Sichtbare Strahlung

Die sichtbare Strahlung für Menschen ist eine elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 380 bis 760 nm

Physiologie

Die optische Wahrnehmung des Menschen geschieht durch bestimmmte Sinneszellen auf der Netzhaut. Von diesen gibt es zwei Grundtypen: Die so genannten Stäbchen erkennen nur Schwarz/Weiß-Kontraste und bei geringem Licht aktiv, die so genannten Zapfen dienen der Farbwahrnehmung. Die Zapfen wiederum sind in drei Ausprägungen vorhanden, die für die drei Grundfarben "Rot", "Grün" und "Blau" besonders sensitiv sind, wobei die blauen Zapfen seltener (nur sehr selten im Bereich des schärfsten Sehens) auftreten. Jede Kombination von Anregungen der drei Zapfenarten durch die auf die Netzhaut treffende Strahlung bewirkt einen spezifischen Farbeindruck.

Es gibt eine (andere) Theorie von Helmholtz: Wir haben nur zwei verschiedene Typen von Sinneszellen. Der eine Typ für rot-grün und der andere für blau-gelb. Wir können daher nicht vollkommen farbenblind sein, sondern nur partiell. Auch diese Theorie ist – so unvereinbar sie mit der ersten scheint – bestätigt: Zwar nehmen die Zapfen ein "RGB-Bild" auf, jedoch wird die Information von nachgeschalteten Zellen auf die Farbachsen rot-grün und blau-gelb "umgerechnet".

Allerdings ist auch deren Ergebnis noch nicht der Farbeindruck. Dieser entsteht erst im Gehirn unter Berücksichtigung der Beleuchtung (gleiche Spektren bei unterschiedlicher allgemeiner Beleuchtung werden als unterschiedliche Farben wahrgenommen) und der Erfahrung (wenn ein Objekt üblicherweise eine bestimmte Farbe hat, wird diese intensiver wahrgenommen).

Diese scheinbar so unterschiedlichen beiden Theorien werden verständlich, wenn man die "Verschaltung" der Nervenzellen und die spektralen Empfindlichkeitsverläufe der 3 Farbsinneszellen genauer betrachtet. Die Empfindlichkeitsmaxima der rot und grün Zellen liegen recht nah beieinander und erzeugen zusammen den Helligkeitseindruck den der Mensch empfindet. Die Informationen der Sinneszelle für blau wird als zusätzliches Farbunterscheidungsmerkmal bei der Verarbeitung des Farbeindruckes herangezogen, da die Empfindlichkeitsbereiche für rot, grün und blau sich überlappen.

Farbreiz und Farbvalenz

Der Farbreiz ist die Strahlungsleistung, die in den Zapfen der Netzhaut des Auges absorbiert wird. Er ist die physikalische Ursache von Farbvalenz und Farbempfindung.

Farbvalenz ist diejenige Eigenschaft einer ins Auge fallenden Strahlung (Farbreiz), die das Verhalten dieses Farbreizes in der additiven Mischung mit anderen Farbreizen bestimmt; sie beschreibt die Wertigkeit der Strahlung für die additive Mischung. Die Farbvalenz ist die physiologische Vorstufe der Farbempfindung, sie ist eindeutig charakterisiert durch die Erregungszustände der drei Zapfenarten des menschlichen Auges.

Erst ab einer bestimmten Helligkeit ist die Dreidimensionalität der Farbenwelt gegeben, das trichromatische Sehen mit den Zapfen, die drei unterschiedliche Sehstoffe enthalten. Diese drei Zapfenapparate, deren Erregungen die Farbvalenz der einfallenden Strahlung als untrennbare Gesamtwirkung der drei Einzelerregungen liefern, haben unterschiedliche spektrale Empfindlichkeitskurven beim durchschnittlichen, farbnormalsichtigen Beobachter. Normiert auf gleiche Gesamtflächen der drei Kurvenzüge ergeben sich die Normspektralwertfunktionen. Wenn also jeder Rezeptor 1/3 der Gesamterregung liefert, dann wird weiß empfunden. Die Größe der Gesamterregung (B+G+R) ergibt die Helligkeit. Der Farbton ist durch die relativen Erregungen b, g, r gegeben: b=B/(B+G+R) usw. Da gilt: b+g+r=1, braucht man nur zwei Anteile (r und g) anzugeben, um einen Farbton eindeutig zu kennzeichnen. In einer r-g-Ebene ist nur ein Dreieck möglich, weil es keine negativen Erregungen gibt. Die Ecken des Dreiecks können nicht erreicht werden, weil es keinen Farbreiz gibt, der nur einen Farbrezeptor erregt. Der Spektralfarbenzug schließt sich nicht. Um den Bogen zu schließen, braucht man die Mischfarben zwischen Violett und Rot, die Purpurgerade. Es ergibt sich die Normfarbtafel nach DIN 5033.

Versuche zur Farbwahrnehmung