descrive il colore apparente di una sorgente (tonalità di bianco)

L’Indice di Resa Cromatica Ra è definito secondo la procedura CIE 13.3 del 1995 , ma formulato originariamente in sede CIE Commission Internationale de l’Éclairage nel 1964.

Orignariamente venne ideato per spingere commercialmente le lampade fluorescenti, che proprio negli anni ’60 del ‘900 iniziarono ad essere largamente diffuse sul mercato.

Si può pertanto affermare che l’ indice di resa cromatica (Ra) di una sorgente è misura sia dello spostamento cromatico reale (variazione di luminanza e cromaticità), sia dovuto all’adattamento cromatico di un oggetto illuminato da sorgenti diverse.

Esso varia in una scala da 0 a 100, dove 0 rappresenta il minimo e 100 indica il massimo di resa cromatica, generalmente alle sorgenti ad incandescenza corrisponde un Ra=100, le lampade a risparmio energetico hanno Ra=80 (circa), le sorgenti al sodio bassa pressione (quelle arancioni che si usavano negli incroci) Ra= -47

Il sistema di riferimento UCS 1960

L’indice di resa cromatica (Ra) per costituzione si basa sul diagramma del colore UCS (Uniform Color Space) CIE 1960 (u,v), preferito al precedente diagramma CIE del 1930 in quanto caratterizzato da una migliore uniformità cromatica (ciò significa che una uguale distanza di punti sul diagramma corrisponde molto da vicino ad un equivalente variazione cromatica percepita dall’occhio umano).CIE CRI Ra color diagram ellissi mac adams 1931 

 

ellissi mac adams 1960

Nel 1964 la Cie, estese il diagramma u,v anche nella terza dimensione: sistema U*,V*,W*, introducendo la coordinata W*, indice di luminosità, che ci da’ informazioni sulla luminanza.

Gli scostamenti di colore (ΔE) possono essere in questo modo valutati sia come variazioni cromatiche (U*,V*), che come variazioni della luminanza (W*): ΔE=(ΔW*+ΔU*+ΔV *)1/2

Dopo aver definito lo spazio colorimetrico, importante è definire la sorgente campione di riferimento alla quale verranno confrontate le sorgenti incognite: CIE stabilisce che le sorgenti campione debbano avere temperatura colore simile alle sorgenti incognite, così da evitare problemi legati all’adattamento cromatico dati dalla diversa temperatura di colore dell’illuminante incognito e campione.

  • Fino ai 5000K si usa come referente un illuminante tipo A che corrisponde ad un radiatore di Plank,
  • per temperatura colore maggiore di 5000K si usano illuminanti tipo CIE illuminant D, derivate da modelli matematici che simulano la temperatura di colore della luce diurna.

Infine si procede ad illuminare le 8 piastrine di colore campione, scelte secondo standard CIE dall’atlante di Munsell e caratterizzate tutte da una saturazione non elevata e da una luminanza di valore 6.

E’ possibile inoltre utilizzare in aggiunta altre 6 piastrine “speciali” , per ampliare la verifica dell’Ra: 4 di saturazione molto elevata e altre due rappresentanti un color carnagione caucasica (light yellow pink) e un verde foglia (moderate olive green). Qua un documento con le riflettanze spettrali di ciascun campione

Campioni IRC Indice di Resa Cromatica

Oggi la calcolazione del CRI Ra non avviene più illuminando delle piastrine colore reali, ma attraverso modelli matematici in cui è considerato lo spettro di emissione di ogni sorgente e le caratteristiche risposte spettrali di ogni singola piastrina.

Si procede quindi alla valutazione degli scostamenti cromatici per ciascuna piastrina, e per ciascuna di essa è definito un Ri cioè un indice di resa cromatica specifico per ciascuna piastrina esaminata:

si definisce Ri

il fattore 4.6 nella formula dell’Ri deriva dalla calibratura operata con utilizzando come lampada di riferimento una fluorescente standard con Ra=50.

ed infine Ra

Si ottiene in questo modo un indice generale di resa cromatica Ra che varia da 0 a 100, dove 100 è il massimo (esistono lampade caratterizzate da valori negativi: le sodio bassa pressione e le mercurio a bulbo trasparente).

Categorie e Ra specifiche

La vecchia normativa in materia di illuminazione nei luoghi di lavoro UNI10380 del 1994, sostituita nel 2004 dalla UNI EN 12464-1 definiva  una classificazione qualitativa della resa cromatica, poi comunemente accettata e che fino a pochi anni fa era possibile trovare su molti cataloghi di produttori di sorgenti. Ecco la scala di riferimento :

Gruppi Ra UNI 10380

Ecco ad esempio una tabella estrapolata dalla vecchia UNI 10380 1994

UNI 10380

Oggi questa classificazione non è più utilizzata.

Le principali sorgenti tradizionali sono caratterizzate dai seguenti indici di Resa Cromatica CRI Ra. Dati estrapolati da CRI, What Does it Really Mean? – Part 1 di Mike Wood Consultig.

CRI Ra light sources

Qua sotto alcuni dati di rilievo:

CRIRa incandescenza CRI Ra vapori di mercurio CRI ra SAP

Da notare che il dato CRI Ra=100 nelle incandescenza è nella realtà leggermente più basso a causa dell’ampolla in vetro che racchiude il filamento di tungsteno. Ra=100 è riferita al solo filamento nudo.

Il valore fortemente negativo di Ra per le sorgenti a Sodio Bassa Pressione è dato dalla completa perdita di “fedeltà” del colore di un oggetto illuminato con una sorgete SBP.

Limiti applicativi e nuovi sviluppi

Purtroppo, nonostante il procedimento sopradescritto sia oggi ancora quello più usato, anche aggiornato con nuovi e più estesi spazi di riferimento (ad esempio il L u’v’ e il CIE L*a*b*),  non è in grado di are  una lettura specifica della variazione cromatica: ad esempio non ci dice nulla sulla direzione nella quale avviene lo scostamento di colore.

Non va dimenticato  che l‘Indice di Resa Cromatica , essendo di fatto una media dei valori specifici di scostamento ottenuti sui diversi campioni non da nessun informazione sulla risposta del singolo campione.

Indice di Resa Cromatica samples

Da questo ed altri termini , tra cui la scelta dei colori campione, degli illuminanti di riferimento, ecc,  deriva l’inadeguatezza di questo indice, applicato a  sorgenti moderne: come  indicato nel documento del CIE 177:2007 Colour Rendering of White LED Light Sources,  l’utilizzo dell’indice di resa cromatica così come concepito dallo standard definito nel documento CIE 13.3 95 non è applicabile a sorgenti tipo LED ad emissione di luce bianca.

The conclusion of the Technical Committee is that the CIE CRI is generally not applicable to predict the color rendering rank order of a set of light sources when white LED light sources are involved in this set

Già prima della diffusione dei LED si stava lavorando verso nuovi indici in grado di valutare la resa dei colori delle diverse sorgenti. Nessun indice “alternativo”è stato ad oggi adottato ufficialmente dal CIE.

Ad esempio qualche anno fa venne proposto da alcuni costruttori il Vettore di Resa Cromatica (CRV), che si basava su un diagramma a 215 colori anziché 8+6 e uno spazio di riferimento CIE L*a*b* sul quale sono rappresentati in forma vettoriale gli spostamenti (proiezione su un piano bidimensionale di un vettore 3d), che possono essere anche letti come variazione di tinta e saturazione in funzione della tinta: e visto che un colore, da un punto di vista percettivo più è saturo più è attraente, allora ci da informazioni legate alla piacevolezza (o meno) di un colore illuminato da una data sorgente.

Successivamente  sono stati proposti numerosi  indici preposti alla valutazione della risposta cromatica, tra questi il CQS (COLOR Quality Scale)  del NIST e il Memory Color Rendering Index dell’università cattolica di Gent e, nell’agosto 2015 un nuovo indice IES TM-30  che molto probabilmente riuscirà sostituire l’ormai obsoleto CIE CRI Ra .

 

4 Commenti

  1. Salve architetto Rossi,
    ho trovato l’articolo molto interessante.

    Tuttavia nella parte finale non è chiaro come sia possibile rintracciare prodotti LED con il CRV dato che anche la ditta italiana da Lei citata metti Ra pure nelle sorgenti a LED.
    Come mai?

    In altre parole se il Ra non vale per le lampadine LED, quali sono i valori di riferimento che dovremmo cercare per il CRV (valori equivalenti a 1A, 1B, 2A..)?

    Grazie per la cortese attenzione.

  2. Buonasera Erminio, benvenuto su Luxemozione.
    Il problema della valutazione qualitativa della luce emessa dalle sorgenti non tradizionali è ad oggi un tema ancora non risolto ufficialmente. Infatti, sebbene nel paper CIE del 2007 che cito sopra è scritto chiaramente che l’indice di resa cromatica Ra non è valido per sorgenti LED ad emissione di luce bianca, ad oggi non è stato approvato ufficialmente ancora nessun metodo alternativo.
    Tuttavia numerose sono le aziende che si stanno muovendo verso nuovi indici in grado di fornire dati efficaci a valutare la resa del colore di una sorgente LED.
    Tra le aziende Xicato, che produce moduli LED si sta avvicinando al CQS (Color Quality System)
    La Martini Illuminazione sta esplorando, assieme a Bridgelux l’utilizzo di un altro indice MCRI Memory color Rendering Index.
    Il CRV è un sistema che se non vado errando era stato introdotto prorpio da Philips parecchi anni fa. fino qualche anno fa sui cataloghi dell’azienda olandese era presente un grafico riferito appunto al vettore di cui sopra.
    Oggi ci si sta muovendo altrove, i principali candidati a sostiuire l’indice di resa cromatico Ra sono appunto il CQS e Il MCRI. In futuro non è assolutamente detto venga adottato un solo sistema di valutazione cromatica, molto probabilmente coesisteranno più sistemi.

  3. Mi sembra che si debba ulteriormente definire il metodo di applicazione delle sorgenti ad altro CRI. Una sorgente ad alto CRI funziona bene, quando la luce è concentrata sul soggetto da illuminare (illuminazione puntuale). Quando la luce illumina diverse altre cose (pareti, persone, vetri, pavimenti) se questi non sono di colore bianco, si avrà una contaminazione della luce, e pertanto i soldi spesi in più per ottenere la miglior resa dei colori, sarà stata un inutile sforzo. Mi immagino centri commerciali o grandi negozi, con pareti colorate di blu, vetri verdi, pavimenti celesti, soffitti arancioni e chi più ne ha più ne metta… in più le sorgenti istallate a più di 4 mt. e ti chiedono CRI 95!!!! è una cosa inutile. Cosa ne pensate?

    • Ciao, diciamo che l’indice di resa cromatica è in grado di offrire solo una parziale valutazione di quello che accade nella realtà di uno spazio illuminato. E’ vero la presenza di di pareti colorate può compromettere in modo serio la fedeltà dei colori degli oggetti, delle opere, degli abiti, ecc. che sono esposti, proprio perchè si comportano come sorgenti secondarie e, di fatto, restituiscono parte del flusso luminoso fortemente connotato da una dominante cromatica. In questo caso non c’è indice che tenga, le soluzioni sono a priori far notare all’interior designer la cosa…oppure procedere ad esempiocome al Poldi Pezzoli di Milano. Ti rimando all’articolo, in particolare al video che trovi allegato nel post. Naturalmente la soluzione 2 non sempre è attuabile. http://www.luxemozione.com/2013/07/la-nuova-illuminazione-a-led-del-poldi-pezzoli-di-milano.html

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here