Licht & FarbenStart: Licht & Farben

Lichtquellen werden über die Wellenlängenverteilung nach Frequenz und Intensität charakterisiert, wobei in den meisten Fällen nur das sichtbare Licht im Bereich von etwa 400 bis 700 Nanometern relevant ist.
Der Begriff Lichtart bezeichnet dann die spektrale Energieverteilung, also die "Menge / Stärke", mit der einzelne Wellenlängenbereiche im Spektrum einer spezifischen Licht-Quelle vertreten sind.
Typische Beispiele für solche Energieverteilungskurven sind die dem Tageslicht ähnliche Normlichtart D65, die Glühlampe und die Xenon-Kurzbogenlampe.

Ein Normlicht ist eine theoretische Quelle für sichtbares Licht mit einer definierten Spektralverteilung. Die verschiedenen Normlichtarten bilden die Grundlage für den Vergleich von Farben, die unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen aufgenommen wurden.

Lichtquelle vs. Lichtart

Eine Lichtquelle kann als ein Objekt definiert werden, das Licht emittiert, wie z.B. eine Glühlampe oder einer Leuchtstoffröhre.
Auch die Sonne ist eine Lichtquelle, jedoch unterliegt das von ihr erzeugte Tageslicht großen Schwankungen (Tag-Rhythmus, Jahreszeiten, Wetter).

Im Gegensatz zu einer Lichtquelle ist eine Lichtart kein physikalisches Objekt, sondern eine Darstellung der spektralen Strahlungsverteilungskurve eines Lichts, also der Verteilung der relativen Energie über die Wellenlängen.

Normlicht

Obwohl das menschliche Auge alle die oben erwähnten Lichtquellen mehr oder weniger als weiß wahrnimmt, geben sie bei verschiedenen Wellenlängen unterschiedliche Mengen an Energie ab.
So strahlt beispielsweise Tageslicht bei jeder Wellenlänge des Spektrums Licht aus, das im blauen Bereich um 460 nm seinen Höhepunkt erreicht.

CIE, eine gemeinnützige Organisation, die als Autorität für die Wissenschaft von Licht & Farbe gilt, hat mehrere Normlichtarten definiert, um bestimmte Lichtquellen zu repräsentieren. Die wichtigsten sind:

Früher wurde auch noch die Normlichtart C (6774K) für Tageslicht verwendet, die allerdings einen „Blaustich“ aufwies. Demnächst (Ende 2018) wird die Normlichtart L, für die verschiedenen Formen der LED Beleuchtung, erscheinen.

Weitere Lichtarten sind B (Sonnenlicht, nicht mehr gebräuchlich), G (Vakuumglühlampenlicht), P (Petroleum- und Kerzenlicht), XE (Xenon-Hochdruck-Kurzbogenlampe).

Hier eine Liste mit weiteren Lichtarten, sortiert nach Farbtemperatur:

Normlicht Farbtemperatur Anwendungsbereich
CIE D75 7500 Kelvin Tageslicht Nordhimmel
Farbabstimmung für Textil, Kunststoff, Papier, etc.
CIE D65 6500 Kelvin Durchschnittliches Tageslicht Nordhimmel
Farbabmusterung für Automobil, Einzelhandel, Kunststoff, Lacke, Möbel, Unterhaltungselektronik, etc.
CIE D55 5500 Kelvin Lichtspektrum ähnlich dem von direktem Sonnenlicht
CIE D50 5000 Kelvin Tageslicht Mittagshimmel (auch: mittleres Sonnenlicht)
Farbabmusterung in der Druckindustrie: Beurteilung von Vorlagen und Reproduktionen.
U41 4100 Kelvin Leuchtstoffröhren (auch TL84 bzw. CIE F11)
Beleuchtung in Büros, Lagern, Kaufhäusern, Verkaufsräumen sowie Ausstellungen in Europa
U30 3000 Kelvin Leuchtstoffröhren (auch CIE F12)
Analog U41 aber in den USA
CIE A 2856 Kelvin Glühbirnenlicht
Beleuchtung im Wohnbereich, Gastronomie, Hotels, etc.
HOR 2300 Kelvin Gedimmtes Glühbirnenlicht (Horizon: von Horizont)
Simulation von Morgen- und Abendrot, Textilbereich, Automobilindustrie, Test auf Metamerie, etc.
- 1900 Kelvin Kerzenlicht

 

Daneben wird auch UV Licht verwendet, insbesondere für optische Aufheller in Papier und Textilien.

Farbtemperatur

Die Farbtemperatur einer Lichtart wird ermittelt, indem die relative spektrale Verteilung der Strahlungsintensität mit der eines schwarzen Körpers (auch Planck’scher Strahler genannt), verglichen wird. Ein schwarzer Körper erzeugt bei gegebener Temperatur K ein spezifisches Spektrum (auch, aber nicht nur, im sichtbaren Bereich), und man wählt jenes, das am ehesten passt.

Spektraldaten

Um die Farbe eines Objektes mit einer standardisierten Methode zu quantifizieren, muss eine standardisierte spektrale Strahlungsverteilungskurve in die Berechnung einbezogen werden. Die Spektraldaten dieser Lichtarten werden daher in Farbmessgeräten (z.B. Photo-Spektrometern) gespeichert, um die Farbe einer Probe so zu berechnen, wie sie unter eben jenem Licht erscheinen würde.

Schwarzer Strahler

Wird ein metallischer Körper, z.B. den Glühdraht einer Glühlampe, erhält man abhängig von der Drahttemperatur unterschiedlich warmes Licht. Bei relativ niedrigeren Temperaturen von z.B. 1700° C (= 1700° C + 273° C = 1973 Kelvin) entsteht warm-weißes (orange-rotes) Licht mit einer Farbtemperatur von ca. 2000K. Je heißer der Draht desto bläulicher und kalt-weißer das Licht (eine 25W Glühlampe erscheint wärmer (rötlicher) als eine 100W Glühlampe).

Je höher (heißer) also die Temperatur des sog. thermischen Strahlers, desto kälter die Lichtfarbe.
Solche metallischen Körper werden in der Theorie als „schwarzer Strahler“ oder „planckscher Strahler“ und weichen von dem Glühdraht etwas ab.

Kühle / Warme Farbtemperaturen

Farbtemperaturen von über 5000 K werden als "kühle Farben" (bläulich) bezeichnet, während niedrigere Farbtemperaturen (2700-3000 K) als "warme Farben" (gelblich) bezeichnet werden. "Warm" ist in diesem Zusammenhang eine Analogie zum abgestrahlten Wärmestrom der traditionellen Glühlampenbeleuchtung und nicht zur (Farb-) Temperatur. Die spektrale Spitze des warmfarbigen Lichts liegt näher am Infrarot, und die meisten natürlichen warmfarbigen Lichtquellen emittieren signifikante Infrarotstrahlung. Die Tatsache, dass "warmes" Licht in diesem Sinne tatsächlich eine "kühlere" Farbtemperatur hat, führt häufig zu Verwirrung.

Tageslicht

Die spektrale Zusammensetzung des Tageslichtes resultiert aus der Oberflächentemperatur der Sonne, die bei 5870° Kelvin liegt. Dieses relativ gelbe, direkte Sonnenlicht wird aber durch Lichtstreueffekte in der Atmosphäre in Richtung Blau verschoben. Im Mittel erreicht uns eine Strahlung, die einer Farbtemperatur von 6400° Kelvin entspricht.