CRI LED, TLCI y R9: calidad del color

CRI led y calidad cromática: por qué importa el color

Antes de adentrarnos en las métricas específicas, es esencial entender de qué estamos hablando. La calidad cromática, o reproducción del color, describe el efecto de una fuente de luz sobre el color aparente de los objetos. No es una propiedad intrínseca de la luz misma, sino el resultado de la interacción entre el espectro de emisión de la fuente y las propiedades de reflexión espectral de los objetos.

Una lámpara – a menudo comparada con la luz natural del sol al mediodía o con un cuerpo negro a la misma temperatura de color – posee un espectro continuo y completo que contiene energía en todas las longitudes de onda del visible. Esto le permite iluminar cualquier color, reflejado por el objeto en su totalidad, devolviendo una percepción fiel y rica.

Las fuentes artificiales, especialmente aquellas con espectro discreto como los LED, pueden presentar "huecos" o picos acentuados en algunas bandas espectrales, lo que lleva a distorsiones más o menos marcadas. Evaluar estas distorsiones de manera objetiva y estandarizada es el objetivo de los índices que analizaremos.

El CRI (Color Rendering Index): definición, historia, características

El CRI, o Índice de Reproducción Cromática, es la métrica históricamente más utilizada y reconocida a nivel internacional. Desarrollado por la Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) y formalizado en la publicación CIE 13.3 (1995), el CRI proporciona una evaluación comparativa de la capacidad de una fuente de luz para reproducir colores en comparación con una fuente de referencia.

Es fundamental subrayar que el CRI led no mide la "belleza" o la "saturación" de los colores, sino su fidelidad respecto a una referencia. Un CRI alto indica que los colores aparecerán muy similares a como aparecerían bajo la fuente de referencia, dadas las mismas condiciones de adaptación cromática del observador.

¿Qué es el CRI? Definición técnica y base conceptual

El CRI led, acrónimo de Color Rendering Index, es un índice cuantitativo que mide el grado de correspondencia entre el color percibido de un objeto iluminado por una fuente en prueba y el color percibido del mismo objeto iluminado por una fuente de referencia, cuando ambas fuentes tienen la misma temperatura de color correlacionada (CCT). El índice se basa en el concepto de desplazamiento cromático.

En términos prácticos, se seleccionan una serie de muestras de color estandarizadas (originalmente 8, extendidas a 14), se calcula cómo cada una de estas muestras se desplaza en el espacio de color CIE 1964 (U\*, V\*, W\*) cuando es iluminada por la fuente en prueba respecto a la fuente de referencia. Mayor es el desplazamiento, menor será la reproducción para esa muestra particular. La media aritmética de los valores obtenidos para las primeras 8 muestras (de R1 a R8) proporciona el CRI general, denominado Ra (donde "a" significa "average", media).

La pregunta "¿Qué es el CRI?" encuentra entonces respuesta en un algoritmo preciso:

1) se determina la CCT de la fuente en prueba;

2) se elige como referencia un cuerpo negro de Planck (para CCT < 5000K) o un espectro de luz diurna CIE (para CCT ≥ 5000K) a la misma CCT;

3) se calculan las coordenadas cromáticas de las muestras bajo la fuente en prueba y bajo la referencia;

4) se aplica una transformación para corregir las diferencias de adaptación cromática (utilizando la transformación de von Kries);

5) se calcula la diferencia de color ΔEi para cada muestra i. 6) Se convierte cada ΔEi en un índice particular Ri mediante la fórmula: Ri = 100 - 4.6 * ΔEi;

7) el Ra (o CRI general) es la media aritmética de R1, R2, ..., R8.

Las muestras de color del CRI led: los índices especiales de R1 a R14

La elección de las muestras de color es crítica. Las primeras 8 muestras (R1-R8) son colores pastel de saturación media, representativos de pigmentos comunes. Son útiles para una evaluación genérica pero pueden ocultar carencias espectrales específicas. Por esto, la CIE introdujo 6 muestras suplementarias (R9-R14), más saturadas, que prueban regiones espectrales específicas.

El índice R9 merece una mención especial. Dado que muchos LED blancos (especialmente aquellos basados en fósforos azul+amarillo) emiten poco en el espectro rojo profundo (alrededor de los 630-660 nm), el valor R9 es a menudo muy bajo (incluso negativo) a pesar de un Ra elevado. Un LED con Ra 90 y R9 < 20 reproducirá los rojos apagados, grisáceos y poco vibrantes. Para aplicaciones críticas, especificar un valor R9 mínimo (ej. R9 > 50 o R9 > 80) es una práctica profesional indispensable.

¿Cómo se calcula el CRI led? El proceso paso a paso

El cálculo manual del CRI es complejo y requiere instrumentación espectroradiométrica y software especializado. Sin embargo, comprender el flujo lógico es fundamental para interpretar correctamente el resultado. El proceso se desarrolla en una cadena de operaciones matemáticas y cromáticas:

1. Medición espectral: se adquiere el espectro de potencia radiante de la fuente en prueba (SPD - Spectral Power Distribution) en el intervalo 380-780 nm;
2. Cálculo de la CCT: a partir del espectro, se calculan las coordenadas cromáticas (x,y) y se determina la Temperatura de Color Correlacionada (CCT) de la fuente en prueba;
3. Elección de la referencia: según la CCT, se genera matemáticamente el espectro de la fuente de referencia (cuerpo negro o luz diurna CIE);
4. Cálculo de las coordenadas de las muestras: para cada una de las 14 muestras, de las que se conoce la reflectancia espectral, se calculan las coordenadas de cromaticidad y luminancia bajo la fuente en prueba y bajo la referencia, en el espacio de color CIE 1964 U\*V\*W\* (un espacio uniforme en el que las distancias corresponden aproximadamente a las diferencias perceptivas);
5. Corrección de la adaptación cromática (Chromatic Adaptation): dado que el ojo humano se adapta a las diferentes temperaturas de color, se aplica una transformación (CIE CAT) a las coordenadas de la fuente en prueba para simular su visión en el mismo estado de adaptación que la referencia;
6. Cálculo de las diferencias de color (ΔE): para cada muestra i, se calcula la diferencia de color ΔEi en el espacio U\*V\*W\* entre su apariencia bajo la referencia y bajo la fuente en prueba (corregida);
7. Conversión en Índices Parciales (Ri): cada ΔEi se convierte en un índice parcial Ri: Ri = 100 - 4.6 * ΔEi. El coeficiente 4.6 escala el resultado para que una lámpara de vapor de sodio a alta presión, con escasa reproducción cromática, tenga un CRI alrededor de 25. Un ΔE igual a 0 (ninguna diferencia) da Ri=100;
8. Cálculo del Ra (CRI General): el valor Ra (o CRI) es la media aritmética de los primeros 8 índices parciales: Ra = (R1 + R2 + ... + R8) / 8.

La fórmula del índice de reproducción cromática, en su núcleo, es por lo tanto Ri = f(ΔEi) = 100 - k * ΔEi, donde k es una constante de normalización. La complejidad reside enteramente en el cálculo preciso de ΔEi, que debe tener en cuenta todos los factores psicofísicos de la visión del color.

Los límites del CRI led y el nacimiento de nuevas métricas: TLCI y TM-30-18

A pesar de su difusión, el CRI presenta limitaciones críticas, surgidas especialmente con la llegada de las fuentes LED. Estos límites han impulsado la investigación hacia métricas alternativas más robustas.

Críticas al método CRI: por qué a veces un CRI alto no es suficiente

Las principales críticas al CRI led son de naturaleza técnica y perceptiva:

• Elección de las muestras: las muestras pastel (R1-R8) no son representativas de colores saturados reales. Una fuente puede tener un Ra alto pero una pésima reproducción de los rojos (R9) o de los verdes (R11);
• Fuente de referencia: la referencia es siempre un espectro de cuerpo negro o luz diurna, incluso para fuentes con espectros muy diferentes (ej. LED de picos múltiples). Esto puede llevar a evaluaciones no equitativas;
• Espacio de color obsoleto: el espacio CIE 1964 U\*V\*W\* ha sido superado por espacios más uniformes como CIELAB o CIELUV. La no-uniformidad puede pesar de manera diferente en distintas regiones cromáticas;
• Falta de indicadores de preferencia: el CRI mide la fidelidad, no la preferencia. Estudios muestran que a menudo los observadores prefieren una ligera exaltación de la saturación, especialmente en el ámbito retail. Una métrica de pura fidelidad no captura este aspecto.
• Problemas con fuentes de CCT muy alta o baja: el método se vuelve inestable para CCT muy fuera del rango 2500K-6500K.

Estas críticas han dejado claro que el Ra por sí solo es un indicador insuficiente para una evaluación profesional completa. Es necesario examinar los índices suplementarios, en primer lugar el R9, y considerar métricas más modernas.

El TLCI (Television Lighting Consistency Index): el estándar para broadcast

Con la transición de la televisión de analógica a digital y de SD a HD y 4K, la necesidad de un control cromático estricto para las luces de estudio se volvió apremiante. El CRI, diseñado para la observación humana, no tenía en cuenta la respuesta de las cámaras digitales. La European Broadcasting Union (EBU) desarrolló entonces el TLCI (Television Lighting Consistency Index), estandarizado como EBU Tech 3353 y luego adoptado también por la CIE.

El TLCI responde a una pregunta específica: "¿Cómo aparecerán los colores cuando sean captados por una cámara estándar y reproducidos en un monitor de referencia?" Sustituye al observador humano por un modelo de cámara electrónica estandarizada, simulando toda la cadena de adquisición, procesamiento de señal y visualización.

TLCI: qué es y cómo funciona

La metodología TLCI-2012 (y la posterior TLCI-2015) sigue este esquema:

1. Modelo de cámara: se utiliza un modelo matemático de una cámara HD con características espectrales de respuesta de los filtros RGB definidas por la recomendación ITU-R BT.709;
2. Set de muestras: se utiliza un set de 18 muestras de color (incluyendo colores de la piel, colores del logo EBU, colores saturados), más representativos de un escenario televisivo;
3. Simulación de la cadena de señal: para cada muestra, se simula:
   • la respuesta RGB de la cámara bajo la fuente en prueba y bajo una fuente de referencia D65;
   • la corrección del balance de blancos automático (AWB) de la cámara;
   • la corrección gamma y la codificación de la señal de video;
   • la decodificación y visualización en un monitor de referencia calibrado (también conforme a BT.709).
4. Cálculo de las diferencias de color: se calcula la diferencia de color ΔE (en el espacio CIELAB) entre la imagen de la muestra bajo la fuente en prueba y bajo la referencia D65, después de toda la cadena de procesamiento;
5. Asignación del valor TLCI: las diferencias de color ΔEi se convierten en un índice cualitativo (Qa) y luego en una puntuación TLCI en una escala de 0 a 100, con una aproximación a 5 puntos. La conversión es tal que:
   • TLCI ≥ 85: excelente. No se necesita corrección de color en postproducción;
   • TLCI entre 70 y 85: bueno. Podrían ser necesarias pequeñas correcciones;
   • TLCI entre 50 y 70: aceptable. Serán necesarias correcciones sustanciales;
   • TLCI < 50: insuficiente. Incluso con correcciones, los resultados serán deficientes.

La diferencia fundamental entre CRI y TLCI reside en el "detector": el ojo humano adaptado cromáticamente para el CRI, el sistema cámara-monitor estandarizado para el TLCI. Para un lighting designer que trabaja en televisión, cine o videoproducción, el TLCI es un parámetro más fiable y directo que el CRI para predecir el comportamiento de las luces frente al objetivo.

La métrica TM-30-18: la evolución moderna de la evaluación cromática

Para responder sistemáticamente a todas las críticas del CRI, la Illuminating Engineering Society (IES) norteamericana desarrolló el método TM-30-18 (IES Method for Evaluating Light Source Color Rendition). Este estándar no se presenta como un solo número, sino como un conjunto de valores y gráficos que proporcionan un análisis multidimensional.

TM-30-18 introduce dos índices principales y herramientas visuales:

• Rf (Fidelity Index): Índice de Fidelidad. Similar al CRI, pero basado en 99 muestras de color reales (tejidos, pinturas, materiales naturales, piel, follaje), un espacio de color más moderno (CAM02-UCS) y una fuente de referencia que es el promedio de muchas fuentes reales de alta reproducción, no solo el cuerpo negro/luz diurna. Rf va de 0 a 100.
• Rg (Gamut Index): Índice de Gama. Mide el cambio promedio de saturación. Un valor Rg = 100 indica que la fuente en prueba, en promedio, no altera la saturación respecto a la referencia. Rg > 100 indica un aumento promedio de la saturación, Rg < 100 una disminución. Esto distingue fidelidad (Rf) de "viveza" (Rg).
• Herramientas Gráficas: proporciona un diagrama vectorial que muestra, para 16 tonos de color (hue bins), si la fuente tiende a saturar o desaturar y a desplazar la tonalidad. También proporciona un gráfico del espectro de emisión.

TM-30-18 representa el estado del arte en la evaluación de la reproducción cromática, ofreciendo un cuadro informativo mucho más rico y fiable que el solo Ra. Aunque aún no está ampliamente reportado en las fichas técnicas de los LED, su adopción está creciendo en el sector profesional.

Eficiencia luminosa y eficiencia energética: el balance con la calidad cromática

Un capítulo imprescindible en la elección de un LED profesional es la relación entre calidad cromática y eficiencia. A menudo existe un trade-off entre un alto CRI led/TLCI y la eficiencia luminosa (lúmenes/vatio). Comprender esta relación es fundamental para optimizar el proyecto de iluminación tanto en términos de rendimiento visual como de consumo energético.

Definición de eficiencia luminosa y eficiencia energética

Es importante distinguir dos conceptos a menudo confundidos:

• Eficiencia luminosa (luminous efficacy) de una fuente: es la relación entre el flujo luminoso total emitido (en lúmenes, lm) y la potencia eléctrica absorbida (en vatios, W). Se mide en lm/W. Fórmula: η = Φ / P, donde η es la eficiencia luminosa, Φ es el flujo luminoso, P es la potencia absorbida. Indica cuán eficiente es una fuente en convertir la energía eléctrica en luz visible;
• Eficiencia energética (energy efficiency): concepto más amplio que considera el sistema completo (fuente + alimentador + sistema de control) y el uso final. Puede referirse al consumo total de un edificio o una aplicación. Una lámpara eficiente (alto lm/W) contribuye a la eficiencia energética general;
• Flujo luminoso (Luminous Flux - Φ): medida de la potencia luminosa percibida por el ojo humano, ponderada según la curva de sensibilidad fotópica estándar V(λ). Se mide en lúmenes (lm). Responde a la pregunta: "¿Cuánta luz emite en total esta fuente?"

La relación entre espectro LED, CRI y eficiencia luminosa

Para entender el trade-off, hay que mirar la física del LED blanco. La mayoría de los LED blancos utiliza un chip que emite luz azul (alrededor de 450 nm) que excita un fósforo amarillo (como el YAG:Ce) colocado encima. La mezcla de azul residual y luz amarilla del fósforo da la sensación de blanco. Este sistema es muy eficiente porque convierte bien la energía. Sin embargo, el espectro resultante está compuesto esencialmente por dos picos (azul y una amplia banda amarillo-verde), con poco rojo profundo. Esto produce un R9 bajo y un CRI generalmente en el orden de 70-80, pero una eficiencia luminosa muy alta (hasta 200 lm/W para los mejores en laboratorio).

Para aumentar el CRI led y en particular el R9, los fabricantes deben modificar la composición del fósforo. Añadiendo fósforos rojos (ej. nitruros u oxinitruros dopados con Eu2+) o utilizando mezclas de fósforos verdes y rojos (enfoque "a múltiples fósforos" o "viola/azul de bombeo + fósforos múltiples"), se llena el espectro en la región roja y se mejora la reproducción de todas las muestras. Sin embargo, estos fósforos adicionales a menudo tienen una eficiencia de conversión inferior a la del clásico fósforo amarillo YAG:Ce, y absorben parte de la luz emitida por otros fósforos (reconversión). El resultado es una pérdida de eficiencia luminosa general.

Comparación práctica: eficiencia luminosa en función del CRI led y del R9

La siguiente tabla ilustra, a título indicativo, la tendencia típica de la eficiencia luminosa para módulos LED COB (Chip-on-Board) de potencia similar (alrededor de 3000K CCT) al variar los índices de reproducción cromática. Los valores son representativos del mercado profesional.

La elección se convierte entonces en un balance entre exigencias de proyecto: ¿es más importante maximizar la eficiencia energética (y reducir los costos operativos y el número de puntos de luz) o maximizar la calidad cromática (y por lo tanto la experiencia visual y la valorización de los ambientes y objetos)? En los proyectos profesionales, es práctica calcular el flujo total requerido y, en base al lm/W elegido, dimensionar la potencia instalada. Un lm/W más bajo puede significar más luminarias o luminarias más potentes, con un posible aumento de los costos iniciales y de la potencia contratada.

Aplicaciones prácticas y líneas guía para la elección

Proporcionamos ahora una síntesis operativa para guiar la selección de las fuentes LED según el contexto de aplicación, integrando todos los parámetros discutidos.

Líneas guía para sectores específicos

1. Retail y visual merchandising

Objetivo: exaltar los productos, hacer los colores atractivos y fieles, crear atmósferas agradables.

• Ropa y tejidos: fundamental un CRI led > 90 y R9 > 50. El R9 alto garantiza rojos vibrantes (ej. camisetas, vestidos rojos, tonos cálidos de piel en maniquíes). Considerar también R13 (tonos de piel). TM-30-18 con Rg ligeramente >100 puede aumentar el atractivo.
• Joyería y relojería: CRI > 95, R9 > 90. La reproducción de piedras preciosas (esmeraldas, rubíes, zafiros) y metales (oro, platino) requiere un espectro completo y uniforme. Atención a los picos espectrales que pueden crear reflejos antinaturales.
• Alimentación y supermercados: crítico para carne, fruta, verdura. CRI > 90, R9 > 80 es esencial para hacer aparecer la carne fresca y roja, los tomates maduros, las verduras vivas. CCT cálidas (2700K-3000K) para secciones de gastronomía, más frías (4000K) para secciones de frutería y verdulería.

2. Museos, galerías de arte y patrimonio cultural

Objetivo: máxima fidelidad cromática para respetar la intención del artista, minimizar el daño fotoquímico.

• Pinturas y obras de arte: CRI > 95, R9 > 90. Preferir LED con espectro continuo o casi, evitando picos acentuados. El TM-30 Rf es un excelente indicador. Evaluar fuentes con CRI 98-99 (como las reproducciones del espectro de luz diurna) para las aplicaciones más críticas.
• Iluminación de acento: además del color, controlar la distribución de la luz (ángulo de haz) y la ausencia de UV/IR para la conservación.

3. Broadcast, cine y fotografía profesional

Objetivo: reproducción cromática precisa y coherente a través de cámaras y películas.

• Estudio de TV y videoproducción: el parámetro primario es el TLCI. Buscar luces con TLCI ≥ 85 (indicado como "Clase A"). Controlar también la consistencia de la CCT entre diferentes unidades (para evitar dominantes de color diferentes entre una luz y otra);
• Cine: además de un TLCI alto, a menudo se requiere una CCT precisa (ej. 3200K para tungsteno, 5600K para luz diurna) y un alto índice de fidelidad (CRI/TM-30 Rf). La posibilidad de atenuar sin desplazamiento cromático (CCT estable al variar la intensidad) es crucial.

4. Oficinas, escuelas y healthcare

Objetivo: confort visual, productividad, precisión en las actividades.

• Oficinas y Aulas: CRI > 80 se considera el mínimo. Para largas horas de trabajo, CRI > 85-90 reduce la fatiga visual y mejora la percepción de los detalles (ej. gráficos, códigos de colores). Combinar con una CCT adecuada (4000K para concentración).
• Healthcare (Diagnóstico y Salas de Visita): en el ámbito médico, la reproducción de la piel y sus tonos es vital. CRI > 90, con particular atención a R9 (para eritemas, cianosis) y R13/R15 (tonos de piel). Estándares como la IEC 60601-2-41 para la iluminación quirúrgica prescriben CRI muy estrictos.

CRI led y evaluación cromática: para aplicaciones realmente profesionales

La evaluación de la calidad cromática de las fuentes LED para aplicaciones profesionales ya no puede confiarse únicamente al valor CRI (Ra). Una especificación profesional avanzada debe incluir una serie de parámetros como:

1. Temperatura de color correlacionada (CCT): la tonalidad de blanco base (ej. 2700K, 3000K, 4000K);
2. Índice de reproducción cromática general (CRI - Ra): un primer indicador de fidelidad, pero que no debe considerarse aisladamente;
3. Índices CRI especiales, en particular R9 (rojo saturado): fundamental para entender el rendimiento en el rojo. Considerar también R13 (piel) y R15 (piel asiática) si son relevantes;
4. TLCI (si aplicable): obligatorio para aplicaciones de video, broadcast y cinematográficas;
5. Métricas TM-30-18 (Rf, Rg y gráficos): el estado del arte para una evaluación completa y moderna;
6. Eficiencia luminosa (lm/W): para balancear calidad y eficiencia energética, calculando el flujo total necesario y los consumos;
7. Consistencia y estabilidad: la CCT y el CRI deberían ser consistentes entre lotes y estables en el tiempo y al variar la temperatura de unión y la atenuación.

Invertir en fuentes LED de alta calidad cromática significa invertir en la percepción, el confort y el valor del espacio iluminado. Ya sea para vender más productos, para apreciar plenamente una obra de arte, para transmitir una imagen perfecta en televisión o para trabajar en un ambiente sano y agradable, la profundidad y la precisión de la información proporcionada por la luz son, en definitiva, la medida de su calidad profesional. Ledpoint.it, con su selección de productos de altísimo rendimiento cromático y el soporte técnico especializado, se posiciona como socio de referencia para los profesionales que no pretenden hacer concesiones en la calidad de la luz.