Farbwiedergabeindex

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Unter Farbwiedergabeindex (englisch Colour Rendering Index, CRI) versteht man eine photometrische Größe, mit der sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher korrelierter Farbtemperatur beschreiben lässt. Die abgekürzte Schreibweise für den Farbwiedergabeindex ist Ra. Hierbei steht das Index-a für allgemeiner Farbwiedergabeindex, der nur die Werte der ersten acht Testfarben nach DIN einbezieht.

Geschichte[Bearbeiten]

Mit der weiten Verbreitung der energiesparenden Leuchtstofflampen in den 1960er Jahren standen erstmals kostengünstige Lichtquellen in großer Zahl zur Verfügung, die keine Temperaturstrahler waren. Leuchtstofflampen, wie alle Entladungslampen, geben kein Licht mit kontinuierlichem Spektrum ab. Farben können unter diesem Licht anders erscheinen als unter Glühlicht, insbesondere wenn sie nur Licht in schmalen Bändern abgeben. Es wurde ein Maßstab nötig, um die neuen Lichtquellen mit den klassischen Glühlampen oder dem Tageslicht vergleichen zu können. Ziel war es, eine reproduzierbare Zahl zu berechnen, die für jede Lichtquelle angibt, wie sehr sich die Farbwiedergabe einer zu testenden Lampe vom Ideal des Glüh- und Tageslichts unterscheidet. Der Farbwiedergabeindex war das Maß, welches zu diesem Zeitpunkt bereitstand.

Mit der Verbreitung der LED-Lichtquellen traten zunehmend Schwierigkeiten bei der Bewertung des subjektiven Farbeindrucks auf, die zunächst durch Änderungen am bestehenden Standard behoben werden sollten. Vom NIST wurde schließlich die Farbqualitätsskala (englisch Color quality scale, CQS) entwickelt, um einige Mängel des Farbwiedergabeindex zu beheben, insbesondere werden hierbei die Einzelwerte als geometrisches Mittel zu einem Index geführt.

Berechnungsverfahren[Bearbeiten]

Der Farbwiedergabeindex ist so konzipiert, dass die Testlichtquelle spektral vermessen wird und alle weiteren Schritte rein mittels numerischer Verfahren erfolgen. Gemäß CIE 13.2 werden die Normfarbwerte der Testfarben für Test- und Referenzlichtquelle bestimmt. Anschließend werden diese in UCS-Koordinaten transformiert. Da von der Norm nur diskrete Referenzlichtquellen definierter Farbtemperaturen vorgegeben werden, muss eine Farbwandlung durchgeführt werden, die den Fehler zwischen den Farbtemperaturen der beiden Lichtquellen ausgleicht. Die Einzelwerte werden als arithmetisches Mittel zu einem Index zusammengefasst.

Beschreibung[Bearbeiten]

Farbwiedergabeindex einiger Lampen
Lampe Index Ra
Glühlampe[1] bis 100
LED, weiß[2] 80…95
OLED, weiß [3][4] 80…90
Leuchtstofflampe[1] 50…90
Leuchtstofflampe, weiß 70…84
Leuchtstofflampe, weiß de Luxe 85…100
Halogen-Metalldampflampe[1] 60…95
Natriumdampf-Hochdrucklampe, warmweiß 80…85
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe[1] 45
Natriumdampf-Hochdrucklampe, Standard[1] 18…30
Natriumdampf-Hochdrucklampe, farbverbessert[1] 60
Natriumdampf-Niederdrucklampe −44
Die 14 Testfarben nach DIN 6169

Als Referenz zur Beurteilung der Wiedergabequalität dient bis zu einer Farbtemperatur von 5000 K das Licht, das von einem schwarzen Strahler der entsprechenden Farbtemperatur abgegeben wird. Über 5000 K wird gegenüber einer tageslichtähnlichen Spektralverteilung referenziert. Beispielsweise wird für die Berechnung der Farbwiedergabe einer Haushaltsglühlampe (die selbst in guter Näherung ein schwarzer Strahler ist) das Spektrum eines schwarzen Strahlers mit einer Temperatur von 2700 K als Referenz verwendet, für eine Leuchtstofflampe mit der Lichtfarbe 865 (8xx steht für einen Farbwiedergabeindex von 80 bis 89, x65 für eine Farbtemperatur von 6500 K) dagegen das Tageslichtspektrum der Normlichtart D65. Der Farbwiedergabeindex ist seiner Definition nach ein spezieller Metamerieindex.

Der Farbwiedergabeindex ist nicht von einer bestimmten Farbtemperatur abhängig. Jede Lichtquelle, die das Spektrum einer Referenzlichtquelle gleicher (korrelierter) Farbtemperatur im Bereich der sichtbaren Wellenlängen perfekt nachbildet, erreicht einen Farbwiedergabeindex von 100. Spektralanteile außerhalb des sichtbaren Bereiches bleiben unbeachtet, da sie visuell nicht wahrnehmbar sind. Theoretisch ist es auch möglich, eine Lichtquelle zu synthetisieren (beispielsweise aus fünf verschiedenfarbigen Leuchtdioden (LEDs)), deren Spektralverlauf völlig von dem eines Schwarzen Strahlers abweicht, aber trotzdem einen Farbwiedergabeindex von 100 erreicht.

Zur Berechnung des Farbwiedergabeindex sind 14 Testfarben mit einem genormten Remissionsverlauf definiert. Die Abweichung der Sekundärspektren zwischen Referenz- und Testspektrum dient als Maßzahl für die 14 speziellen Farbwiedergabeindizes. Zur Berechnung des allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra werden allerdings nur die ersten acht Testfarben herangezogen. Die 14 Testfarben sind durch DIN 6169 ausgewählt. Dabei kann der Farbwiedergabeindex Ri zur Farbe i ermittelt werden. Ein rechnerischer Wert aus den Farben #1 bis #8 wird mit Ra bezeichnet. Da bei der Festlegung des Farbwiedergabeindex in den 1930er Jahren die Referenzlichtquellen mit 100, die damals gängigen Leuchtstofflampen (gewissermaßen willkürlich) mit 50 festgesetzt wurden und der Farbwiedergabeindex keinesfalls ein prozentualer Wert ist, sind auch negative Farbwiedergabeindizes möglich.

Eine Glühlampe mit farblosem Glaskolben besitzt einen Ra von fast 100, während Leuchtstofflampen einen Wert von 70 bis 90 erreichen. Lichtquellen, die Licht nur einer einzigen Wellenlänge ausstrahlen, wie etwa die Natriumdampf-Niederdrucklampen, erlauben überhaupt keine Unterscheidbarkeit von Farben und weisen demzufolge einen sehr niedrigen oder gar negativen Ra-Wert auf.

Da der Farbwiedergabeindex lediglich die Ähnlichkeit mit der Referenzlichtfarbe beschreibt, bedeutet ein hoher Farbwiedergabeindex nicht automatisch, dass alle Farben auch gut wiedergegeben werden. So enthält beispielsweise das Referenzlicht der Glühlampe (Temperaturstrahler mit 2700 K) nur sehr wenig blaue und violette Lichtanteile, woraus sich eine schlechtere Wiedergabe dieser Farben ergibt. Für eine gute Farbwiedergabe ist daher nötig, dass nicht nur der Farbwiedergabeindex hoch ist, sondern auch das Referenzlicht ein möglichst "vollständiges" Spektrum aufweist. Dies ist bei Farbtemperaturen von 4500 K bis 6000 K gut gegeben.

Eine Lampe mit hohem Ra-Wert allein ist noch nicht ausreichend, um Farben, etwa in der Druckvorstufe, in normierter Umgebung beurteilen zu können. Dazu kommt es außerdem auf die spektrale Verteilung der Lichtquelle an. Zur besseren Beurteilung der Qualität einer Lichtquelle werden neben dem allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra oft auch spezielle Farbwiedergabeindizes herangezogen, beispielsweise der R9 (gesättigtes Rot), da der allgemeine Farbwiedergabeindex oft kein ausreichendes Kriterium darstellt. Grund dafür ist im Besonderen, dass für die Berechnung des allgemeinen Farbwiedergabeindex nur die ersten 8, eher pastellfarbenen Töne (mit einem weichen Remissionsverlauf) herangezogen werden.

Aufnahmen mit einer Kompaktleuchtstofflampe (A), einer Hochvolt (230V, HV-)Halogenglühlampe (B) und einem Blitzlicht (C).
Durch die verschiedenen Farbwiedergabeindizes entstehen Differenzen in der Farbwiedergabe.

Literatur[Bearbeiten]

  • Robert G.W. Hunt: The Reproduction of Colour. 6. Aufl. Wiley, 2004, ISBN 0-470-02425-9.
  • Hans R. Ris: Beleuchtungstechnik für Praktiker. 2. Auflage, VDE-Verlag GmbH, Berlin/ Offenbach 1997, ISBN 3-8007-2163-5 .
  • Wilhelm Gerster: Moderne Beleuchtungssysteme für drinnen und draußen. Compact Verlag, München 1997, ISBN 3-8174-2395-0.
  • DIN 6169-1:1976-01 - Farbwiedergabe; Allgemeine Begriffe

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f Hans-Georg Buschendorf (Hrsg.): Lexikon Licht- und Beleuchtungstechnik. Verlag Technik, Berlin 1989, ISBN 3-341-00724-5, S. 64.
  2. Megaman PAR38 LED Reflektor R9
  3. Quellenbeispiel 1
  4. Quellenbeispiel 2


Farb-Check-RGB.png

Die in diesem Artikel angezeigten Farben sind nicht farbverbindlich und können auf verschiedenen Monitoren unterschiedlich erscheinen.
Eine Möglichkeit, die Darstellung mit rein visuellen Mitteln näherungsweise zu kalibrieren, bietet das nebenstehende Testbild (nur wenn die Seite nicht gezoomt dargestellt wird): Tritt auf einer oder mehreren der drei grauen Flächen ein Buchstabe („R“ für Rot, „G“ für Grün oder „B“ für Blau) stark hervor, sollte die Gammakorrektur des korrespondierenden Monitor-Farbkanals korrigiert werden. Das Bild ist auf einen Gammawert von 2,2 eingestellt – den gebräuchlichen Wert für IBM-kompatible Computer. Apple-Macintosh-Rechner hingegen verwenden bis einschließlich System 10.5 („Leopard“) standardmäßig einen Gammawert von 1,8, seit dem System 10.6 („Snow Leopard“) kommt Gamma 2,2 zum Einsatz.