Nota del autor: El Sistema de análisis espectral para la conservación de obras de arte y patrimonio cultural, conocido también como “Método Matisse” fue presentado ante la comunidad científica en el XIX Congreso de restauración celebrado en el 2018 en el Museo Centro Nacional de Arte Reina Sofía. En esta entrada, reproducimos la publicación tal y como fué publicada en las actas del Congreso.
Autores
MICHEL SILVA FINO / TERESA CONTELL VILLAGRASA / ÁLVARO M. PONS MORENO / DANIEL CÁMARA ALBEROLA / MARIA TERESA MARTÍNEZ LÓPEZ / SERGIO RUBIRA
Resumen
En este trabajo se presenta el protocolo de un proyecto de investigación cuyo objetivo es desarrollar un prototipo de iluminación mediante tecnología LED, que mejore las condiciones actuales de iluminación habituales de las salas de exposición de obras de arte aplicando metodologías que utilicen características de la percepción visual.
Para ello, el departamento de Òptica i Optometría i Ciències de la Visió de la Universitat de València, los departamentos de Mantenimiento y Restauración del IVAM y la empresa de Iluminación museográfica MATISSE LIGHTING S.L. proponen aplicar herramientas innovadoras y últimas tecnologías que generen comprobado ahorro energético, respeten las condiciones de conservación preventiva y mejoren la calidad de la iluminación de las obras de arte para disfrute de los usuarios de los museos e instituciones vinculadas al patrimonio histórico-artístico.
Introducción
En 2004, la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) publicó el informe técnico 157-2004 Control del daño por radiación óptica a objetos de museo1, en el que se establecen los protocolos de iluminación de obras artísticas, que se definen desde un equilibrio entre los problemas derivados por la acción fotoquímica de la radiación y los problemas de fidelidad cromática de la visualización obra. Esta norma, ampliamente aceptada, no tiene en cuenta la rápida incorporación de los iluminantes de estado sólido (Light emitting diode, LED), impulsada tanto por cuestiones medioambientales como de ahorro energético, que han dado lugar a diferentes legislaciones que establecen la prohibición de utilización de determinados iluminantes habituales en los museos2,3.
La introducción de este tipo de iluminación presenta no pocas ventajas: por un lado, la restricción al rango visible del espectro de radiación óptica del LED4 evita no solo los problemas derivados de las colas de rango ultravioleta (UV) e infrarrojo (IR) que otros iluminantes tenían, como los basados en lámparas de incandescencia o halogenuros, sino que favorece los procesos de medición óptica al poder utilizar fotometría convencional y no sistemas de medición radiométrica. De esta forma, la necesaria suposición de la componente aportada en cada rango UV o IR por lumen de iluminación visible, que evidentemente no tiene porqué cumplirse en la realidad diaria de los procesos de iluminación, queda minimizada.
En un reciente trabajo, Szabo y Schanda5 concluyeron que la iluminación mediante LED de obras de arte es una de las formas más seguras desde el punto de vista de la preservación de la obra de arte.
Sin embargo, el uso de LEDs no está exento de problemas: aunque, evidentemente, la práctica ausencia de componente UV favorece que la iluminación pueda adquirir valores más elevados que con otros iluminantes, el espectro de emisión de los LED de luz blanca, en general formados por clústeres RGB o mediante capuchas fosforescentes, pueden dar lugar a dos problemas importantes: por un lado, el fuerte componente en la banda azul del visible de esta iluminación es muy energético, por lo que puede dar lugar a reacciones fotoquímicas y, por otro, la baja calidad de la reproducción del color respecto a lámparas de tungsteno o halógenos, lo que puede dificultar la habilidad de percibir diferencias de color por parte del ojo humano . Los trabajos de Mahler et al.6, van der Burgt y van Kemenade7, y Ohno4 describen en general los bajos valores del índice de reproducción de color CIE (CIE-CRI) [F.01].
Estas dos objeciones son fácilmente eludibles con la tecnología actual: los nuevos sistemas de iluminación LED permiten una modificación del espectro de emisión que disminuya el componente azul o, incluso, se adecúe a características visuales más cómodas, por ejemplo, a una iluminación de temperatura de color correlacionada de 5500K como proponen Nascimento y Masuda8, favorece incluso la adecuación a los espectros de absorción de pigmentos de las obras para minimizar el daño9. Esta modificación se puede hacer mejorando la correcta reproducción del color acorde a métricas establecidas como la CIE TC 1-903, la CIE CRI2012 model162 o bien mediante la propuesta de corresponding color color rendering (CCCR) propuesta en el estudio Schanda10,11.
Características específicas de la iluminación LED
Actualmente, la mayoría de museos emplean antiguas tecnologías para la iluminación artificial de sus instalaciones y obras, siendo las más extendidas el halogenuro metálico y el foco halógeno, cuya fabricación está prohibida desde junio de 2017. El motivo por el que este tipo de lámparas aún se emplean es, principalmente, por su accesibilidad y por el refrendo científico establecido1.
Desde el punto de vista de la reproductibilidad cromática, se caracterizan por su elevado Índice de Reproducción Cromática (CRI): entre 98 y 100 en el caso de los focos halógenos y entre 65 y 95 en el caso del halogenuro metálico. Como ya se ha indicado, los valores de CRI obtenidos por los sistemas LED fueron inferiores, por lo que los conservadores y responsables de las exposiciones de los museos evitaron cambiar de tecnología ante la falta de datos. Hoy en día, es fácil encontrar en el mercado sistemas LED con valores de CRI superiores a 95, pero todavía no se encuentran muchas pruebas en la literatura científica con estos sistemas12, pese a la evidente necesidad de revisitar la regla de Kruithof13.
Los criterios de iluminación que predominan en el mundo del arte están sujetos a las recomendaciones publicadas por Consejo Internacional de Museos (ICOM), el Comité Internacional de Iluminación (CIE) y la Illuminating Engineering Society (IES), en las que se establecen preferentemente las pautas sobre sobre temperaturas de color e iluminancias adecuadas para evitar efectos perjudiciales en las obras [F.02, 03 y 04].
F.02 Niveles de iluminancia máxima recomendada. | ||
Grupo | Materiales | Iluminancia (lx) |
A | Acuarelas, telas, papel, grabados, etc. | 50 |
B | Óleos, témperas, hueso, marfil, cuero, etc. | 200 |
C | Piedra, metal, cerámica, fotos en blanco y negro | 300 |
F.03 Valores acumulativos de exposición máximos recomendados. | ||
Grupo | Materiales | Valores (lx·h/año) |
A | Acuarelas, telas, papel, grabados, etc. | 50.000 |
B | Óleos, témperas, hueso, marfil, cuero, etc. | 600.000 |
C | Piedra, metal, cerámica, fotos en blanco y negro | |
F.04 Factores de deterioro y CCT de algunas fuentes luminosas | ||
Fuente | Fd | CCT |
Sodio blanco | 0.1 | 2500 |
Lamp. Incandesc | 0.15 | 2800 |
Halógena (abierta) | 0.2 | 3000 |
Mastercolour (HM) | 0.2 | 3000 |
Inducción QL | 0.2 | 3000 |
Tubos fluorescentes | ||
color 84 | 0.21 | 4000 |
color 94 | 0.18 | 3800 |
color 96 | 0.34 | 6500 |
Luz diurna | 0.68 | |
Aunque existen algunos trabajos que ya intentan optimizar la iluminación LED en función de parámetros de apariencia de color11,14, su aplicabilidad es limitada por la utilización del espacio CIECAM02 y el uso de muestras muy limitadas de la paleta de color de la obra. Además, estos trabajos no tienen en cuenta las implicaciones en la conservación de la obra derivadas de la propia paleta de color de la obra: si la distribución de colores es muy oscura, generalmente y en función de los pigmentos, la absorción energética en la banda visible será mayor, por lo que es fundamental ajustar también las bandas energéticas que la obra absorberá del iluminante.
Funcionamiento del método Matisse
El Método Matisse que se propone en este trabajo consiste en un ensayo no invasivo que se efectúa sobre la obra de arte. En el caso que nos ocupa, se ha aplicado a una obra que pertenece a la Colección del IVAM: La playa, de Karel Apple, realizada al óleo sobre lienzo en 1955 y con unas dimensiones de 97 x 130 cm.
Para su estudio inicial, la obra se iluminó con un foco de carril, que monta una lámpara halógena de entre 70 y 100W de potencia. Hay que tener en cuenta que la distribución radiométrica de este tipo de iluminantes es fuertemente sesgada, con una importante componente de emisión en la banda de radiación infrarroja (IR), que constituye más del 80% de la energía emitida por la lámpara [F. 05].
En la figura [F.04] se puede apreciar cómo predominan los componentes de longitud de onda cercanos a los 780nm, donde se encuentra el límite de la percepción humana. Más allá de ese punto, las radiaciones emitidas (denominadas infrarrojas) son perjudiciales para la conservación de las obras de arte, como se indica en la norma CIE 2004. Al otro lado del gráfico tenemos las radiaciones ultravioletas (UV), se ubican en las longitudes de onda más cortas, pero de mayor energía. Aquí la tecnología halógena no presenta grandes problemas, porque su emisión de UV es baja frente a otras radiaciones, pero no comparten la misma característica otras tecnologías utilizadas habitualmente en museos, como los fluorescentes, Halogenuros Metálicos, y en raros casos lámparas Xenón, dispositivos en los que las emisiones de radiación UV no son nada despreciables [F.06].
Fuente de luz | Contenido UV |
Luz solar | 400 – 1500 |
Incandescente tungsteno | 70 – 80 |
Halógeno tungsteno | 40 -170 |
Lámpara fluorescente | 30 – 100 |
Halogenuro metálico | 160 – 700 |
LED | <5 |
Figura 4
Metodología del ensayo
Para la prueba realizada se dispuso el montaje experimental de la figura [F.06]. Frente al objeto bajo estudio (OBE), se instala una luminaria variable LED y los sistemas de medición espectrolorimétricos ASENSETEK PRO STANDARD [F.07].
La luminaria LED ofrece como principal característica su capacidad para variar los parámetros de la luz: espectro, la temperatura de color, el índice de reproducción cromática, las coordenadas cromáticas en el espacio de color, etcétera. La luminaria se controla desde un ordenador portátil, que posee un software desarrollado especialmente para el proceso y un bus de comunicación que permite programar perfiles de luz y hacer que la luminaria los reproduzca con elevada precisión. Adicionalmente, la luminaria posee un sistema óptico que nos permite controlar el ángulo y la forma del haz de luz, que permite adaptar la metodología del ensayo a obras de distintas formas, dimensiones, y proporciones.
Los equipos de espectrocolorimetría se disponen a la distancia adecuada del OBE para que la sonda subtienda el ángulo de medida adecuado para la muestra, con el propósito de leer la luz reflejada por el OBE que llega desde la luminaria LED. Para el desarrollo del protocolo, se determinarán los siguientes parámetros: temperatura de color, coordenadas cromáticas en los espacios del color CIE1931 y CIE1976, Índice de Reproducción Cromática (CRI), Pureza, Iluminancia, longitud de onda dominante, flicker y distribución espectral.
La premisa básica del Método Matisse es la comparación entre la luz emitida y la luz reflejada: una vez determinadas, se puede calcular cuál es el espectro de absorción promedio del OBE. Dado que las emisiones IR y UV del LED son despreciables, se utilizará tan solo el rango visible del espectro, considerado desde los 380nm a los 780nm en coincidencia tanto con la curva de sensibilidad fotópica del observador patrón propuesta por la CIE (1924) como con el rango de emisiones de la tecnología LED.
En primer lugar, se optimizará la iluminación en función de la temperatura de color del liuminante LED, para lo que se realiza un barrido progresivo a distintas temperaturas de color, entre los 2300K y los 8000K. En este barrido se determina la temperatura de color que mantiene más inalterado el blanco de referencia en el diagrama cromático CIE XY, determinando asimismo cuál es la temperatura de color que más luz refleja la OBE, que se considerará como temperatura de iluminación. En un segundo paso de optimización, se mejora la reproductibilidad cromática, a través de una biblioteca de perfiles de iluminación que reproduzcan la temperatura de color obtenida [F.08].
En la figura [F.08] se puede apreciar cómo obtener perfiles de luz dentro de la misma temperatura de color 4000K, donde en un extremo tenemos tintes amarillos/verdes y en el otro extremo tendremos tintes rosas/azules. A pesar de ser la misma temperatura de color, las diferencias de los dos perfiles de luz resultan muy evidentes. A simple vista se aprecian sus notables diferencias cromáticas, en consecuencia, su efecto sobre un elemento iluminado también son objeto de consideración.
Con este procedimiento se evalúa la reflectividad de cada perfil de luz medido a lo largo de la misma temperatura de color, hasta obtener un punto en el que se dé la mejor respuesta posible. Ese punto, que resulta ser un perfil de luz optimizado para la conservación del OBE, se tomará como parte central de un último proceso de mediciones, que se efectúan haciendo pequeños cambios en los parámetros de la luminaria variable para hacer que la luz tenga tendencias hacia distintas direcciones en el espacio del color, a partir de ese punto central.
Cada vez que se proyecta un perfil de luz sobre el OBE, se toman registros con los equipos de espectrofotocolorimetría para su posterior análisis.
Respuesta fotópica humana
La conservación es uno de los dos ejes del Método Matisse, que se resuelve buscando el perfil de luz optimizado, punto en el que la obra devuelve la mayor cantidad de radiaciones proyectadas sobre la misma. El otro eje es la correcta visualización de la obra, que se consigue a partir de la comparación del perfil de luz optimizado con la curva de sensibilidad espectral fotópica del observador patrón V(λ) propuesta por la CIE, que define la respuesta fotópica promedio del ojo humano en condiciones de iluminación fotópica. Esta curva, definida por la CIE en 1924, establece la eficiencia relativa de la iluminación en función de la longitud de onda, estableciendo un máximo alrededor de los 555 nm, como se muestra en la figura [F.09]15. Esta curva es la base de la definición de todo sistema colorimétrico16.
El resultado final del análisis nos permite encontrar en el espacio del color un punto cercano al perfil de luz optimizado, en el que la luz posea las características más adecuadas en función de la respuesta fotópica humana.
Aplicación práctica
El Método Matisse está desarrollado como una metodología de aplicación directa, con viabilidad técnica y aplicabilidad. Por ello, una vez conseguidos los datos resultantes del análisis, estos se estructuran de tal manera que nos permitirá dar con un LED en el mercado que se ajuste a las necesidades del OBE, tanto de visualización como de conservación. El último paso es por tanto la búsqueda en el mercado de un sistema LED que se ajuste a los requerimientos, o en el caso de que no esté disponible, poder generar el LED desde un método de síntesis aditiva mediante clúster de LEDs. Este método consiste en la obtención de un espectro de luz determinado a través de la suma de componentes monocromáticos y luz blanca, de forma que es posible cambiar los componentes espectrales de la iluminación. Así, por ejemplo, dado un LED blanco de 4000K, se puede modificar hacia los azules del diagrama cromático sumando la componente de un LED azul, que aumentará su temperatura de color. Con este método genérico se puede modificar el espectro añadiendo componentes espectrales de cualquier tipo, desde azules, rojos, morados o amarillos. Si se programa un clúster de LEDs con las características deseadas, será posible su posterior instalación en una luminaria aplicable a un espacio museístico, como un foco de carril, un foco empotrable, o un bañador de pared.
Conclusiones
La conservación preventiva constituye una valiosa herramienta para los profesionales en conservación-restauración, y técnicos asociados a los mismos, para evitar deterioros y daños de las colecciones pertenecientes al patrimonio artístico en tanto establece un plan de trabajo que diseña y planifica determinados protocolos de actuación17,18.
Unos de los factores determinantes que se valoran en estas actuaciones es la acción degradativa de la iluminación sobre las obras de arte, que deben ser iluminadas para su visualización por parte de los visitantes y, al mismo tiempo, protegidas ante la incidencia de la radiación lumínica en función del tiempo de exposición a la misma, de la intensidad de la radiación soportada, de las características de las fuentes de iluminación y, por último, de los materiales que constituyen las obras de arte19,20.
El avance de la tecnología LED puede aportar valor a los procesos de conservación preventiva dado que sus radiaciones IR y UV son despreciables. Esto hace que algunos criterios vigentes como la recomendación de iluminancias máximas sobre la obra queden obsoletas y precisen una revisión, pues los componentes radiométricas en las bandas IR y UV se determinan en función de los componentes fotométricas, más fáciles de determinar, conocidas las distribuciones de las fuentes de luz habituales.
El Método Matisse propuesto permite reducir las radiaciones nocivas para las obras dentro del espectro visible. Es un método flexible que nos permite priorizar visualización o conservación, así como aumentar los valores de iluminancia de una obra mucho más allá de los límites normativos definidos con otros tipos de iluminantes que se contemplan en algunos museos, con la seguridad de no estar sumando factores al deterioro de las obras de arte.
Referencias de las imágenes
[F. 01]
Distribución espectral de diferentes fuentes LED 4. Fuente: Y. Ohno, “Color Rendering and Luminous Efficacy of White LED Spectra”, Proceedings of SPIE, Fourth International Conference on Solid State Lighting, Denver Colorado, Bellingham, Washington, SPIE, 2004, 5530, pp. 88–98.
[F.02]
Niveles de iluminancia máxima recomendada.
[F.03]
Valores acumulativos de exposición máximos recomendados.
[F.04]
Factores de deterioro y temperatura de color de algunas fuentes luminosas.
[F.05]
Obra Iluminada y espectro de lámpara halógena empleada. Imágenes generadas durante el proceso de aplicación del Método Matisse.
[F.06]
Radiaciones ultravioletas por lumen emitidas por diferentes fuentes de luz. Fuente: International Commission on Illumination, “Control of damage to museum objects by optical radiation”, CIE Technical Report 157:2004, pp 5.
[F.07]
Disposición de los equipos y el objeto bajo estudio. Método Matisse, https://matisselighting.art
[F.08]
Dos puntos alejados en el espacio del color que comparten la misma temperatura de color. Elaboración propia.
[F.09]
Curva de visibilidad fotópica V(l) para el observador patrón. Fundamentos de colorimetría. Valencia: Publicacions de la Universitat de València, 2002.
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