Rasterwinkelung von AM-Rastern: Freie Auswahl – zwischen zwei Übeln

Prof. Dr. Martin Dreher

Mit dem vorliegenden Aufsatz möchte der Autor ein aktuelles Problem aus der Praxis aufgreifen, das heute die Fachleute zwar kaum beschäftigt, dessen »Lösung« jedoch alles andere als befriedigend ist und das durch zu erwartende zukünftige Entwicklungen unversehens in den Mittelpunkt des Interesses rücken könnte, wenn man es bis dahin nicht deutlich besser beherrscht als heute: Die allseits bekannte und doch noch vielfach nicht wirklich durchschaute Frage der Rasterwinkelung von AM-Rastern.

Das Dilemma des autotypischen Mehrfarbendrucks
Die meisten grafischen Druckverfahren sind sogenannte autotypische Druckverfahren. Eine prinzipielle Ausnahme stellt lediglich der Tiefdruck dar, aber auch dieser wird heute üblicherweise halbautotypisch betrieben und unterliegt damit den im Folgenden zu schildernden Mechanismen größtenteils.

Autotypische (und autotypisch betriebene) Druckverfahren haben die Eigenheit, nur zwei Färbungszustände differenzieren zu können: Färbung einer Bildstelle oder Farbfreiheit (ein/aus, 0/1, ja/nein, binär). Für die Darstellung von Bildhalbtönen, die für die Wiedergabe fotografischer Bilder notwendig sind, wird auf die Technik der sogenannten Rasterung zurückgegriffen. Dabei werden – ähnlich zur elektronischen Bilderfassung in Pixeln – die Druckflächen in kleine Teilflächen aufgeteilt, von denen jede einen ihrem Tonwert entsprechend großen Grad an Bedeckung mit Druckfarbe erhält. Je heller der darzustellende Bildtonwert an dieser Stelle, desto geringer der Grad an Bedeckung mit Druckfarbe.

Dieser Grad an Bedeckung der Teildruckfläche mit Druckfarbe lässt sich durch die Platzierung einzelner, gleich kleiner und vermeintlich zufällig verteilter Einzeldruckpunkte innerhalb dieser Teildruckfläche erzeugen. Dies wird als frequenzmodulierte Rasterung (FM) bezeichnet. Der Bedeckungsgrad kann aber auch durch eine einzelne variabel große Druckfarbfläche in der betreffenden Teildruckfläche herbeigeführt werden, was als amplitudenmodulierte Rasterung (AM) bezeichnet wird. Die variabel großen Druckfarbflächen werden Rasterpunkte genannt.

Frequenzmodulierte Rasterungen sind im Sinne des vorliegenden, im Folgenden noch zu schildernden, Problems als günstig zu beurteilen, haben in der Praxis jedoch einige gravierende Nachteile und konnten sich daher im Druckmarkt nicht auf breiter Front durchsetzen. Sie werden vielmehr eher für besondere Effekte eingesetzt und benötigen dann einen höheren Grad an Prozesskontrolle und Sorgfalt. Die mit ihnen zu erreichende Druckqualität ist u.a. durch das inhärente Auftreten einer visuell empfundenen Körnigkeit bzw. »Unruhe« bedroht.

Aus diesen und weiteren Gründen sind im aktuellen Druckmarkt die amplitudenmodulierten Raster weitaus dominierend. Sie stellen u.a. die gewünschte empfundene »Glätte« gerasterter Tonflächen sicher und werden daher von den Auftraggebern bevorzugt. AM-Rasterungen stellen jedoch eine Anordnung der Rasterpunkte in einem regelmäßigen, symmetrischen Gitter her, was im mehrfarbigen Druck zu der Notwendigkeit führt, die Rastergitter der Teildruckfarben relativ zueinander zu verdrehen, was als (Raster-) Winkelung bezeichnet wird. Die Überlagerung regelmäßiger Strukturen würde ansonsten zu Interferenzen führen, die im Bereich der Drucktechnik als Farbdrift und/oder Moiré bekannt sind (Abbildungen 2 und 3).

Mit Farbdrift wird ein sichtbar stark wechselndes farbliches Erscheinungsbild der verschiedenen, in unmittelbarer Folge gefertigten Drucke bezeichnet. Dies wird beim Aufeinandertreffen der Teildruckfarben auf dem Bedruckstoff dadurch verursacht, dass sich die Rasterpunkte der Teildruckfarben je nach Bildtonwert nur teilweise überlappen. Verändert sich durch unvermeidliche Passerschwankungen dieser Überlappungsgrad nur um ein kleines Maß wird die Lichtremission bereits erkennbar verändert und der wahrgenommene Farbton ändert sich (siehe später).

Die beschriebene sogenannte Farbdrift kann als Interferenz oder Moiré mit sehr großer Periode verstanden werden, so dass die interferenz-typische gegenseitige Verstärkung bzw. Abschwächung nicht vielfach auf dem Druckformat vorkommt, sondern praktisch nur ein einziges Mal. Wählt man zur Behebung zunächst eine kleine gegenseitige Verdrehung zweier Rastergitter, dann verkleinert sich die Interferenz-Periode zunächst immer mehr, erreicht schnell den wahrnehmbaren und damit störenden Größenordnungsbereich von einigen Millimetern und durchläuft zwischen 30° und 60° gegenseitiger Drehung ein Minimum an Störung des visuellen Eindrucks, bevor sie wieder zu wachsen beginnt und abermals störend wird. Unter der Prämisse, möglichst viele Teildruckfarben winkeln zu können, erklärt sich hieraus die Wahl der heute im Markt bevorzugten 30° an Rasterwinkelung.

Wahrnehmbare Moiré-Erscheinungen sind zwingend zu vermeiden, da sie die Anmutung gedruckter Bilder erheblich stören (Abbildungen 2 und 3), was jedoch unter Anwendung des aktuellen Standes der Technik zur Drehung der Rastergitter nur bedingt gut möglich ist. Dies erklärt sich aus der Notwendigkeit, die Rastergitter gegenseitig um je 30° zu verdrehen, was jedoch insgesamt nur 3 Möglichkeiten bietet. Wegen der symmetrischen Ausprägung des Rastergitters ist das Gesamtspektrum der Winkelungen auf 90° begrenzt, was bei 30° Drehung pro Teildruckfarbe nur 3 »saubere« Winkelungen zulässt. Der übliche Mehrfarbendruck verwendet jedoch mit den Teildruckfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (CMYK) 4 verschiedene Teildruckfarben.

Es ist bekanntermaßen versucht worden, den für die Rasterwinkelung verfügbaren Winkelbereich durch beispielsweise elliptische Formen der Rasterpunkte zu erweitern. Die Rasterpunkte erhalten somit eine Vorzugsrichtung, womit sich die Größen der gegenseitigen Überlappung günstig verändern. Hierdurch sind graduelle Verbesserung der Anfälligkeit gegen sichtbare Farbdrift möglich, das Problem mangelnder Rasterwinkelungsmöglichkeiten bleibt jedoch prinzipiell bestehen.

Die »unechte« Lösung
In der aktuellen Druckpraxis wird dieses Problem dadurch »gelöst«, dass die helle und kontrastarme Teildruckfarbe Gelb mit dem halben Maß einer „sauberen“ Winkeldrehung zwischen zwei der anderen Teildruckfarben gelegt wird. Die Winkeldrehung der Teildruckfarbe Gelb gegenüber den »benachbarten« Teildruckfarben beträgt also nur 15°, was unweigerlich ein Moiré erzeugt (Abbildungen 2 und 3). Dieses ist üblicherweise so schwach ausgeprägt, dass es der normalsichtige Betrachter eines gedruckten fotografischen Bildes (auch wegen der darin enthaltenen Modulation und Vielfalt an Farbtönen) meist nicht als störend empfinden wird. Insbesondere die Mischfarbtöne aus Gelb und einer der beiden »benachbarten« Teildruckfarben werden jedoch durch das schwach erkennbare Moiré bereits leicht geschädigt.

Der durch das sogenannte »Gelb-Moiré« verursachte Qualitätsmangel würde bzw. wird in einer aktuell viel diskutierten Variante zur Kostensenkung im Verpackungsdruck – dem Drucken mit einer festen, erweiterten Farbpalette von sieben Prozessfarben – noch weiter akzentuiert werden. Es ist davon auszugehen, das der sogenannte Sieben-Farbendruck am Gelb-Moiré sogar scheitern bzw. seine Mächtigkeit und das Potenzial zur Kostenersparnis erheblich einbüßen könnte. Das Drucken mit sieben Prozessfarben, die alle eine amplitudenmodulierte Rasterung aufweisen, gelingt angesichts der geschilderten Einschränkungen nur unter einer ganz bestimmten Voraussetzung.

Dazu müssen Rasterwinkelungen sozusagen doppelt belegt werden. Die jeweiligen Komplementärfarben werden dabei auf die gleiche Rasterwinkelung gelegt. Solche Komplementärfarben-Paare sind Magenta (M) und Grün (G), Cyan (C) und Rot (R) sowie Gelb (Y) und Violettblau (B). Unter der weiteren Voraussetzung, dass an keiner Stelle des Druckmotivs beide Komplementärfarben gleichzeitig präsent sein dürfen, was in den fotografischen Bildern durch den sogenannten Unbuntaufbau herbeigeführt wird, kann dann theoretisch sowohl Moiré als auch Farbdrift vermieden werden.

Bei der Umsetzung in die Praxis hat diese Theorie jedoch die Schwachstelle des »Gelb-Moiré« bzw. des »Violettblau-Moiré«. Während man das durch Gelb mit seinen »Winkelnachbarn« verursachte Moiré noch kaum sehen kann (Abbildung 2), wird dieses beim Auftreten des Violettblau auf der gleichen Winkelung wie Gelb sehr deutlich sichtbar (Abbildung 3). Zur Behebung dieses Problems kann eventuell selektiv in die Grafikdatei eingegriffen werden, um objektorientiert die bekanntermaßen funktionellen Winkelungskombinationen zuzuweisen, dies wäre jedoch insbesondere in fotografischen Bildern mit dem manuellen Zeichnen von Masken verbunden und stellt damit einen unerwünschten zusätzlichen Aufwand dar. Eine Automatisierung erscheint nicht möglich.

Gibt es eine »echte« Lösung?
Die beschriebene »optische Vertuschung« des Problems der mangelnden Rasterwinkelungsmöglichkeiten durch Akzeptanz des Gelb-Moiré wird spätestens dann scheitern, wenn wir versuchen wollen, mit Prozessfarben zu drucken, die mehr als drei kontrastreiche Teildruckfarben umfassen. Das wird ggf. beim Sieben-Farbendruck der Fall sein (Abbildung 3), kann aber auch heute in der Verwendung von gerasterten Sonderfarben zur Herausforderung werden. Der Autor wagt aber darüber hinaus die Behauptung, dass das heutige Gelb-Moiré bereits für einige vermeintlich unerklärliche Phänomene im farblichen Abgleich beispielsweise zwischen Proof und Druck verantwortlich ist.

Wie bereits angedeutet gibt es eine »echte« Lösung für das vorliegende Problem, nämlich die Verwendung frequenzmodulierter Rasterungen. Sie haben keine regelmäßigen Strukturen, können daher kein Moiré verursachen und erlauben es uns somit, an jeder Druckbildstelle mehr als drei Teildruckfarben gleichzeitig zu »erlauben«. Zumal dann sogar alle sieben (oder sogar mehr) Teildruckfarben wirklich unabhängig voneinander gerastert werden können, ist der »FM-Sieben-Farbendruck« dann auch nicht mehr an die Praktizierung eines Unbunt-Aufbau gebunden, der seinerseits gewisse Notwendigkeiten mit sich bringt und nicht überall bedenkenlos verwendet werden kann. Es bleiben jedoch die beschriebenen Nachteile der FM-Raster, weswegen diese zumindest nicht als Universallösung gelten können.

Es war sozusagen ein kleiner drucktechnischer »Unfall«, der den Autor auf eine weitere potentielle Lösungsmöglichkeit für das genannte Dilemma brachte. In einem studentischen Projekt war es aufgrund eines Interpretationsfehlers dazu gekommen, dass die Farbauszüge des Cyan und des Gelb die gleiche Rasterwinkelung (bei gleicher Rasterfeinheit) erhalten hatten, was das Druckbild scheinbar nicht im geringsten gestört hatte, aber durch einen glücklichen Zufall trotzdem entdeckt wurde. Die daraus abgeleitete Idee lautete, zwei unserer Teildruckfarben aus dem Vier-Farbsatz auf dieselbe Winkelung zu legen. Zumal dann aber bekanntermaßen die oben geschilderte Farbdrift droht, musste dies in einem weiteren Projekt eingehend untersucht werden, bevor es als »echte« Lösung präsentiert werden konnte.

Abbildung 4 zeigt ein Druckergebnis aus dieser Verifizierung. Es wurden hier bewußt wechselweise verschiedene Teildruckfarben auf gleiche Rasterwinkelungen gelegt, wobei uns je ein 50%-iger Rasterton und ein 25%-iger als Anschauungsmaterial zur Verfügung stehen. Besonders aufschlussreich ist hierbei der jeweilige Vergleich in den Richtungen »Nord/West« vs. »Süd/Ost«. Diese sich links und rechts der von unten links nach oben rechts verlaufenden Diagonale befindlichen Farbfelder stellen nämlich jeweils die gleiche Zusammensetzung, jedoch einmal mit und einmal ohne die übliche Rasterwinkelung dar.

Das obere Quadrat enthält alle vier Teildruckfarben CMYK. Die unterhalb der besagten Diagonale liegenden Farbflächen sind als deutlich bläulicher zu erkennen als ihre Gegenüber. Technisch erklärbar ist das dadurch, dass beim hier vorliegenden kompletten Überdecken aller Rasterpunkte durch die der jeweils nächsten Teildruckfarbe die Eigenheiten der Farbannahme und Transparenz voll durchschlagen. Ein Entfall jeglicher Rasterwinkelung, also die Drehung aller Teildruckfarben auf denselben Winkel, kommt wegen des starken Blaustichs offensichtlich nicht in Frage.

Die Kombination von nur Cyan und Magenta auf der gleichen Winkelung ergibt dagegen schon einen sehr viel kleineren Farbunterschied entlang der Diagonale, könnte also in Betracht gezogen werden. Ein schneller Vergleich der weiteren Quadrate zeigt dem Betrachter, dass das dritte Quadrat (C + Y) und das letzte Quadrat (Y + K) hierbei sogar noch etwas besser abschneiden.

Können wir damit also entweder Cyan und Gelb oder Schwarz und Gelb auf die gleiche Rasterwinkelung legen? Aufgrund der Abbildung 4 bzw. des einzelnen hier abgebildeten Druckmusters lässt sich das leider noch nicht entscheiden. Bei gleicher Rasterwinkelung zwischen zwei Teildruckfarben droht wie gesagt Farbdrift, und das kann nur mit einer Vielzahl an nacheinander produzierten Druckmustern verifiziert werden. Diese Untersuchung wurde im DFTA-Technologiezentrum durchgeführt. Sie erbrachte das Ergebnis, dass die Farbdrift unter diesen Umständen tatsächlich störend hervortritt und die nacheinander gefertigten Drucke farblich so changieren lässt, dass unsere Auftraggeber sich hieran sicher stören werden. Damit musste auch die Idee, wenigstens einige der Teildruckfarben identisch zu winkeln, leider wieder verworfen werden.

Anfang 2018 tauchte dann aber noch eine weitere Möglichkeit zur Lösung unseres Problems auf, und zwar in Form einer Halbtonrasterung, die zuvor im DFTA-Technologiezentrum entwickelt worden war. Der sogenannte DFTA Screen V6 Penta bestach immer schon durch seine optische Harmonie, erschien wegen seiner eigentümlichen Punkform und -anordnung aber für die Rasterwinkelung quasi gar nicht in Frage zu kommen. Dabei lag jedoch die klassische Denkweise zu Grunde, eine Drehung um 30° o.ä. anzuwenden, was in der Tat bei dieser Rasterung erfolglos endet. Erst als der Autor komplette Vierteldrehungen vornahm stellte sich der Erfolg ein, obwohl das bei AM-Rastern wegen deren überwiegender Punktsymmetrie normalerweise sinnlos ist. Nicht so jedoch beim besagten Kandidaten, dessen Verschachtelte Punktanordnung bei jeder Vierteldrehung tatsächlich ein neues Ergebnis erzielt.

Im Laufe der weiteren Untersuchungen, die jedoch noch nicht ganz abgeschlossen sind, konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass der Penta-Raster auch bei je 90°-Drehungen seine relative Unempfindlichkeit gegen Farbdrift behält. Möglicherweise stellt er also eine zweite Lösung für unser Dilemma dar, vielleicht sogar die bessere von beiden. In jedem Fall wurde er aufgrund seiner zahlreichen Vorteile inzwischen zum Patent angemeldet.

Resümé
Die aktuelle Praxis der AM-Rasterwinkelung erzeugt das sog. Gelb-Moiré, weil nicht genügend Winkelungsmöglichkeiten für alle (4) Teildruckfarben vorhanden sind. Das Gelb-Moiré ist möglicherweise bereits heute für Druckschwierigkeiten verantwortlich, wird aber spätestens dann zum handfesten Problem, wenn mit mehr als vier kontraststarken Teildruckfarben gearbeitet werden muss. Das betrifft den Sieben-Farbendruck, aber auch Teile der heutigen Sonderfarben. Die eine Lösungsmöglichkeit für das Problem mangelnder Winkelungen ist bekannt, nämlich die Verwendung von FM-Rastern. Diese konnten sich bisher jedoch wegen anderer Nachteile nicht breitflächig durchsetzen. Eine zweite mögliche Lösung hat sich überraschenderweise in Form des DFTA Screen V6 Penta ergeben, was aktuell weitergehend untersucht wird. Mit der heutigen Technik, inklusive Gelb-Moiré, können wir uns jedenfalls nur zwischen zwei Übeln entscheiden: Moiré oder Farbdrift. Dies zu beheben erscheint dem Autor im Sinne der Weiterentwicklung aller autotypischen Druckverfahren, von Offset- über Flexo- bis Digitaldruck, als höchst wünschenswert.

(Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung der DFTA und des DFTA-Technologiezentrums)

Über den Autor

Prof. Dr. Martin Dreher (VAK Moskau) ist seit 1. April 2007 Wissenschaftlicher Leiter des DFTA-Technologiezentrums in Stuttgart, und seit 1. Oktober 2008 Professor im Fachbereich 1 der Hochschule der Medien, Stuttgart, Studiengang Verpackungstechnik.

Nach einer Ausbildung zum Drucker Flachdruck/Hochdruck und ersten Berührungen mit dem Flexodruck, folgte ein Studium Druckereitechnik an der FH für Druck Stuttgart (heute HdM), Studienabschluss 1990. Ab 1990 bei DuPont Cyrel, zunächst als Anwendungstechniker für Flexodruckplatten, dann in Marketing/Produktplanung. Ab 1995 spezialisiert auf Digital Imaging (Computer-to-Plate, Digitalproofing), ab 1999 als Gruppenleiter des »Digitalteams« in der Anwendungstechnik Cyrel.

Zwischen 2004 und 2006 Absolvierung der Doktorarbeit als Industrie-Dissertation (parallel zum Beruf) mit dem Thema »Evaluierung von neuen und etablierten Rasterungen und deren Eignung für den Flexodruck mit digitalen Fotopolymer-Druckplatten« an der Moskauer Staatlichen Universität für das Druckwesen.

Ab 1. Oktober 2006 folgte eine Tätigkeit am DFTA-Technologiezentrum in Stuttgart, sowie von März 2007 bis Juni 2008 Lehraufträge an der HdM Stuttgart. (Foto: DFTA)