Lichtfarbe


Lichtfarbe

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 jedes „farbige Licht“ 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 nötig.

Die Farbvalenz des Lichtes setzt entweder aus diskreten einzelnen Farben jeweils bestimmter Wellenlänge, aus einem „Lichtgemisch“ mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche oder aus einem kontinuierlichen Spektralbereich zusammen. Die Intensitätsverteilung über die Wellenlängen des (sichtbaren) Spektrums entsteht in der Lichtquelle. Im technischen Vorgang wird die Lichtfarbe allerdings auch durch Filterung noch verändert. Eine Messung der Valenz der Lichtfarbe orientiert sich an den physiologischen Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Auges.

Inhaltsverzeichnis

Kontinuierliche Lichtemission aufgrund der Temperatur eines Strahlers

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. Sein Spektrum folgt dem Planckschen Strahlungsgesetz. Die Lichtfarbe wird dann 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] Sie beginnt bereits unmittelbar über dem absoluten Nullpunkt mit der Wärmestrahlung im fernen Infrarot. Je höher die Temperatur, 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

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/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 auch mit Farbsensoren gemessen werden. Sie entstehen aus dem Licht von Lichtquellen durch additive Farbmischung und bei Körperfarben durch subtraktive Farbmischung. So entsteht die Farbe Grün der Vegetation dadurch, dass das Chlorophyll den purpurnen Lichtanteil photochemisch absorbiert.

Kennzeichnung der Lichtfarbe

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

  1. die Lichtart,
  2. die Farbtemperatur,
  3. den Farbort in einem geeigneten geeigneten Farbendreieck, wobei der Hellwert unbewertet ist,
  4. den Farbwiedergabeindex Ra
  5. einen Farbnamen oder ersatzweise eine generische Zahl beschrieben werden.[6]

Die 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 wurde ein internationales Bezeichnungssystem entwickelt, das „Internationale Lampenbezeichnungssystem ILCOS“ (IEC 1231/ International Lamp Coding System) definiert und in nationale Normen beispielsweise 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
Tageslichtweiß 765: 6500 K, Ra 75 865 (6500 K)
850 (5000 K)
954 (5400 K)
965 (6500 K)
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)

Technisch-ästhetische Wirkung

Unter Farbe des Lichtes ist hier die spektrale Zusammensetzung des Lichtes. Das „weiße Licht“ eines Schwarzen Strahlers wird im Chromatizitätsdiagramm durch den Weißpunkt bezeichnet.

Normbeleuchtungsarten

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 der drei Grundfarben liegt (Farbdreieck). Es wurden verschienden derartige Farbräume definiert, sodass die reproduzierten Farben von den Einstellungen bei der Aufnahme eines Bildes als auch den Einstellungen des Widergabegerätes abhängen. Weichen diese voneinander ab, kommt es zu Farbverschiebungen.

Leuchtmittel und deren Einsatz

Energiesparlampen mit unterschiedlicher Farbtemperatur im Vergleich
Verschiedene Lampen unterschiedlicher Lichtfarbe (von links nach rechts)
  • Sparlampe: 13 W, 6500 K
  • Matte Glühbirne: 60 W
  • Sparlampe: 15 W, 2644 K
  • Sparlampe: 14 W, 3000 K
Spektrum einer Sparlampe. Durch ein Brechungsgitter vor der Kamera werden die unterschiedlichen Farben im Licht einer Sparlampe sichtbar. Eine normale Glühbirne würde ein durchgehendes Spektrum ohne Lücken zeigen (einen kompletten Regenbogen).

Bei Leuchtstoffröhren bestimmen die Leuchtstoffe auf der Innenseite der Glasröhre die Lichtfarbe. So kann fast jede Farbe erzeugt werden. Die Lichtfarbe kann auch durch eingefärbtes Glas oder Filter verändert werden. Die Reflektoren von Kaltlichtspiegellampen lassen zum Beispiel den Rot- und Infrarotanteil der Glühlampe passieren und erzeugen so ein kälteres Lichtbündel mit weniger Wärmestrahlung. Weiß erscheinende Leuchtstofflampen werden durch mehrere Leuchstoffschichten erreicht. Das so erzeugte 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 vom Tageslichteindruck abweichende Farbverfälschungen verursachen, 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 Glühbirne. 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 Glühbirne, 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 abweichende subjektive Farbempfinden sein. So wird 840 also 4000 K 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 Tageszeit vorgegaukelt wird (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 farbwiedergabebesseren 9xx-Exemplare der Fluoreszenzlampen sind wegen der größeren Anzahl an Leuchtstoffschichten aufwendiger herzustellen und damit teurer und wiederum in ihrer Leistung Lumen je Watt etwas weniger effizient.

Psychologische Wirkung

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 stammesgeschichtlich begründeten psychologischen Einfluss.

Herrscht am Tage Sonnenlicht mit hoher Lichtstärke vor, ist die Nacht an die wesentlich geringere Lichtstärke der Beleuchtung durch den Mond gebunden. In diesem Rahmen ändert sich auch die Lichtfarbe des natürlichen Tagesrhythmus. Blaues Licht kann zu einer Verringerung der Melatonin-Ausschüttung führen, so wirkt solches sogenanntes kaltes Licht ermunternd und belebend, während warmes Licht (rötlich/gelblich, auch Warmton) gemütlich wirkt. Bewusst wird dies in der Lichttherapie durch kaltes Licht gegen Winterdepressionen eingesetzt. Weiterhin verbessert es das 3D-Sehen und die Auge-Hand-Koordination und erhöht die Kontraste.[13]

Durch Kienspan, Öllampe, Glühlampe war lange Zeit die künstliche Beleuchtung mit Farbtemperaturen unter 3000 Kelvin das gewohnte Kunstlicht (warmwhite) und das (natürliche) Tageslicht mit Farbtemperaturen oberhalb 5000 Kelvin. Letzteres wurde mit der Weiterentwicklung der Leuchtmittel zur Farbe (daylight). Daraus ergibt sich nun das eine eingesetzte Lichtfarbe auch mit einer bestimmten Beleuchtungsstärke korrelieren muss um eine positive psychologische Wirkung zu bieten. Bei den neueren Leuchtmitteln besteht zudem auch ein Zusammenhang zur Güte der Lichtfarbe: je besser die Farbwiedergabe desto geringer die Lichtausbeute pro Watt. Es sind auch sogenannte Vollspektrum-Tageslicht-Lampen (daylight de luxe) erhältlich, die ein tageslichtähnliches, nahezu kontinuierliches Licht liefern und als „gesundheitsfördernd“ beworben werden. Wiederum ist hierbei die Wirkung auf die innere Uhr (Melatonin-Ausschüttung) zu bedenken: beispielsweise könnten 6500 Kelvin (Lampenfarbe: 965) beim abendlichen Computergebrauch Schlaflosigkeit fördern.[14] Um den Zusammenhang zwischen Lichtstärke und Lichtfarbe für den technischen Gebrauch zu dokumentieren existieren mehrere auf einzelne Arbeits- und Wohnbereiche abgestimmte Normen und Empfehlungen von DIN und VDE.

„So dürfen 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 3341007245, Stichwort: Behaglichkeitskurve. lang=de

Die Wirkung von Vollspektrum-Lampen (Glühlampen, Fünfbandenlampen, „de luxe“) gegenüber den farbwiedergabeschlechteren einfachen Dreibandenlampen (Quecksilberdampflampen mit einfachen Leuchtstoffaufträgen, LED-Lampen) beruht nicht auf dem direkten Einfluss der Lichtfarbe über das Zapfensystem des Auges, sondern über den geänderten (also ungewohnten) Farbreiz der umgebenden Körperfarben.

Einzelnachweise

  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 978-3486270136, S. 23 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  6. Hans-Georg Buschendorf: Lexikon - Licht- und Beleuchtungstechnik. Verlag Technik, Berlin 1989, ISBN 3341007245.
  7. IEC 1231 in en:
  8. Elektrische_Lampen: ILCOS_IEC_1231.pdf
  9. FHO-Emden Lampensysteme
  10. Gütemerkmal Farbwiedergabe. licht.de, 2011, abgerufen am 5. September 2011.
  11. Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik: LV 41 Handlungshilfe „Beleuchtung von Arbeitsstätten“-Kurzfassung. (http://lasi.osha.de/docs/lv41_kurzfassung.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 verwendeten Farben werden auf jedem Monitor anders dargestellt und sind nicht farbverbindlich. Eine Möglichkeit, die Darstellung mit rein visuellen Mitteln näherungsweise zu kalibrieren, bietet das nebenstehende Testbild: 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.


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