Lichtfarbe

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Die Lichtfarbe ist der Farbeindruck von Licht, das direkt von einer selbstleuchtenden Lichtquelle stammt.[1][2] Der zugehörige Farbreiz beruht auf der spektralen Zusammensetzung dieser Strahlung. In Verbindung mit den Fotorezeptoren im Auge und der Verarbeitung im Nervensystem und im Gehirn hat dann jede Lichtfarbe eine bestimmte Charakteristik, die Farbvalenz.

Das von einem erleuchteten Körper reflektierte und farblich veränderte Licht wird als Körperfarbe wahrgenommen. Um eine Körperfärbung erkennen zu können, ist zur Beleuchtung weißes Licht günstig.

Der Farbreiz des Lichtes setzt sich entweder aus diskreten einzelnen Spektralfarben bestimmter Wellenlänge, aus einem Lichtgemisch mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche oder aus einem kontinuierlichen Spektralbereich zusammen. Die Intensitätsverteilung über die Wellenlängen des (sichtbaren) Spektrums ist charakteristisch für die Lichtquelle. Im technischen Vorgang kann die Lichtfarbe allerdings auch durch Filterung verändert werden. Eine Messung der Valenz der Lichtfarbe orientiert sich an den physiologischen Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Auges.

Kontinuierliche Lichtemission aufgrund der Temperatur eines Strahlers[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei steigender Farbtemperatur liegen die zugehörigen Weißpunkte auf einer Kurve

Licht kann ein kontinuierliches Spektrum haben, wenn es, wie das Sonnenlicht oder das Licht einer Glühlampe, von einem glühenden Körper ausgeht. Solch ein Spektrum folgt im Wesentlichen dem Planckschen Strahlungsgesetz. Die Lichtfarbe wird durch die Wellenlänge des Maximums des kontinuierlichen Spektrums bestimmt. Man kann eine entsprechende Farbtemperatur (TCP), gemessen in Kelvin (K), zuordnen, die gleich der Temperatur des strahlenden Glühkörpers ist.[3] Solche Strahlung beginnt bereits unmittelbar über dem absoluten Nullpunkt mit der Wärmestrahlung im fernen Infrarot. Je höher die Temperatur steigt, umso kürzere Wellenlängen werden ausgesandt und desto blauer wird folglich das Maximum.[4] Dadurch erscheint eine glühende Herdplatte rot, Kerzenlicht gelblich, Sonnenlicht weiß und 10.000 K heiße Plasmen oder Fixsterne bläulich.

Elektronenprozesse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Andere Lichtquellen erzeugen Licht durch Elektronenübergänge zwischen Energieniveaus der Elektronenhülle von Atomen. Ihr Emissionsspektrum ist bedingt durch die Quantelung der Energiedifferenzen ein schmalbandiges Linienspektrum (siehe auch Gasentladung). Fluoreszenz in Festkörpern oder auch die Emission heißer dichter Plasmen erzeugt breitere Banden. Die wahrgenommene Farbe ist die einer einzelnen dominanten Linie oder Bande oder sie bildet sich aus mehreren Linien oder Banden durch additive Farbmischung. Beispiele sind Laser, Leuchtstoffe im Monitor, Leuchtdioden, Quecksilberdampflampen oder Natriumdampflampen. Spektrallampen können schmalbandige, sehr wellenlängenstabile Spektralfarben abgeben.

Lichtquellen mit mehreren oder durch hohen Druck verbreiterten Emissionslinien können weiß erscheinendes Licht abgeben (Xenon-Höchstdrucklampen, Halogen-Metalldampflampen). Eine weitere Möglichkeit, weißes Licht zu erzeugen, wird bei Leuchtstoffröhren angewandt, indem die in einer Quecksilberdampf-Niederdruck-Entladung dominierende Ultraviolett-Strahlung durch fluoreszierende Substanzen in fehlende Spektralbereiche gewandelt wird.

Lichtfarben werden subjektiv wahrgenommen, können aber als Farbreiz durch Farbsensoren gemessen werden. Solch eine Farbvalenz entstehen aus dem Licht von Lichtquellen durch additive Farbmischung und bei Körperfarben durch subtraktive Farbmischung. Die Farbvalenz (Farbe) Grün der Vegetation beruht darauf, dass das Chlorophyll den purpurnen Lichtanteil photochemisch absorbiert.

Kennzeichnung der Lichtfarbe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Lichtfarbe ist eine Kenngröße, um Leuchtmittel zu charakterisieren. So werden insbesondere Leuchtstofflampen zum Vergleich mit Glühlampen in folgende drei Gruppen eingeteilt:

Behaglichkeitskurve als Beleuchtungsstärke versus Lichtfarbe
Technische Unterteilung von Qualitäten[5]
Bezeichnung Farbtemperatur Beschreibung Wirkung auf den Menschen
warmweiß (ww) unter 3300 K gelbweißes Licht als gemütlich und behaglich empfunden.
neutralweiß (nw) 3300 bis 5300 K weißes Licht sachliche Atmosphäre, Kunstlichtcharakter.
tageslichtweiß (tw) über 5300 K tageslichtähnliches Licht   wirkt technisch, anregend, passt zu einfallendem Tageslicht

Technisch ist Lichtfarbe die Angabe der Farbe einer vergleichbaren Lampe. Liegt kein kontinuierliches Spektrum des Leuchtmittels vor, muss zur Herstellung der Lichtfarbe Weiß additive Farbmischung oder eine geeignete Auswahl der Leuchtstoffe eingesetzt werden. Eine Lichtfarbe kann durch

  1. die Lichtart,
  2. die Farbtemperatur,
  3. den Farbort in einem geeigneten Farbendreieck (der Hellwert bleibt unbewertet),
  4. den Farbwiedergabeindex Ra
  5. einen Farbnamen oder ersatzweise eine generische Zahl

beschrieben werden.[6]

Letztere Möglichkeit wird zur Charakterisierung der Lichtfarbe von Leuchtmitteln eingesetzt. Die dreistellige Zahl wird durch die erste Ziffer für den Spektraltyp aus dem Farbwiedergabeindex und den folgenden zwei Stellen aus der Farbtemperatur in Kelvin gebildet. Somit enthält die Lampenangabe des Herstellers eine Kennzeichnung der Lichtfarbe und der Farbqualität. Die Klassifikation richtet sich nach ILCOS oder nach Firmenstandards der Hersteller. Die Lichtfarbe wird immer in Form einer dreistelligen Nummer hinter der Leistung angegeben. Die erste Ziffer bezeichnet den Bereich des Farbwiedergabeindex Ra, die letzten beiden Ziffern abgekürzt die Farbtemperatur. In der Abkürzung TL-D 58W/840 bezeichnet TL-D eine Lampe in Stabform, 58 W die Nennleistung, 8 die Farbwiedergabe mit Ra = (85) → 8, 40 die Farbtemperatur 4000 K und die Lichtfarbe Cool White.

Wegen der Weiterentwicklung der Leuchtmittel wurde zur Vergleichbarkeit im Rahmen der IEC ein internationales Bezeichnungssystem entwickelt, das Internationale Lampenbezeichnungssystem ILCOS (IEC 1231/ International Lamp Coding System) definiert und in nationale Normen, beispielsweise in die DIN 49805:2000, übernommen[7][8].

Lichtfarbangaben für technische Leuchtmittel (beispielhaft Leuchtstofflampen nach[9])
Farbname Standardlicht
herkömmliche Lichtquellen
(Drei-)Bandenlicht
Ra 80…89
Vollspektrumlicht
de luxe
Ra 90…99
Speziallicht
Warmweiß 530 (3000 K) 830 (3000 K) 930 (3000 K) Natriumdampf-Hochdrucklampen
2200 K, Farbwiedergabe
Cool White
herstellerspezifisch
640 (4000 K) 840 (4000 K) 940 (3800 K)
Tageslichtweiß 765 (6500 K), Ra 75 850 (5000 K)
865 (6500 K)
954 (5400 K)
965 (6500 K)

Technisch-ästhetische Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unter Farbe des Lichtes ist die spektrale Zusammensetzung des Lichtes gemeint. Das weiße Licht eines schwarzen Strahlers wird im Chromatizitätsdiagramm durch den Weißpunkt festgelegt.

Normbeleuchtungsarten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um in der Farbmetrik und beim Colormanagement vergleichbare Bedingungen zu schaffen, wurden Lichtfarben normiert. Eine weitere Anwendung solcher Klassifizierungen für Lichtfarben sind die Beleuchtungsarten im Falle des Normfarbraumes, um definierbare (vergleichbare) Lichtverhältnisse für Farbangaben zu Körperfarben zu erhalten.

Das Licht von Lampen gleicher Lichtfarbe kann unterschiedliche spektrale Zusammensetzung besitzen: metameres Licht erscheint dann auf weißen Oberflächen farblich gleich, auf bunten Oberflächen können aber Unterschiede auftreten. Daher kann man allein aus der Lichtfarbe einer Lampe nicht auf die exakte oder gleiche Farbwiedergabe schließen.

Bei einem Monitor oder Fernseher kann aus den drei Lichtfarben (rot, grün und blau) nur der Farbraum reproduziert werden, der innerhalb dieser drei Grundfarben liegt (Farbdreieck). Es wurden verschiedene derartige Farbräume definiert, sodass die reproduzierten Farben von den Einstellungen bei der Aufnahme eines Bildes als auch den Einstellungen des Wiedergabegerätes abhängen. Weichen diese voneinander ab, kommt es zu Farbverschiebungen.

Leuchtmittel und deren Einsatz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Energiesparlampen mit unterschiedlicher Farbtemperatur im Vergleich
Verschiedene Lampen unterschiedlicher Lichtfarbe (von links nach rechts)
  • Sparlampe: 13 W, 6500 K
  • Matte Glühlampe: 60 W
  • Sparlampe: 15 W, 2644 K
  • Sparlampe: 14 W, 3000 K
Spektrum einer Sparlampe. Durch ein Beugungsgitter vor der Kamera werden die unterschiedlichen Farben im Licht einer Sparlampe sichtbar. Eine normale Glühlampe würde ein durchgehendes Spektrum ohne Lücken zeigen (Glühlampen besitzen ein kontinuierliches Spektrum und kein Linienspektrum).

Bei Leuchtstoffröhren bestimmen die Leuchtstoffe auf der Innenseite der Glasröhre die Lichtfarbe. So kann fast jeder Farbreiz erzeugt werden, aber auch durch eingefärbtes (Lampen-)Glas oder nachgesetzte Filter verändert werden. Die Reflektoren von Kaltlichtspiegellampen lassen zum Beispiel den Rot- und Infrarotanteil der Glühlampe passieren und erzeugen so ein thermisch kälteres Lichtbündel mit weniger Wärmestrahlung. Weiß erscheinende Leuchtstofflampen werden oft durch mehrere Leuchtstoffschichten erreicht, je weiterbandig umso angenehmer wird es empfunden. So erzeugtes Licht besteht aus einzelnen Spektralbereichen und nicht wie bei einer glühenden Wendel aus einem kontinuierlichen Spektrum, wobei die Glühwendel der Verteilung des Schwarzen Strahlers nach Planck nahekommt.

Nahezu weiß erscheinende Lichtquellen verursachen vom Tageslichteindruck abweichende Farbverfälschungen, wenn sie ein diskontinuierliches Spektrum aufweisen. Die Qualität der Farbwiedergabe eines Leuchtmittels wird durch den Farbwiedergabeindex (Ra) beschrieben. Der Wert 100 entspricht der Qualität einer guten Glühlampe. Auf einen hohen Farbwiedergabeindex ist zu achten, wenn die Farben von beleuchteten Objekten unverfälscht wahrgenommen werden sollen[10].

Farbtemperatur nach dem planckschen Strahlungsgesetz, über Energie skaliert

827 bezeichnet warmweiße (=2700 Kelvin) Lampen mit durchschnittlicher Farbtreue (=80…89) wie in Europa zumeist angeboten, während in den USA auch 830 (=3000 Kelvin) als warmweiß verkauft wird. Das menschliche Farbempfinden einer 830 entspricht eher dem einer sehr hellen Glühlampe, während das einer 827 häufig als weniger hell und grünstichiger empfunden wird. Halogenglühlampen haben je nach Bauart und Leistung eine Lichtfarbe zwischen 2800 K und 3500 K und können der Grund für ein leicht von der gewohnten Farbtemperatur abweichendes subjektives Farbempfinden sein. 840 (also 4000 K) wird als (neutralweiß) für Büros und Arbeitsplätze empfohlen[11]. Es wirkt weniger ermüdend und bildet einen bei Tag und Nacht angenehmen Kompromiss, wenn die Lichtstärke im Raum angepasst ist. Auch der Kontrast der üblichen schwarzen Schrift auf weißem Untergrund kann subjektiv der Lichtfarbe unterliegen. In Innenräumen wird eine Ausleuchtung mit 4000 Kelvin kaum als störend wahrgenommen und oft überhaupt nicht bemerkt. Die Bestimmungen für Arbeitsplatzbeleuchtung sind in DIN EN 12464-1:2003 geregelt.[12]

Die Tageslichtvarianten (850, 865), auch cool-white (kaltweiß) und day-white (tagesweiß) genannt, sind für die Kombination mit Tageslicht empfehlenswert, wie es für die Beleuchtung von Geschäftslokalen notwendig ist. Wenn große Glasflächen viel Tageslicht in den Raum lassen oder bedampfte Glasscheiben die Rotanteile im Tageslicht stark dämpfen, ist diese Lichtfarbe empfehlenswert, um störende Farbschatten zu vermeiden. Auch für Nachtarbeit kann der Einsatz lohnend sein, weil durch die hohen Blauanteile dem Körper Tageslicht vorgetäuscht (und damit weniger Melatonin produziert) wird.

Die Zifferncodes nach ILCOS sind herstellerabhängig besser zur Bewertung der Lampen geeignet als die Angaben in Textform, die mitunter eher dem Marketing als einer objektiven Vergleichbarkeit dienen. Mancher Hersteller bezeichnet 4000 K schon als cool-white, andere 3000 K als neutralweiß. Die bessere Farbwiedergabe der 9xx-Exemplare der Fluoreszenzleuchten ist wegen der größeren Anzahl an Leuchtstoffschichten aufwendiger herzustellen und damit teurer; die Leuchten sind dadurch wiederum in ihrer Lichtausbeute (Lumen pro Watt) etwas weniger effizient.

Psychologische Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Zusammenhang mit dem Verkaufsverbot für Glühlampen wurde in den Medien der Einfluss der Lichtfarbe aufgeworfen. Danach wurde auf die Farbpsychologie des Menschen verwiesen und der unterschiedliche Einfluss von Glühlampen und Leuchtstofflampen disputiert. Auf Grund des Tagesablaufs besitzt die Lichtfarbe einen psychologischen Einfluss.

Am Tage herrscht Sonnenlicht mit hoher Lichtstärke vor, die Nacht ist an die wesentlich geringere Lichtstärke der Beleuchtung durch den Mond gebunden. Zwischen Tag und Nacht ändert sich auch die Lichtfarbe entsprechend dem natürlichen Tagesrhythmus. Blaues Licht kann zu einer Verringerung der Melatonin-Ausschüttung führen, und solch kaltes Licht kann ermunternd und belebend wirken, während warmes Licht (rötlich/gelblich, auch Warmton) gemütlich und dämpfend wirkt. Bewusst wird deshalb in der Lichttherapie kaltes Licht gegen Winterdepressionen eingesetzt; auch an Arbeitsplätzen wird inzwischen vermehrt solches Licht mit hoher Farbtemperatur eingesetzt. Weiterhin verbessert es das 3D-Sehen und die Auge-Hand-Koordination und erhöht die Kontraste.[13]

Durch Kienspäne, Öllampen oder Glühlampen war lange Zeit künstliche Beleuchtung mit Farbtemperaturen unter 3000 Kelvin gewohntes Kunstlicht (warmwhite), während natürliches Tageslicht Farbtemperaturen oberhalb 5500 Kelvin aufweist. Letzteres wird mit der Weiterentwicklung der Leuchtmittel heute zur Lichtfarbe (daylight). Zum anderen sollte die eingesetzte Lichtfarbe mit einer bestimmten Beleuchtungsstärke einhergehen, um eine positive psychologische Wirkung zu erzeugen. Bei neueren Leuchtmitteln besteht zudem ein Zusammenhang zur Güte der Lichtfarbe: je besser die Farbwiedergabe, desto geringer die Lichtausbeute pro Watt. Seit den 1990er Jahren sind auch sogenannte Vollspektrum-Tageslicht-Lampen (daylight de luxe) erhältlich, die ein tageslichtähnliches, nahezu kontinuierliches Licht liefern und werbewirksam als gesundheitsfördernd bezeichnet werden. Der höhere Preis erklärt sich durch den Einsatz von fünf oder mehr anstatt drei Leuchtstoffen in den älteren Lampen. Die Wirkung auf die innere Uhr (über die lichtmengenabhängige Melatonin-Ausschüttung) kann andererseits unerwünscht sein. Beispielsweise könnten 6500 Kelvin (Lampenfarbe: 965) beim abendlichen Computergebrauch wie Tageslicht Schlafprobleme hervorrufen.[14] Um den Zusammenhang zwischen Lichtstärke und Lichtfarbe für den technischen Gebrauch zu dokumentieren, existieren mehrere auf spezielle Arbeits- und Wohnsituationen abgestimmte Normen und Empfehlungen von DIN und VDE.

„[So sollten …] für niedrige Beleuchtungsniveaus keine Lichtquellen mit einer hohen Farbtemperatur eingesetzt werden, es entsteht sonst der Eindruck der Dämmerung oder des Mondlichtes, wodurch Arbeitsfreudigkeit und Behaglichkeit beeinträchtigt werden. Die Wirkung ist im wesentlichen durch die chromatische Aberration des Auges bedingt.“

Hans-Georg Buschendorf: Lexikon - Licht- und Beleuchtungstechnik. Verlag Technik, Berlin 1989, ISBN 3-341-00724-5, Stichwort: Behaglichkeitskurve. lang=de

Die Wirkung von Vollspektrum-Lampen (Glühlampen, Fünfbandenlampen, de-Luxe-Lampen) gegenüber den in der Farbwiedergabe schlechteren einfachen Dreibandenlampen (Quecksilberdampflampen mit einfachen Leuchtstoffaufträgen, teilweise auch einfache Fünfbandenlampen) beruht nicht auf dem direkten Einfluss der Lichtfarbe über das Zapfensystem des Auges, sondern über den geänderten Farbreiz der umgebenden Körperfarben.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. DIN 5033-1:2009-05 : Farbmessung – Teil 1: Grundbegriffe der Farbmetrik. „Lichtfarbe: Farbe eines Selbstleuchters.“
  2. DIN EN 12464-2:2007-10 : Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 2: Arbeitsplätze im Freien. „Die Lichtfarbe einer Lampe bezieht sich auf die wahrgenommene Farbe (Farbart) des abgestrahlten Lichtes. “
  3. DIN EN 12464-2:2007-10 : Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 2: Arbeitsplätze im Freien.
  4. Umrechnung von Farbtemperatur in Lichtart
  5. Erik Theiss: Beleuchtungstechnik: neue Technologien der Innen- und Außenbeleuchtung. Oldenbourg Industrieverlag, 2000, ISBN 3-486-27013-3, S. 23 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6. Hans-Georg Buschendorf: Lexikon - Licht- und Beleuchtungstechnik. Verlag Technik, Berlin 1989, ISBN 3-341-00724-5.
  7. IEC 1231 in en: (PDF; 20 kB)
  8. Elektrische_Lampen: ILCOS_IEC_1231.pdf
  9. FHO-Emden Lampensysteme (PDF; 947 kB)
  10. Gütemerkmal Farbwiedergabe. licht.de, 2011, abgerufen am 5. September 2011.
  11. Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik: LV 41 Handlungshilfe Beleuchtung von Arbeitsstätten-Kurzfassung. (osha.de [PDF]).
  12. DIN EN 12464-1:2003.
  13. Technology Review: Sonnenlicht aus der Deckenlampe. 14. September 2006
  14. Telepolis: Computer können die Schlaflosigkeit fördern. 19. Januar 2006
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, der gebräuchliche Wert bei TV-Geräten und Computern mit Windows oder OS X (ab Version 10.6)