Licht & Farbe

Lichtfarbe

Die Lichtfarbe entsteht durch die spektrale Zusammensetzung von Licht in Verbindung mit den Fotorezeptoren des Auges und der Verarbeitung im Gehirn.

Das Licht kann dabei direkt von einer Lichtquelle stammen oder von einem Körper reflektiert und farblich verändert worden sein (Körperfarbe).

Licht ruft einen Farbreiz hervor, indem es die Farb-Sinneszellen (beim Menschen sind dies Zapfen auf der Netzhaut, die empfindlich für rot, grün und blau sind) reizt. Um Körperfarben erkennen zu können, ist möglichst weißes Licht zur Beleuchtung nötig.

Die Farbe des Lichtes kann sich entweder aus diskreten einzelnen Farben je einer bestimmten Wellenlänge, aus einem Gemisch mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche oder aus einem kontinuierlichen Gemisch von Licht aller Wellenlängen eines bestimmten Spektralbereichs ergeben. Diese Intensitätsverteilung über die Wellenlängen des Spektrums entsteht in der Lichtquelle und/oder bei einer nachträglichen Filterung bei Transmission oder Reflexion an ihrerseits farbigen (wellenlängenselektiven) Stoffen.

Die Messung der Lichtfarbe orientiert sich an den physiologischen Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Auges.

Kontinuierliche Lichtemission aufgrund der Temperatur eines Strahlers

Licht kann ein kontinuierliches Spektrum haben, wenn es, wie das Sonnenlicht oder das Licht einer Glühlampe, von einem glühenden Körper ausgeht. Sein Spektrum folgt dem Planckschen Strahlungsgesetz. Die Lichtfarbe wird dann durch die Wellenlänge des Maximums des kontinuierlichen Spektrums bestimmt. Man kann eine entsprechende Farbtemperatur (TCP), gemessen in Kelvin (K), zuordnen, die gleich der Temperatur des strahlenden Glühkörpers ist. Sie beginnt bereits unmittelbar über dem absoluten Nullpunkt mit der Wärmestrahlung im fernen Infrarot. Je höher die Temperatur, umso kürzere Wellenlängen werden ausgesandt und desto „blauer“ wird folglich das Maximum. Dadurch erscheint eine glühende Herdplatte rot, Kerzenlicht gelblich, Sonnenlicht weiß und 10.000 K heiße Plasmen oder Fixsterne bläulich.

Das „weiße Licht“ eines Schwarzen Strahlers wird im Chromatizitätsdiagramm durch den Weißpunkt bezeichnet.

Farbtemperatur

Die Farbtemperatur ist definiert als die Temperatur eines schwarzen Körpers, eines planckschen Strahlers, die zu einer bestimmten Lichtfarbe dieser Strahlungsquelle gehört. Im Einzelnen ist es die Temperaturangabe, die bei gleicher Helligkeit und unter festgelegten Beobachtungsbedingungen der zu beschreibenden Farbe am ähnlichsten ist .

Die Einheit der Farbtemperatur ist Kelvin (K). Daraus wird das Mired als das Millionenfache des Kehrwertes der Kelvin-Angabe abgeleitet.

Im CIE-Diagramm gehört zu jeder Farbtemperatur einer Lichtquelle ein Weißpunkt dieser Beleuchtungsart.

Die spektrale Verteilung des Lichts von Strahlern mit gleicher Farbtemperatur kann sehr unterschiedlich sein, sogenannte metamere Lichtquellen. Metameres Licht kann wie bei Glühlampen ein kontinuierliches Spektrum aufweisen oder sich wie bei Energiesparlampen und Flachbildschirmen auf einige schmale Spektralbänder beschränken. Der Farbwiedergabeindex gibt die Qualität der Farbwiedergabe bei Beleuchtung mit einer Lichtquelle an.

Die psychologisch bedingte Einteilung in kalte und warme Farben ist keine Beurteilung der hier beschriebenen Farbtemperatur.

Wirkung auf den Menschen

Da blaues Licht zu einer Verringerung der Melatonin-Ausschüttung führt, wirkt solches sogenanntes kaltes Licht ermunternd und belebend, während warmes Licht (rötlich/gelblich, auch Warmton) gemütlich und einschläfernd wirkt. In der Lichttherapie wird kaltes Licht gegen Winterdepressionen eingesetzt. Weiterhin verbessert es das 3D-Sehen und die Auge-Hand-Koordination und erhöht die Kontraste.

Deshalb eignet sich kälteres Licht (4000 K bis 8000 K) für Arbeitsplätze, während für Wohn- und vor allem Schlafräume warmes Licht (≈ 2700 K) sinnvoll ist.

Es sind sogenannte Vollspektrum-Tageslicht-Lampen erhältlich, die ein tageslichtähnliches (6500 Kelvin), möglichst kontinuierliches Licht liefern und als gesundheitsfördernd beworben werden.

Die Lichtfarbe ist eine Kenngröße, um Leuchtmittel zu charakterisieren. So werden insbesondere Leuchtstofflampen zum Vergleich mit Glühlampen in folgende drei Gruppen eingeteilt:

Bei Leuchtstoffröhren bestimmen die Leuchtstoffe auf der Innenseite der Glasröhre die Lichtfarbe. So kann außer Weiß auch fast jede andere Farbe erzeugt werden.

Die Lichtfarbe kann auch durch eingefärbtes Glas oder Filter verändert werden. Die Reflektoren von Kaltlichtspiegellampen lassen zum Beispiel den Rot- und Infrarotanteil der Glühlampe passieren und erzeugen so ein kälteres Lichtbündel, welches wenig Wärmestrahlung enthält.

Die Qualität der Farbwiedergabe eines Leuchtmittels wird durch den Farbwiedergabeindex (Ra) beschrieben. Weiß erscheinende Lichtquellen können dennoch Farbverfälschungen verursachen, wenn sie ein diskontinuierliches Spektrum aufweisen.

Metamerie

Mit Metamerie (gr. meta – „nach, mitten unter“ und meros – „Teil“, das heißt „aus mehreren Teilen bestehend“) bezeichnet man in der Optik den Sachverhalt, dass verschieden zusammengesetzte Lichtspektren beim Menschen den gleichen Farbeindruck hervorrufen können. Die unterschiedlichen Farbreize mit gleichem Farbeindruck nennt man metamere oder bedingt gleiche Farben.

Das hat besonders bei Körperfarben praktische Folgen, deren Farbstoffe oder Pigmente nicht monochrom sind, das heißt einen relativ breiten Spektralteil des Umgebungslichtes reflektieren.

So kann ein Kleiderstoff einen anderen Farbeindruck erzeugen, wenn er unter einer anderen Lichtquelle betrachtet wird. Das andere Licht kann bestimmte Wellenlängen, die von den textilen Färbemitteln auch reflektiert würden, nicht enthalten (zum Beispiel im Licht der Glühlampen). In der Summe entsteht ein vom vorherigen abweichender Farbeindruck, der umgekehrt auch abweichend ist, wenn zusätzliche Wellenlängen vorhanden sind und reflektiert werden (zum Beispiel im Tageslicht).

Nach der Reparatur einer Auto-Karosserie passiert es oft, dass die neu lackierten Blechteile nicht mehr gleich aussehen wie die übrigen. Der ausgewählte Farblack führte im Kunstlicht der Werkstatt zum gleichen Farbeindruck, nicht aber im Tageslicht draußen. Dass beide Blechteile für sich draußen anders aussehen können, stört in der Regel nicht, störend ist ihr voneinander abweichendes Aussehen. Der in der Werkstatt ausgewählte oder gemischte Lack enthält nicht die gleiche Pigment-Mischung wie der Originallack, obwohl er bei der dortigen Beleuchtung zum gleichen Farbeindruck führt. Von den in der Regel zusätzlich im Tageslicht enthaltenen Wellenlängen werden entweder Anteile vom Original- oder vom Reparaturlack reflektiert, nicht aber von beiden Lacken die gleichen zusätzlichen Anteile.

Die unterschiedlichen Farbeindrücke einer bedingt gleichen Körperfarbe werden mit Hilfe des Metamerie-Index quantitativ beschrieben. Als Normal wird in der Regel Tageslicht beziehungsweise eine künstliche Lichtquelle verwendet, deren Licht dem Tageslicht sehr ähnlich ist.

Bei Farbbildreproduktionen zum Beispiel von Gemälden wird auf möglichst gute Übereinstimmung zwischen Original und Kopie bei einem „mittleren Licht“ geachtet, damit der Eindruck sowohl bei Tages- als auch bei Glühlampenlicht nicht allzu weit vom Original abweicht.