LICHT UND KÖRPERFARBEN FARBMISCHUNG

Transkript

1 LICHT UND KÖRPERFARBEN FARBMISCHUNG Quelle: Wenn wir von Farben sprechen, müssen wir drei Dinge unterscheiden: Die farbige Erscheinung von Licht bzw. eines Lichtstrahls bezeichnet man als Lichtfarbe. z.b. das rote Licht eines He-Ne-Lasers oder das Farbspektrum einer Weisslichtlampe oder die Regenbogenfarben Die farbige Erscheinung von Objekten bezeichnet man als Körperfarbe. z.b. der rote Lack eines Autos oder eine gelb-getönt gestrichene Wand oder eine grüne Malkastenfarbe Die Farbe, in der wir Licht (einer Lichtquelle) oder einen Körper (d.h. genauer, das Licht, das von einem Körper in unser Auge fällt) wahrnehmen. Diese Farbe ist ein Produkt unseres Wahrnehmungsapparats, der aus unserem Auge zusammen mit den zuständigen Gehirnregionen besteht. Auge Wir nehmen beim Sehen stets eine sog. additive Mischfarbe wahr. Lichtfarben Das weiße Licht enthält (elektromagnetische) Lichtwellen im Wellenlängenbereich von ca. 400nm bis ca 700nm. Für diese elektromagnetischen Wellen haben wir einen Wahrnehmungsapparat: Unser Auge zusammen mit den zuständigen Gehirnregionen. Das Auge (genauer unser Wahrnehmungsapparat) empfindet jede Mischung immer additiv. Das Licht einer Lampe erscheint uns weiß, wenn es alle Wellenlängen des Lichts enthält. Ein Blatt Papier, das von weißem Licht angeleuchtet wird, erscheint uns weiß, weil es alle Wellenlängenbereiche zu fast 100% rückemittiert. Wenn Licht nur die nebenstehenden blauen Farbenanteile enthält, oder wenn ein Farbmittel oder ein Körper alle längerwelligen Spektralbereiche absorbiert (bzw. subtrahiert) und im Rest nur überwiegend blaue Anteile verbleiben, erscheint das Licht bzw. der Körper blau. RS / :172 Seite 1 von 7

2 Enthält in unser Auge fallendes Licht keine blauen und roten Anteile, nehmen wir das Licht als grün wahr. Wenn ein mit weißem Licht bestrahltes Farbmittel oder ein Körper die roten und die blauen Spektralbereiche absorbiert (bzw. subtrahiert), erscheint der Körper grün. Farbzerlegung mit einem Prisma Quelle: Additive Farbmischung entsteht immer dann, wenn Lichter unterschiedlicher (Spektral)Farben gemischt werden. Bei der Farbe des entstehenden Mischlichts spricht man dann von "Lichtfarbe" um eine Unterscheidung zu Licht, das aus einer reinen Spektralfarbe besteht zu treffen. Die Mischfarben sind bei der additiven Farbmischung stets heller als die Ausgangsfarben (die Lichtenergie addiert sich). Dies additive Frabmischung kann auf drei Arten geschehen: Durch Projektion der Lichter auf eine Stelle eines Schirms der betrachtet wird. Durch abwechselnde Farbfolge mit so hoher Wechselfrequenz, dass unser Auge (genauer: die Farbrezeptoren) die zeitliche Abfolge nicht mehr auflösen kann (rotierender Farbkreisel). Durch sehr nahe beieinander liegende Farbpunkte, die vom Auge (genauer: von den Farbrezeptoren) räumlich nicht mehr getrennt (aufgelöst) werden können (z.b. Farbfernsehen). o o Rot, Grün und Blau (RGB) werden als die Grundfarben der additven Farbenmischung bezeichnet. Man kann aus den Grundfarben additiv eine Vielzahl neuer Farben erstellen, indem die Intensität der gemischten Grundfarben variiert. RS / :173 Seite 2 von 7

3 Reflexion und Absorption Quelle: Die eigentlich reflektierende Schicht eines Spiegels ist eine unter das Glas eingearbeitete hauchdünn ausgewalzte Silberfolie. Es existiert kein anderes Material, das Licht besser reflektieren kann als Silber: Die Energie der einfallenden Lichtstrahlen wird vom Spiegel nahezu vollständig wieder zurückgeworfen. Ähnlich wie beim Spiegel wird das Licht von einem weißen Blatt Papier reflektiert, jedoch in geringerem Maße - bei einem grauen Blatt Papier noch weniger und ein schwarzes Blatt am wenigsten. Kein anderer auf der Erde vorkommender Stoff ist bekannt, der das Licht so stark absorbiert wie schwarzer Samt. Reflexion und Absorption stehen in direkter Abhängigkeit zueinander: Je größer das Reflexionsvermögen eines Stoffes, desto geringer die Absorption, und umgekehrt. Die visuelle Wahrnehmung unserer Umwelt ist nur deshalb möglich, weil alle Gegenstände das auftreffende Licht reflektieren. Stark reflektierende Gegenstände erscheinen uns heller, schwach reflektierende erscheinen uns dunkler. Durch diese Kontraste erst können wir eine genaue optische Differenzierung der Gegenstände untereinander vornehmen. Die folgenden Abbildungen veranschaulichen die Reflexion: starke Reflexion mittelstarke Reflexion schwache Reflexion RS / :174 Seite 3 von 7

4 Subtraktive Farbmischung Werden dem ursprünglichen Licht Farbanteile entzogen, so spricht man von subtraktiver Farbmischung. Subtraktive Farbmischung liegt z.b. vor, wenn weißes Licht (das idealer weise alle Spektraltfarben in gleicher Intensität enthält) auf einen Körper fällt, und bestimmte spektrale Anteile dieses weißen Lichts von diesem Körper absorbiert werden. Ein roter Gegenstand "schluckt" also die Farben Grün und Blau und reflektiert das Rot, woraufhin wir den Gegenstand dann auch als rot wahrnehmen: starke Reflexion von Rot starke Reflexion von Grün starke Reflexion von Blau starke Reflexion von Gelb Dass die Reflexion von Rot und Grün uns als Gelb erscheint, liegt an der additiven Farbmischung: Rotes Licht und grünes Licht ergeben gelbes Licht. Bei der Wahrnehmung des rückreflektierten Lichts betreibt dann unser Wahrnehmungsapparat schon wieder additive Farbmischung. Genau wie die Helligkeit ist also auch die Farbe eines Gegenstandes von der Art der Reflexion/Absorption abhängig. Während weiße, schwarze und graue Dinge den gesamten wahrnehmbaren Spektralbereich gleichmäßig reflektieren, wird bei farbigen Dingen ein Teil des Spektrums absorbiert und nur der "Rest" zurückgeworfen. RS / :175 Seite 4 von 7

5 Unterscheidung von additiver und subtraktiver Farbmischung Was ist nun der Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Farbmischung? Die farbige Erscheinung von Licht bzw. eines Lichtstrahls bezeichnet man als Lichtfarbe, die farbige Erscheinung von Objekten bezeichnet man als Körperfarbe. Während bei der additiven Farbmischung sich die Lichtfarben addieren und deshalb die Helligkeit zunimmt, ist es bei der subtraktiven Farbmischung umgekehrt: Hier nimmt die Helligkeit wegen der Absorption der Lichtstrahlen ab und die gemischten Farben erscheinen dunkler. Folgende Grafik veranschaulicht die subtraktive Farbmischung. Wichtig ist der Unterschied, dass hier nicht drei Scheinwerfer auf eine Fläche leuchten. Man muss sich einen weißen Untergrund vorstellen, auf dem mit einem Pinsel gemalt wurde. Die überschneidenden Flächen sind die Mischungen der Farben (wie beim Malkasten): subtraktiv additiv In der additiven Farbmischung werden die RGB-Farben Rot (R), Grün (G), und Blau (B) gemischt. In der subtraktiven Farbmischung werden die CMY-Farben Cyan (C), Magenta (M) und Yellow (Y) gemischt. In der Praxis verwendet man das CMYK-Modell. Das K steht für black. Ein reiner CMY-Druck hätte in der Praxis des Druckens kein richtig tiefes Schwarz, deshalb wird es zugesetzt. Ein direkter Vergleich beider Grafiken zeigt: In der additiven Farbmischung wird Licht gemischt. Rotes Licht und grünes Licht ergeben gelbes Licht (genauer: Licht mit der (wahrgenommenen) Lichtfarbe gelb). Der Fernseher liefert uns den Beweis. In der subtraktiven Farbmischung werden Stoffe gemischt. Gelbe Farbpaste und cyanfarbene Farbpaste ergeben als Mischung grüne Farbpaste. Um eine Demonstration des Mischens von Stoffen zu bekommen, könnte man sich drei Tuben Farbe, Plaka- oder Ölfarbe etwa, besorgen und damit experimentieren. Die Farben sollten den CMY-Farben entsprechen. In den Künstlerbedarfsläden werden die Farben unter ganz bestimmten Namen gehandelt. Chromgelbzitron entspricht relativ gut dem Yellow, Echtpurpur dem Magenta, Cyanblau entspricht dem Cyan. Coelinblau ist zu unbunt und viele Blautöne entweder zu dunkel oder aber mit Weiß gemischt. Cyan ist dasjenige intensive Hellblau, welches an der Grenze zu den grünstichigen Farben liegt. Ein Tintenstrahldrucker erzeugt Bilder, indem er kleine Tintentropfen auf das Papier wirft. Dabei werden CMYK-Farben verwendet und so angeordnet, dass der Eindruck von Millionen von Farben erweckt werden kann. Dass der Drucker wirklich nur mit den drei CMY-Farben alle anderen Farben darstellen kann, sehen wir bestätigt, wenn wir die Tintenpatronen wechseln. RS / :176 Seite 5 von 7

6 Der Farbkreis Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Ordnungssysteme in der Farbenlehre. Sehr gebräuchlich ist der Farbkreis, den wir hier sehen. Dabei handelt es sich um ein Modell der Farbenlehre. Der offensichtliche Unterschied zwischen Spektrum und Farbkreis besteht in der Farbe Magenta (Purpur). Sie kommt im natürlichen Spektrum nicht vor, schließt aber den Kreis zwischen lila und rot. Farben, die sich im Farbkreis gegenüber liegen, werden als Komplementärfarben bezeichnet. Blendet man aus dem Spektrum des weißen Lichtes einzelne Farben aus und mischt das restliche Licht, ergeben sich verschiedene Farben (Bild). Die ausgeblendete Farbe und die Mischfarbe des Restlichtes bilden ein Paar von Komplementärtarben (lat. complementum: Ergänzung). Bei Komplementärfarben ist also immer eines der Lichter ein Mischlicht und das andere eine reine Spektralfarbe. Komplementärfarben sind z. B. die Spektralfarbe Gelb und das Mischlicht Blau aus dem Rest des Spektrums.Ob eine Farbe ein Mischlicht oder eine reine Spektralfarbe ist, können wir nicht aus dem Farbeindruck schließen. Wir sehen es nur am Spektrum des Lichtes. Das Mischen farbiger Lichter nennt man Farbaddition. Wenn wir zwei Lichter mischen, die im Spektrum nicht weit auseinander liegen, so liegt die Farbe des Mischlichtes im Spektrum zwischen den beiden addierten Farben. Beispiele: o Rotes Licht und grünes Licht ergeben gelbes Mischlicht; o rotes Licht und gelbes Licht ergeben orangerotes Mischlicht; o gelbes Licht und blaues Licht ergeben grünes Mischlicht. Im Farbenkreis ist jede Farbe die Mischfarbe der beiden Nachbarfarben. Gegenüberliegende Farben geben die Farbeindrücke von Komplementärfarben wieder. Farbsubtraktion mit Filtern Farbgläser absorbieren einen Teil der Spektralfarben. Dieser Vorgang heißt Farbsubtraktion. Läßt man Sonnenlicht durch ein Farbglas fallen, so fehlen anschließend Farben im Spektrum. Man nennt daher Farbgläser auch Farbfilter. Farbfilter weisen den Farbton auf, der sich als Mischung des durchgelassenen Lichts ergibt. Ein Gelbfilter kann z. B. rotes, gelbes und grünes Licht durchlassen; das Mischlicht erzeugt den Eindruck Gelb. Legen wir ein Gelbfilter (Yellow) auf ein weisses Papier, erscheint uns das Papier gelb gefärbt. Wir haben mit dem Gelbfilter einen Teil des reflektierenden weissen Lichtes subtrahiert, nämlich den Blauanteil aus dem Spektrum. Zurückgeblieben ist der Grün- und der Rotanteil. Gelbes Licht setzt sich gemäss additiver Farbmischung zusammen aus grünem und rotem Licht. Legen wir nun noch ein Purpurfilter (Magenta) darüber, so subtrahieren wir noch den Grünanteil. Zurück bleibt der Rotanteil, das ursprünglich weisse Papier sieht nun Rot aus. Mit den beiden Farben Yellow und Magenta haben wir Rot erzeugt. Legen wir über die beiden Filter noch ein Blaugrünfilter (Cyan), dann subtrahieren wir auch noch das rote Licht wodurch uns die Stelle schwarz erscheint. Denselben Versuch kann man auch machen, indem man die drei Filter vor das Objektiv eines einzelnen Projektors hält. Für die umgekehrt Filterreihenfolge ist der Sachverhalt im nebenstehenden Bild dargestellt. RS / :177 Seite 6 von 7

7 Infrarot und Ultraviolett Auch außerhalb des sichtbaren Bereichs lässt sich noch Strahlung nachweisen. Man nennt die jenseits von rot mit der Thermosäule nachweisbare Strahlung Infrarot-Strahlung (kurz: IR). Man spricht auch von Wärmestrahlung. Bringt man in den nicht sichtbaren Teil des Spektrum jenseits vom Blau einen Zinksulfid-Schirm, so leuchtet dieser auf. Ein Zeichen dafür, dass auch hier eine Strahlung auftritt, die wir Ultraviolett-Strahlung (UV) nennen. Man kann diese Strahlung übrigens auch dadurch nachweisen, dass man ein frisch gewaschenes weißes Hemd in diese Zone bringt. Die "Weißmacher" des Waschmittels, die sich noch im Hemd befinden wandeln - ähnlich wie der Zinksulfid-Schirm - das für uns unsichtbare UV in sichtbares Licht um. Sowohl das sichtbare Spektrum als auch das Infrarot und die Ultraviolett-Strahlung sind Anteile des sogenannten elektromagnetischen Spektrums. Innerhalb des heute bekannten und genutzten Wellenbandes liegt Licht im Bereich einiger 100nm. Das Bild zeigt alle Strahlungen der angewandten Nachrichtentechnik bis hin zur extrem kurzwelligen Strahlung. Bildquelle: Das Auge ist nicht für alle Farben des sichtbaren Lichts gleich empfindlich. IR und UV finden in Medizin, Natur und Technik eine Vielzahl von Anwendungen. Infrarotstrahlung (man nennt sie auch Wärmestrahlung) wird umso mehr von einem Körper abgestrahlt, je wärmer er ist. Mit einer Infrarotkamera kann man z.b. "Wärmelecks" bei einem Haus feststellen. Die Aufnahme der Fa.Heiling-thermografie zeigt Fehler am Giebel. Zu viel UV-Strahlung ist schädlich. Zu hohe Dosen über lange Zeit können zu Hautkrebs führen. Gerade in Gegenden, wo die UV absorbierende Ozonschicht stärker abgebaut ist (z.b. Australien), stellt diese Strahlung eine Gefahr dar. RS / :17 Seite 7 von 7

8 RS / :179 Seite 8 von 7