Grundlagen der Druckdatenseparation

Im fünften Teil unserer Color Management-Serie thematisieren wir die Hintergründe der Datenaufbereitung, also des Schrittes, in dem aus einer Farbe (definiert durch einen CIELAB-Wert) ein Ansteuerungswert (z. B. CMYK) für den Drucker wird.

Der eingangs erwähnte Arbeitsschritt steckt heute im ICC-Profil, sodass man sich keine grosse Gedanken mehr um die Datenaufbereitung machten muss. Aber was ist, wenn Sie mal ein ICC-Profil bzw. einen Toaster-Katalog (vgl. Ausgabe 4-21) erstellen wollen oder müssen?

Im Offset- und Digitaldruck wird üblicherweise mit den Grundfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz gearbeitet. Diese sogenannte Vierfarb-Skala bedingt, dass alle grafischen Elemente durch eine geeignete Grundfarbenmischung erzeugt werden müssen. Diese «CMYK-Erzeugung» nennt man Separation. Sonderfarben werden in diesem Sinne als zusätzliche Kanäle bezeichnet, die normalerweise das farbliche Erscheinungsbild eigenständiger Grafikelemente, wie beispielsweise ein Hintergrund-Fond oder ein Firmenlogo, charakterisieren. Sie sind Gegenstand eines zukünftigen Teils dieser Serie.

Separation und Druckdatenaufbereitung
Die Ermittlung der CMYK-Grundfarbenmischung (auch als CMYK-Ansteuerungswerte, CMYK-Kombinationen oder CMYK-Farbwerte bezeichnet) wird gemeinhin Separation, die erneute Durchführung dieses Prozesses Re-Separation genannt. Sie umfasst ausschliesslich das Auffinden von Grundfarbenmischungen innerhalb des darstellbaren Farbumfangs (engl.: Gamut) und nicht die Ermittlung von Farben, welche ausserhalb des Gamuts liegen.

Letzteres ist Aufgabe der vorgelagerten Ersatzfarbenfindung (engl.: Gamut Mapping), die zu grossen Teilen geschmacksabhängig ist und sich somit einer objektiven Prüfung weitgehend entzieht. So wird klar, dass die Kenntnis des Farbumfangs des Ausgabeprozesses eine notwendige Voraussetzung für die Durchführung der Separation darstellt. Diese Überlegungen gelten in ähnlicher Weise für Drucke mit mehr als vier Grundfarben (z. B. CMYKOGB oder CMYKCc,Mm,Kk), wobei die Anzahl der Grundfarbenmischungen, die gleichermassen einen vorgegebenen Farbeindruck (CIELAB-Farbwert) erreichen, stark ansteigt.

Die Frage, inwiefern eine Separation für einen Druckprozess geeignet ist, hängt primär von der Art der Rasterung sowie den farbmetrischen und drucktechnischen Eigenschaften der beteiligten Grundfarben inklusive ihres Übereinanderdruckverhaltens ab. Hierzu zählen unter anderem die Registergenauigkeit («Fehlpasser»), der stabil wiedergebbare Tonwertumfang, die kleinstmögliche Ausdehnung stabil druck- (und belicht-)barer feinster Linien («Haarlinien»), die gewählte Rasterfeinheit und somit die Gefahr störender Strukturen, beispielsweise durch zu grosse, d. h. sichtbare Rasterpunkte («Pfefferkorneffekt» oder «Dame mit Bart») sowie die maximal druckbare Tonwertsumme (TWS).

Letztere wird in der Praxis oft mit verschiedenen, hauptsächlich englischen Abkürzungen wie z. B. TAC (Total Area Coverage), TIC (Total Ink Coverage), TIL (Total Ink Limit) oder gemäss ISO 12647-2 als TVS (Tone Value Sum) bezeichnet. Die charakteristische Ausprägung all dieser druckspezifischen Eigenschaften und die Implikationen für die Datenaufbereitung sollen an dieser Stelle als Kanalspezifität gekennzeichnet werden. Diese Eigenschaft ist ursächliche Voraussetzung dafür, dass die Wahl der Grundfarben nicht zufällig erfolgt (was durchaus denkbar ist), sondern das Ergebnis gewisser Zielsetzungen ist, die im Folgenden erläutert werden.

Je nach der gewählten Zielvorgabe sind jeweils unterschiedliche technische Realisierungen («Spielregeln») nötig, wobei der Druckfarbe Schwarz eine besondere Bedeutung zukommt. Diese Spielregeln sind wichtig, da sie dazu führen, dass sie in einem ICC-Profil für eine HSI-Maschine eine andere Separation (Schwarzaufbau) verwenden als bei einem Trockentoner-Drucksystem und wieder eine andere Separation bei einem Flüssigtoner.

Typische Zielvorgaben für die Separation von Druckdaten

• Kostenersparnis: das mögliche Austauschen aller Grundfarben untereinander oder das Ersetzen (meist teurer) Buntfarben mit der schwarzen Druckfarbe unter Beibehaltung der Farberscheinung (CIELAB-Wert). Hierzu zählt die möglichst gleichmässige Nutzung der Grundfarben auf Basis elektrischer Füllstandsanzeigen bei Tintenstrahldruckern im Officebereich. In der grafischen Industrie steht meist die Druckfarbeneinsparung durch den Ersatz von Buntfarbenmischungen durch Schwarz im Vordergrund.
• Reduzierung von Druckweiterverarbeitungsproblemen: die Reduzierung der maximalen Tonwertsumme durch das Ersetzen von Buntfarben mit der schwarzen Druckfarbe unter bestmöglicher Beibehaltung der Farberscheinung. Hierbei ist anzumerken, dass durch die Verringerung der maximalen Tonwertsumme in Abhängigkeit der jeweiligen Separationsalgorithmen der wiedergebbare Farbumfang, je nach Druckprozess, in den bunten, dunklen Farben eingeschränkt bzw. nicht optimal genutzt wird.
• Stabilisierung des Druckprozesses: das druckprozessabhängige Ersetzen von Buntfarben durch Grundfarbenmischungen mit mehrheitlicher Nutzung der schwarzen Druckfarbe für unbunte (neutralgraue) ­Farben.
• Qualitätsverbesserungen: das Auffinden von CMYK-Ansteuerungswerten, die visuell störende, rasterungsabhängige Erscheinungen minimieren (starke Körnigkeit durch zu grosse Rasterpunkte bzw. durch geringe Rasterfeinheiten, das bedeutet niedrige Ortsfrequenzen).
• Maximierung der Farbkonsistenz: die Gewinnung von Grundfarbenmischungen mit dem Ziel einer möglichst hohen Farbkonsistenz. Das bedeutet, eine im Vergleich zum vorgegebenen Farbort möglichst gleich bleibende Farberscheinung unter wechselnden Beleuchtungssituationen zu realisieren.

Die Bedeutung der schwarzen Druckfarbe («Schwarzaufbau»)
Wie bereits erwähnt, spielen druckprozessspezifische Anforderungen bei der Separation eine dominierende Rolle. Dies äussert sich insbesondere bei der Druckfarbe «Schwarz», wobei anzumerken ist, dass der sogenannte «Schwarzanteil» eine relative Grösse ist. Die Bezugsgrösse ist hierbei – Bildpunkt für Bildpunkt – die Menge derjenigen CMYK-Kombinationen, die für den beabsichtigten Druckprozess die gleiche Farberscheinung hervorrufen. Mit Hilfe von Simulationsrechnungen kann man zeigen, dass beispielsweise für die Wiedergabe des CIELAB-Farbwerts = 50,0,0 (Neutralgrau) mehrere hundert CMYK-Ansteuerungswerte innerhalb eines Farbabstands von ∆E*ab = 1 liegen.

Diese Mannigfaltigkeit an Grundfarbenmischungen und somit die Flexibilität, schwarze Druckfarbe gezielt in der Separation zu berücksichtigen, wird mit zunehmender Helligkeit und Buntheit der Farben geringer. Die durch die Separationsvorschrift festgelegte (farbortabhängige) Wahl des relativen Schwarzanteils nennt man auch Schwarzaufbau. Für neutrale Farben unterschiedlicher Helligkeit (repräsentiert durch einen Verlauf von CIELAB=20,0,0 bis CIELAB=90,0,0) sind in Abb. 1 zwei extreme Ausprägungen dargestellt.

Die beiden Dialogboxen zeigen sowohl eine mögliche Parametrisierung des Schwarzaufbaus als auch die (aus einem Grauverlauf) resultierenden «CMYK-Verläufe». Man erkennt deutlich, dass im rechten Teil die unbunte graue Farbe mehrheitlich durch die Buntfarben C,M,Y realisiert werden. Erst für sehr dunkle Farben, die nicht mehr durch Übereinanderdruck von C, M und Y darstellbar sind, ersetzt die schwarze Druckfarbe die Buntanteile. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer «minimalen GCR» (engl.: Grey Component Replacement).

Demgegenüber ist auf der linken Seite eine «starke GCR» dargestellt, d. h. es wird überwiegend die schwarze Druckfarbe verwendet. Die Parameter auf der jeweils linken Bildhälfte geben dem Anwender bereits die Möglichkeit der Feinjustage, um den Schwarzanteil zu steuern. Sie beschränken sich allerdings nicht nur auf die unbunten Farben, sondern umfassen, wie es für die GCR gemeinhin üblich ist, den gesamten Farbumfang.

Im Umfeld der Separation wird häufig der Begriff der Unterfarbe (engl.: Under Colour) genannt. Hierbei handelt es sich gemeinhin um den geringsten Buntfarbenanteil der jeweiligen Grundfarbenmischung. Vereinfacht ausgedrückt, aber farbmetrisch nicht ganz korrekt, handelt es sich um den Anteil, welcher keinen Beitrag zur Buntheit liefert. Dies soll anhand der Druckbedingung FOGRA39 erläutert werden.

Bestimmt man beispielsweise die Unterfarbe (den Unbuntanteil) der CMYK-Kombination 55/45/40/0, ist dieser 40 %. Vereinfacht angenommen führt die CMYK-Grundfarbenmischung 15/5/0/40 demnach zu einem ähnlichen Farbeindruck wie CMYK=55/45/40/0. Für die konkrete Druckbedingung liegen die CMYK-Kombinationen bei CMYK=54/44/45/0 bzw. CMYK=7/5/8/55 (CIELAB = 55,0,0 (D50/2°/wb), d. h. ein mittleres Grau). Eine Separationsvorschrift, die eine solche Transformation umsetzt, wird als Unterfarbenreduzierung («UCR», engl.: Under Colour Removal) bezeichnet.

In analoger Weise wird die Zugabe der Unterfarbe als Unterfarbenzugabe bezeichnet (UCA, engl.: Under Color Addition). Der Wirkungsbereich hierbei ist, im Gegensatz zur GCR, meist auf die unbunten und grauachsennahen Farben limitiert. In manchen Separationsalgorithmen kann allerdings noch eine Schwarzbreite ausgewählt werden, so dass auch ein etwas breiterer Wirkungsbereich überdeckt wird. An dieser Stelle sei allerdings erneut auf die sehr inkonsistente Verwendung der erwähnten Begriffe GCR und UCR hingewiesen.

Die Bedeutung der Separation für die Medienvorstufe:

«Info-Farbe» versus «Bild-Farbe»
Um die Kanalspezifität zu berücksichtigen, kann ein Datenersteller beim Anlegen von Layoutelementen entscheiden, welche Druckfarben zur Erzeugung des gewünschten Farbeindrucks genutzt werden sollen. Besteht die Absicht in der Darstellung «reiner» Farbtöne, das heisst Grundfarbenmischungen – wobei mindestens eine Buntfarbe den Wert 0 hat – kann dies bei der Layouterstellung berücksichtigt werden. Dies steht allerdings oft im Widerspruch zu einer farbmetrisch korrekten Wiedergabe eines Grafikelements.

An dieser Stelle wird bereits deutlich, dass die intentionierte Darstellungsform bzw. die Wiedergabeabsicht von grosser Bedeutung für die korrekte drucktechnische Umsetzung ist. In der Praxis trifft der erste Fall («Info-Farbe») meist auf technische Elemente, d. h. bereits als CMYK-Ansteuerungswerte angelegte Grafikelemente, zu. Bei Grafiken und Texten ist man weniger am grossen Farbraum, sondern an der Erhaltung der (reinen) Farben interessiert. Deshalb werden diese gleich in CMYK angelegt und unverändert gedruckt.

Die korrekte Farbwiedergabe im zweiten Fall («Bild-Farbe») wird häufig für Pixelbilder gefordert. Fehler bzw. inkonsistente Ergebnisse in den datentechnischen Transformationen der Grafikelemente (gemeinhin als «Colour-Management» bezeichnet) resultieren meist in Reklamationen oder zum Teil grossen Druckproblemen.