第四節實地密度
一、實地部位的物理性質二、最佳實地密度與相對反差三、油墨量的控制及控制模型四、墨層厚度和反射密度的關系
均勻且無空白地印刷出來的表面顏色密度稱為實地密度，墨層厚度和實地密度之間存在著密切的關系。墨層的吸收特性取決于色相、墨層厚度、油墨中顏料的特性和濃度。因為印刷所用的三原色油墨的色相是標準化的，顏料的濃度已由它的結構特性所確定，所以只有墨層的厚度是受操作者影響的變量。圖4－20表示墨層厚度和實地密度的關系，基本上可以說：
低油墨量→薄的墨層厚度→顏色淡→吸收光量少→反射率高→低密度值；
高油墨量→厚的墨層厚度→顏色深→吸收光量多→反射率低→高密度值。
但從某一個墨層厚度開始，即使繼續增加墨層厚度，油墨密度也不再提高，而總是反射一定量的光，故一個無窮大的密度值是不存在的。
圖4－20是表示膠印中四色油墨的墨層厚度和對應的實地密度的關系。圖中兩根垂直虛線之間的墨層厚度，即0．7～1．1μm是膠印常用的墨層厚度，該圖還表明密度曲線不是直線，當墨層厚度很高時，密度開始變平，但對膠印來說不再是適宜的。
圖4－20
采用密度測量方法可以使印刷與打樣之間的質量匹配建立在客觀的基礎之上，尤其是在印刷過程中采用定時測量手段可以保持色差在規定的公差范圍內，這比單純用視覺控制方法要好得多。在過程控制中，測量方法的精度通常比絕對色度值的準確性更有意義，因為生產中關心的是相對于標準印張所產生的色差。表4－4列出的數據表明根據不同測量方法計算出測量精度的標準偏差，表中NBS（NationalBureau of Standards）單位是色差的一個度量，在理想比較條件下，眼睛恰可覺察色差約為0．3。
表4－4方法標準偏差（NBS）匹配效果
密度單位色差單位
密度計和控制條0.010.3良好
眼睛和控制條0.030.9尚好
眼睛和標準印張0.103.0較差
眼睛加記憶0.237.0差
引起反射密度發生變化的原因之一是墨層厚度的變化，為了建立墨層厚度變化與實地密度Ds變化之間的關系式需要建立墨層厚度與Ds之間的標定曲線，這對紙和油墨的每種組合都是需要的，但精確地產生這樣的曲線是十分困難的，在墨層較薄的情況下更為困難。但我們可以用合成的方法合成一條曲線，近似地表達當Ds變化一個給定值時，透明墨層應當改變的百分數。產生這種曲線的方法如下：準備一組密度依次漸增的中性濾色片或中性透射膠片，測量其透射密度Dt，然后把它們粘貼在一張印刷用的紙上，粘貼務必在最佳接觸狀態下，然后用一臺加偏振濾色片的密度計測量每個粘貼塊的反射密度Ds，注意要在讀數中修正因粘貼劑帶來的影響，然后把每個Dt值及其對應的Ds值標繪在直角坐標圖上（見圖4－21）。45°虛線表示一種理想的情況，即入射的光首先通過薄膜到達紙面，然后又通過薄膜反射回來。實線則表示實際的讀數，它離開了45°線，這是由于有一些光被紙張吸收了，還有一些光擴散到膠片內部。要是用一個非偏振化的密度計，情況則如另一實線所示。這是由于薄膜上表面反射的一部分光（大約0.5％）進入密度計使密度值降低，Ds的極限值只能達到2.3左右。當表面的光澤度減小時，Ds的極限值減??；對于一個理想擴散表面來說，極限密度約為1.5，對于非偏振密度計來說，曲線肩部的密度都比較高，跟我們現在研究的問題無關，我們現在要研究的問題是尋找墨層厚度和Ds之間的一般關系。
圖4-21
如果各個薄膜塊的厚度是相同的，那么根據比爾（Beer）定律，Dt與薄膜中的顏料濃度成正比關系。然而，我們同樣可以假定顏料濃度是常量而薄膜厚度是變量，在這個假定之下，根據布克（Bouquer）定律，Dt是與薄膜厚度成正比的，事實上，這種關系只在曲線的直線部分才能保持。但由于我們感興趣的是從0.6到1.70這個區間之間的密度，所以這個曲線能夠滿足目前的需要。
這個曲線的主要用途在于建立這樣的關系：當給定Ds一個增量ΔDs時，墨層厚度改變的百分比。例如在表4－4中，第三種方法的精度是0.10密度單位，如果標準Ds是1.30，那么這相當于墨層厚度變化多少呢？為了確定這個量值，我們可以在圖中的粗實線上找出與Ds＝1．30和Ds＝1．40對應的兩點，它們分別與Dt＝0．48和Dt＝0．53對應，因為1．30是標準值，所以把它對應的0．48整規化為1，然后乘以100，化為百分數，再以同樣的方法將0．53整規化并換算成百分數（0．53除以0．48，再乘以100）可得數值110％，這就是說，當Ds＝1．40時，墨層厚度增大10％。
若不從曲線得到Dt，我們還可根據奧特（Ohat）的建議，在曲線的直線部分（Ds＞0．50）根據下面的公式導出Dt：
Dt＝0．45DR－0．1
可以用合成曲線評價莫勒（Maurer）的建議，莫勒認為在彩色膠印中可以用較薄的墨層印刷，這樣可以節約油墨和提高印刷質量。莫勒用實際樣本證實，淡而柔和的色彩可以用較薄的墨層和較大的網點面積印刷，彩用這種方法決不會丟失中調和暗調的質量。莫勒在一個例子中把黃墨的實地密度從1．20減少到0．75，把品紅實地密度從1．30減少到1．00，根據曲線，這將把黃墨層減少到54％，把品紅墨層減少到72％。為了在較低的墨層厚度情況下滿足灰平衡的需要，需要把網點面積增加40％～50％（取決于調值大小），這將最大限度地節約油墨。較薄的墨層對油墨干燥、防止背面粘臟和實施底色去除工藝都有好處。例如：如果減小黃和品紅墨層的厚度（通常不減小青和油墨層的厚度），那么印張上的總墨層厚度會降低20％，如表4－5所示。
表4－5 墨層厚度降低百分數油墨通常情況薄墨層的情況
黑100100
青100100
黃10054
品紅10072
合計400％326％
降低總墨層厚度可降低卷筒紙印刷機的干燥溫度，降低單張紙印刷機的噴粉量。五、膠印墨層厚度的測量
本節講述一種測量紙上墨層厚度的方法。首先用一塊印版印刷1000～5000張樣本，印版上的圖像面積是難確的已知數，由此可以計算出被印刷油墨的總面積，然后測量印刷中消耗油墨的重量，這樣就可以計算出墨層厚度，用每平方米印刷的油墨克重數表示，詳細步驟如下：
①進行試運轉印刷直到達到既定的實地密度，并保證紙定方向密度均勻，誤差在±0．05之內，這相當于墨層厚度大約有±6％的變化（在銅版紙上印刷的情況）。
②停止印刷機運轉，把計數器調到0，除掉墨斗中的余墨，注意別打開墨斗。
③稱量一定重量的油墨加進墨斗，稱出的油墨應比需要量多10～20％。
④啟動印刷機，以正常的間隔抽樣并將樣本編號。抽樣數至少10張，最好20張。
⑤印足數后停下印刷機，記錄計數器上顯示的印數。
⑥除去并稱量墨斗中的余墨，算出油墨消耗量。
⑦根據測量和記錄的每個樣本的平均實地密度檢查印刷機運轉的穩定性，然后分析這些讀數并計算它們的平均值及標準偏差，如果標準偏差不大于0．02～0．03密度單位，則印刷機的運轉是處在穩態，從印刷過程中獲得的樣本數據是可靠的。
⑧用下列公式計算該次印刷的平均墨層厚度：
墨層厚度（g/m2）＝油墨消耗量（g）/每印的圖像面積（m2）×印數
上述方法雖然簡單明了，但必須預防許多潛在的誤差因素才能得到精確的結果，經驗指出，主要的誤差來源有四個方面，即必須滿足四方面的要求：
①已知圖像面積是精確的。雖然這一要求的必要性是顯而易見的，但若不注意選擇印版，實現這個要求是困難的，甚至是不可能的。這是因為印版圖像的面積難以精確測量，即使用印版掃描器測量也是如此，因為許多印版掃描器掃描文字和小網點如10％或更小的網點是不可靠的。因此建議測試印版的圖像面應當主要由實地和簡單的幾何圖形組成，即應當有用手工測量和計算容易確定的面積，當然也應當有一些網點塊或測試塊，以便使印刷工人能夠確保輸水量合適和網點增大正常。
②足夠的印刷長度。印刷長度必須足夠，以便使消耗的油墨量大得足以進行精確的測量。還必須考慮一些引起測量誤差的因素。
引起偏差的第一個可能的來源是貯存在輸墨輥子系統中的墨量，因為這個量的任何變化都會使測得的油墨消耗量發生改變，而貯存在輥子系統中的油墨量與油墨的消耗量有很大關系。所以消耗的油墨量最好是多于輥系貯存量的10倍，在任何情況下貯存在輥系中的油墨量決定了最小的印刷長度。需要的壓印數取決于印版的油墨覆蓋率，印版油墨覆蓋面積相對較大時（33％），可采用1000印數，印版油墨覆蓋率相對較小時（8％），可采用5000印數。為了減少印數，最好采用圖像覆蓋面大的印版，因為這可以減少印刷機的響應時間。
③墨斗內的裝墨量。要考慮的第三個問題是在印刷前裝入墨斗的墨量，它不應當太多地超過要消耗的墨量。這有兩個原因：第一，這將提高稱重的精度；第二，印刷完畢時，若墨斗中剩余墨量較少，會減少因可能的乳化效應造成的潛在誤差。為此我們事先確定油墨消耗量。有兩種方法：作一次試運轉或假定一個墨層厚度進行計算，當用第二種方法時，被測值可作為選擇假定值的指南使用（對于一組給定的條件而定）。
④考慮印刷密度。為了獲得可靠結果的第四個條件是：印刷機的運轉狀態必須是穩定的，驗證的標準是在印刷過程中能得到相對穩定的印刷密度，與此有關的一個關鍵參數是印刷機的設計和狀態。印刷機應當調節合適，最好具有新型的潤濕系統，以保證迅速達到穩定狀態。
為了分析影響印刷墨層厚度的因素進行過一系列的實驗。實驗是在海德堡GTO印刷機上進行的，實驗只改變潤濕液的組成，重復實驗5次，實驗得知實地密度的平均值為1．44，標準偏差為±0．03，墨層厚度的平均值為0．97g／m2，標準偏差為0．02g／m2，有意思的是不管用放大鏡觀察還是用分光光度計測量反射率，紙上的油墨覆蓋都未發現差異，僅僅在網點增大方面看到一些變化。這個實驗證明了印刷機油墨調節的一致性和這種方法的可重復性。
另外三組實驗是在彩報機上用黑油墨進行的。這組數據顯示增加輸水率會影響印刷密度，前兩個實驗是采用連續供水系統，后者是采用噴霧輸水裝置。從圖4－22可以看到，即使不改變供墨量，印刷的墨層厚度和實地密度也將明顯減小。
在另一個實驗中，輸水和輸墨協同調節使實地密度達到0.95，然后把輸水參數調大（1.9），接著重調輸墨使實地密度恢復到0.95，由圖4－22可以看到，為了達到相同的實地度，后者多消耗油墨10％。
圖4－22
圖4－23
在前述三組實驗中，用四種不同等級的紙張獲得了22個數據點，是用同一個密度計進行測量的，印刷油墨都是標準品紅。
實驗在IGT印刷適性實驗機上進行，對不同等級的紙張和油墨的組合找出在干燥狀態下密度和墨層厚度數據，每組由15～20個測量數據組成。人們發現這些數據可以用最小二乘法擬合托勒納爾（Tollenaar）曲線。圖4-23表示一個數據組的擬合曲線，測量點和曲線間的均方根偏差僅0．01密度單位。下面的幾個圖是將在印刷適性試驗機（干印刷）和印刷機上（濕印刷）得到的數據進行比較。為避免過多的數據點造成混亂，于印數據以最優擬合曲線的形式表達。
圖4－24
圖4－25
為了識別水河油墨覆蓋的影響，用相同油墨和紙進行干印和濕印。圖4－24～圖4－27四個圖呈現兩個突出的特點，第一，圖4－25和圖4－27這兩個圖很好地表明了干濕印刷曲線的一致性，在報紙印刷的情況下，這種一致性給人以特別突出的印象，因為干印數據是來源于兩個不同印刷機的印品。第二個特點是：圖4－24和圖4－26恰恰顯示出相反的論據，干和濕曲線出現偏移，這個偏移是由于系統誤差造成的，這是正常的。由此可以得出結論：標準供水根本不會明顯影響一個給定墨層厚度的密度；另一個結論是：在既定的印刷機調節狀態下，傳遞到紙上的墨量跟紙的等級或性質無關。
圖4－26
圖4－27
綜上所述，可以歸納如下幾點：
①印刷墨層的厚度對于在單張紙膠印機上印刷的涂料紙來說大約是1．0g／m2，在報紙上印刷的墨層和用在卷筒紙膠印機上印刷的涂料紙來說稍許大一點，用電子顯微鏡測量也能得到相同的結果。
②超過上列墨層厚度范圍時，實地密度與墨層厚度關系曲線可以用下邊的托勒納爾公式擬合，擬合誤差很小。
D＝D∞（1－e-mt）
式中：D——實地密度
t——墨層厚度
D∞，m——常數
③在正常印刷條件下，即在用水量恰到好處的情況下，平印使用的水對實地密度與墨層厚度關系曲線根本沒有明顯影響。
④在既定的印刷機調節狀態下，印刷墨層厚度跟紙張性質無關。
⑤紙張對實地密度與墨層厚度關系曲線有明顯的影響。
⑥過量輸水對印刷的影響很大，它將使實地密度急劇減少，如要恢復到原來的密度，就得增加墨層厚度。
上述公式實際是公式（4－8）的一種特例，當在報紙上印刷黑墨、供墨量大于1g／m2或反射率比（R／R0）小于0．35時，這個公式是適宜的。
不管哪一個經驗公式，紙張的粗糙度和印刷壓力都是影響公式中系數值的最主要的參數。有些情況下影響不大，如在一定條件下印刷壓光紙和墨量小于1g／m2的情況。六、單、雙色印刷機墨層厚度的確定
印刷墨量的多少直接影響印刷反差和網點增大，決定正確墨層厚度的重要一步就是在滿足彩色飽和度的前提下決定恰當的網點增大量。三原色油墨的墨層厚度影響色彩平衡，決定什么是最佳墨層厚度是一個復雜的過程。
品紅油墨通常有相當大的網點增大，正是品紅油墨密度決定了全部三個油墨的輸墨量。印刷實踐中，應先調節品紅油墨，使它以大約80％的密度水平印刷（用普通寬帶密度計測量時），青墨通常調節到類似品紅密度，所有三原色油墨密度都是通過補色濾色片測得的。
在單色印刷機上印刷的情況與四色有所不同，可先印青墨，然后印黃墨，通過調節黃墨得到理想的綠。品紅在第三色印刷，用視覺檢查色彩平衡并調節品紅油墨的實地密度去控制紅色和肉色色調，青—→黃—→品紅印刷色序能以最大的概率給出最好的色彩控制。
雙色印刷機通常在第一次走紙中印刷黃墨和黑墨，第二次走紙印刷青墨和品紅墨，這種色序能夠得到最好的控制，可以觀察圖像的視覺效應并加以調節，就能滿足質量要求。
在多色印刷中，品紅油墨的墨層厚度對色相的影響比其它兩色油墨的影響大，實地油墨對暗調的影響比亮凋大得多，這說明分色片上具有正確亮調網點覆蓋率的重要性。在印刷機上不能對分色片上不正確的亮調網點覆蓋率進行補償。
實現色彩平衡時的正確墨量，可以通過檢查印刷的三色網點的灰平衡塊進行鑒別。為了在實地油墨密度平衡時能夠得到中性灰，可以按以前所述的方法將一個灰梯尺分色加網，印刷時，用它進行灰平衡控制和判斷輸墨的穩定性。還可以在這三色構成的灰梯尺旁邊印一個黑墨印刷的灰梯尺，在5000K照明下直接用視覺進行比較。但判斷灰色時，不能相信眼睛，這是容易出錯的。
對于印刷機和每種紙張來說，只要墨層厚度和三色平衡得到優化，就可以把這時的油墨密度作為基準值使用。但為了使印刷與打樣匹配或為了對不那么理想的分色片進行補償，也許得對這些理想的密度值加以調整。
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