11.9 Farbmischung

Farbige Schatten wie in Bild 11.74 hast du vielleicht von auf Partys oder Konzerten gesehen.

Farbige Schatten

Bild 11.74: Farbige Schatten

Wie diese entstehen und wieso sich überhaupt unterschiedliche Farbeindrücke durch das Mischen von Farben erzeugen lassen, erfährst du in diesem Kapitel.

11.9.1 Metamerie

Nehmen wir an, auf deine Netzhaut treffen mehrerer Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz. Zusammen bewirken sie, dass deine Zapfen für den Rotbereich zu 75%, die Zapfen für den Grünbereich zu 95% und die Zäpfchen für Blaubereich nur zu 5% angeregt werden. Welche Farbe siehst du?

Die Zahlen kommen dir vielleicht von dem Beispiel in Abschnitt Farbsehen (11.8.5) bekannt vor. Dort hat ein monochromatisches Licht mit \(520\;\mathrm{nm}\) dieselbe Sinneswahrnehmung ausgelöst. Obwohl dieses Mal unterschiedliche Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf deine Netzhaut treffen siehst du dasselbe Grün wie vorher!.

Die Intensität der Lampen (a) werden so eingestellt, dass derselbe Farbeindruck wie durch Lampe (b) entsteht.

Bild 11.75: Die Intensität der Lampen (a) werden so eingestellt, dass derselbe Farbeindruck wie durch Lampe (b) entsteht.

Von Metamerie wird gesprochen, wenn ein Mix unterschiedlicher Wellenlängen, denselben Farbeindruck eine einzelnen Wellenlänge hervorrufen. In Bild 11.75 siehst du eine Anordnung bei der eine Person Metamerie feststellen kann.

Mit diesem Trick, kann dem Auge farbiges Licht vorgaukeln werden, das so überhaupt nicht vorhanden ist!

11.9.2 Körperfarbe

Der Farbeindruck der bei einem beleuchteten Objekt entsteht wird Körperfarbe genannt. Erscheint ein Gegenstand im Sonnenlicht färbig, reflektiert seine Oberfläche nur einen Teil des empfangenen Lichtspektrums. Die Farbpigmenten in Bild 11.76 reflektieren nur den Blauanteil des einfallenden Lichtspektrums – wir sehen den Körper daher blau.

Entstehung der Körperfarbe

Bild 11.76: Entstehung der Körperfarbe

Ein Körper kann nur Farbanteile reflektieren, die im einfallenden Licht vorhanden sind. Der Farbeindruck ist also nicht nur von der Oberfläche des Objekts, sondern auch von der Lichtquelle, die ihn beleuchtet abhängig. Bei Sonnenlicht und bei Kunstlicht können daher bei dem selben Objekt unterschiedliche Farbeindrücke entstehen.

11.9.3 Additive Farbmischung

Als additive Farbmischung (engl. additive color) wird die Mischung von farbigen Lichtern bezeichnet. Aus drei bestimmten Rot-, Grün- und Blautöne lassen sich nahezu alle Farbeindrücke additiv erzeugen. Dieses Farbmodell heißt RGB-Modell nach den Anfangsbuchstaben der Primärfarben (Bild 11.77).

Primärfarben der additiven Farbmischung: Rot (R), Grün (G), Blau (B)

Bild 11.77: Primärfarben der additiven Farbmischung: Rot (R), Grün (G), Blau (B)

Als Sekundärfarben wird die Mischung aus genau zwei Primärfarben bezeichnet. Die Summe aller Primärfarben ergibt den Farbeindruck weiß.

Links:

11.9.4 Anwendungen der additiven Farbmischung

Die additive Farbmischung ist die Grundlage für farbige Schatten und alle selbst leuchtenden Displays, wie du sie von Fernsehern, Monitoren oder Mobiltelefonen kennst.

Großaufnahme eines Computer Monitors

Bild 11.78: Großaufnahme eines Computer Monitors

In Bild 11.78 siehst du die Aufnahme eines Computer Monitors. Im vergrößerten Bereich kannst du Deutlich die einzelnen Bereiche in den Primärfarben des RGB-Modells erkennen. Obwohl es mittlerweile eine Vielzahl von unterschiedlichen Display-Arten (CRT, LCD, LED, OLED,…) gibt, ist das Prinzip der Farberzeugung immer dasselbe.

11.9.5 Subtraktive Farbmischung

Werden aus weißem Licht durch optische Filter nur bestimmte Wellenlängen durchgelassen, wird von subtraktiver Farbmischung (engl. subtractive color) gesprochen.

Farbentstehung durch optische Filter

Bild 11.79: Farbentstehung durch optische Filter

In Bild 11.79 siehst du ein Beispiel für subtraktive Farbmischung: Weißes Sonnenlicht (a) geht durch einen gelben Filter (b). Der Gelbfilter blockiert alle blauen Farbanteile des Spektrums. Die restlichen Wellenlängen werden als gelb (c) wahrgenommen. Das restliche Licht tritt durch einen weiteren Filter der Farbe Magenta (d). Der Magentafilter blockiert alle grünen Farbanteile aus dem Spektrum. Die verbleibenden Wellenlängen werden als rot (e) wahrgenommen.

Primärfarben der subtraktiven Farbmischung: Cyan (C), Magenta (M), Yellow (Y)

Bild 11.80: Primärfarben der subtraktiven Farbmischung: Cyan (C), Magenta (M), Yellow (Y)

Bei einer geeigneten Wahl von nur drei farbigen Filtern, wie zum Beispiel Cyan(blau), Magenta(rot) und Gelb, können alle Farben herausgefiltert werden und es kommt kein Licht mehr durch – wir erhalten den Farbeindruck Schwarz (Bild 11.80). Nach den englischen Anfangsbuchstaben wird dieses Farbmodell CMY-Modell genannt.

Links:

11.9.6 Anwendungen der subtraktiven Farbmischung

Die subtraktive Farbmischung ist die Grundlage für Wassermalfarben, den Farbdruck und den Displays von E-Book-Readern. Vor dem Druck eines Farbigen Bildes findet eine sogenannte Farbseperation statt, in der das Bild in die Farbbestandteile der Primärfarben getrennt wird (Bild 11.81, linke und mittlere Spalte).

CMYK Farbseperation eines Farbfotos

Bild 11.81: CMYK Farbseperation eines Farbfotos

Diese Farben werden dann hinter einander auf weißes Papier gedruckt (Das Ergebnis siehst du dann im Bild der jeweils rechte Spalte).

Vermutlich hast du dich gefragt warum in Bild 11.81 vier und nicht drei Bilder zu sehen sind. Die Summe aller subtraktiven Primärfarben gibt in des Praxis bestenfalls ein sehr dunkles Grau. Um auch ein sattes Schwarz erzielen zu können, wird beim Farbdruck als vierte „Farbe“ Schwarz verwendet. Im CMYK-Modell steht das „K“ für das Wort „Schlüssel“ (engl. key) und meint Schwarz.

11.9.7 Malfarben

Farbstoffe, die du zum Malen verwendest, können in zwei Kategorien eingeteilt werden:

  • Deckfarben: Sie bilden eine lichtundurchlässige Schicht, die in der Farbe des reflektierten Lichts erscheint. Die Farbe der bemalten Oberfläche (Malgrund) spielt keine Rolle. Zum Beispiel reflektiert eine gelbe Deckfarbe nur Wellenlängen des gelben Farbspektrums und absorbiert alle anderen Lichtanteile (Körperfarbe). Beispiele für Deckfarben sind Acrylfarben, Ölfarben oder Farbkreiden.

  • Lasurfarben: Sie bilden eine Filterschicht, die das einfallende Licht zur bemalte Oberfläche durchlassen. Dort wird es reflektiert und fällt in unser Auge. Zum Beispiel absorbiert eine gelbe Lasurfarbe den blauen Anteil des einfallen Lichts. Die roten und grünen Anteile werden an der weißen Leinwand reflektiert und es entsteht der Farbeindruck Gelb. Beispiele für Lasurfarben sind Wasserfarben (Bild 11.82). Für Lasurfarben gelten die Regeln für die Subtraktive Farbmischung (11.9.5). Mischt du insbesondere zwei Sekundärfarben (zum Beispiel (Orangerot)Rot und Grün) erhältst du immer Schwarz, weil alle Farbanteile bereits herausgefiltert werden.

Wasserfarben

Bild 11.82: Wasserfarben

11.9.8 Farbräume

Die Menge aller Farben, die durch ein Farbmodells erzeugt werden kann, wird als Farbraum (engl. color space) bezeichnet. Können mit der additiven oder subtraktiven Farbmischung alle für unsere Augen sichtbaren Farben „nachgebaut“ werden? Die Antwort ist: Nein.

Vergleich Farbräume

Bild 11.83: Vergleich Farbräume

Im Diagramm 11.83 siehst du als äußere umrandete Farb-Fläche die Farben, die ein Mensch wahrnehmen kann. Das strichlierte Dreieck umrandet den Farbraum, der von einem Monitor (RGB Farbmodell) dargestellt werden kann, während die gepunktete Linie den Farbraum zeigt, der durch einen Drucker (CMYK Farbmodell) wiedergegeben werden kann. Durch die Wahl anderer Primärfarben werden andere Bereiche der Fläche abgedeckt. Es lassen sich aber nie alle sichtbaren Farben erzeugen.