Wie entstehen Farben und wieso sehen wir sie? Farbmodelle und ihre Beschreibung

Farben werden auch dazu verwendet, um für die Identifizierung des Erzeugnisses mit der Marke zu sorgen, die Produktattraktivität zu verbessern, sowie Emotionen oder bestimmtes Kundenverhalten hervorzurufen. Da wir wissen, wie große Rolle Farben im Leben von Verbrauchern und Herstellern spielen, haben wir zahlreiche Informationen zu diesem Thema vorbereitet.

Das Licht als eine Farbquelle

Wenn man über Farben spricht, muss auch das Licht erwähnt werden. Es ist eines der wichtigsten Themen, dessen Verständnis uns zu verstehen ermöglicht, wie Farben entstehen und wie es dazu kommt, dass wir überhaupt sehen. Fangen wir daher ganz von vorne an.

Die Natur des Lichts war viele Jahre lang geheimnisvoll und schwierig zu verstehen. Mittlerweile wissen wir schon, dass das Licht sich zugleich als eine Welle und als ein Strahl von Teilchen verhält. Dieses Phänomen wird Welle-Teilchen-Dualismus genannt.

Elektromagnetische Wellen von einer Länge im Bereich von 380-780 Nanometern werden als sichtbares Licht bezeichnet. Weißes Licht entsteht nach dem Vermischen von sieben einzelnen, einfachen Farben, die als Grundfarben bezeichnet werden. Nach der Aufspaltung können sie in Form der allgemein bekannten sieben Regenbogenfarben beobachtet werden. Dieses Phänomen spielt sich an sonnigen Tagen bei Regen auf dem Himmel ab.  Die herunterfallenden Wassertropfen wirken wie ein Prisma und spalten weißes Licht in seine einzelnen Elemente, d. h. Farben, auf. Jede der sieben Farben entspricht einem bestimmten Wellenlängenbereich. Die längste elektromagnetische Welle (635-770 nm) hat eine rote Farbe, die kürzeste hingegen (380-450 nm) ist für das Sehen von violettem Licht verantwortlich.

Unten werden die von uns wahrgenommenen Grundfarben dargestellt. Wenn eine Welle eine mittlere Länge aus zwei aneinander grenzenden Bereichen aufweist, entstehen Übergangsfarben.

Wieso sehen wir Farben?

Jetzt wissen wir schon, dass bestimmte Längen von elektromagnetischen Wellen bestimmte Farben haben. Lass uns jetzt überlegen, wieso wir farbliche Gegenstände sehen.

Das Sehen von Farben ist direkt mit der Empfindlichkeit von bestimmten Rezeptoren im Auge auf die Wellenlänge des Lichts verbunden. Wir können die Farben verschiedener Gegenstände wahrnehmen (z. B. von Buntstiften oder Blumen), weil sie Lichtstrahlen aufnehmen und reflektieren. Diese Gegenstände leuchten nicht mit ihrem eigenen Licht, sondern absorbieren bestimmte Längen der elektromagnetischen Wellen aus dem Bereich unseres sichtbaren Lichts und reflektieren andere Wellenlängen. Wir sehen eine bestimmte Farbe, weil unsere Augen ein Teil der Strahlung erreicht, welche von der Oberfläche des Gegenstands reflektiert wird.

Um diesen Mechanismus besser zu verstehen, können wir ihn anhand eines Beispiels erklären. Roter Mohn absorbiert elektromagnetische Strahlen von jeder Wellenlänge, mit Ausnahme derer, die der Farbe Rot entsprechen. Diese Wellen werden reflektiert und vom Auge als Rot wahrgenommen. Wenn ein Gegenstand weiß ist, bedeutet das, dass er das gesamte weiße Licht reflektiert hat. Schwarze Gegenstände hingegen absorbieren alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts.

Die Physiologie der Farbwahrnehmung – wie kommt es dazu, dass wir sehen?

Das Absorbieren und Reflektieren von elektromagnetischen Wellen, das für unsere farbliche Wahrnehmung der Umgebung verantwortlich ist, wäre nicht möglich, wenn wir keine Augen hätten. Sie sind ein sehr empfindliches Sehorgan, das Bilder erstellt und uns so das sog. Sehen ermöglicht.

Um zu erfahren, wieso wir elektromagnetische Wellen als Farben sehen, sollten wir uns zuerst den Aufbau des Auges ansehen. Das Sehorgan ist mit lichtempfindlichen Rezeptoren ausgestattet, den Stäbchen und Zapfen. Die lichtempfindlichen Zellen befinden sich im hinteren Teil des Augapfels, das die Netzhaut genannt wird. Die Stäbchen sind für die Wahrnehmung von Formen und Bewegungen verantwortlich. Sie sind so empfindlich, dass sie selbst einzelne Photonen unterscheiden können. Die Zapfen hingegen sorgen für die Farbwahrnehmung. Im menschlichen Auge gibt es drei Arten von Zapfen, die auf andere Wellenlängen reagieren und deswegen das Sehen der roten, blauen und grünen Farbe ermöglichen. Wenn die Rezeptoren Wellen mit mittleren Werten registrieren, reagieren alle drei Gruppen von Zapfen auf den Impuls und sorgen dafür, dass im Gehirn der Eindruck entsteht, dass eine aus den drei Grundfarben bestehende Farbe gesehen wird.

Der Mechanismus der Bilderstellung

Das sichtbare Licht ist nichts Anderes als elektromagnetische Wellen mit einer Länge von 380-780 nm. Das Licht, welches auf einen Gegenstand fällt, wird von ihm teilweise absorbiert und teilweise reflektiert. Anschließend gelangt die reflektierte elektromagnetische Welle zu den Rezeptoren im Auge, d.h. zu den Zapfen und Stäbchen in der Netzhaut, wo das erstellte Bild verkleinert und umgedreht ist. Der nächste Schritt besteht darin, dass die Rezeptoren einen Impuls ans Gehirn senden, wo die Daten interpretiert werden und auf ihrer Grundlage das Abbild dieses Gegenstands erstellt wird. All das geschieht unglaublich schnell, wie man sich überzeugen kann, wenn man sich herumblickt. Die von uns gesehenen Farben werden blitzschnell wahrgenommen und umgewandelt, sodass ein Abbild erstellt wird.

Das fantastische Sehorgan, unser Auge, unterscheidet eine riesige Menge von Farben. Laut aktuellen Literaturangaben gibt es von ihnen etwa mehr als ein Dutzend Millionen. Es ist bemerkenswert, dass die Farbe keine Eigenschaft des Lichts, sondern nur ein Eindruck ist, der von einer bestimmten elektromagnetischen Welle im Gehirn erzeugt wird.

Das Sehen von Farben ist temporär; sie werden in unserem Gedächtnis nicht gespeichert. Aus diesem Grund ist es sehr schwierig, dieselbe Farbe erneut zu erkennen, weil wir über kein Muster verfügen, mit dem wir sie vergleichen könnten. Da wir uns nun darüber im Klaren sind, dass die Wahrnehmung von Farben subjektiv ist, sollten wir beachten, dass die Interpretation derselben Farbe von zwei Personen unpräzise und unterschiedlich ausfallen kann.

Beschreibungen und Bewertungen von Farben

Das menschliche Auge ist zwar nicht in der Lage, Farben auf eine objektive Art und Weise zu bewerten, aber es existieren jedoch Geräte, die sie präzise messen können. Instrumentale Methoden ermöglichen uns, Farben in Zahlenform mit Hilfe von einer normalisierten Rechnung, von Kolorimetern oder Spektrophotometern zu definieren. Die mathematische Formel der Farbe wurde von der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) erstellt und stimmt mit der optischen Bewertung überein.

Die Farbe kann mit Hilfe von drei Merkmalen beschrieben werden, zu denen der Farbton, die Helligkeit und die Sättigung zählen.

• Der Farbton ist eine Eigenschaft der Farbe, die von der Strahlung abhängt und eine bestimmte Wellenlänge aufweist, die im Auge befindliche Rezeptoren erkennen. In einer solchen Situation sehen wir eine bestimmte Farbe wie z. B. Grün, Rot oder Blau. Farben, die über einen Farbton verfügen, werden als chromatische Farben bezeichnet.
• Die Helligkeit oder anders gesagt die Grellheit, ist die Empfindlichkeit auf die Intensität der Strahlung, die die Entstehung der Farbe verursacht. Die Helligkeit von Farben wird mit Hilfe der Leuchtdichte bestimmt, die bei Tageslicht den höchsten Wert für gelb-grüne Farben von einer Wellenlänge von 555 nm aufweist. Bei Nacht ist es die blau-grüne Farbe mit einer Wellenlänge von 510 nm.
• Die Sättigung bedeutet eine Vermengung einer chromatischen Farbe mit Weiß, Grau und Schwarz. Pastellfarben werden als ungesättigt bezeichnet, weil sie viel Weiß enthalten.

Die dargestellten Farbattribute werden ebenfalls vom CIE-System normalisiert, dank dem eine vollständige Farbbeschreibung mit diesen drei Variablen vorgenommen werden kann.

Farbtoleranz

Wenn man berücksichtigt, dass es unmöglich ist, ein Modell der perfekten Anpassung von Farben in industriellem Maßstab anzupassen, so besteht eine gängige Praxis, Farbtoleranzbereiche zu bestimmen. Das Fehlen einer hundertprozentigen Übereinstimmung von Farben kann viele Gründe haben, u. a. unterschiedliche Lieferungen von gefärbten Produktionsrohstoffen. Ein weiterer Grund ist der Farbwechsel bei weiteren Produktionsschritten. Daher unterliegt eigentlich jede Charge einer gewissen Farbabweichung. Der Toleranzbereich bestimmt, bis zu welchem Grad der Abweichung eine Farbe als akzeptabel und fast mit dem vereinbarten Muster gleich angesehen werden kann. Die Definition der Annehmbarkeit einer Farbe wird in der Regel im Einzelfall von den Geschäftspartnern festgelegt.

Das RGB-Modell

Eine weitere Methode für Farbbeschreibung ist das RGB-Modell. Dies ist eine Art der Abbildung von Farben, bei der sie in Form von Koordinaten dargestellt werden. Der Name kommt von den englischen Farbnamen R – Red (Rot), G – Green (Grün), B – Blue (Blau). Das Modell basiert auf der menschlichen Wahrnehmung von beliebigen Farben, die aufgrund dessen entsteht, dass drei Lichtbündel dieser Farben in einem bestimmten Verhältnis vermischt werden. Nur dieses Model erklärt, wie Farben im menschlichen Gehirn wahrgenommen werden. Leider hat es auch einige Nachteile z. B. erklärt dieses Modell nicht, wieso beim Vermischen von hellen Farben keine helleren Farben oder reines Weiß entsteht. Es sollte beachtet werden, dass das RGB-Modell nur theoretisch ist und seine Abbildung vom jeweiligen Gerät abhängt.

Das CMY- oder CMYK-Modell

Das CMY-Modell reicht in der Praxis nicht aus, um alle Farben wiederzugeben, die das menschliche Auge unterscheiden kann. Wenn die Bestandteile des Modells, also die Farben Blau (Cyan), Rot (Magenta) und Gelb (Yellow) vermischt werden, wird niemals die Farbe Schwarz entstehen. Deshalb verwendet man oft den Begriff CMYK-Modell, weil hier die Farbe Schwarz hinzugefügt wird (K steht für Key Colour, also die Schlüsselfarbe). Dieses Farbmodell wird am häufigsten zur Erstellung von mehrfarbigen Drucken oder Computergrafiken verwendet. Die einzelnen Farben des CMYK-Modells können durch die Verbindung der vier Hauptfarben wiedergegeben werden, vorausgesetzt, dass ein entsprechendes Verhältnis beibehalten wird.

Theorie und Praxis – Farbbeschreibung und -bewertung

Da wir nun die am weitesten verbreiteten Modelle zur Bestimmung von Farben kennen, könnten wir zum Schluss kommen, dass es ausreicht, die Farben des RGB-Modells mit denjenigen der CMYK-Farbpalette zu vermischen, um alle möglichen Farben zu erhalten. Jedoch ist dies nicht der Fall. Wieso? Weil das menschliche Auge nicht linear reagiert und die Farben sowie Farbmaterialien nicht ideal sind. Aufgrund dessen werden in der Praxis verschiedene Methoden angewandt, um Mängel zu kaschieren. Diese Methoden werden als Farbproduktion bezeichnet. Zu ihnen zählen u. a. Polygraphie, Industriefärberei oder die Herstellung von Buntstiften, Farben und Lacken.

Es stellt sich heraus, dass das Problem nicht darin besteht, eine bestimmte Farbe herzustellen, sondern sie auszudrücken, d. h. sie so abzubilden wie sie aussehen sollte. Wie soll man eine Farbe definieren und benennen, sodass der Name von allen auf dieselbe Art und Weise verstanden wird? Es gibt keine Antwort auf diese Frage, aber vielleicht wird in der Zukunft ein universelles System zur Benennung von Farben entwickelt werden, das dieses Problem lösen wird.

Die Wahrnehmung von Farben ist einzigartig. Das menschliche Auge ist in der Lage, Millionen von Farbvariationen zu unterscheiden. Das Bild in unserem Kopf entsteht innerhalb von Sekundenbruchteilen; das einzige, was dazu benötigt wird, ist Licht. Die Genauigkeit des menschlichen Auges und die Fähigkeit des Menschen, Farben zu analysieren, sind ebenfalls erstaunlich. Mathematische Beschreibungen, instrumentale Analysen und theoretische Modelle sind sehr nützlich, wenn von Farben die Rede ist. Dank ihnen können farbige Gegenstände in industriellem Maßstab vervielfältigt, fehlerhafte Produktchargen und Probleme benannt werden, wenn die erstellte Farbe nicht mit den Erwartungen übereinstimmt. Vielleicht werden Sie heute einen neuen Blickpunkt auf Ihre Augen erlangt haben, weil Sie dank ihnen Schönheit wahrnehmen können, ohne komplizierte mathematische Formeln benutzen zu müssen.