CIE Normalbeobachter

Der CIE Normalbeobachter beschreibt die gemittelte Farbwahrnehmung mehrerer Probanden auf einen Farbreiz.

Farbwahrnehmung

Lichtempfindliche Zellen im Auge reagieren auf die Primärfarben Rot, Grün und Blau (siehe RGB), Farben sind im Gehirn zusammengerechnete Empfindungen, die diese Zellreizungen auslösen.

Das normalsichtige menschliche Auge hat 3 Arten von Zapfen (daher auch der Begriff Tristimulus) in der Netzhaut, die farbiges Licht wahrnehmen. Sie werden eingeteilt nach den Spitzen (Maxima) ihrer spektralen Empfindlichkeit:
in kurze ("S", 420 nm - 440 nm), mittlere ("M", 530 nm - 540 nm) und lange ("L", 560 nm - 580 nm) Wellenlängen.
Die meisten Wellenlängen stimulieren jedoch zwei oder alle drei Typen von Zapfenzellen, da sich die spektralen Empfindlichkeitskurven der drei Typen überlappen.

Normalbeobachter

Für standardisierte Farb-Berechnungen wurden die spektralen Eigenschaften des Beobachter-Auges empirisch ermittelt und gemittelt. Es existieren heute zwei wichtige Tabellen: der Normalbeobachter von 1931 (2° Beobachter) und der Normalbeobachter von 1964 (10° Beobachter).

x(λ) für L-Zapfen; y(λ) für M-Zapfen; z(λ) für S-Zapfen.

Die Experimente zur Farb-Wahrnehmung wurden mit etwa 2 Dutzend Versuchspersonen durchgeführt. Das Prinzip war einfach: der Versuchsperson wurde eine Ausgangsfarbe A präsentiert, und die Aufgabe bestand darin, durch Mischung unterschiedlicher Intensitäten der drei Primärfarben (auch Basislichtern oder Primärlichter (P)) Rot, Grün und Blau, diese Farbe nachzubilden.

Wichtig ist, dass die Basislichter voneinander unabhängig sind, ein Basislicht darf also nicht eine Kombination der beiden anderen sein.

Die Probanden blickten dabei auf eine Fläche, auf der sich ein geteilter Schirm befand. Auf der einen Hälfte befand sich die Ausgangsfarbe A, und auf die andere Hälft empfing das Licht von 3 Strahlern (RGB).

Da jeder Mensch die Primärvalenzen in etwas unterschiedlichen Mischungsverhältnissen zur Nachstellung verwendet, wurden die Normspektralwerte durch statistische Mittelwertbildung der Ergebnisse aller Probanden ermittelt. Diese gemittelte Farbwahrnehmung wurde Normalbeobachter getauft.

Die Anordnung des Experiments ermittelt die wahrgenommene Gleichheit zweier Farbreize und rückt damit eine neurophysiologische (psychologische) in den Mittelpunkt der Betrachtung.

Die Normspektralwerte werden oft mit den "Augenempfindlichkeiten" für Rot, Grün und Blau gleichgesetzt, was jedoch nicht ganz korrekt ist.

Blickwinkel

Ursprünglich (CIE 1931) betrachteten die Probanden die Fläche mit einem 2° Blickwinkel zur Blickrichtung, was in etwa einer Streichholzschachtel die aus 40cm Entfernung angeschaut wird, entspricht. Diese "Begrenzung" wurde aus der Größe der Zone der höchsten Dichte der farbempfindlichen Rezeptoren im Auge abgeleitet.

Die Mischergebnisse hängen jedoch auch an der Größe der Fläche. Daher wurde 1964 ein praxisnäherer 10°-Beobachter (etwa ein DIN A5 Blatt aus 40 cm Entfernung betrachtet) als Basis entsprechender Versuche festgelegt.

Nicht-Spektrale Farben

Etliche brillante Farben, wie z.B. Cyan, Magenta, u.a. lassen sich mit der additiven Farbmischung der drei Primärvalenzen nicht ausreichend genau darstellen. Um sie doch darstellen zu können, bedient man sich eines Tricks, der letztendlich aus der färberischen Praxis stammt:
wie man ein bestimmtes Farbrezept auch mischte, das Ergebnis, hatte z.B. immer zu viel Rot, obwohl in den Zutaten gar kein Rot enthalten war. Der Ausweg: man gab Pigmente hinzu die Rot absorbieren. Also gewissermaßen ein negatives Rot!

Doch wie sollte man den Versuchspersonen ein negatives Rot zur Farbmischung an die Hand geben? Ganz einfach: man erlaubte Ihnen, maximal eine der Primärfarben auf die Ausgangsfarbe A zu strahlen! Also statt es bei der Nachstellung abzuziehen, bei der Vorlage hinzufügen, was mathematisch denselben Effekt hat und negative Werte ergibt.