Lichtfarben und Körperfarben: verstehen und üben

Lernschritt 1

Farbe beginnt mit dem Licht, das ins Auge gelangt

Der Farbeindruck hängt davon ab, welches Licht ins Auge gelangt und wie es verarbeitet wird. Bei einer Lampe betrachten wir ausgesendetes Licht. Bei einem Gegenstand betrachten wir Licht, das nach Reflexion oder Streuung von ihm zum Auge kommt.

Sichtbares Licht umfasst einen Bereich elektromagnetischer Wellen. Einzelne Wellenlängen können bestimmte Farbeindrücke auslösen. Viele alltägliche Farben entstehen aber durch Mischungen verschiedener Wellenlängen.

Deshalb ist „eine Farbe = eine Wellenlänge“ nicht allgemein richtig. Magenta ist beispielsweise keine einzelne Spektralfarbe. Auch weißes Licht kann durch verschiedene spektrale Zusammensetzungen entstehen.

Lernschritt 2

Additive Farbmischung: Licht wird zusammengeführt

Fallen rotes und grünes Licht gleichzeitig auf dieselbe weiße Fläche, kann ein gelber Farbeindruck entstehen. Mit einem passend dosierten blauen Anteil entsteht Weiß. Das ist additive Farbmischung.

Die Grundfarben des üblichen RGB-Modells sind Rot, Grün und Blau. Bei passenden Anteilen gilt:

• Rot + Grün → Gelb
• Grün + Blau → Cyan
• Blau + Rot → Magenta
• Rot + Grün + Blau → Weiß

Die Mischung verändert nicht einfach jedes rote Photon in ein gelbes. Die verschiedenen Lichtanteile kommen gemeinsam im Auge an. Ihr Zusammenwirken erzeugt den Farbeindruck.

Das weiße Ergebnis braucht geeignete Spektren und Intensitäten. Drei beliebige Lampen mit beliebig gewählter Helligkeit ergeben nicht automatisch neutrales Weiß.

Lernschritt 3

Warum arbeitet ein Bildschirm mit RGB?

Ein Bildschirm setzt viele Bildpunkte aus roten, grünen und blauen Teilbereichen zusammen. Werden ihre Helligkeiten passend gesteuert und aus ausreichender Entfernung betrachtet, entstehen unterschiedliche Farbeindrücke.

Bei einem dunklen Bildpunkt senden die Teilbereiche wenig oder kein Licht aus. Für einen hellen weißen Bildpunkt werden alle drei passend angesteuert. Das unterscheidet sich von einem weißen Papier, das vorhandenes Umgebungslicht reflektiert.

Gelb auf einem RGB-Bildschirm kann aus rotem und grünem Licht entstehen. Gelbes Spektrallicht kann ähnlich aussehen, obwohl seine spektrale Zusammensetzung anders ist. Ähnlicher Farbeindruck bedeutet deshalb nicht zwingend identisches Spektrum.

Lernschritt 4

Körperfarben hängen von der Beleuchtung ab

Ein idealisierter gelber Körper reflektiert im vereinfachten RGB-Modell rote und grüne Anteile und absorbiert blaue. Unter weißer Beleuchtung gelangen die reflektierten roten und grünen Anteile ins Auge: Der Körper erscheint gelb.

Unter rein blauem Licht sind die gut reflektierten Anteile nicht vorhanden. Der Körper kann sie nicht aus dem Nichts erzeugen. Er erscheint im idealen Modell dunkel.

Eine weiße Oberfläche reflektiert viele sichtbare Anteile. Unter roter Beleuchtung kann sie rot erscheinen. Eine schwarze Oberfläche reflektiert wenig sichtbares Licht und erscheint deshalb meistens dunkel.

Lernschritt 5

Farbfilter lassen nur bestimmte Anteile passieren

Bei einem Filter fragen wir nach Transmission: Welches Licht wird durchgelassen? Ein ideal roter Filter lässt in unserem vereinfachten Modell den roten Anteil passieren und entfernt Grün und Blau.

Ein gelber Filter lässt Rot und Grün durch; Cyan lässt Grün und Blau durch; Magenta lässt Rot und Blau durch. Diese Regeln beschreiben idealisierte Spektralbereiche. Reale Filter besitzen Übergänge und lassen oft auch geringe andere Anteile passieren.

Der Filter erzeugt die fehlenden Farben nicht neu. Trifft nur blaues Licht auf einen ideal roten Filter, kommt praktisch kein Licht heraus. Trifft weißes Licht darauf, kommt der rote Anteil durch.

Die absorbierte Strahlungsenergie geht nicht verloren, sondern kann unter anderem in innere Energie des Materials übergehen. Reflexion an Filteroberflächen kann zusätzlich auftreten.

Lernschritt 6

Zwei Filter hintereinander: die gemeinsamen Anteile suchen

Subtraktive Farbmischung bedeutet, dass Anteile aus dem Licht entfernt werden. Für zwei hintereinanderliegende ideale Filter bleibt nur übrig, was beide passieren lassen.

Beispiel Cyan und Gelb: Weißes Licht enthält in unserem Modell Rot, Grün und Blau. Cyan entfernt Rot; übrig bleiben Grün und Blau. Gelb entfernt daraus Blau. Am Ende bleibt Grün.

• Cyan + Gelb als Filter → Grün
• Gelb + Magenta als Filter → Rot
• Magenta + Cyan als Filter → Blau
• Cyan + Magenta + Gelb als ideale Filter → dunkel

Hier meint das Pluszeichen das gemeinsame Wirken der Filter, nicht das Addieren zweier Lichtquellen. Zwei gleich benannte Farben können beim Addieren von Licht ein anderes Ergebnis liefern als bei Filtern hintereinander.

Für einfache passive Filter ohne besondere Wechselwirkungen ist die Reihenfolge im idealen Modell egal: Entscheidend ist die Schnittmenge der durchgelassenen Anteile.

Lernschritt 7

Warum Druckfarben anders funktionieren als Lichtquellen

Druckfarben werden meist auf helles Papier gebracht. Licht durchläuft Farbschichten, wird am Papier gestreut und teilweise wieder nach außen abgegeben. Pigmente absorbieren dabei bestimmte Anteile.

Das CMY-Modell verwendet Cyan, Magenta und Gelb als subtraktive Grundfarben. Reale Drucksysteme ergänzen Schwarz, also K in CMYK, unter anderem für ein kräftiges Schwarz und klare dunkle Details.

Das Mischen beliebiger Wasserfarben oder Pigmente folgt nicht exakt einer einfachen RGB-Tabelle. Ihre Absorptions- und Streueigenschaften sowie Konzentrationen beeinflussen das Ergebnis. Deshalb kann eine Mischung matter oder bräunlicher ausfallen als im idealisierten Filtermodell.

Beim Bildschirm kommt das Licht aus dem Gerät. Beim bedruckten Blatt wird überwiegend vorhandenes Licht verändert und zurückgeworfen. Dieser Unterschied erklärt, warum dieselbe Farbangabe nicht unter allen Bedingungen gleich aussieht.

Lernschritt 8

Was zeigt ein Prisma über weißes Licht?

Ein Prisma kann weißes Licht in verschiedene Spektralbereiche auffächern. Ursache ist die Dispersion: Der Brechungsindex hängt von der Wellenlänge ab. In gewöhnlichem Glas im sichtbaren Bereich wird kurzwelliges Licht typischerweise stärker abgelenkt als langwelliges.

Das Prisma erfindet die Spektralanteile nicht. Es trennt vorhandene Anteile räumlich. Fehlen bestimmte Wellenlängen im einfallenden Licht, ergänzt das Prisma sie nicht.

Das passt zur Farbmischung: Unterschiedliche Spektren können ähnlich weiß aussehen. Bei ihrer spektralen Zerlegung können aber verschiedene Verteilungen sichtbar werden.

Lernschritt 9

Ein zuverlässiger Denkweg für Farbaufgaben

1. Welche Lichtanteile sind in der Quelle vorhanden?
2. Werden mehrere Lichtquellen addiert oder wird Licht gefiltert beziehungsweise reflektiert?
3. Welche Anteile kommen nach jedem Schritt noch weiter?
4. Welche davon gelangen schließlich ins Auge?
5. Welcher Farbeindruck folgt im verwendeten Modell?

Fehlerdetektiv: „Eine rote Karte wird unter blauem Licht violett, weil Rot und Blau Violett ergeben.“ Das verwechselt Lichtquelle und Körper. Die Karte sendet nicht automatisch zusätzlich rotes Licht aus. Im idealen Modell absorbiert sie das blaue Licht und erscheint dunkel.

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Häufige Fragen