L U C E                                 

                                                                  Lux     Laser    Par     LED    Kelvin      Lumen     IRC      NM     Oled     Pur      

 Facciamo un po di chiarezza

 Questa rubrica è stata pensata e scritta con il solo intento di fornire ai nostri clienti e a tutti gli acquariofili che lo vorranno, le indicazioni basilari sui vari parametri normalmente utilizzati per rappresentare e misurare la Luce, sperando di contribuire in questo modo a dissolvere parte di quei dubbi o confusioni che spesso si manifestano nelle discussioni  o nei vari blog dedicati all’acquariologia con riferimento a questo tema. Non verranno dispensati pertanto consigli o indicazioni personali, per esempio sul tipo di spettro da utilizzare per illuminare i propri acquari ecc. ecc., lasciando quest'ultimo compito ad esperti sicuramente più titolati del sottoscritto.

 Lumen/Lux

Prima dell’avvento della tecnologia a Led questi due parametri erano poco conosciuti ai non addetti ai lavori. Si utilizzava infatti quasi esclusivamente la potenza espressa in watt per decidere con quanta luce si voleva illuminare un determinato ambiente. Mentre adesso, quasi tutti noi, la prima cosa che controlliamo prima di acquistare una qualunque lampada sono i Lumen, ovvero l’intensità del flusso luminoso emesso. Anche il Lux è un parametro relativo al flusso, ed è per questo che spesso si creano confusioni e nascono dubbi nel dover scegliere o calcolare il corretto valore di luce necessaria in rapporto alla grandezza dello spazio da illuminare. Infatti le due scale sono assolutamente diverse. In estrema sintesi, mentre il lumen indica la quantità di luce alla sorgente, il lux è la quantità di luce che colpisce una determinata area o specchio d’acqua. I due valori sono teoricamente coincidenti solo in un unico caso, e cioè quando la superfice è esattamente di 1 mq, che è il riferimento scelto a base dei calcoli ( 1 Lumen su un metro quadro uguale a 1 Lux), lo stesso lumen su 1 dm quadrato equivale a 1000 lux, su 1 cm quadrato 10000, e così via. In conclusione possiamo dire che, nel caso di vaste superfici o grandi specchi d’acqua, bisogna necessariamente ricorrere alla scala dei Lux per calcolare quante lampade occorrono e da quanti lumen ciascuna in rapporto al flusso luminoso che si intende raggiungere per illuminare tutta l' area in modo omogeneo.

Kelvin/Nanometri (nm)

Anche queste due scale di misura (temperatura nel caso  dei Kelvin e lunghezza d’onda per i nanometri) servono, al pari dei Lumen/Lux, Par/Pur, IRC e altre ancora,  per rappresentare, calcolare e misurare i molteplici effetti della LUCE. Uno di questi  è il  Colore.

E’ bene ricordare che il colore non è una  caratteristica intrinseca delle cose o degli oggetti che ci circondano, bensì un articolato fenomeno Luce/occhio/cervello che  ne consente la sua attribuzione. Può sembrare strano ma è sbagliato dire “quel pomodoro è rosso”, in realtà è che “ci appare rosso”. Sarebbe più corretto affermare che il colore è solo una illusione, o meglio ancora un qualcosa che si materializza nel nostro cervello. Ho intenzionalmente usato questa descrizione ad effetto, per attirare la vostra attenzione e stuzzicare l’interesse verso questo complesso quanto affascinante argomento, e invogliare,  (chi lo vorrà) ad approfondirlo autonomamente. Navigando su internet si trovano migliaia di pagine sul punto. Tornando allo spirito semplificativo di questa rubrica, procederò quindi saltando tutta la parte scientifica per concentrarmi solo sul più piccolo segmento dell’ illuminotecnica applicata all’acquariologia. Iniziando  dai nanometri, il cui abbreviativo è “nm”, diciamo subito  che questa è una scala che misura la  lunghezza d’onda della luce. Gli altri parametri delle onde, scaturite dalle radiazioni elettromagnetiche (definizione fisica della luce) sono l’ampiezza dell’onda e la sua frequenza espressa in hertz. Le lunghezze d’onda della luce visibili dall’occhio umano sono quelle comprese tra i 400 e 700 nm (che rappresentano solo una minima parte dell’intero spettro elettromagnetico) e che sono quelle che vanno per intenderci  dalla tonalità di blue sino a quella del rosso, con in mezzo quelle del verde e del giallo.

Sono le caratteristiche delle onde che influenzano e interagisco con il mondo circostante. Pensate per esempio a quelle di lunghezza intorno ai 200 nm (UVC) delle lampade germicida, oppure quelle che favoriscono la fotosintesi clorofilliana nelle piante e nei vegetali, picchi medi a 450 nm tonalità del blue e 650 nm Rosso (approfondiremo questo importante punto al successivo paragrafo dei Par/Pur dedicato ai coralli).  Passiamo ora a parlare dell’altra scala quella dei Kelvin e quindi della temperatura di colore.

Anche in questa scala è presente la tonalità del blu, pensiamo per esempio ai 15000 o 20000K, oppure la tonalità del rosso 2000-2500K e sono proprio queste parziali sovrapposizioni con la precedente scala dei nm che generano confusione e dubbi.  Esattamente come nel caso dei Lumen/Lux, anche qui le due tavole sono completamente diverse.

Nel caso in esame addirittura opposte, osservate le 2 immagini qui sotto

 

 

 Come vedete la prima a sinistra, quella dei Kelvin, è simile ma inversa a quella destra dei nanometri. Anche qui, come per il precedente paragrafo, bisogna tener ben presente che le due scale attingono a parametri completamente diversi e che quindi l’uso di una piuttosto che dell’altra  dipende dal tipo diverso di obbiettivo o informazione che si vuole ottenere. In estrema semplificazione possiamo dire che, per ragioni visive ed estetiche possiamo ricorrere alla scala dei Kelvin, mentre se le ragioni sono funzionali, dobbiamo sicuramente utilizzare quella dei nanometri.

I più attenti avranno anche notato che il bianco non è presente nella scala funzionale dei nanometri. Per chi non lo sapesse infatti il bianco è la combinazione dei 3 colori primari, rosso verde e blue. Dobbiamo rendere omaggio per questo allo scienziato inglese Sir Isaac Newton che 3 secoli fa lo scoprì  con l’esperimento della dispersione di un raggio di luce in un prisma.

 

 

Par/Pur   

Prima di addentrarci in questo che credo sia il più importante paragrafo, è opportuno indicare e descrivere brevemente gli  strumenti più comunemente usati per la misurazione dell’intensità e qualità della luce. Il misuratore più conosciuto e utilizzato è il luxometro, come dice il nome questo apperecchio serve a misurare  l’intensità del flusso luminoso espresso in Lux. Abbiamo  già precedentemente argomentato sulle due scale Lux/Lumen e quindi sappiamo di cosa stiamo parlando. Per spiegarne più efficacemente Il funzionamento, simuleremo una misurazione pratica. Vediamo prima di tutto come è fatto lo strumento: un case simile ad un tester con piccolo display al cui corpo principale è collegato, con un cavo mediamente corto, un piccolo dispositivo con sfera ottica che legge l’intensità del flusso e ne consente la visualizzazione numerica nel display.  Vediamo ora dove va posizionata l’unità ottica per misurare il valore a noi utile. Certamente non va posta in prossimità della fonte,  questo sarebbe un dato, quello dei lumen, poco servibile e, tra l’altro,  già conosciuto perché  indicato nella schedata tecnica della lampada. Quindi poniamo correttamente l’unità ottica ad una certa distanza che deve essere pari  all’altezza tra la lampada in posizione sopra la vasca  e lo specchio d’acqua.  Il valore così misurato è quello che ci consente di capire l’adeguatezza dell’intensità luminosa, espressa in lux, in rapporto alla tipologia di corallo e alla profondità dell’acqua. Più è esigente il corallo e maggiore deve essere  il valore dei Lux. Più è alta la vasca, o per meglio dire, più in profondità è situato il corallo e maggiore deve essere il suo rapporto.

Lo so, ora  vi aspetterete  che io scriva dei valori indicativi per voi. Mi spiace deludervi ma, come detto in premessa a questa rubrica, non darò  specifici suggerimenti, preferendo che siano persone più esperte e competenti di me a farlo.  A tal proposito ricordo la rubrica “l’esperto risponde” presente  in questo sito e in portali molto  noti come Danireef e altri ancora, dove gli esperti  potranno consigliarvi oltre che sulla chimica dell'acqua, anche in tema di illuminotecnica applicata all’acquariologia.

Vi darò in compenso  un dato concreto per così dire “naturale”; sulle barriere coralline tropicali sono stati misurati in pieno giorno picchi intorno ai 100.000 lux in superfice, e intorno ai 20.000 a 1 metro di profondità. Non allarmatevi, nei micro-ambienti dei nostri acquari sono sufficienti valori considerevolmente più bassi. Ho voluto fornirvi questo dato per ricordarvi quanta energia e quante radiazioni elettromagnetiche è in grado di irradiare il sole. Senza calcolare inoltre che l’atmosfera, per nostra fortuna, blocca e assorbe la quasi totalità dei raggi  ultravioletti nocivi per gli esseri viventi (UVb e UVc), lasciando filtrare solo parte degli Uva.

Passiamo ora al secondo importante elemento caratterizzante della luce e cioè, come accennato a inizio di questo paragrafo, oltre all’intensità (misurata in Lux), la Qualità misurabile in Par. Acronimo quest’ ultimo di Radiazione Fotosinteticamente Attiva, e Pur, Radiazione Fotosinteticamente Utilizzabile. Per questo  fenomeno sono interessate le radiazioni con lunghezza d’onda comprese fra i 400 e i 700 nm. In ambito dell’acquariologia marina interagiscono con le vegetali Zooxantelle che vivono in simbiosi nei tessuti dei coralli, nei bivalvi, negli anemoni e in altre forme di vita. A differenza del più comune e conosciuto luxometro, lo strumento che rileva o per meglio dire che estrae i valori e li rielabora in dati utili Par e quindi Pur, è chiamato misuratore di quanti. Evitando di addentrarci  nei tecnicismi del suo complesso funzionamento, possiamo semplificare e sintetizzare  dicendo che  questo prezioso strumento serve per rilevare la presenza e la quantità delle  radiazioni  utili per il processo fotosintetico, le cui lunghezza d’onda più favorevoli sono quelle comprese fra i 400 e 500 nm (clorofilla B) e fra i 600 e 700 nm (clorofilla A). Introducendo l’unità ottica di questo secondo strumento direttamente in acqua dentro l’acquario, possiamo quindi ottenere e rilevare i parametri alle varie profondità e nelle diverse zone della vasca.

Sapendo che valori ottimali medi per tipologia di corallo oscillano attorno ai 300 Par per gli SPS, 100-150 per gli LPS e sui 50 Par per quelli molli, capite come  l’importanza di questa rilevazione strumentale consenta di fatto l’ideale posizionamento in vasca dei diversi animali. Non tanto per acquari mono specie, solo molli, solo LPS oppure solo SPS, ma per vasche miste che rappresentano la difficoltà estrema per un acquariofilo, direi che l’uso del particolare strumento è assolutamente indispensabile.

Sul mercato  esiste praticamente un solo modello, l’Apogee MQ-200 Quantum Meter. Se qualcuno fosse interessato al suo acquisto, fate attenzione che sia il modello con sonda subacquea.

Per concludere possiamo aggiungere che valori notevolmente fuori scala rispetto ad una illuminazione mediamente corretta possono portare ad uno squilibrio tra le zooxantelle simbionti e il suo corallo, con rischio di prevaricazione delle une sull’altro. Agli inizi di questo squilibrio, l’animale ha bisogno di una alimentazione ottimale per compensare la carenza simbiontica. Ecco perché è importante alimentare in modo adeguato e completo i coralli, e a maggior ragione in situazioni di stress come appena descritta.  Un nutrimento completo e di qualità a base di  zooplancton e fitoplancton vivo (prodotti oramai reperibili in quasi tutti i negozi di acquariologia) può contribuire al benessere dei coralli e quindi su una loro più brillante pigmentazione.

 

IRC

Per questo parametro sarò breve, sia perché non c’è molto da dire e poi per il fatto che non è un dato rilevante per l’acquariologia. L’acronimo sta per “Indice di Resa Cromatica” ovvero la capacità di un sorgente luminosa di far apparire più naturali i colori di  ciò che illumina.  Avevamo già precedentemente accennato come il colore non sia una caratteristica intrinseca degli oggetti, bensì l’attitudine di questi ad assorbire e riflettere le diverse lunghezze d’onda della luce consentendone cosi la loro percezione cromatica.  Capite pertanto come fonti luminose  diverse possano sensibilmente  interferire con questo processo e quindi sulla  diversa attribuzione colorifica. Sarà capitato anche a voi per esempio di acquistare un capo d’abbigliamento di un particolare colore per poi scoprire che, una volta indossato,  alla luce del sole appariva di tonalità ben diversa. Questo parametro è pertanto molto importante nell’ambito della fotografia, della cinematografia e della moda. Anche le boutique e i negozi di abbigliamento sono per questo molto scrupolose nella scelta dell’illuminazione.

I valori di IRC sono suddivisi in 5 classi, le due più importanti sono quelle con rapporto da 90 a 100 classe 1A (eccellenza) e quelle con rapporto da 80 a 90 classe 1B (buone). Da questo punto di vista le migliori sarebbero ancora le vecchie lampade ad incandescenza con valori prossimi a 100, ma per contro hanno una bassissima durata e un pessimo rapporto di efficienza energetica inteso come lumen/watt. Il miglior compromesso è dato da quelle a LED con temperatura di colore intorno ai 5600K,  con pro la più lunga durata in assoluto ed anche la migliore resa energetica.

 

LASER/OLED

Sembra incredibile, non abbiamo ancora assimilato a pieno le novità introdotte dalla tecnologia a Led, che già si sta parlando del suo  futuro.  Mentre non pochi acquariofili ancora oggi utilizzano le lampade ad alogenuri metallici (HQI) e le mitiche T8 e T5, c’è chi  acquista  i primi tv Oled e muovono i primi passi (a prezzi proibitivi) le lampade con luci  laser. Vediamo sinteticamente come funzionano queste due tecnologie e le loro possibili  future applicazioni in ambito dell’acquariologia. Iniziamo da quella venuta recentemente alla ribalta per il suo utilizzo negli apparati televisivi, e cioè L’OLED.  Avrete infatti già visto o sentito parlare dei nuovi TV ultrasottili che, al posto dei cristalli liquidi o plasma, hanno introdotto questa tecnologia. Oled è l’acronimo di Organic Light Emitting Diode.  L’emettitore è  composto da vari strati (per questo soprannominato sandwich) come potete vedere dall’immagine qui sotto,

 

 

notate come la sua struttura sia monopolare, pertanto può essere attraversato dalla corrente solo in un senso,  proprio come avviene per i led, da qui  il nome organic led e quindi OLED. Senza entrare  nei tecnicismi del suo funzionamento dirò semplificando che il suo principio  fisico è dato dalla elettroilluminescenza, fenomeno che si manifesta ogni qualvolta un semiconduttore è attraversato da un corrente polarizzata (processo anche chiamato drogaggio). A differenza del Led, il semiconduttore  dell’Oled è organico (composto principalmente da carbonio, oltre ai materiali illuminoscenti necessari per produrre i 3 colori primari, rosso verde e blu e quindi ricavare l’intero spettro luminoso visibile) e ciò consente la creazione di fonti luminose estremante sottili, trasparenti e flessibili. Da qui il suo utilizzo ottimale per i display, schermi e tv sottilissimi e ricurvi. I contro di questa tecnologia, oltre al costo elevato (che però, almeno per quanto riguarda i display e le tv, è destinato a scendere presto con la sua capillare diffusione), sono la durata operativa non ancora ottimale (il materiale organico con il tempo tende a perdere la sua capacità di emettere luce) e la difficoltà di produrre fonti luminose di potenza a basse tensioni. Ciò ne comporta per ora il suo confinamento nelle applicazioni sopra citate oltre che per effetti ornamentali e scenografici.  Insomma cari appassionati, non vorrei deludervi ma prima di poter vedere una vasca illuminata con questa tecnologia dovrà passare ancora molto tempo, e sempre ammesso che ciò avvenga.

Passiamo ora a parlare della tecnologia ben più datata e nota, il LASER. Una curiosità storica che forse non tutti conoscono è che, a livello teorico, la sua nascita deriva dagli studi iniziati nel 1917 da Albert Einstein sulla teoria quantistica delle radiazioni. L’assegnazione pratica sull’invenzione del Laser non è  mai stata assegnata ad una persona in particolare. Tra gli anni 50 e 70 infatti, dopo una trentennale disputa legale fra diversi scienziati, a nessuno di essi ne fu garantita la paternità. Il vincitore, dal punto di vista economico,  fu il fisico statunitense Gordon Gould che, grazie alla sua astuzia nel presentare i giusti brevetti, ricevette le royalties milionarie dai produttori. Tornando ai giorni nostri, tutti oramai ne conosciamo, a parte il famoso puntatore laser, i molteplici utilizzi di questa tecnologia nei più svariati settori. Si va dal taglio laser alla trasmissione di dati (attraverso le fibre ottiche), dal suo sempre più importante e prezioso utilizzo in campo medico, alle misurazioni metriche (estremamente precise nell’ordine dei micron), dalle letture ottiche (cd, dvd,  blu ray e masterizzatori), all’uso in campo militare e persino in ambito atomico e molecolare.  Vediamone ora il suo funzionamento. Va premesso che, visti i molteplici impieghi,  esistono vari tipi di laser: a pompaggio ottico, a impulsi, con scarica elettrica in gas, a trasferimento risonante di energie, a effetto penning. E per ognuna di queste modalità con altrettante diverse possibilità di combinazioni del processo di emissione stimolata. Considerata quindi la vastità e complessità della materia, procederò con la sola rappresentazione più elementare. La sua stessa sigla ne delinea il principio base: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. ( 1: mezzo ottico, 2: energia pompata; 3: specchio; 4: specchio semiriflettente; 5: fascio laser in uscita)

 

 

 

In pratica, come vedete nell’immagine sopra, attraverso la stimolazione o pompaggio, che possono essere ottici o elettrici (freccia gialla dell’immagine) iniettati all’interno del dispositivo  si genera una forte energia compressa che trova sfogo con  l’emissione del fascio laser. L'intensità cosi concentrata ne caratterizza le sue grandi potenzialità.  Dopo aver accennato al suo funzionamento basilare e detto dei suoi innumerevoli impeghi, vediamo  ora la sua possibile applicazione nel nostro ambito di interesse, cioè come sorgente  per illuminare le nostre vasche.  Nonostante il laser sia conosciuto e utilizzato da tempo, è solo grazie a recenti progressi che si è reso possibile anche il suo utilizzo in tema di illuminotecnica, intesa non come fasci luminosi per effetti speciali già utilizzati da tempo, ma come vera e proria lampada. Gli innumerevoli studi infatti hanno portato alla possibilità di scomposizione del raggio laser in pixel per una ridistrubuzione più armonica del fascio luminoso.  Le premesse e le aspettative sono veramente incoraggianti.  A differenza dell’Oled infatti, dove  i problemi di bassa potenza ne determina al momento il suo ristretto  utilizzo, la tecnologia laser invece è in grado di produrre flussi luminosi sorprendente potenti, ed emessi inoltre da sorgenti piccolissime che possono essere anche nell'ordine dei micron.  Anche la resa energetica è ottimale, il consumo infatti è ancora più basso di quello dei led, e la durata non è da meno. Immagino che ora, dopo aver letto di tutti questi pregi,  vi starete chiedendo quali sono i contro. Che io sappia l’unico al momento è rappresentato dai costi elevati.  Il primo utilizzo del Laser per uso illuminazione lo si è avuto recentissimamente grazie ad un accordo tra Osram e la casa automobilistica  BMW, che  lo ha proposto come optional (non so a quali costi) sulla nuova serie 7 e sulla Elettrica i8 e, per quanto riguarda il settore moto (solo a livello di concept) sulla BMW k 1600 GTL.        Anche Audi è  fortemente impegnata per un suo prossimo utilizzo ( lo ha sperimentato sulla propria vettura da corsa R18 e-tron e lo proporrà  sulla R8 LMX).  I dati rilasciati sono strabilianti, parlano di visione ottimale sino a 600 mt con guida notturna sicura anche ad elevate velocità.

Tornando all’acquariologia mi sento di dire che, a differenza dell’Oled, la tecnologia Laser ben si presta ad un suo possibile utilizzo anche nel nostro ambito. Non so voi, ma chi scrive non vede l’ora che i prezzi si abbassino per poter toccare con mano questa performante tecnologia e vedere con i propri occhi il primo acquario illuminato con lampada laser.

 

LED

 

Con questo ultimo paragrafo vado a concludere questa rubrica dedicata alla luce. Preciso di averla scritta senza seguire ordini o schemi predefiniti, ma solo guidato dall’ispirazione del momento che mi orientava punto dopo punto. Ho cercato inoltre nell’argomentare, di farlo nel modo più neutro e distaccato possibile. Mi accorgo ora come non sia un caso che questo paragrafo sia rimasto per ultimo. In qualità di produttore di lampade a led e, ancor prima, di appassionato di questa tecnologia, non riuscirei ad affrontarlo con lo stesso distacco. Per coerenza quindi preferisco affidare la spiegazione tecnica di quest’ultimo punto al web (iniziando magari dalla pagina dedicata di wikipedia che trovo sufficientemente chiara e basilare). Sperando di non deludervi vorrei concludere pertanto raccontandovi la nostra breve e recentissima storia. E' nato infatti tutto nel 2010 quando un amico mi ha fatto conoscere ed appassionare all'acquariologia. Con il suo aiuto ho allestito il mio primo acquario mediterraneo (sono amante dello snorkeling). In quel periodo iniziavano a circolare, a prezzi elevati, le prime lampade a led. Anche se la vita mi ha portato a fare una attività diversa (sono un patrocinatore stragiudiziale), il mio indirizzo scolastico è stato l'elettrotecnico. Quindi ho rispolverato i vecchi studi e mi sono costruito la prima lampada led per il mio acquario. Per l'occasione avevo utilizzato led da 3 w montati su binari dall'alluminio per la dissipazione del calore a loro volta fissati su scocca in legno. Anche per l'alimentazione ho scelto subito il meglio affidandomi a drivers dimmerabili che mi hanno consentito di pilotare separatamente le due linee del bianco e del blue (con i dispositivi elettronici di oggi è tutto più semplice, ma all'epoca era ben diverso) con due potenziometri manuali a rotella. La mia prima plafoniera in legno (tutt'ora funzionante) era pronta. L'effetto della luce in acquario non ha sorpreso positivamente solo me, tra gli amici e conoscenti è iniziato un tam tam che ha portato a numerose richieste. Prima di passare alla vendita ho effettuato diversi studi e test, fino ad arrivare nel 2013 alla creazione della barra Teknoled che ha avuto grande successo e che ha portato alla  nascita della Tekno Green.

Come accennato nella pagina “chi siamo” del nostro sito internet, la nostra è un piccola azienda a carattere fortemente artigianale. Non abbiamo infatti prodotti pronti o standard a magazzino, tutte le nostre lampade a led vengono realizzate su ordinazione e con le specifiche richieste dal singolo committente. Le comprensibili complicanze che questa scelta comporta ed il forte dispendio di tempo portato dalla manualità della procedura, ci vengono ricambiate con la soddisfazione nel veder consegnare prodotti sempre diversi uno dall'altro e con infinite possibilità delle diverse combinazioni che spesso sorprendono anche noi stessi.

 

                                                                                                                                                                l'autore  Giuseppe Mantese

                                                                                             (si chiede ai gentili lettori di voler segnalare l'eventuale presenza di errori o inesattezze, grazie)    

                                                                                                                 Testo autografo, ne è vietata pertanto la stampa e la diffusione senza il nostro consenso