Capitolo II

La densitometria

La qualità di uno stampato viene giudicata, oltre che in base a criteri quali ad esempio la presenza di sporchi, di velature, di difetti di registro, anche in base alla fedeltà di riproduzione del valore di tonalità e del colore e alla stabilità di tali fattori nell’ambito della tiratura. Difficile la sola valutazione visiva delle tonalità cromatiche. Oltre all’influenza degli eventuali fondi sui quali è stampato il colore in esame, le diverse condizioni di illuminazione, e la sensibilità personale al colore di ogni singolo operatore consentono una valutazione puramente soggettiva. Il controllo visivo può essere adeguatamente aiutato da una serie di metodologie, strumenti e tecnologie che rendono l’analisi più attendibile e precisa. Il controllo strumentale e oggettivo è quindi una necessità imprescindibile per il raggiungimento e il mantenimento nel tempo di una buona qualità riproduttiva.

La resa cromatica di un’immagine stampata dipende solo parzialmente dallo spessore dello strato di inchiostro depositato sul supporto. Per la carta patinata i punti cromatici corretti (tavola dei colori normalizzati CIE) dovrebbero venire raggiunti con uno spessore fra 0,7 e 1,1 micron. In base al tipo di inchiostro e di carta il film di inchiostro nella stampa offset può corrispondere anche a valori superiori a 2.
Le variazioni di spessore dello strato di inchiostro risultano visibili otticamente nei colori della scala cromatica attraverso le differenze di saturazione e luminosità delle tonalità riprodotte. Come conseguenza si hanno differenze dal punto di vista cromatico entro una stessa tiratura oltre ad una limitazione della gamma cromatica.
Come già sottolineato, il controllo visivo dell’inchiostrazione rappresenta solo il primo grado di un’analisi del foglio di stampa. Si necessita quindi di un densitometro: strumento in grado di analizzare, non tanto lo spessore dello strato di inchiostro effettivamente trasferito sul supporto quanto la sua capacità di fermare la luce incidente. Tale strumento fornisce, infatti, una lettura indiretta dell’opacità dello strato attraverso il calcolo e la determinazione della densità ottica dello stesso.

La densità ottica

La densità ottica è una misurazione indiretta, un valore ricavato matematicamente dalla misurazione dell’opacità dello strato di inchiostro.
L’opacità rappresenta il rapporto tra la luce incidente e quella non assorbita dal campione misurato.
La densità è il logaritmo di tale risultato.

Densità= log₁₀ 1/Beta

Il fattore beta è calcolato come il rapporto tra la percentuale di luce riflessa dal campione stampato (Lr P - Light Reflectance of the Printing Ink) e quella di un bianco di riferimento (Lr W - Light Reflectance of the reference White).

Principio di calcolo della densità ottica

La densità essendo indicata con valori logaritmici, non ha unità di misura, viene considerata come valore assoluto.
In questo modo la misurazione della densità viene adeguata alla sensibilità dell’occhio umano. L’essere umano, infatti, percepisce la luce in scala logaritmica. Ciò significa che intensità uniformemente crescenti non vengono recepite in quanto tali. Quanto più spesso l’energia luminosa viene aumentata tanto meno l’aumento viene percepito.

Il densitometro

Per eseguire una misurazione strumentale della densità ottica di uno strato di inchiostro, viene utilizzato, come già precedentemente accennato il densitometro. Per la valutazione del foglio di stampa (originali opachi) vengono usati densitometri per riflessione. Per altri tipi di misurazione (pellicola fotografica, originali trasparenti...) si usano, invece, quelli per trasparenza. Gli apparecchi per trasparenza misurano densità elevate da 0,0 fino a superare 4,00, mentre il range di misurazione di quelli per riflessione arriva ad un massimo di 2,5 circa. Entrambi gli strumenti sono idonei alla misura della densità dei colori se sulla traiettoria dei raggi si inseriscono dei filtri colorati che permettano il passaggio della banda spettrale complementare al colore da misurare. I densitometri sono anche in grado di effettuare la misurazione della densità integrale (integrata) dei punti di un retinato. In questo caso non si misura la densità del singolo punto, bensì la somma delle densità di tutti i punti di retino e di tutti gli spazi intermedi all’interno della zona di misura. La densità integrale è poi convertita automaticamente in percentuali di punto.

Principio di funzionamento del densitometro

Nel densitometro vi è innanzitutto una sorgente luminosa stabilizzata che emette una luce perfettamente bianca.
Il fascio di luce viene focalizzato da un sistema ottico e colpisce la superficie da misurare.
Secondo lo spessore dello strato e la pigmentazione dell’inchiostro, una parte della luce viene assorbita.
La parte di luce che invece viene riflessa è successivamente focalizzata da un secondo sistema di lenti e convogliata verso un fotodiodo.
Tale dispositivo converte in maniera proporzionale il flusso luminoso incidente in corrente elettrica.
Il segnale di corrente viene confrontato da un sistema elettronico con un valore di riferimento (riflessione di un bianco standard). Il risultato rappresenta il valore di opacità del campione letto rispetto al bianco di riferimento e il conseguente calcolo del logaritmo produce il valore di densità ottica che verrà rappresentato sul display.

Schema di funzionamento del densitometro:
1. Sorgente D50
2. Sistema di lenti
3. Campione
4. Sistema di lenti
5. Fotodiodo
6. Sistema elettronico
7. Display

Il principio di funzionamento fin qui descritto non spiega però, come è possibile effettuare letture di campioni colorati. È necessario, infatti, che il densitometro sia dotato di tre filtri colorati (blu, verde e rosso) in modo tale da riuscire a selezionare solo una luce primaria con la quale effettuare la lettura.
Ciascuna lettura dei diversi primari di stampa (ciano, magenta e giallo) dovrà essere eseguita con il filtro complementare al campione da leggere. In realtà il densitometro ad ogni abbassamento della testina effettua tre letture con i diversi filtri, ottenendo tre valori densitometrici differenti.
Tali valori risultano essere ciascuno la componente primaria ciano, magenta o gialla di un determinato campione stampato e misurato. La densità più alta delle tre indicherà quale colore abbiamo analizzato e la visualizzerà sul display indicando il colore.

Schema di funzionamento di un densitometro a colori:
1. Sorgente D50
2. Sistema di lenti
3. Filtri colorati
4. Filtro polarizzante
5. Campione
6. Filtro polarizzante
7. Sistema di lenti
8. Fotodiodo
9. Sistema elettronico
10. Display

Teoricamente ipotizzando una purezza assoluta dei pigmenti utilizzati per la stampa, le letture eseguite con i diversi filtri dovrebbero dare in due casi (quelli che non hanno eseguito la misurazione con il filtro complementare al campione) una risposta pari a 0 e solo in 1 il valore densitometrico corretto. Vedremo in seguito che questa condizione non si verifica a causa di un inquinamento dei suddetti pigmenti.

Lettura densitometrica di un campione MAGENTA

Attualmente vengono usati densitometri preparati con filtri per standard di lettura (status) diversi:

“T” detto a banda larga, per le misure di riflessione dello stampato (standard USA - SWOP)
“E” detto a banda stretta, per le misure di riflessione dello stampato (standard Europeo - Eurostandard)
“A” per le misure positive di film o stampati fotografici
“M” per le misure di film negativi

è ovvio che per ogni uso esiste un densitometro che meglio di altri risponde a quelle specifiche esigenze. Ad esempio, per lo stampato offset, in Italia come in Europa, si predilige lo standard “E” dotato di filtri molto più selettivi e quindi più preciso nelle letture; mentre per le misurazioni dello stampato digitale occorre utilizzare strumenti dello standard “T” dotati di filtri più “ampi” e quindi più adatti alla lettura di una vasta gamma e tipologia di inchiostri e toner.
Densitometri con caratteristiche tecnologiche diverse non rendono confrontabili le letture eseguite sugli stessi campioni, che possono essere invece valutate solo se eseguite dallo stesso strumento. Le misurazioni di densità possono essere assolute o relative; assolute quando esprimono un valore numerico rappresentante la quantità di colore letta dal filtro rispondente allo “status” del densitometro (dallo 0 fino ad un massimo di 3 per alcune tecnologie digitali); relative quando esprimono una percentuale di colore dati i valori di densità della carta e dell’inchiostro al 100%, indipendentemente dalla filtratura del densitometro. Dal valore di densità assoluta, opportunamente inserito in formule matematiche è possibile ottenere una serie di dati utili al controllo dello stampato, particolarmente utilizzati dalle realtà che producono stampati offset come la percentuale di punto, il dot gain, il trapping, il grado di grigio, l’errore di tinta e il bilanciamento cromatico.

I filtri polarizzanti

In particolari condizioni la lettura densitometrica può subire delle alterazioni evidenti rendendo il valore numerico ottenuto difficilmente confrontabile e scarsamente attendibile. Le superfici degli inchiostri da stampa umidi e asciutti, infatti, riflettono la luce in modo diverso e la conseguente lettura densitometrica risente di tale diversità di comportamento. Nel caso di un inchiostro fresco, una parte maggiore della luce proveniente dalla sorgente luminosa viene riflessa a specchio dalla superficie dell’inchiostro e di conseguenza il fotodiodo ricevente rileva una maggiore quantità di luce. La misurazione darà pertanto come risultato un valore di densità minore. Durante il processo di essiccazione, l’inchiostro si adatta alla struttura irregolare della superficie della carta. L’effetto specchio si riduce, e quindi la luce riflessa viene diffusa maggiormente. In questo modo sul fotodiodo cade una quantità minore di luce. La misurazione darà in questo caso un valore di densità maggiore. Per ovviare a questo problema in tutti i densitometri sono previsti dei filtri polarizzanti che hanno lo scopo di ridurre al minimo questa differenza. Lo scopo di questi filtri è quello di leggere la reale opacità dello strato di inchiostro stampato, rendendo ininfluente ai fini della lettura la quantità maggiore o minore di luce riflessa superficialmente dallo strato.
I filtri polarizzanti hanno la caratteristica di far passare solo le componenti delle onde elettromagnetiche luminose oscillanti in un piano. I raggi di luce orientati dal filtro polarizzante vengono riflessi in parte a specchio dalla superficie dell’inchiostro; in questo caso mantengono anche la direzione di oscillazione. Se la luce così polarizzata va a colpire un secondo filtro polarizzante con direzione di polarizzazione ortogonale rispetto al primo, nessun raggio riuscirà a passare e quindi non potrà neppure influire sulla misurazione. I raggi luminosi che invece penetrano nello strato di inchiostro e vengono riflessi, si depolarizzano e quindi potranno successivamente oltrepassare il secondo filtro. Grazie all’effetto dei filtri polarizzanti, al fotodiodo ricevente perviene una minore quantità di luce, sia con l’inchiostro umido sia con quello asciutto, poiché viene annullata la componente di riflessione speculare. Si ottengono quindi, in linea di principio, valori di densità pressoché uguali tra loro, ma superiori rispetto alle misurazioni eseguite senza filtro.

Principio di funzionamento dei filtri polarizzanti nel densitometro

Le misure con il densitometro

I valori di densità sono sempre valori di misurazione relativi di un determinato densitometro. Date la diversa distribuzione spettrale delle fonti luminose e le differenze di assorbimento spettrale dei filtri (deterioramento), le differenze di sensibilità dei fotoriceventi e le diverse geometrie di misurazione, i valori misurati, soprattutto negli apparecchi meno recenti, non sono confrontabili. Negli strumenti nuovi, almeno in quelli dello stesso tipo, se la manovra è corretta e se la tiratura viene eseguita regolarmente, si può raggiungere una certa concordanza in un campo di tolleranza accettabile.
Prima della misurazione i densitometri devono essere azzerati sul supporto sul quale verrà effettuata la misurazione, il quale diventerà il bianco di riferimento. Ogni tipo di carta diversa necessiterà di un nuovo azzeramento. In questa maniera si riuscirà ad escludere che la colorazione e la superficie della carta influiscano sulla valutazione dello strato di inchiostro stampato. Allo scopo, si misura la densità del bianco della carta e le si dà il valore di D=0.

Il rapporto fra lo spessore dello strato di inchiostro e la densità

Fra lo spessore dello strato di inchiostro e la densità, vi è uno stretto rapporto. La capacità di assorbimento dello strato di inchiostro dipende dalla tinta, dallo spessore dello strato, oltre che dal tipo e dalla concentrazione dei pigmenti dell’inchiostro da stampa. Siccome la tinta per gli inchiostri di processo è normalizzata e anche la concentrazione dei pigmenti è standard, la variabile sulla quale può influire effettivamente lo stampatore è solo lo spessore del film d’inchiostro.
A partire da un certo spessore dello strato, però, non si nota alcun aumento della densità. L’inchiostro da stampa riflette sempre un po’ di luce, per cui non può esistere un valore di densità infinito.

Il rapporto fra lo spessore dello strato di inchiostro e la densità

Il grafico riportato di seguito mostra la correlazione tra lo spessore del film di inchiostro trasferito sul supporto e la densità di stampa nel processo offset per i quattro colori di stampa.
La linea verticale indica il range di spessore del film di inchiostro che mediamente viene trasferito in offset. Tale valore è normalmente attestato su 1 micron. Dal diagramma è possibile verificare come i comportamenti dei quattro colori siano descritti da curve di incrementi densitometrici diverse. A parità, dunque, di inchiostro depositato sul supporto non si avranno uguali valori densitometrici in lettura. È possibile notare, ad esempio, come con la stessa quantità di inchiostro, il nero e il giallo abbiano una differenza di densità di 0,30 risultando essere il primo due volte più opaco del secondo. Il tutto giustificato dal diverso potere coprente dei due pigmenti. In ultima analisi, è possibile verificare come l’incremento densitometrico essendo di natura logaritmica, non venga descritto da una linea retta bensì da una curva che raggiunto il suo massimo densitometrico non cresce più anche a fronte di ulteriori incrementi delle cariche di inchiostro.

Grafico della relazione spessore-densità degli inchiostri quadricromici offset

La relazione tra la densità e la percentuale di punto

Come si è già accennato precedentemente, oltre alla misurazione della densità ottica di uno strato d’inchiostro con il densitometro è possibile eseguire anche altri tipi di valutazioni tra cui quella sulla percentuale di punto. Per percentuale di punto si intende il rapporto tra la superficie coperta dai grafismi e la superficie totale. In questo caso non si tratta più di leggere una densità, cioè un valore logaritmico, bensì un’area di punto, cioè un valore che aumenta o diminuisce linearmente. A differenza delle pellicole, dove il potere assorbente dell’emulsione argentea impiegata è sempre costante, per gli stampati la misura densitometrica dipende, oltre che dalla percentuale di punto, dal tipo di inchiostro e dal suo spessore, dalle condizioni di stampa, dai filtri impiegati nello strumento.
Per valutare la percentuale di punto su uno stampato, occorre dunque tarare lo strumento su un fondino di stampa che si pone uguale a 100%. In corrispondenza di tale fondino si ha la massima densità in quelle condizioni di stampa. Secondo la formula di Murray-Davies riportata di seguito lo strumento, esaminando un elemento retinato, fornirà quindi la relativa percentuale di punto.