Farbe

Grundbegriff und Wahrnehmung

Farbe ist ein durch das Auge vermittelter und im Gehirn verarbeiteter Sinneseindruck, der durch Licht entsteht. Genauer beruht sie auf der Wahrnehmung elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich, meist zwischen etwa 400 und 780 Nanometern. Nach DIN 5033 ist Farbe „der Sinneseindruck, durch den sich zwei aneinandergrenzende, strukturlose Teile des Gesichtsfeldes bei einäugiger Beobachtung mit unbewegtem Auge allein unterscheiden lassen.“ Einfacher: Farbe ist die Eigenschaft, durch die sich zwei gleich helle, strukturlose Flächen mit dem Auge unterscheiden lassen.

Farbe ist nicht einfach eine physikalische Eigenschaft eines Gegenstands. Sie entsteht aus dem Zusammenspiel von Lichtreiz, Auge und Gehirn. Deshalb gehört Farbwahrnehmung zur Psychophysik: Sie verbindet physikalische Reize mit subjektiver Wahrnehmung. Die Wahrnehmung hängt von der Lichtstrahlung, der Beschaffenheit der Augen, der Empfindlichkeit der Rezeptoren und der Verarbeitung im Nervensystem ab.

Schmalbandiges, also nahezu monochromatisches Licht einer bestimmten Wellenlänge erzeugt Spektralfarben. Typische Bereiche sind Violett etwa 380–420 nm, Blau 420–490 nm, Grün 490–575 nm, Gelb 575–585 nm, Orange 585–650 nm und Rot 650–780 nm. Die Grenzen des sichtbaren Bereichs sind nicht scharf und können altersabhängig sein. Unter optimalen Bedingungen werden als äußerste Grenzen 310 nm bis 1100 nm genannt.

Nicht alle Farben sind Spektralfarben. Magenta entsteht zum Beispiel aus einer Kombination von violettem und rotem Licht und kommt nicht als einzelne Spektralfarbe im Regenbogen vor.

Auge, Gehirn und Farbreiz

Die Netzhaut enthält Stäbchen und Zapfen. Stäbchen sind für Hell-Dunkel-Sehen besonders bei schwachem Licht zuständig, liefern aber keine Farbinformation. Zapfen sind die Rezeptoren für Farbwahrnehmung. Beim Menschen gibt es drei verschiedene Zapfentypen mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten. Das Verhältnis ihrer Reizung führt zur Wahrnehmung eines Farbtons. Je nach Stärke der Reize erscheinen Farben gesättigt oder verblasst.

Diese Erklärung gehört zur Dreifarben-Theorie. Grau, Weiß oder Schwarz entstehen, wenn alle drei Zapfentypen nahezu gleich stark erregt werden. Die Vierfarben-Theorie nach Hering geht dagegen von Gegenfarbpaaren „Grün-Rot“ und „Gelb-Blau“ aus und beschreibt eher die Verarbeitung durch Sehnerv und Großhirn.

Bei sehr schwachem Licht entsteht durch die Stäbchen ein grauer Eindruck, daher die Redensart „Nachts sind alle Katzen grau“. Wenn die Reizstärke sogar unter die Wahrnehmungsschwelle der Stäbchen fällt, entsteht der Eindruck „Schwarz“, physiologisch genauer Eigengrau. Übermäßige Helligkeit kann beide Sehsysteme überreizen und Blendung verursachen; starkes Weiß kann Schmerz auslösen und bei intensiver Blendung vorübergehende Blindheit bewirken.

Bei Tieren kann das wahrnehmbare Spektrum anders sein. Bienen sind im Ultravioletten besser ausgerüstet, bei Vögeln spielt der Kontrast zwischen roten Früchten und grünem Laub eine Rolle, bei Fischen ist kurzwellige Strahlung wichtig, weil längerwellige Anteile im Wasser stärker absorbiert werden.

Farbwörter und genaue Bezeichnung

Farben werden wahrgenommen, bevor sie benannt werden. Man kann Gras, Blut, Zitronen oder klares Glas an ihrer Farbigkeit erkennen, auch ohne die passenden Farbwörter zu kennen. Farbwörter wie Grün, Rot, Gelb, Blau, Tiefblau oder Himmelblau ermöglichen es, Farbwahrnehmungen mitzuteilen. Sie beruhen auf Konventionen, die kulturell geprägt und in der Kindheit erlernt werden.

Die individuelle Wahrnehmung gleich benannter Farben kann sich von Mensch zu Mensch unterscheiden. Unterschiede reichen bis zu Farbenfehlsichtigkeit oder dem teilweisen beziehungsweise vollständigen Ausfall von Rezeptoren. Auch nichtsprachliche Konventionen helfen: An Ampeln ist Rot oben und Grün unten, sodass auch farbenblinde Menschen die Signale besser unterscheiden können.

Moderne Sprachen besitzen viele Farbwörter. Im Englischen gibt es mehr als 3000 Farbausdrücke. Manche Farbnamen entstehen spät oder werden aus anderen Sprachen übernommen; im Deutschen werden Orange, Rosa, Türkis und Magenta als Beispiele genannt. Da Sprachen das Farbspektrum unterschiedlich einteilen können, kann es bei Übersetzungen zu Irritationen kommen. Seit 1969 untersuchten Brent Berlin und Paul Kay sogenannte „basic color terms“ und schlugen eine Hierarchie vor: Alle Sprachen hätten mindestens Kategorien für Weiß/hell und Schwarz/dunkel, danach trete Rot hinzu, dann Gelb oder Grün und schließlich bis zu maximal elf Grundfarbwörter. Diese Theorie wurde kritisiert, verändert und weiter erforscht.

Für genaue Farbangaben reichen Wörter nicht aus. Deshalb gibt es Farbkataloge mit materiellen Proben, Nummerierungen und Bezugsgrößen. In der digitalen Verarbeitung sind Farbkoordinaten nötig. Sie beziehen sich immer auf einen bestimmten Farbraum und bestehen meist aus drei Zahlenwerten; komplexe Systeme wie gute Fotodrucker können aber 8–12 verschiedene Farbpatronen verwenden.

Lichtfarben, Körperfarben und Mischung

Lichtfarbe ist die Farbe einer selbstleuchtenden Lichtquelle, zum Beispiel Sonne, Leuchte oder Bildschirmpixel. Für die Mischung farbiger Lichtquellen gilt die additive Farbmischung: Rote Lampe plus grüne Lampe ergibt gelbes Licht. Bei additiver Mischung geht man von Schwarz aus; je mehr Grundfarben hinzukommen, desto heller wird das Ergebnis. Computer-Monitore arbeiten typischerweise mit Rot, Grün und Blau, also RGB.

Körperfarbe ist die Farbe nicht selbstleuchtender Körper. Sie wird sichtbar, wenn einfallendes Licht teilweise absorbiert und teilweise ins Auge reflektiert wird. Deshalb hängt sie stark von der Beleuchtung ab. Ein grünes Blatt erscheint unter rein rotem Licht schwarz, weil es keine roten Anteile reflektiert. Auch Oberflächenstrukturen können Farbe erzeugen, etwa Strukturfarben wie schillernde Flecken auf Schmetterlingsflügeln.

Bei subtraktiver Farbmischung werden aus einem Lichtspektrum Anteile herausgefiltert, etwa durch Pigmente oder Farbfilter. Je mehr Anteile entfernt werden, desto dunkler wird die Farbe; im Idealfall entsteht Schwarz. Drucker arbeiten auf dieser Grundlage. Typisch sind Cyan, Magenta und Yellow, kurz CMY; meist kommt Schwarz hinzu, also CMYK. Das K steht für Key plate, die schwarz druckende Druckplatte, und verbessert Kontrast und Schwarzdarstellung.

Küppers beschrieb zusätzlich die integrierte Mischung, weil reale Körperfarben nicht nur durch Absorption, sondern auch durch Streuung beeinflusst werden. Ein rechnerischer Ansatz dazu ist die Kubelka-Munk-Funktion.

Farbsysteme und Farbräume

Farbenlehre versucht, Farben zu ordnen und vergleichbar zu machen. Farbsystem ist der Oberbegriff für Farbkreise, Farbkataloge und Farbmodelle. Farbmodelle führen zu Farbräumen, in denen Farben durch Koordinaten beschrieben werden. Ein bekanntes Beispiel ist das RGB-Farbmodell, aus dem Farbräume wie sRGB hervorgehen.

Farbordnungen können ästhetische, wissenschaftliche oder technische Aufgaben haben. Ästhetische Systeme helfen bei Farbschemata und Komplementärfarben. Wissenschaftliche Systeme erklären Zusammenhänge zwischen Farben. Technische Systeme dienen Druck, elektronischen Medien, Farbmessung und der Messung von Farbabständen.

Farbräume sind für digitale Arbeitsabläufe wichtig. Sie beschreiben Farben quantitativ und ermöglichen Farbmessung, reproduzierbare Verarbeitung und Farbmanagement. Beispiele sind sRGB für Bildschirm, Internet, JPEG, PNG und HDTV; YPbPr als Zwischenformat bei JPEG-Bildkompression; AdobeRGB als großer Arbeitsfarbraum in Bildverarbeitung; CMYK für Vierfarbdruck; und Lab* beziehungsweise CIELAB als Austauschfarbraum im Farbmanagement. Eine Angabe wie L=75, a=5, b=33 im Lab*-Farbraum ist zwar präzise, aber nicht unmittelbar anschaulich.

Geräte haben unterschiedliche Farbumfänge, auch Gamut genannt. Drucker hängen zusätzlich von Faktoren wie der Papiersorte ab. ICC-Farbprofile beschreiben die Abweichung eines Gerätefarbraums von einem standardisierten größeren Farbraum und helfen, Bildinformationen zwischen Farbräumen umzurechnen. Für hohe Farbtreue sind Kalibrierung und angepasste ICC-Profile nötig. Farbmodelle wie CIELAB und sRGB erlauben rechnerische Farbvergleiche; Farbabstände in CIELAB, Delta E, gelten als aussagekräftiger als einfache RGB-Vergleiche.

Psychologie und Philosophie der Farbe

Farben wirken nicht nur als Sinneseindruck, sondern können Erinnerungen, Assoziationen und Gefühle auslösen. Das Gehirn verbindet beim Sehen einen Sinneseindruck mit gespeicherten Erfahrungen. Dadurch entstehen Gedächtnisfarben: Tomaten können intensiver rot wahrgenommen werden, als sie physikalisch erscheinen, und eine Wiese wirkt selbst in der Dämmerung noch grün. Solche Effekte können in der Farbmetrik Schwierigkeiten verursachen, weil physikalisch gleiche Farben nicht von allen Menschen gleich beurteilt werden.

Farben lösen Assoziationen aus, etwa Rot = Feuer, Grün = Gras oder Gelb = Zitrone. Sie können auch Gefühle tragen, zum Beispiel Rot = gefährlich, Grün = giftig oder Gelb = frisch. Diese Wirkungen hängen von Erfahrung, Erziehung und Kultur ab. Die Werbung nutzt solche Wirkungen, etwa bei Farbnamen wie Sahara für Autofarben oder Ferrari-Rot für Vorstellungen von Leistung und Geschwindigkeit.

Die Einteilung in warme und kalte Farben beruht auf Erfahrungen. Gelbe und rote Töne werden mit warmer Jahreszeit und Feuer verbunden, Blau, Türkis und Blaugrün mit Wasser, Eis oder Kühle. Diese Zuordnung darf nicht mit der physikalischen Farbtemperatur von Lichtquellen verwechselt werden und kann kulturell verschieden sein; Blau gilt heute meist als kalt, wurde im Mittelalter aber als warm eingestuft.

Psychologische Farbtests wie der Lüscher-Farbtest behaupten, aus Farbvorlieben auf Persönlichkeit schließen zu können. Laut Artikel konnten zahlreiche Studien diese Behauptungen nie stützen. Die Farbtypenlehre leitet aus Hautton, Augen- und Haarfarbe Empfehlungen für Kleidung, Make-up und Innenarchitektur ab.

Philosophisch stellt Farbe die Frage, ob sie eine Eigenschaft der Dinge oder eine subjektive Empfindung ist. Der Realismus sagt: Objekte sind farbig, Farbe gehört zur Realität. Der Subjektivismus sagt: Farbe gehört zur wahrnehmenden Person, ist aber als Empfindung real. John Locke unterschied primäre Eigenschaften wie Form, Gewicht und Größe von sekundären Eigenschaften wie Farben, Tönen und Geschmack. In der Philosophie des Geistes wird das bewusste Erleben von Farbe oft als Beispiel für Qualia verwendet.