Licht & FarbenStart: Licht & Farben

Farbe ist eine durch Licht (mit Wellenlängen im Bereich von 400 bis 700 Nanometer) ausgelöste visuelle Wahrnehmung. Sie ist ein Sinneseindruck und keine physikalische Eigenschaft des Lichts, wie es schon der englische Physiker Isaac Newton postulierte.

Elektromagnetische Strahlung ist gekennzeichnet durch ihre Wellenlänge (oder Frequenz) und ihre Intensität. Wenn die Wellenlänge innerhalb des sichtbaren Spektrums liegt (etwa von 400 nm bis 700 nm) wird sie als "sichtbares Licht" bezeichnet.

Farbe

Ein Amerikaner (oder Engländer) kann im Geschäft keinen Eimer "color" kaufen, sondern allenfalls "paint". Auch der manchmal für Fachbetriebe verwendete Begriff „Farbenfabriken“ ist irreführend, weil man eben „Farbe“ nicht herstellen kann. Ebenso unglücklich ist der deutsche Begriff „Farbton“ (englisch: hue); korrekt wäre Buntton.
Farbige Erzeugnisse wie „Wandfarbe“, Lacke, „Lebensmittelfarbe“, usw. sind farbig, weil sie Farbmittel enthalten.

Die Summe aller Farb-Eigenschaften, die den Farbeindruck bestimmen sind gemäß DIN-Norm definiert als: Farbe = Helligkeit + Sättigung + Buntton

Spektral-Farben

Fällt weißes Licht auf geeignete Art (Dispersion) durch ein Prisma, so entstehen die bekannten Farben des Regenbogens. Dieser Effekt, auch Spektralzerlegung genannt, erzeugt alle Farben, die durch eine einzige Wellenlänge repräsentiert werden: die monochromatischen Farben.

Die spektraklen Farben des sichtbaren Lichts
Farbe Wellenlänge Frequenz
Rot ~ 700–635 nm ~ 430–480 THz
Orange ~ 635–590 nm ~ 480–510 THz
Gelb ~ 590–560 nm ~ 510–540 THz
Grün ~ 560–520 nm ~ 540–580 THz
Cyan ~ 520–490 nm ~ 580–610 THz
Blau ~ 490–450 nm ~ 610–670 THz
Violet / Purpur ~ 450–400 nm ~ 670–750 THz

Die Farb-Tabelle sollte nicht als definitive Liste interpretiert werden - die reinen Spektralfarben bilden ein kontinuierliches Spektrum, und wie sie sprachlich in verschiedene Farben unterteilt werden, ist eine Frage der Kultur und der historischen Kontingenz. Eine allgemein anerkannte Liste identifiziert sechs Hauptbänder: rot, orange, gelb, grün, blau und violett.
Newtons Konzeption beinhaltete eine siebte Farbe, Indigo, zwischen Blau und Violett. Es ist möglich, dass das, was Newton als Blau bezeichnet, näher an dem liegt, was heute als Cyan bezeichnet wird, und dass Indigo einfach das Dunkelblau des damals wichtigen Indigofarbstoffs war.

Die Intensität einer Spektralfarbe, bezogen auf den Kontext, in dem sie betrachtet wird, kann ihre Wahrnehmung erheblich verändern; z.B. ist ein schwach intensives orange-gelb braun und ein schwach intensives gelb-grün olivgrün.

Farbe von Objekten

Physikalisch gesehen haben Objekte die Farbe des Lichts, das an ihrer Oberfläche remittiert und reflektiert bzw. hindurchgelassen wird. Diese „Körperfarbe“ (Gegenstandsfarbe) ist also die „Farbe“ eines Nichtselbstleuchters und wird nicht nur durch das Material und die darin enthaltenden Farbmittel bestimmt, sondern insbesondere auch durch das Spektrum des einfallenden Lichts.

Der deutsche Schriftsteller, Johann Wolfgang von Goethe, der sich 18 Jahre seines Lebens intensiv mit Farben beschäftigte, formulierte es so: "Farben sind Taten des Lichts. Taten und Leiden!"
Farben sind tatsächlich "Taten des Lichts". "Nachts sind alle Katzen grau", weiß schon der Volksmund.

Lichtfarbe

Die Lichtfarbe ist die „Farbe“ einer selbstleuchtenden Lichtquelle (quasi der Gegenbegriff zu Körperfarbe). Beispiele sind: die Sonne, Kerzen, Lampen, usw.

Ohne Licht - Keine Farbe

Wenn das einfallende weiße Licht, quasi 1:1 von einem Blatt Papier oder einer Schneedecke remittierte und reflektiert wird, nehmen wir die Farbe "Weiß" wahr! Erst wenn nennenswerte Anteile aus dessen Spektrum fehlen (selektive Absorption) kann Farbe empfunden werden; erst die Reduktion ("Leiden" im Sinne von Goethe) des Wellen-Spektrums macht den (Farb-)Reiz aus.

Auf diesem Vorgang des Entfernens von spezifischen Wellenlängen des einfallenden Lichts, beruht auch das Konzept der subtraktiven Farbmischung. Und: wenn alle Wellenlängen absorbiert werden, erscheint der Gegenstand „schwarz“.

Wahrnehmung

Die Farbwahrnehmung (Synonym: Farbempfindung, Farbeindruck) beschreibt die Fähigkeit, Unterschiede in der spektralen Zusammensetzung des Lichts wahrzunehmen. Es handelt sich um einen Sinneseindruck; nicht um eine messbare Eigenschaft eines Objekts.
In der Umgangssprache wird der Begriff „Farbe“, etwas unscharf und verwirrend, doppelt verwendet: als Sinneseindruck, also Farbwahrnehmung und als Materialeigenschaft (Farbmittel; farbgebende Substanzen, z.B. Malerfarben).

Wie und was für Licht jetzt auch immer den menschlichen Wahrnehmungsapparat erreicht, es „unterliegt“ zunächst der physikalischen Verarbeitung im Auge, speziell der Netzhaut, und später der weiteren neuronalen Interpretation im ZNS.
Farbe ist "nur" die Reaktion unseres Wahrnehmungsapparates auf Lichtwellen sie "existiert" nur subjektiv beim Sehenden. Auch Isaac Newton wies bereits 1707 darauf hin: "...die Lichtstrahlen selbst sind natürlich nicht farbig, vielmehr ist ihnen nur eine gewisse Kraft und Fähigkeit eigen, diese oder jene Farbempfindung hervorzurufen."

Farbreiz

Ein Farbreiz ist die sichtbare elektromagnetische Strahlung, die in das Auge eintritt und durch „Reizung“ der Netzhaut eine Farbwahrnehmung hervorruft. Er ist eine physikalische Größe, da seine spektrale Zusammensetzung messbar ist.

Farbvalenz

Die Farbvalenz ist eine physiologische Kenngröße. Sie beschreibt die Wirkung eines Lichtstrahls auf die farbempfindlichen Sinneszellen der Retina (Netzhaut).
Zwei unterschiedliche Farbreize lösen genau dann die gleiche Farbempfindung aus, wenn sie die gleiche Farbvalenz besitzen.

Auge

Die Fähigkeit des menschlichen Auges, Farben zu unterscheiden, beruht auf der unterschiedlichen Empfindlichkeit der 3 Zapfen (trichromatisch) in der Netzhaut (Retina). Die andere Gruppe lichtempfindlicher Zellen in der Retina, die Stäbchen, spielen bei der Farb-Wahrnehmung fast (siehe Kruithof-Kurve) keine Rolle, sie sind nur für den "Hell-/Dunkel-Kontrast" zuständig (siehe auch: skotopisches oder Nachtsehen). Anderseits werden die Zapfen bei schwachem Licht. im Gegebsatz zu den Stäbchen, kaum stimuliert, so dass das Gehirn dann hauptsächlich die Informationen der Stäbchen verarbeitet.
Zudem sind die Stäbchen "roten" Bereich kaum lichtempfindlich, was zum bekannten hohen „Schwarzwert“ von roten Objekten führt.

Die Maxima der Empfindlichkeit liegt bei S-Zapfen (blau) um 450 nm, bei den M-Zapfen (grün) um 540 nm und bei den L-Zapfen (rot) um 570 nm. Die Zapfen folgen dem Prinzip der Univarianz, d.h. das Ausgangssignal (an das Gehirn) jedes Zapfen wird durch die Lichtmenge bestimmt, die über alle Wellenlängen auf ihn fällt.
Die Ansprechkurven überschneiden sich und so ist es beispielsweise nicht möglich, nur die Zapfen mittlerer Wellenlänge (sogenannte "grüne") zu stimulieren; die anderen Zapfen werden zwangsläufig bis zu einem gewissen Grad gleichzeitig mit stimuliert.
Die Menge aller möglichen Tristimulus-Werte bestimmt den menschlichen Farbraum. Es wurde geschätzt, dass der Mensch etwa 10 Millionen verschiedene Farben unterscheiden kann.

Das Licht einer Natriumdampflampe, die fast nur monochromatisches "einfarbiges" Licht mit der Wellenlänge von ca. 580 nm ausstrahlt, wird als „Gelb“ empfunden, weil es die Zapfen für Grün und Rot etwa gleich stark reizt.

Entwicklung

Bereits 50 Jahre vor Charles Darwin schrieb Goethe in seiner Farbenlehre den geradezu prophetischen Satz:
"Das Auge hat sein Dasein dem Licht zu verdanken. Aus gleichgültigen tierischen Hilfsorganen ruft sich das Licht ein Organ hervor, das seinesgleichen werde; und so bildet sich das Auge am Lichte fürs Licht..."

Der relativ winzige Bereich von 400 bis 700nm im gigantischen Spektrum der elektromagnetischen Wellen (von Röntgenstrahlen bis UKW) liegt energetisch gerade richtig, um mit jeder Form von Materie in vielfältiger Weise in Wechselwirkung zu treten, d.h. die (selektive) Absorption, Beugung oder Streuung ist in diesem Wellenlängen-Bereich besonders vielfältig.

Von daher fand die Evolution „biologischer“ Empfänger für elektromagnetische Strahlung auch in diesem Bereich statt, da die „bessere“ Wahrnehmung der Außenwelt genau hier möglich war (siehe Infrarotaufnahmen oder Radarbilder).

Unserer optischer Wahrnehmungsapparat (Auge & Gehirn) sind ja selbst Materie und eingebunden in diese bemerkenswerte Dualität des Wechselspiels zwischen Materie und dem was wir "Licht" nennen.

Zusammenfassung

Spektral unterschiedlich zusammengesetzte Farbreize können zur gleichen Farbwahrnehmung führen. Von daher kann aus der wahrgenommenen Farbe nicht auf die Zusammensetzung des Farbreizes geschlossen werden. Ausschließlich Reize durch monochromatisches Licht sind auch charakterisierbar durch die wahrgenommene Farbe, als dessen Spektralfarbe.

Der Zusammenhang der Begriffe Farbreiz, Farbvalenz und Farbempfindung
Begriff Wirkort Wirkart
Farbreiz Auge (Eintrittspupille) elektromagnetische Strahlung
Farbvalenz Zapfen und Stäbchen der Netzhaut wellenlängenabhängige Empfindlichkeit
der Rezeptoren der Netzhaut
Farbempfindung Auge und Visueller Cortex Farbwahrnehmung