Was ist Farbe? - Von der Physik zur Physiologie

Es gibt in der physikalischen Welt im eigentlichen Sinne keine Farbe. Hingegen gibt es Strahlung in Form elektromagnetischer Wellen, ein charakteristisches Merkmal solcher Strahlung ist deren Wellenlänge. Ein enger Wellenlängen-Bereich von 380nm (Nanometer) bis 750nm nehmen wir mit unseren Augen als Licht wahr.

Wären diese Wellen Töne, so würde der Tonumfang des Lichts in etwa demjenigen einer Oktave entsprechen. Die unterschiedlichen Farben des Lichts wären bei diesem einfachen Vergleich die unterschiedlichen Tonhöhen. Rot wäre der Bass, Blau würde dem Sopran entsprechen. Hiermit ist dieser Vergleich allerdings auch schon ausgereizt, weitere Erwartungen an dieses Bild würden uns in die Irre führen.

Die eigentliche Farbforschung begann mit den Experimenten von Isaac Newton, mit welchen er dem Geheimnis eines Sonnenstrahls auf den Grund kommen wollte: Er stellte fest, dass ein weisser Lichtstrahl beim Durchgang durch ein Glasprisma sich in die Spektralfarben aufgefächert. Newton nannte sieben Farben im Spektrum: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett-Purpur. Er wies auch nach, dass die Zusammenführung sämtlicher Farben des Spektrums wieder weisses Licht ergibt, welches sich weder in seiner Erscheinung noch in seiner spektralen Zerlegung von dem weissen Strahl Sonnenlicht unterscheidet, welcher ihm als Ausgangslicht für das Experiment diente. Seine Erkenntnisse aus diesen und weiteren Beobachtungen sind zusammengefasst die folgenden:

Somit besteht also eine Wirkungskette. Sichtbares Licht einer Lichtquelle (z.B. der Sonne) trifft auf einen Gegenstand oder auf ein Material. Ein Teil dieser Lichtstrahlung wird vom beschienenen Objekt absorbiert. Das restliche Licht wird bei einem deckenden Material reflektiert respektive durchgelassen (transmittiert) wenn es sich um ein transparentes Material handelt.

Die Absorption geschieht jedoch nicht für alle im Licht enthaltenen Farben (respektive Wellenlängen) gleichermassen. Die Reflexion erscheint uns somit in materialbedingt geänderter Farbzusammensetzung und verleiht dadurch dem Material dessen Körperfarbe. Farbe ist somit auch eine Eigenschaft von Objekten. Dadurch sind wir imstande, Flächen auch bei gleicher Helligkeit und Struktur anhand ihrer Farbe zu differenzieren.

Damit uns ein Gegenstand in seiner Farbe erscheinen kann muss das beleuchtende Licht diesen Farbanteil jedoch auch enthalten. So wirkt zum Beispiel ein blauer Körper bei rötlicher Glühlampen-Beleuchtung dunkler, da dieses Licht nur wenig Blauanteil enthält.

Rätselhaft blieb Newton aber, wie es zwei Sorten von Gelb geben konnte, einerseits ein Gelb, das sich im Prisma nicht weiter zerlegen liess, andererseits ein Gelb, welches sich in Grün und Rot aufspalten liess. Man könnte diese Newton gesetzte Grenze jetzt als zufällig betrachten, aber sie hatte einen tieferen Grund: Die Lösung dieses Problems liegt am Übergang von der Physik zur Physiologie.

Zwei Lichter erhellen unsere Welt. Eines liefert die Sonne, und ein anderes antwortet ihm – das Augenlicht. Nur dank ihrer Verschwisterung sehen wir: Fehlt eines, sind wir blind.

Arthur Zajonc

Wahrgenommen wird das Licht im Auge von Sehzellen. Der Grossteil davon sind Sehstäbchen, sie sind recht empfindlich und sie sehen scharf, von ihnen geht jedoch kein Farbempfinden aus. Daneben hat das menschliche Auge auch eine geringere Anzahl Sehzapfen vergleichsweise niedriger Empfindlichkeit, diese sind dafür auf unterschiedliche Wellenlängen sensibilisiert und damit auch farbempfindlich:

Die Sensibilisierungsbereiche von Grün- und Rot-Rezeptoren überlappen sich recht stark, der Blaurezeptor ist etwas unabhängiger, hat aber immer noch einen merklichen Bereich mit dem Grünrezeptor gemeinsam.

Das Gegenfarbensystem

An das Gehirn geliefert wird jedoch nicht die unmittelbare Rot-Grün-Blau-Information der Sehzapfen (also kein Raw-File, wie der Digitalfotograf sagen würde), das Dreifarbensystem der Sehzapfen wird bereits in der Netzhaut umcodiert in ein Gegenfarbensystem. Die Gegenfarbtheorie besagt, dass das menschliche Farbsehen auf vier verschiedenen Grundfarben beruht, die sich als in zwei Gegensatzpaaren Rot—Grün und Blau—Gelb anordnen lassen.

Ein dritte Verknüpfung bildet aus der Summe von Rot, Grün und Blau ein Helligkeitssignal (Luminance).

Das Resultat dieser Umcodierung ist eine Schärfung des Farbsinns. Während im Dreifarbensystem die Signale sich noch überlappen, finden sie sich jetzt in einem scharfen Entweder/Oder-System.

Rot und Grün respektive Blau und Gelb sind somit Gegenfarbpaare, welche sich im Farbempfinden gegenseitig ausschliessen. Blau kann entweder rötlich oder grünlich werden, aber niemals ins gelbliche übergehen, Rot entweder nach Gelb oder nach Blau, aber niemals nach Grün tendieren. Daraus ergeben sich die vier psychologischen Grundfarben Blau, Gelb, Grün und Rot. Der menschliche Farbsinn empfindet Gelb gleichermassen als elementare Farbe wie die drei anderen Grundfarben und nicht als Mischung aus Rot und Grün.

Schwarz

Einen Spezialfall stellt die Farbe Schwarz dar. Aufgrund von Simultan- und Suksessivkontrasten liessen sich Schwarz und Weiss als Gegenfarbpaar auffassen, sie schliessen sich jedoch nicht gegenseitig aus wie Rot-Grün und Blau-Gelb, sondern lassen sich in einer Grauskala stufenlos mischen. Sie sind also kein Gegenfarbenpaar.

Weiss ist das Resultat einer Stimulation aller drei Farbrezeptoren, Schwarz hingegen hat keinen Rezeptor, Schwarz ist aber auch nicht Dunkelsehen. Dunkelsehen wird durch die Stäbchen gesteuert. Auf der Netzhaut gibt es nur eine kleine Region welche genügend Auflösung hat um uns scharf sehen zu lassen, die Fovea centralis, und die enthält keine Stäbchen. Schwarze Buchstaben könnten wir nicht lesen wenn dafür die Stäbchen notwendig wären. Schwarz sehen beruht auf der Aktivität der Seh-Zapfen.

Die Wahrnehmung von Schwarz ist ein Phänomen des Kontrasts zu stark beleuchteten Nachbarfeldern, in diesem Sinne könnten wir sagen, Schwarz an sich gibt es nicht. Anschaulich zeigt sich dies an der Projektion von schwarzen Zeichen auf eine Wand. Der Projektor kann nur Licht zufügen, Licht wegnehmen geht nicht. Auf der Projektionswand kann nichts dunkler werden als ihre Grundfarbe - wenn der Rest des Bildes hell genug ist sehen wir diese Grundfarbe in tiefem Schwarz.

Eine Frage die sich gelegentlich stellt lautet: Sind Schwarz und Weiss Farben?

Die Frage stellt sich vor allem deshalb, weil wir in Farbskalen Schwarz und Weiss nur als ein hell-dunkel-Aspekt problemlos einordnen können. Die Frage entsteht also vor allem aufgrund unseres Unvermögens, es wäre ein günstiger Ausweg um einem Ordnungskonflikt aus dem Weg zu gehen. Allein, kulturelle Umstände spielen zweifellos eine wichtige Rolle. Farben sind mit Symboliken beladen und Schwarz und Weiss sind Träger sehr elementarer Eigenschaften. Sinnvollerweise sollten wir also Schwarz und Weiss zu den Farben zählen, dies ist nicht eine Frage der Physik, sondern der Bedeutung.

Ich habe eiserne Prinzipien. Wenn sie Ihnen nicht gefallen, habe ich auch noch andere.

Groucho Marx

Aber ich kann die Frage auch noch anders beantworten: Schwarz und Weiss sind die ersten beiden Farben, für welche Sprachen einen eigenen Farbbegriff entwickeln. Darauf bezogen liesse sich sagen, Schwarz und Weiss sind die beiden wichtigsten Farben.

Farbkonstanz

Aber auch mit der Berücksichtigung dieser Umcodierung in ein Gegenfarbsystem ist die Farbe noch nicht eindeutig gegeben. Wie wir auf dem Weg von der Lichtquelle zum Auge gesehen haben, ist die "objektive Farbe" sowohl vom Spektrum der Lichtquelle als auch vom reflektierenden Objekt abhängig. Die spektrale Zusammensetzung unserer Beleuchtung, normalerweise das natürliche Himmelslicht, ist jedoch sowohl von der Tageszeit als auch von Wetterlagen abhängig. Morgens und abends gelangt eher langwelliges rotes Licht auf die Erde, mittags eher kurzwelliges blaues Licht. Biologisch relevant - und damit auch für die evolutionäre Entwicklung unseres Sehsinns von Bedeutung sind jedoch die Farben der Objekte und weniger diejenigen der Lichtquelle. Unsere Wahrnehmung verfügt deshalb über einen korrigierend wirkenden Mechanismus um das Objekt unabhängig vom Beleuchtungslicht immer gleich wahrzunehmen. Das heisst, die Reflektionseigenschaften des betrachteten Objekts werden von den Eigenschaften des Beleuchtungslichts getrennt. Dieser Vorgang wird Farbkonstanz genannt. Ohne ihn könnten Objekte aufgrund des Farbtons nicht wieder erkannt werden und unser Farbensehen wäre wenig nutzbringend.

Farbkonstanz basiert weitgehend auf einer Normierung von Farbe und Kontraste über das gesamte Gesichtsfeld. In der Fotografie entspricht die Farbkonstanz dem Weissabgleich respektive der Wahl von Tages- oder Kunstlichtfilm bei der analogen Fotografie.

Daneben gibt es jedoch auch den Effekt der Gedächtnisfarbe:

Nebenstehende Bilder zeigen zwei mal die gleichen Bananen, oben in normaler Helligkeit, unten die gleiche Aufnahme um zwei Blenden abgedunkelt. Es ist uns klar, dass Bananen gelb sind und so sehen wir sie in beiden Bildern auch, die Farbe ergibt sich aus dem Kontext.

Aus beiden Bildern habe ich an jeweils gleicher Stelle eine Farbprobe entnommen und jeweils links unten als Quadrat ins Bild gestellt. Im obigen Bild empfinden wir die Farbprobe als Gelb, anders war auch nicht zu erwarten, im unteren Bild erscheint sie uns jedoch als olivgrün, während uns die Bananen weiterhin als Gelb erscheinen.

Die Farbwahrnehmung eines Gegenstandes wird also auch vom Wissen um dessen charakteristische Farbe beeinflusst. Dies wird Gedächtnisfarbe genannt. Die empfundene Farbe ist somit sowohl motiv- als auch umfeldabhängig.

Eine einzelne Sehzelle trägt also noch keine Information über die Lichtfarbe, erst durch die Verschaltung mehrerer auf unterschiedliche Wellenlängen verschieden intensiv reagierender Sehzapfen wird Farbinformation des gesehenen Lichts verfügbar. Diese erste Farbinformation wird danach durch Abgleich des ganzen Sehfeldes und basierend auf Erwartungswerten im Gehirn weiterverarbeitet, bis sie in unserer Wahrnehmung als klare Farbe in Erscheinung tritt. Nach dieser Definition ist Farbe also keine reale Erscheinung der Aussenwelt und nicht objektiver Bestandteile des sichtbaren Lichtes, sondern eine vom Gehirn vermittelte Sinnesqualität in einer ansonsten sinngemäss farblosen Welt. Man könnte geneigt sein zu sagen: Wo kein Betrachter ist, da gibt es auch keine Farbe.

Beobachtungen sind wichtiger als Gesetze.

Hans Gekeler

Farbbegriffe

Im menschlichen Leben spielt die Farbe als Informationsträger eine überragende Rolle, der Mensch ist ein Augentier. Schätzungen gehen davon aus, dass etwa 40 Prozent aller von uns aufgenommenen Informationen über Farben verfügbar werden. Begriffe für Farben, deren Schattierungen und Kontraste sind entsprechend bereits im Grundwortschatz jeder Sprache enthalten, Farbbezeichnungen sind eine allgemeine Eigenschaft natürlicher Sprachen (Universalien). In allen Sprachen gibt es eine bestimmte Menge grundlegender Farbtermini (Lexeme), Farbbegriffe also, welche nicht aus einem anderen abgeleitet werden können, wie zum Beispiel Blau, und auch keinem umfassenderen Farbfeld zugeordnet werden können, wie zum Beispiel Karmesin zu Rot. Die Anzahl grundlegender Farbtermini ist für die verschiedenen Sprachen sehr unterschiedlich, sie schwankt zwischen 2 und mehr als 20. Die Reihenfolge, nach welcher sie mit zunehmender Anzahl in Sprachen erscheinen folgt gewissen Regeln (gemäss Brent Berlin und Paul Kay, 1969):

Die Sprachen praktisch aller Hochkulturen haben das letzte der obigen Stadien mit 11 Hauptfarben erreicht. Eine These (Wierbicka und MacLaurey) besagt, dass die Entwicklungsreihe der Farbbegriffe zurückzuführen ist auf universelle Erscheinungen der Umwelt, wie Tag und Nacht (Helligkeit und Dunkelheit), Feuer, Sonne, Vegetation, Himmel und Erdboden, welche die Namengebung für Hauptfarben bedingen. Dem gemäss wären Farbnamen ein Ausdruck von Umwelt und Kulturniveau.

Babylonische Sprachverwirrung

Ein normalsichtiger Mensch unterscheidet über 100000 Farbnuancen, für die meisten dieser Farben fehlen ihm allerdings allgemein verbindliche Bezeichnungen.

Um all seine Farbeindrücke mitteilen zu können werden die (im deutschen 6 bis 11) Hauptfarben durch zusätzliche Farbbenennungen in Anlehnung an entsprechend gefärbte Objekte weiter spezifiziert. Dabei entfällt für einen deutschen Sprecher ein Grossteil dieser Farbvariationen auf Rot und Grün (je etwa 30 bis 50 Bezeichnungen), seltenere Farben wie Cyan oder Magenta müssen hingegen mit einigen wenigen weiteren Farbtermini auskommen.

Farbbezeichnungen sind aber auch ein wichtiger Bestandteil vieler Fachsprachen, so sind sie zum Beispiel aus der Sprache der Modebranche nicht sinnvoll wegzudenken. Allerdings verwenden verschiedene Branchen oftmals identische Farbnamen für ganz und gar nicht gleiche Farben. Wird Rot gesagt, so meinen Künstler, Drucker und Kunstpädagogen damit Magentarot, Physiker, Farbmetriker und Computerfachleute gehen jedoch von Orangerot aus. Gleiches auch bei Blau, der Künstler und seine Artverwandten sehen vor dem geistigen Auge ein Cyanblau während die Physiker von Blauviolett ausgehen. Es gibt aber auch Farbnamen, die nur auf einzelne Anwendungsbereiche beschränkt sind, so ist blond oder brünett praktisch nur für Haarfarben anwendbar.

Aber es gibt noch eine weitere Hürde bei der Verständigung über Farben: Die Farbbezeichnung haben eine Variationsbreite, sie beziehen sich nicht auf eine einzelne, exakt definierte Farbe, sondern immer auf einen mehr oder weniger grossen Farbbereich. Diese Bereiche sind in unterschiedlichen Kulturräumen verschieden begrenzt, somit kommt es auch zu kulturell bedingten Missverständnissen was die Farbauffassungen betrifft und aus unserer deutschsprachigen Sicht auch zu ungewohnten Effekten:

Wie erkenne ich, dass diese Farbe Rot ist. Eine Antwort wäre "Ich habe Deutsch gelernt".

Ludwig Wittgenstein