El papel de la elipse MacAdam en la consistencia cromática del LED

Entrevista de EATON con Reed Bradford, director de diseño y servicios ópticos de su división de iluminación

Con información e imágenes de EATON

La calidad de la iluminación se ve afectada por la uniformidad del color en el entorno; por lo tanto, la consistencia de la salida lumínica de cada equipo es crucial y es aquí donde la Elipse de MacAdam juega un papel primordial. Gracias a los experimentos realizados por el físico y especialista del color David MacAdam durante la primera mitad del Siglo XX, nos es posible comprender la percepción de las ligeras variaciones entre los colores. Pero, ¿cómo influye el factor MacAdam en la iluminación LED? Eaton habló sobre esto con Reed Bradford, director de diseño y servicios ópticos de su división de iluminación.

¿Qué es un paso MacAdam?

Reed Bradford (RB):  El sistema visual de los seres humanos es diferente para cada uno de nosotros, así como nuestro sentido del gusto, el oído o incluso el umbral del dolor. Alrededor de 1940, la investigación sobre la visión de David MacAdam determinó que el observador podría hacer coincidir los colores dentro de un rango estadístico consistente. Usar el método de MacAdam para mostrar un plano de dicho rango en el espacio de color CIE XY da como resultado un área elíptica de color en la que los observadores podrían identificar dichos rangos como iguales. Como se muestra en el gráfico, la tolerancia humana a las variaciones dependerá del color que la persona intente empatar. Por ejemplo, es más difícil distinguir los cambios en el color verde, por lo que la elipse es más grande que, digamos, las variaciones en azul. Para el observador promedio, cualquier color dentro del límite elíptico es indistinto del punto central; el límite de la elipse es el punto en el que se empieza a detectar una notable diferencia de cromaticidad.

¿Por qué es importante la consistencia del color en los equipos de iluminación LED?

RB: El sistema de visión humano es sorprendente en muchos sentidos. La percepción del color es uno de nuestros sentidos más desarrollados y esto nos permite detectar pequeños cambios. Por ejemplo, si un observador ve luz blanca cálida de 3000K será necesario un pequeño cambio de +/- 30K para que éste pueda detectar visualmente la diferencia entre dos fuentes. La importancia de la consistencia del color depende de la naturaleza del entorno y la superficie iluminada. Por ejemplo, iluminar una pared de color claro con wallwashers debería facilitar la detección de las diferencias cromáticas de cada luminaria. Del mismo modo, si el equipo en sí es un elemento visual, como una serie de luminarias suspendidas o una fila de apliques de pared, la lente y los difusores deberán aparecer del mismo color. Por el contrario, la detección de color para apliques de iluminación en exteriores se ve disminuida debido al desplazamiento visual de los receptores oculares a niveles de luz más bajos (efecto Purkinje). La identificación del color no es extremadamente crítica en la mayoría de los ambientes iluminados al aire libre. Los equipos para iluminación de estacionamientos y vialidades no son típicamente un elemento de diseño de iluminación, además la distancia interpostal y su alto brillo hacen que la consistencia cromática sea menos preocupante.

¿Pueden los estándares TCC y ANSI jugar un rol decisivo en la elección de los productos?

RB: El color de la luz se puede definir por su poder de distribución espectral, su ubicación en las coordenadas de la elipse, o su temperatura de color correlacionada o TCC (un número que define la proximidad del color de la luz a lo largo de la curva del cuerpo negro). A medida que aumenta la temperatura física de un filamento, el color cambia de un rojo intenso al naranja, después al amarillo y de ahí al blanco para finalmente convertirse en blanco azulado. Por lo tanto, el color de la luz emitida por cualquier fuente puede traducirse o correlacionarse con un punto a lo largo de la curva teniendo como resultado su TCC. En la mayoría de las aplicaciones de iluminación, los LEDs producen luz al pasar la luz azul generada por el diodo a través de una capa de fósforo remoto. La luz blanca puede variar de un aspecto frío, como el de las fluorescentes, a uno muy cálido. Para asegurar su consistencia, el American National Standars Institute (ANSI) documentó los pasos (steps) a lo largo del espectro. Como se muestra en el gráfico, los recuadros a lo largo de la curva del cuerpo negro definen la tolerancia para la TCC de la luz blanca. En el extremo azul de la curva, la TCC más alta definida es de 6500K mientras que el 2200K corresponde al extremo más cálido del espectro. Cada recuadro o bin se define como un punto central (en o muy cerca de la curva del cuerpo negro), una tolerancia en la temperatura de color y una desviación por encima o por debajo de la curva. El recuadro más grande (bin) definido por ANSI permite una elipse MacAdam de siete pasos. Para cumplir con los criterios de cualquier TCC determinada, las coordenadas de cromaticidad de un LED deben ubicarse dentro de estos campos.

¿Cuál es la diferencia en nanómetros de un paso MacAdam a otro?

RB: Realmente no existe una correlación directa entre los nanómetros y los pasos de la elipse MacAdam. La luz blanca producida por LEDs se compone de todas las longitudes de onda (medias en nanómetros) dentro del espectro visible. La TCC es afectada por la composición de la longitud de onda; más contenido de azul resulta en un blanco más frío (alta TCC) mientras que un mayor contenido de rojo resulta en temperaturas más cálidas (menor TCC). Como se observó en el gráfico anterior, las elipses de cualquier TCC determinado están centradas alrededor de un punto cercano al recuadro. Una elipse del paso uno será pequeña y solo permitirá una mínima variación de color desde el punto central. Sin embargo, a medida que crece el tamaño de la elipse, la cantidad de variación de color también crece. El tamaño de la elipse y la distancia definida desde el punto central se definen en el standard ANSI C78-377. Con base en la temperatura de color nominal, los límites superiores o inferiores permisibles se dan en Kelvin (por ejemplo, 3000K está centrada en 3045K con una tolerancia de +/- 175K; 4000K está centrada en 3985K con una tolerancia de +/- 275K).

¿Cómo afectan las grandes variaciones la experiencia del observador promedio?

RB: Los grandes cambios de color son distractores visuales y crean la impresión de que un espacio tiene un diseño pobre y poco mantenimiento. Por ejemplo, la apariencia de las telas en una tienda o los automóviles de un concesionario puede variar dependiendo de la consistencia de la luz.

¿Cuál es el proceso de selección de un equipo LED en términos del número de pasos MacAdam? ¿Qué es lo más recomendable?

RB: Es deseable un control más estricto del color de la luz LED, pero debe estar equilibrado con los costos. La producción de los LEDs ha mejorado con el tiempo y hoy los fabricantes pueden controlar el color de salida resultante. A pesar de esto, todavía existen variaciones de color basadas en ciertas tolerancias de fabricación. La producción de LEDs se clasifica por la proximidad al punto central de la curva (bin) dando lugar a cantidades variables de cada sección. Si un fabricante de LED supervisa la calidad de los chips, la mayoría de la producción caerá dentro de las elipses más ajustadas o menos permisibles, pero todavía habrá LEDs que caigan en las elipses más grandes. El precio de estos LEDs sigue la ley de la oferta y la demanda, por lo que las elipses más pequeñas, y más deseables, son más costosas.

¿Con los rápidos avances tecnológicos, son los pasos MacAdam más precisos año con año para la iluminación LED?

RB: Sí, y ANSI define el standard. Y ha cambiado consistentemente tal y como la tecnología ha cambiado de fluorescente a HID y al LED. Los avances más importantes se encuentran en la capacidad del fabricante de reducir las variaciones en la producción para tener LEDs con un control de color más estricto. A medida que avanzamos en el campo de la iluminación de estado sólido e introducimos otras variables como el binning del LED, el conocimiento de la forma en que el ojo discrimina entre colores y cómo podemos medir y especificar dichas variables, la consistencia en el color será cada vez más importante para todos.

Traducido del texto original “How MacAdam ellipses affect LED color consistency” en The Lighting Resource

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