Der Mensch und die Farben

RGB Farbtabellen, Farbtabellen CMY, Farben mischen, Farben sehen, Farben empfinden – Farben sind in allen Bereichen ein unglaublich wichtiger Faktor zur Emotionalisierung. Ob in den eigenen vier Wänden, in der Malerei, der Fotografie, der Lichtgestaltung bei einem Konzert oder im Theater und natürlich auch im Produkt- und allgemeinen Marketing … Um Farben aber ideal einsetzen zu können, muss man erst verstehen, wie der Mensch eigentlich Farben versteht.

Übersicht:

Der Mensch und die Frequenzen
Farbdreieck, nicht RGB Farbtabelle
RGB – Additive Farbmischung
CMY – Subtraktive Farbmischung
Video: Wie wir Farben sehen

Gefühle und Emotionen, die Theatersequenz, Show, Industriepräsentation, einem Bild oder auch einer Verpackung vermittelt werden sollen, basieren auf exakten Farbmustern. Doch wie wird farbiges Licht eigentlich wahrgenommen?

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Der Mensch und die Frequenzen

Die Farbe ist eine Interpretation unseres Gehirns auf die Wahrnehmung dreier Sinneszellen im Auge, den Zapfen, die ihre größte Empfindlichkeit bei 425 nm, 535 nm und 565 nm aufweisen. Ihre größte Anzahl ist im Zentrum der Netzhaut zu finden, dort wo wir unser Bild fixieren und scharf sehen. Die vierte Sinneszelle im Auge bilden die Stäbchen, deren Anzahl außerhalb des Zentrums ihre größte Verbreitung haben. Die Stäbchen sind viel lichtempfindlicher als die Zapfen. Auf Grund ihrer Empfindlichkeit im gesamten Lichtspektrum von ca. 400 bis 750 nm Wellenlänge erlauben sie Schwarz weiß Sehen auch bei sehr niedrigen Lichtstärken. Ihre größte Empfindlichkeit haben die Stäbchen dann bei 507 nm – die größte Empfindlichkeit beim Farbsehen liegt bei 555 nm, so dass im Dunkel grünblaues Licht als relativ hellerkannt wird und Rot am dunkelsten erscheint. Leider nimmt auf Grund der gerade beschriebenen Verteilung der Stäbchen auf der Netzhaut dabei die Sehschärfe gegenüber dem Farbsehen ab.

Weiterhin werden durch die Augenlinse die verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich stark gebrochen. Bei monochromatischem Licht hat der Mensch also eine deutlich höhere Sehschärfe als im Licht eines größeren Wellenbereichs. Man unterscheidet zwischen Tages-, Dämmerung- und Nachtsehen. Die Grenze zwischen Tagessehen (photopisches Sehen)und Dämmerungssehen (mesopisches Sehen) liegt bei L = 10 cd/m2. Die Grenze zwischen Dämmerungssehen und Nachtsehen (skotopisches Sehen) liegt bei L =0, 001 cd/m2. Das Nachtsehvermögen der Stäbchen erklärt auch der Volksmund mit: „Nachts sind alle Katzen grau“. Medizinisch betrachtet können die drei Zapfentypen keine Informationen ihrer speziellen Wellenlängenempfindlichkeit von Violett bis Blau, Grün oder Gelb bis Rot liefern.

Testbilder zur Untersuchung der Wahrnehmung

Das heißt, dass für farbiges Sehen eine bestimmte Lichtstärke die Grundvoraussetzung ist, um nicht im Grau zu versinken. Aber viel Licht bringt auch viele Sehfarbstoffmoleküle zum Zerfall. Dabei sinkt die Konzentration, bis sich wieder neue Moleküle aufgebaut haben. Bis dahin sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Lichtphoton ein Molekül trifft, das einen Reiz weiterleiten kann. Deshalb ist bei geringerer Beleuchtungsstärke die Sehstoffkonzentration größer und damit die Empfindlichkeit größer. Der chemische Prozess des Alkohols Retinol (Vitamin A1) für die Umwandlung zu einem Nervenimpuls liegt bei ca. 1 ms, während das Auge zur Anpassung an momentane Lichtverhältnisse von einem zum anderen Extrem (vergleichsweise: Betrachtung des Sternenhimmels zur Sonnenstrahlung auf Gletscherbergen) ca. 30 Minuten benötigt.

Die Überbeanspruchung des Auges wird auch als Blenden empfunden und fängt ca. bei 31. 500 lx an. Der Bereich des „besten“ Sehens beginnt bei ca. 630 Lux. Die drei Zapfentypen der jeweiligen Grundfarbe sind zusammen in der Lage, Wellenlängenunterschiede von 1 bis 2 nm auseinander zu halten (die absolute Farbunterschiedsschwelle). Unser Gehirn dagegen ist in der Lage, rund 55. 000 verschiedene Farbtöne voneinander zu unterscheiden. Aber auch hier interpretiert unser Gehirn die Farben gemäß Erinnerungsmuster. Ein weißes Blatt wird als Weiß interpretiert, obwohl es verschiedentlich mit einem „gelblicheren“ Glühlampenlicht oder mit einem „bläulicheren“ Licht der Sonne zur Mittagszeit bestrahlt wird. Deshalb erfolgt bei elektronischen Medien ein Weißabgleich, da die Maschinen das schwankende natürliche Tageslicht (gegen Mittag tendiert es in Richtung Blau, hohe Farbtemperatur, am Nachmittag in Richtung Rot, niedrige Farbtemperatur) nicht unterscheiden kann. Wir müssen der Maschine sagen, dass das, was wir jetzt sehen, später Weiß dargestellt werden soll. Man spricht dabei auch von Farbumstimmung. Dies hat zur Folge, dass eine in natürlicher Umgebung gemachte Aufnahme bei der Wiedergabe in anderem Umgebungslicht als Ergebnis einen vermeintlichen „Farbstich“ aufweist. Dies bedeutet nicht unbedingt einen Fehler in der Aufnahme. Weiterhin ist eine Kontrastierung der Reize zu beobachten. Rotes und grünblaues bzw. violettes und gelbes Licht haben einen gegensätzlichen Erregungseffekt. Betrachtet man z. B. für ca. 30 Sekunden eine farbige Fläche und schaut dann auf eine weiße Fläche, so erscheint die Komplementärfarbe für kurze Momente.

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Farbdreieck, nicht RGB Farbtabelle

Zur Bestimmung des Lichteindruckes eignen sich besonders die Begriffe: Helligkeit (engl. Brightness), Farbton (engl. Hue) und Sättigung (engl. Saturation). Der Farbton entspricht der Empfindung eines Spektrallichtes mit Bezeichnungen wie Violett, Blau, Grün, Gelb, Orange oder Rot; darüber hinaus auch Purpur, welches keine Spektralfarbe ist. Zieht man den Bogen vom Spektrum Ende zum Spektrum Anfang und biegt diese Linie hufeisenförmig, so erhalten wir ein Farbdreieck. Auf der Strecke vom rotem zum violetten Teil des Spektrums erscheint die nicht spektrale Farbe Purpur. Würde man sich vorstellen, dass von einem schwarzen Punkt aus (Helligkeit = 0) drei räumliche Vektoren ausgehen, die je die drei Grundfarben beschreiben, so würde man eine dreiseitige Pyramide erhalten. Die resultierende Farbe wird von den drei Vektoren mit den Farbwerten R, G, B und dem Betrag der Vektoren bestimmt. Die Vektorenrechnung der Farbmischung kann man sich auch als Schwerpunktberechnung der dreiseitigen Pyramide vorstellen. Zieht man einen Schnitt am Pyramidenfuß der drei Farbvektoren, so kann man sich diese Fläche als flächiges Farbdreieck vorstellen. Nach CIE sind die drei Grundfarben (Primärvalenzen) mit Rot = 700, 0 nm, Grün =546, 1 nm und Blau = 435, 8 nm, sprich: RGB, festgelegt. Für die mathematische Berechnung von Farben können die Werte RGB eingesetzt werden, oder aber jede andere willkürlich festgelegte Farbe wie X, Y und Z. Nun ist es wesentlich einfacher einen Farbton zu charakterisieren, indem man diesen mit den X und Y Koordinaten des zweidimensionalen Dreieckes beschreibt, anstatt der komplexen dreidimensionalen Beschreibung mit den drei Vektoren. So folgt: x= X / (X+Y+Z) und y = Y / (X+Y+Z)mit 1 = x+y+z

Die Sättigung gibt an, wie nahe die Farbe an der Spektrallinie ist. Eine Sättigung mit Null entspricht den Farben der Grauleiter – den so genannten unbunten Farben. Unbunt E im farbmetrischen Sinn liegt bei x = y = 0, 333. Für den Sinneseindruck von weißem Licht sind nicht alle Farben des sichtbaren Spektrums nötig. Oranges Licht (612 nm) sowie blaues Licht (490) additiv gemischt lässt Weiß „erscheinen“. Man spricht bei diesen Frequenz-Paaren von Komplementärfarben. Die Paare sind leicht zu erkennen, wenn man sich eine Linie durch den weißen Mittelpunkt denkt. Die dabei gegenüberliegenden Farben sind die Komplementärfarben. Außerdem sind oft die Temperaturwerte der Plankschen Strahlung im Farbdreieck eingezeichnet.

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RGB – Additive Farbmischung

Additive Farbmischung kann durch räumliche Überlagerung – wie z. B. das Übereinanderlegen von Scheinwerferkegeln, oder durch sehr enge räumliche Nähe, die unser Auge nicht mehr auseinander halten kann, wie z. B. die Farbpunkte auf der Bildröhre – entstehen. Eine additive Mischfarbe wird jedoch auch durch sehr schnelle zeitlich periodische Farbwechsel empfunden. Bei einer empfundenen Farbe wie z. B. Gelb kann ein Betrachter nicht unterscheiden, ob diese Farbe aus einer reinen Spektralfarbe besteht (Gelb 589 nm) oder aus der additiven Mischung von einem Rot 671 nm und einem Grün 535 nm, also damit einer „bedingt“ gleichen Farbe – wie man es bei einer RGB Farbtabelle her kennt. Bei dem gleichen Gelbeindruck trotz unterschiedlicher Zusammensetzung spricht man von gleicher Farbvalenz. Obwohl beide Gelbtöne den gleichen Farbeindruck hinterlassen, besitzen sie eine unterschiedliche spektrale Zusammensetzung. Würde man nun die spektral gleiche Farbe auf eine grüne Dekoration werfen, so erscheint die Dekoration grün. Wirft man aber die „bedingt gleiche Farbe“ auf dasselbe grüne Dekorationsobjekt, so erscheint dieses nicht bunt (grau). Denn hier erfolgt bei der Reflexion von Licht auf Farbpigmenten wieder die subtraktive Mischung, welche sehr wohl auf die Zusammensetzung der Quell-Lichtspektren bezogen ist. Bei der additiven Mischung werden mit den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau alle anderen Farben hergestellt, einschließlich Weiß, da aus den Grundfarben auch alle möglichen Paare von Komplementärfarbengemischt werden können. Rot und Grünergibt Gelb. Ist der Anteil Rot größer wandert der Eindruck zu Orange. Nimmt der Rotanteil ab, entsteht Gelbgrün. Kombiniert man Rot und Blau entsteht Purpur, welches nicht Bestandteil des Spektrums ist. Als Primärfarben oder Farben ersten Ranges werden die Farben Rot, Grün und Blaubezeichnet. Durch Mischen zweier Primärfarben entsteht eine Sekundärfarbe (Farbe zweiten Ranges).

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CMY – Subtraktive Farbmischung

Bei der subtraktiven Farbmischung werden Farben aus einer „weißen“ Lichtquelle durch Filter absorbiert. So entsteht durch den Einsatz eines blauen Farbfilters sichtbar blaues Licht, da dieser den Gelb-Anteil des ausgestrahlten weißen Lichtes herausfiltert. Ein gelber Farbfilter absorbiert vom weißen Licht den Blau-Anteil, so dass die Komplementärfarbe Gelb übrig bleibt. Ein Einsatz eines roten Farbfilters lässt die sichtbare Lichtfarbe Rot durch Absorption des Grün-Anteils aus dem ausgestrahlten weißen Licht entstehen. In der Praxis muss spätestens an dieser Stelle die Gesamtheit eines Bühnenbilds für eine stimmige, farbliche Beleuchtung betrachtet werden, sofern die elementaren Gegenstände des Bühnendesigns farbig gestaltet sind. Werden diese Elemente beispielsweise gelb ausgeleuchtet und sind diese Elemente nicht weiß oder gelb gestaltet, sondern reflektieren das Licht mit roten Farbpartikeln, so wird auch noch der Grün-Anteil absorbiert und der Gegen-stand erscheint im Endeffekt orange. Deshalb ist eine enge Zusammenarbeit des Licht-Designers mit dem Bühnenbildner(oder auch Set-Designer genannt) unabdingbar, denn eine gute Lichtkomposition ist auf die Farben des Bühnenbilds abgestimmt und umgekehrt.

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Video: Wie wir Farben sehen