Оценка поверхности бумаг и связь измерений со стандартами

Максим Синяк, канд. техн. наук, международный технический эксперт компании X-Rite

Описание бумаг в стандарте ISO 12647-2

Прозрачность и светопроницаемость

Белизна и яркость

Измерение глянца

Говоря о международных стандартах для офсетной печати серии ISO 12647, хотелось бы обратить внимание на величины оценок бумаг и их связь с остальными значениями для триадных красок. При выполнении измерений эта связь во многих случаях упускается из виду. А ведь именно табл. 1 в дополнении стандарта 12647-2 (часть 4.3.2.1) от 2007 года для офсетной листовой печати является первоочередной для достижения стандартных колориметрических значений.

Описание бумаг в стандарте ISO 12647-2

Начнем с того, что рассмотрим таблицу из стандарта более внимательно. В ней приведены пять различных типов бумаг, которые чаще всего используются для полиграфических нужд. Было бы неправильно утверждать, что все применяемые на производстве бумаги должны в точности совпадать с приведенными в таблице. Однако, когда мы говорим о стандарте 12647­2, то под стандартизованными параметрами печати понимается использование расходных материалов в соответствии со стандартом. Проиллюстрировать это можно очень просто: при применении красок, не отвечающих по колориметрическим параметрам стандарту ISO 2846 (краски для офсетной печати), достичь «верных» значений при печати невозможно. При использовании бумаг, имеющих тот или иной оттенок, например красноватый или содержащий чрезмерно много оптического отбеливателя, добиться требуемых значений также не удается.

Как видно из таблицы, бумага оценивалась не только по колориметрическим значениям Lab, но и по оптическим параметрам глянца, белизны, а также по плотности. Эти параметры часто не берутся в расчет, или, лучше сказать, на них не обращают внимания, стараясь соответствовать только колориметрическим значениям.

Рассмотрим оптические свойства бумаги более подробно. Традиционно к ним относятся белизна или цвет, лоск или глянец, прозрачность или светопроницаемость. От них зависят контрастность изображения, качество печати, точность цветопередачи при многокрасочной печати и внешний вид печатной продукции в целом.

Оптические свойства самого материала зависят от того, как и в какой степени проявляются отражение, поглощение и пропускание света.

Прозрачность и светопроницаемость

В бумажной промышленности при рассмотрении оптических свойств бумаги условно различают понятия светопроницаемости и прозрачности. Способность тела пропускать свет называется светопроницаемостью, она выражается коэффициентом светопроницаемости. Частным случаем светопроницаемости является прозрачность — пропускание света без рассеяния. Примером прозрачного материала является стекло. Для бумаги больше характерна светопроницаемость с рассеянием света, обусловленным многократным преломлением его в дисперсионно­пористой структуре бумаги.

Оценочные значения бумаг по стандарту ISO 12647-2

Прозрачностью бумаги называется степень видимости в отраженном свете через бумагу знаков и рисунков, нанесенных на подложке. Хотя методы определения светопроницаемости и прозрачности принципиально различаются, тем не менее эти два понятия неразрывно связаны. Наиболее светопроницаемая бумага будет и наиболее прозрачной. Это дает основание условно именовать бумагу, отличающуюся высокой степенью светопроницаемости и прозрачности, одним термином — высокопрозрачная бумага.

В принципе, светопроницаемость является недостатком бумаги, так как делает видимым напечатанное на оборотной стороне оттиска. Для практической характеристики светопроницаемости пользуются условным и обобщенным показателем непрозрачности — отношением количества света, отраженного от листа бумаги на черной подложке, к свету, отраженному от светонепроницаемой стопы той же бумаги. Именно поэтому в стандарте в качестве основных берут значения для черной подложки, а для белой они приводятся как справочные.

Светопроницаемость бумаги зависит от вида использованных полуфабрикатов, степени их помола, наличия в композиции бумаги наполняющих и окрашивающих веществ, а также от характера поверхности бумаги.

Режим сушки бумаги при ее производстве также оказывает влияние на светопроницаемость. При изготовлении высокопрозрачной бумаги обычно максимально удаляют воздух из листа, а перенос влаги осуществляется лишь жидкостью.

Наличие красителя в бумаге приводит к возрастанию светопоглощения, в связи с чем уменьшается ее светопроницаемость. Оценочные измерения степени прозрачности бумаг проводятся на фотометрическом приборе — лейкометре.

Белизна и яркость

Белизна (whiteness) — свойство бумаги отражать большую часть падающего на нее света рассеянно и равномерно по всей видимой части спектра. Во­первых, это означает, что, благодаря шероховатой поверхности, бумага рассеивает отраженный свет в разных направлениях, в отличие от зеркального отражения, когда угол отражения равен углу падения (рис. 1). Во­вторых, при отражении спектральный состав света не изменяется и при освещении естественным солнечным светом отраженный свет будет ахроматическим.

Рис. 1. Пример рассеивания света от поверхности и используемые углы измерения

Количественно белизна выражается коэффициентом отражения, то есть отношением количества отраженного света к падающему — это первая характеристика белизны. Различие коэффициентов отражения в разных зонах спектра указывает на отклонение от белизны. При наличии того или иного отклонения возникает цветовой оттенок.

Наиболее часто встречающимся отклонением от белизны у печатных бумаг является желтизна, проявляющаяся в пониженном отражении в синей зоне спектра. В этой зоне наблюдаются наибольшие различия кривых отражения разных видов бумаг, а также происходят наибольшие изменения при последующей отделке и выцветании. Поэтому за показатель белизны берут значение коэффициента отражения (или, говоря языком стандарта, яркости (Brightness)), измеренного через синий светофильтр с длиной волны 457 ± 5 нм. Одна из причин этого кроется в восприятии человеческим глазом голубой и желтой зон спектра. Яркость использовалась изначально для тестирования эффективности отбеливания. У отбеленной бумаги спектральная кривая имеет ярко выраженную зону возмущения в голубой и фиолетовой зонах спектра (рис. 2). Это также обеспечивает очень хороший способ измерения и сравнения бумаг при их старении.

Параметр «белизна» относится ко всему распределенному спектру. Если бумага действительно белая, то она будет иметь высокую степень отражения и не будет поглощать одну выделенную длину волны больше, чем другие; внешне такая бумага будет выглядеть белой под нормированным источником света. Появление оттенка на бумаге свидетельствует о поглощении всех волн и отражении какой­то специфической.

Рис. 2. Спектральные кривые отражения бумаг и эффект оптического отбеливателя

Пользуясь коэффициентом отражения, можно в широких пределах характеризовать материалы по их оптическим свойствам — от очень белых до темно­серых и практически черных. Цветной оттенок бумаги создает различную контрастность при восприятии разных цветов, а это нарушает цветопередачу при воспроизведении цветных оригиналов.

Измерение величин белизны и яркости можно проводить на спектрофотометрах различных компаний, в том числе на спектрофотометре SpectroEye компании X­Rite. На рис. 3 приведены все возможные оценочные параметры для бумаг, используемые в данном спектрофотометре.

Рис. 3. Параметры белизны в спектрофотометре SpectroEye

Глянец, блеск, глосс, лоск и т.д.

К сожалению, в полиграфической практике существует сравнительно много слов, описывающих один и тот же эффект, процесс или явление, что порой приводит в замешательство. Например, эффект направленного отражения света может называться лоском, глянцем, блеском, глоссом, а для металлизированных поверхностей — еще и зеркальным отражением.

В Российской Федерации стандарт распространяется на понятие «блеск», определение которому дано в ГОСТ Р 52663­2006. Блеск — это отношение светового потока, отраженного от образца в зеркальном направлении к приемнику (источник и приемное устройство расположены под заданным углом), к световому потоку, отраженному в зеркальном направлении от стекла с показателем преломления 1,567 при длине волны 587,6 нм. Это определение предназначено для характеристики лакокрасочных покрытий, тем не менее данный термин часто применяется для описания полиграфических материалов — как лаков, так и бумаг.

Для избежания путаницы разделим вышеназванные понятия. Блеск — физический признак поверхности, который может быть ярким или блестящим, металлическим или матовым, тогда как глянец — это эффект визуального восприятия объекта. Чем больше прямого света отражено, тем более очевидным будет проявление блеска, а поверхность будет казаться более глянцевой.

Еще один термин, не очень часто используемый в современной практике, но, тем не менее, принятый в классической полиграфической литературе нашей страны, — лоск. Он характеризуется проявлением частичного зеркального отражения, когда на фоне рассеянного отражения наблюдается его максимум в направлении угла отражения, равного углу падения, то есть возникает блик. Это создает оптический эффект, используемый при печатании обложек, рекламных и иллюстрированных изданий. Степень лоска выражается разностью между количеством света, отраженного зеркально и рассеянно.

Чисто технически понятия «лоск» и «блеск» являются синонимами, однако в некоторых спецификациях и переводах международных стандартов они носят различную смысловую нагрузку и имеют разные единицы измерения.

Наконец, глосс — слово­хамелеон, которое в зависимости от перевода может обозначать как глянец, так и лоск или блеск.

В статье мы примем допущение и будем употреблять слово «глянец» для описания визуального эффекта.

Измерение глянца

Эффект глянца основан на взаимодействии света и поверхности с ее физическими свойствами. Человеческий глаз до сих пор остается лучшим инструментом для оценки различия в глянце. Однако визуального поверхностного контроля недостаточно, потому что условия оценки не определены и люди видят и судят по­разному.

Для оценки глянца существует прибор, называемый глянцметр (глоссметр) или блескометр, который в соответствии с указанным выше ГОСТом имеет простую оптическую схему и состоит из источника света и линзы, направляющей пучок параллельных лучей на испытуемую поверхность. В приемном устройстве, состоящем из линзы, полевой диафрагмы и фотоэлемента, воспринимающего отраженный свет в заданном телесном угле, интенсивность света фиксируется с малым шагом угла отражения и всегда зависит от измеряемого материала и угла освещения. В случае неметаллических поверхностей (пластиков, кроющих материалов) количество отраженного света увеличивается с ростом угла освещения. Остаток света проникает в материал, абсорбируется или отражается в зависимости от цвета. Металлические и металлизированные поверхности имеют более высокую степень отражения и меньше зависят от ориентации прибора на измеряемом образце, чем неметаллические.

Рис. 4. Прибор для измерения глянца — модель ZGM 1120 компании Zehntner, работающая по стандарту Tappi T480 (75°)

Прибор для измерения глянца — глянцметр — довольно прост по конструкции и основан на простейшей идее измерения. Неполяризованный белый свет собирается линзой в пучок света на поверхности, расположенной в фокальной плоскости линзы источника. Отраженный свет собирается другой линзой и попадает на фотоприемник. На рис. 4 показан общий вид прибора компании Zehntner, европейского лидера в производстве приборов для измерения глянца. Данная модель используется для определения глянца бумаг стандарта ISO 12647­2.

При калибровке прибора применяется полированный черный стеклянный «стандарт» с показателем преломления 1,567. Для этого калибровочного эталона установленное значение блеска составляет 100 единиц блеска при стандартизованных углах измерения, например 20, 60, 75 и 85°. Проведение оценки под стандартизованным углом освещения/измерения — наиважнейший критерий для правильной оценки.

Полированные металлы, зеркала и определенные типы фольги имеют намного более высокий преломляющий индекс, чем лаки, поэтому очень часто можно получить существенно более высокое значение блеска, иногда достигающее, например, 2000 единиц у металлизированных поверхностей. Для подобных материалов обычно используется процент отражения, а не единицы глянца.

Традиционно размерность результатов измерений для красок и лаков обозначается шкалой от 0 до 100 условных единиц глянца.

Для прозрачных материалов значение глянца повышается путем мультиплицирования отражения в самом материале, что говорит не о невозможности измерять глянец, а о необходимости правильно подбирать подложку для его измерения и угол измерения.

В основу каждого индустриального стандарта определения глянца положено субъективное восприятие человека для того или иного вида изделий. Высокий показатель глянца для бумаги не может применяться для автомобильного производства и наоборот. Мы оцениваем поверхность, концентрируя взгляд на отраженном изображении источника света. Чтобы гарантировать качество, необходимо определить измеряемые и/или оценочные критерии. Гладкие и полированные поверхности отражают падающий свет более отчетливо, а падающий свет отражается от поверхности только в главном направлении. На грубых поверхностях свет рассеян во всех направлениях, и визуальное восприятие совершенно иное: отраженный от объекта свет больше не кажется блестящим или глянцевым — он тусклый. Чем более однородный свет рассеян, тем менее интенсивное отражение в главном направлении и более тусклое изображение.

Чтобы четко провести разницу между высоким и низким глянцем, используется несколько углов. Угол 20° обычно применяется для измерения высокоглянцевых поверхностей, 60° — для среднеглянцевых поверхностей, 85° — для низкоглянцевых поверхностей. Для других видов производства используются и другие стандартизованные углы, например угол 75° для пластиковых материалов и бумаги, 45° для винила.

Разница в измерениях по различным стандартам с применением разных углов состоит в том, под каким углом падает и принимается свет и соответственно образуется пятно отраженного света (рис. 5).

Рис. 5. Различные апертуры измерения глянца

Измерения глянца в полиграфии, упомянутые в стандарте 12647­2, основаны на стандарте 8254­1 и проводятся по методу TAPPI Т480.

Не всегда, но довольно часто глянец является мерой качества поверхности оттиска, например понижение блеска покрытой поверхности может указывать на проблемы покрытия, такие как плохая адгезия лака или недостаточная «глянцевитость» лака запечатанной поверхности. Подобные проблемы всегда необходимо рассматривать посредством инструментального контроля.

КомпьюАрт 4'2011