Guida alla formulazione del colore in Colorimetria

Che cos'è la Colorimetria

La colorimetria è la scienza che si occupa della misurazione quantitativa e della specificazione fisica del colore, permettendo di descrivere in modo oggettivo ciò che l’occhio umano percepisce come sensazione soggettiva. Il significato di colorimetria si estende oltre la semplice identificazione dei colori, includendo lo studio delle relazioni matematiche che intercorrono tra gli stimoli fisici e le sensazioni psicologiche associate ai colori.

Questa disciplina si basa su principi fisici, fisiologici e psicologici, fornendo un linguaggio comune e standardizzato per la comunicazione del colore in ambiti industriali e scientifici. Attraverso strumenti come spettrofotometri e colorimetri, la colorimetria consente di:

• Quantificare numericamente ogni tonalità di colore
• Creare standard di riferimento riproducibili
• Garantire la coerenza cromatica nella produzione industriale
• Definire le tolleranze di accettabilità nelle differenze di colore

L’importanza della colorimetria nel contesto industriale moderno è fondamentale, poiché permette alle aziende di mantenere standard qualitativi elevati e costanti nella produzione di materiali colorati, dall’industria tessile a quella automobilistica, dalla stampa alla produzione di vernici e rivestimenti.

Metodi Colorimetrici

I metodi colorimetrici rappresentano l’insieme di tecniche e procedure standardizzate che consentono di misurare e valutare i colori con precisione scientifica. La scelta del metodo colorimetrico più appropriato dipende dall’applicazione specifica e dai requisiti di accuratezza necessari.

I principali metodi colorimetrici attualmente utilizzati in ambito industriale includono:

• Metodo spettrofotometrico: utilizza spettrofotometri per misurare la riflettanza o la trasmittanza di un campione a diverse lunghezze d’onda dello spettro visibile, fornendo dati completi sul comportamento ottico del materiale.
• Metodo tristimolo: basato sui principi della CIE (Commission Internationale de l’Éclairage), utilizza i valori tristimolo X, Y e Z per descrivere matematicamente un colore rispetto alla percezione dell’osservatore standard.
• Metodo densitometrico: particolarmente utilizzato nel settore della stampa, misura la densità ottica di inchiostri e altri materiali colorati.
• Sistema di Munsell: organizza i colori secondo tre attributi: tonalità, valore e croma, creando un sistema tridimensionale ordinato.

La varietà di metodi colorimetrici disponibili permette ai professionisti di selezionare l’approccio più adatto alle specifiche esigenze del proprio settore industriale, garantendo risultati affidabili e ripetibili nelle misurazioni del colore.

Colorimetria e Stella di Oswald

La Stella di Oswald rappresenta uno dei primi sistemi di organizzazione cromatica sviluppati su basi scientifiche. Ideata dal chimico tedesco Wilhelm Oswald agli inizi del XX secolo, questa metodologia organizza i colori secondo una struttura a stella che permette di visualizzare le relazioni tra le diverse tonalità in modo intuitivo e sistematico.

Nel sistema di Oswald, i colori sono disposti in modo che:

• Il bianco si trova al centro della stella,
• I colori puri sono posizionati lungo il perimetro esterno,
• Le sfumature intermedie si dispongono secondo linee radiali dal centro verso l’esterno,
• Le variazioni di luminosità seguono percorsi circolari concentrici.

Nonostante sia stata superata da sistemi più moderni come il CIE Lab o il sistema Munsell, la stella in colorimetria mantiene un importante valore storico e didattico, rappresentando una tappa fondamentale nell’evoluzione delle scienze del colore. Ancora oggi, alcuni aspetti concettuali di questo sistema influenzano l’approccio alla classificazione e all’armonizzazione dei colori in diversi settori industriali.

Applicazioni pratiche della colorimetria

La colorimetria applicata trova impiego in numerosi settori industriali dove la precisione del colore rappresenta un fattore critico per la qualità del prodotto finale. Nelle industrie manifatturiere, dalla produzione di automobili all’abbigliamento, la colorimetria applicata consente di mantenere standard elevati di coerenza cromatica lungo l’intera catena produttiva, riducendo gli scarti e ottimizzando i processi.

Per garantire la conformità agli standard qualitativi, le aziende implementano regolarmente test specifici di controllo qualità. Un efficace programma di test di colorimetria prevede verifiche sistematiche sui materiali in ingresso, durante le fasi di lavorazione e sul prodotto finito, consentendo di individuare tempestivamente eventuali deviazioni dai parametri cromatici prestabiliti e intervenire con le necessarie correzioni.

La formulazione del colore

Sono diversi i settori che si servono della colorimetria per ottenere sempre il colore corretto: dalla moda al design fino all’industria chimica e all’automotive, la formulazione del colore risulta, dunque, fondamentale.

Eppure, trovare una formula capace di riprodurre esattamente il colore desiderato può essere estremamente complesso senza l’aiuto di software specializzati, soprattutto per chi non ha una lunga esperienza nel settore.

Per fortuna, l’uso di sistemi numerici avanzati e la loro rappresentazione grafica possono semplificare notevolmente questo compito, rendendolo più accessibile anche a chi ha meno familiarità con il processo.

La formulazione del colore, infatti, è un processo che utilizza modelli matematici per prevedere e creare colori specifici, combinando vari pigmenti e materiali. Questi modelli tengono conto del tipo di materiale usato e delle sue proprietà ottiche per prevedere con precisione il colore finale.

I coloristi riescono, in tal modo, a calcolare e ottenere l’esatta tonalità di colore desiderata, utilizzando strumenti avanzati e metodi scientifici.

Ma non si tratta solo di mescolare colori a caso, perché una formula è composta da una serie di ingredienti, tra cui coloranti, pigmenti e paste concentrate, scelti accuratamente tra le opzioni disponibili e combinati nelle giuste proporzioni.

Ad esempio, se mescoliamo pigmenti blu e gialli, otteniamo un pigmento verde, ma il risultato finale dipenderà anche da come il materiale assorbe e diffonde la luce. Questo significa che il processo non è solo visivo, ma coinvolge modelli matematici complessi.

Diffusione e Assorbimento

Per capire meglio come funziona la formulazione del colore, è importante conoscere due concetti chiave: diffusione e assorbimento.

Immagina la luce che colpisce un oggetto. Cosa succede a quella luce?

Alcuni materiali diffondono la luce, facendola rimbalzare all’interno del materiale e impedendole di uscirne facilmente. Quando un materiale diffonde molta luce, appare dunque più opaco e coprente, come un muro dipinto.

D’altra parte, esistono anche materiali che assorbono la luce in modo selettivo. Questo significa che trattengono alcune lunghezze d’onda della luce e ne riflettono altre. L’assorbimento è, quindi, ciò che dà ai materiali il loro colore specifico.

Ad esempio, un oggetto rosso assorbe tutte le altre lunghezze d’onda della luce tranne il rosso, che viene riflesso verso i nostri occhi.

Se la diffusione è alta vedremo più riflettanza (cioè, il materiale riflette la luce), mentre se la diffusione è bassa il materiale sarà più trasparente e lascerà passare la luce, il che si traduce in trasmittanza.

Per approfondire i concetti di riflettanza e trasmittanza della luce leggi anche “A cosa serve e come funziona lo Spettrofotometro.

Il Modello Kubelka-Munk: come prevedere il comportamento dei pigmenti

Il modello Kubelka-Munk è un modello matematico usato dai coloristi per prevedere il comportamento di pigmenti e materiali quando vengono mescolati insieme.

Questo modello permette di calcolare due parametri fondamentali per ogni ingrediente:

• K, che rappresenta l’assorbimento selettivo del materiale
• S, che rappresenta la diffusione selettiva

Conoscendo questi due parametri, possiamo prevedere come un materiale rifletterà la luce e, quindi, quale colore vedremo.

Immagina di avere un pigmento blu: misurando i valori di K e S per questo pigmento a una particolare lunghezza d’onda della luce, diciamo 420 nm, possiamo capire come si comporterà questo colore quando viene mescolato con altri pigmenti. In questo modo si ottiene la riflettanza per quel punto specifico dello spettro.

Se conosciamo i valori di K e S all’1% di concentrazione del pigmento blu, possiamo facilmente calcolare il comportamento del blu anche a concentrazioni più alte, come il 10% o il 20%, semplicemente moltiplicando K e S per la quantità utilizzata.

Proprietà di K e S: proporzionalità e combinazioni lineari

I parametri K e S sono, infatti, proporzionali alla quantità di pigmento utilizzato.

Ciò significa che se raddoppiamo la quantità di pigmento, anche K e S raddoppieranno. Questa proprietà permette ai coloristi di prevedere come cambierà il colore aumentando o diminuendo la concentrazione di un pigmento.

Inoltre, K e S possono essere combinati in modo lineare: significa che possiamo sommare i valori di K e S di diversi pigmenti per ottenere il comportamento complessivo della miscela.

Ad esempio, se abbiamo il 20% di un pigmento blu e il 10% di un pigmento giallo, possiamo moltiplicare i valori di K e S di ciascun pigmento per la loro percentuale e poi sommarli insieme.

Questo ci permette di prevedere il colore finale della miscela senza dover sperimentare fisicamente.

Processo di formulazione del colore

Il processo di formulazione del colore si basa su curve di riflettanza, che rappresentano come un materiale riflette la luce a diverse lunghezze d’onda.

Per ogni materiale, pigmento o pasta concentrata, i valori di K e S vengono calcolati in via preventiva e memorizzati in un file colorante, che contiene tutte le informazioni necessarie per formulare un colore specifico.

Quando un colorista deve riprodurre un colore, confronta lo spettro di riflettanza del colore desiderato con quello di una miscela di pigmenti presenti nel file colorante.

Utilizzando i valori di K e S del file colorante, il colorista può calcolare la miscela necessaria per ottenere il colore il più vicino a quello dello standard, che corrisponde a riprodurre una curva di riflettanza il più possibile identica a quella dello standard.

Per formulare un colore in modo strumentale, dunque, si dovrà avere a disposizione un file colorante e una curva di riflessione relativa allo standard.

Strumenti e software di formulazione del colore

Per formulare il colore i coloristi utilizzano software specializzati, che hanno due obiettivi principali:

• Scegliere correttamente i materiali e i pigmenti che entrano in gioco per quel tipo di formulazione in funzione della cromaticità da trattare.

Un lavoro non sempre facile, perché spesso i software, per fornire risposte in tempi accettabili, testano semplicemente alcune combinazioni di pigmenti e se i pigmenti scelti non sono quelli giusti, il risultato sarà impreciso.

Ad esempio, un tipico processo di formulazione prevede l’uso di quattro pigmenti in una formula e rapido calcolo delle combinazioni di pigmento. Ma se si considera un insieme di 12 pigmenti, allora, le combinazioni da analizzare sono 495 e per ogni combinazione si dovranno affrontare calcoli molto più complicati, che comportano tempi importanti di esecuzione.

• Riuscire a calcolare i giusti quantitativi per ottenere la proporzione migliore in assoluto dei materiali, così da ottenere uno spettro il più simile possibile allo spettro standard.

Anche questo, un lavoro non facile da eseguire, perché si tratta di risolvere equazioni lineari e non lineari.

La vera sfida, dunque, è trovare i pigmenti giusti e calcolare le proporzioni esatte per ottenere il colore desiderato.

Per approfondire le Soluzioni Software di Color Work Desk dedicate alla Colorimetria visitare la pagina  “Software di colorimetria su server.

Verifica del risultato finale

Una volta formulato il colore in modo teorico, è fondamentale verificare nel concreto che il risultato sia corretto, riproducendo fisicamente la formula.

I coloristi confrontano lo spettro di riflettanza del colore riprodotto fisicamente con quello dello standard desiderato o utilizzano le differenze con parametri L, a* e b*, che rappresentando le coordinate del colore nello spazio tridimensionale CIELab.

Per approfondire l’argomento dello spazio colore CIElab leggi anche “A cosa serve e come funziona lo Spettrofotometro”.

Se, infatti, ci sono delle differenze significative tra lo spettro formulato e lo spettro standard, il colorista sa che la formulazione non è ancora perfetta e dovrà apportare delle modifiche alla miscela per avvicinarsi ulteriormente allo standard.

Oggi e domani: quale futuro per la colorimetria?

La formulazione del colore è, dunque, un processo sofisticato e scientifico, che richiede una profonda comprensione della fisica della luce e dell’interazione tra materiali e pigmenti.

Oggi grazie a modelli matematici come il Kubelka-Munk e all’uso di software avanzati, i coloristi possono prevedere con precisione il colore finale e ottenerlo attraverso calcoli accurati.

La colorimetria, unendo scienza e creatività, permette di realizzare colori che rispondono perfettamente alle esigenze estetiche e funzionali in settori dove la precisione del colore è fondamentale, come l’industria tessile, automobilistica e delle vernici.

Le tecnologie per la formulazione del colore sono però in continua evoluzione e, in futuro, potremmo vedere algoritmi ancora più sofisticati e strumenti che renderanno il processo di formulazione ancora più efficiente e preciso.

ColorWorkDesk: le migliori tecnologie per la formulazione del colore oggi sul mercato

La tecnologia ColorWorkDesk combina l’utilizzo di strumenti all’avanguardia, come gli spettrofotometri portatili e da banco CWD, la profonda conoscenza della fisica del colore e delle sue proprietà e la modellazione matematica ottenuta tramite server centralizzati e software avanzati.

Questi elementi la pongono come soluzione ideale e innovativa sul mercato per una colorimetria efficace ed efficiente destinata ai più diversi settori industriali.