La mescolanza sottrattiva o sintesi sottrattiva di due o più colori consiste nel mescolare o sovrapporre due o più coloranti o pigmenti che singolarmente appaiono di colore diverso quando li si illumina con luce di una determinata composizione spettrale, perché assorbono bande diverse della luce incidente, in modo da produrre, una volta mescolati o sovrapposti, e illuminati dalla stessa luce, la sensazione di un diverso colore. Ad esempio, se si mescola un colorante che appare giallo, perché assorbe la banda del blu, con uno che appare magenta, perché assorbe la banda del verde, la miscela risultante appare rossa.
La mescolanza sottrattiva si può produrre in diversi modi; ad esempio: mescolando dei pigmenti, come in pittura; sovrapponendo strati di inchiostri, come in fotografia e nella stampa. Gli esordi Che la mescolanza di coloranti o pigmenti di colore diverso possa produrre nuovi colori è noto da secoli, come provano le opere di molti pittori. Nel 1722 l'ipotesi che ne basti un numero limitato per produrne moltissimi altri viene messa in pratica da Jacob Christoph Le Blon, inventore di un sistema di stampa a tre colori e, con l'aggiunta del nero, a quattro colori. Nel suo libro Coloritto; or the Harmony of Colouring in Painting/L'Harmonie du coloris dans la peinture del 1725, Le Blon scrive infatti: "La pittura può rappresentare tutti gli oggetti visibili con tre colori: giallo, rosso e blu; tutti gli altri colori possono essere formati da questi tre, che chiamo primitivi […] E una miscela di questi tre colori originari produce un nero e anche qualsiasi altro colore. […] Sto parlando solo di colori materiali, o quelli usati dai pittori” (vedi figura 2).
È però Louis Ducos du Hauron il primo a descrivere, nel 1862, il principio della sintesi sottrattiva,Notizia tratta dal testo di R.W.G. Hunt, The Reproduction of Colour, citato in bibliografia, a pagina 25. che permette di superare gli svantaggi pratici che la sintesi additiva presenta sia nella riproduzione fotografica (e cinematografica) dei colori (ad esempio necessità di usare tre proiettori, o un proiettore a filtri rotanti, o pellicole lenticolari), sia nella riproduzione a stampa (necessità di usare un mosaico di colori che rende, ad esempio, praticamente impossibile creare colori luminosi e in particolare il bianco, a causa dell'assorbimento di luce da parte degli inchiostri).
Le basi La sintesi da parte dell'apparato visivo umano (nel seguito chiamato brevemente occhio) di una gamma più o meno estesa di colori a partire da due o più colori è sempre basata sulla mescolanza di raggi luminosi. Questo vale sia per la sintesi sottrattiva, qui trattata, sia per quella additiva. Alla base sta il fatto che ciò che era già stato ipotizzato nel 1801 da Thomas Young, in una lettura tenuta il 12 novembre presso la Royal Society di Londra, cioè che la retina contenga tre tipi di recettori sensibili a tre bande dello spettro visibile,Le parole di Young sono: "Siccome è pressoché impossibile supporre che ogni punto sensibile della retina contenga un numero infinito di particelle capace ciascuna di vibrare in perfetto unisono con ogni possibile onda, diventa necessario supporre che il loro numero sia limitato, ad esempio ai tre colori principali rosso, giallo e blu". La lettura è stata pubblicata, col titolo "The Bakerian Lecture. On the Theory of Light and Colours", in Philosophical Transaction, of the Royal Society of London. For the Year MDCCCII, Royal Society of London, 1802. corrisponde al vero, poiché nella retina sono presenti i coni, cioè tre tipi di fotorecettori che contengono tre diversi pigmenti colorati che agiscono da filtri, cioè assorbono tre diverse gamme dello spettro elettromagnetico. Le curve che indicano la sensibilità spettrale (cioè alle varie lunghezze d'onda) dei tre tipi di coni, indicati con le lettere greche ρ, γ, β,I tre tipi di coni sono anche chiamati, in letteratura, R, G e B perché sensibili principalmente alle zone rossa (red), verde (green) e blu (blue) dello spettro, o L, M e S (cioè long, medium e short, con riferimento alle lunghezze d'onda). I simboli qui adottati sono quelli proposti da R.W.G. Hunt e da M.R. Pointer nei loro due testi citati in bibliografia. sono mostrate nella figura 3.Esistono diversi metodi per ottenere tali curve e non è stato finora raggiunto un accordo su quale sia il migliore; pertanto ne esistono diverse famiglie, fortunatamente però abbastanza simili. Le differenze riguardano soprattutto le tre lunghezze d'onda cui corrispondono i tre massimi. Nella figura 5 sono state usate per i massimi le lunghezze d'onda riportate in: O. Estévez, On the fundamental data-base of normal and dichromatic color vision, Ph.D. Thesis, University of Amsterdam, Krips Repro Meppel, Amsterdam, 1979. Inoltre le curve sono state normalizzate, cioè i tre massimi sono stati portati tutti al 100%. La striscia colorata sotto le tre curve mostra i colori corrispondenti alle varie lunghezze d'onda.
I procedimenti di sintesi additiva dei colori sfruttano questa diversa sensibilità a tre diverse gamme di lunghezze d'onda visibili per produrre, usando un numero limitato di stimoli di colore (come sono usualmente chiamati i fasci luminosi che stimolano i coni), di solito tre, una vasta gamma di colori. Questi stimoli di colore, in altre parole i primari additivi, idealmente sono monocromatici, ma normalmente, per ragioni pratiche, non lo sono, e addirittura possono occupare ciascuno una banda estesa di lunghezze d'onda.
È proprio il fatto che non sia necessario usare primari monocromatici a spiegare come sia possibile produrre una vasta gamma di colori anche con procedimenti sottrattivi, cioè usando coloranti che filtrano la luce bianca lasciando passare ciascuno solo una banda di frequenze, e che possono essere usati in combinazione in modo che le bande residue di frequenze, raggiungendo l'occhio, consentano la sintesi dei colori proprio come avviene col procedimento additivo.
La riproduzione dei colori per sintesi sottrattiva tricromatica
I primari sottrattivi normalmente usati per la sintesi a tre colori sono il ciano, il magenta e il giallo e, se fossero ideali, dovrebbero comportarsi da filtri, come è illustrato nella figura 3, dove le aree tratteggiate indicano le bande bloccate: il colorante ciano dovrebbe bloccare la banda del rosso, cioè con lunghezze d'onda superiori a circa 580 nm, e quindi trasmettere (cioè lasciar passare) quelle del blu e del verde (questo è il motivo per cui la luce trasmessa da un colorante di questo tipo appare ciano), il colorante magenta bloccare la banda del verde, compresa fra circa 490 nm e 580 nm, e il colorante giallo dovrebbe bloccare la banda del blu, cioè con lunghezze d'onda fino a circa 490 nm.Le lunghezze d'onda di 490 nm e 580 nm sono quelle indicate come ottime in "M.E. Clarkson, T. Vickerstaff, Brightness and hue of present-day dyes in relation to colour photography, Photographic Journal, 88b, 26, Royal Photographic Society of Great Britain, Londra, 1948" e utilizzate in diversi testi sulla riproduzione dei colori, come ad esempio quello di R.W.G. Hunt, The Reproduction of Colour, citato in bibliografia.
Quando usati in combinazione questi coloranti si comportano come mostrato nelle figure 4, 5 e 6. Nella prima, ad esempio (per le altre vale un discorso simile), il colorante magenta blocca la banda del verde, trasmettendo solo quelle del blu e del rosso (e questo è appunto il motivo per cui, come già detto, appare magenta), mentre quello giallo blocca, come già detto, la banda del blu (tratteggiata in figura), trasmettendo quindi solo quelle del verde e del rosso (e questo è appunto il motivo per cui appare giallo). Se i due coloranti sono usati insieme l'unica banda trasmessa è quindi quella del rosso. Ovviamente i tre coloranti ideali, se usati insieme, bloccano tutte le lunghezze d'onda, e questo spiega il nero risultante illustrato nella figura 7.
Dalle figure risulta anche evidente il motivo per cui i coloranti sottrattivi non devono essere monocromatici e perché le loro bande passanti devono necessariamente sovrapporsi. In caso contrario combinando anche solo due coloranti verrebbero bloccate tutte le lunghezze d'onda e non verrebbe sintetizzato nessun colore.Si veda, ad esempio, il secondo volume, pagina 181, dell'opera a cura della Kodak, citata in bibliografia.
I colori ottenibili per sintesi sottrattiva col ciano, il magenta e il giallo non sono solo il rosso, il verde e il blu (e il nero, se si usano tutti e tre), perché se i coloranti vengono, ad esempio, diluiti, avendo una densità minore non presentano una banda in cui bloccano completamente le onde elettromagnetiche (in altre parole il giallo lascia passare anche un po' di blu e così via), rendendo possibile la sintesi di una gamma di colori, detta gamut.
Nella figura 8 tre coloranti ciano, magenta e giallo, che lasciano rispettivamente passare (oltre rispettivamente alle bande blu e verde, blu e rosso, e verde e rosso), l'80% della banda del rosso, il 50% della banda del verde e il 50% delle banda del blu, producono un colore porpora-marrone.
I coloranti considerati finora sono idealizzazioni di coloranti reali, le cui curve di trasmissione si discostano più o meno da quelle ideali mostrate nella figura 3. Nella figura 10 sono rappresentate, come esempio, le curve di trasmissione di tre coloranti reali del tipo di quelli usati in fotografia, alla massima concentrazione. Anche questi coloranti possono essere usati, come nell'ultimo esempio visto sopra, a concentrazioni minori (almeno in fotografia).
I metodi sottrattivi
Come già accennato, la mescolanza sottrattiva si può ottenere in diversi modi, illustrati nel seguito facendo riferimento alla mescolanza o sintesi tricromatica CMY o quadricromatica CMYK, che sono quelle più usate in pratica.
Sintesi sottrattiva in pittura (e nel disegno) Che la mescolanza di coloranti o pigmenti di colore diverso possa produrre nuovi colori è noto da secoli, come provano le opere di molti pittori che ci sono pervenute. E i pigmenti, un tempo chiamati terre, come gli altri coloranti usati in pittura, quando mescolati, producono (cioè fanno percepire al nostro occhio) nuovi colori proprio per sintesi sottrattiva, perché assorbono selettivamente bande di lunghezze d'onda.
Un pittore può naturalmente mescolare fra loro colori qualsiasi, e in qualsiasi proporzione, per ottenere il colore che desidera, e in questo senso tutti i colori che usa sono i colori primari per quella specifica mescolanza sottrattiva.