Den in Abb. 1 gezeigten Versuch kennst du sicherlich aus dem Unterricht: Auf einen Overheadprojektor, der "weißes" Licht ausstrahlt, werden Filter unterschiedlicher Farben gelegt, die sich teilweise überlappen. An der Wand oder auch direkt beim Blick auf den Overheadprojektor erzeugt das Licht unterschiedliche Farbeindrücke. Der Bereich in der Mitte, wo alle drei Farbfilter übereinander liegen, wirkt schwarz.
Wenn wie hier aus einer Mischung von Licht verschiedener Spektralfarben wie z.B. dem Sonnenlicht das Licht einzelner Spektralfarben herausgefiltert (absorbiert) wird, sprechen wir von subtraktiver Farbmischung.
Hinweis: Der Begriff Farbmischung wird zwar von Physikern und bestimmt auch deinem Physikbuch genutzt, aber er ist schlecht gewählt: Es werden ja nicht Farben gemischt, sondern es wird Licht herausgefiltert! Besser wäre es, von Lichtfilterung oder Lichtabsorption zu sprechen. Wir werden uns aber an die übliche Bezeichnung halten und von subtraktiver Farbmischung sprechen.
In der Praxis geht man davon aus, dass bei der subtraktiven Farbmischung zuerst Sonnenlicht vorhanden ist. In diesem Sonnenlicht ist das Licht aller Spektralfarben zusammengemischt. Wenn man aus dem Sonnenlicht nur das Licht einer einzelnen Spektralfarbe herausfiltert, dann ändert sich der Farbeindruck praktisch gar nicht. Erst wenn man das Licht ganzer Spektralbereiche herausfiltert entstehen wirklich neue Farbeindrücke.
Entstehung unterschiedlicher Farbeindrücke
Wie entstehen aber nun die unterschiedlichen Farbeindrücke bei der subtraktiven Farbmischung? Die Simulation in Abb. 2 zeigt noch einmal die Entstehung von Farbeindrücken, die wir bereits im Artikel Licht und Farben genauer erklärt haben. Wenn du eine Checkbox in der Simulation aktivierst, dann wird das Licht, das in diesem Bereich im Lichtbündel liegt, aus dem Lichtbündel herausgefiltert. Du kannst dann beobachten, welche Zapfenarten durch das restliche Licht angeregt werden und welcher Farbeindruck im Gehirn entsteht.
Mache dir mit der Simulation die folgenden Situationen klar:
-
Wenn keine Checkbox aktiviert ist, dann regt das gemischte Licht alle drei Zapfenarten an. Dadurch entsteht im Gehirn der Farbeindruck "weiß".
-
Wenn du nur eine Checkbox z.B. die im linken Bereich des Lichtbündels aktivierst, dann filterst du das Licht aus dem linken Bereich des Lichtbündels heraus. Das restliche Licht aus dem mittleren und rechten Bereich des Lichtbündels regt die G-Zapfen und die B-Zapfen an. Dadurch entsteht im Gehirn der Farbeindruck "cyan". Entsprechendes gilt beim Heraussfiltern von Licht aus dem mittleren und rechten Bereich des Lichtbündels; es entstehen die Farbeindrücke "magenta" und "gelb".
-
Wenn du zwei Checkboxen z.B. die im linken und mittleren Bereich des Lichtbündels aktivierst, dann filterst du Licht aus dem linken und mittleren Bereich des Lichtbündels heraus. Das restliche Licht aus dem rechten Bereich des Lichtbündels regt nur noch die B-Zapfen an. Dadurch entsteht im Gehirn der Farbeindruck "blau". Entsprechendes gilt für die beiden anderen möglichen Zweierkombinationen; es entstehen die Farbeindrücke "grün" und "rot".
-
Wenn du alle drei Checkboxen aktivierst, dann filterst du das komplette Licht aus dem Lichtbündel heraus und es werden keine Zapfen mehr angeregt. Dadurch entsteht im Gehirn der Farbeindruck "schwarz".
Der CMY-Farbraum
Wenn man aus dem Sonnenlicht z.B. das Licht aus dem "roten" Spektralbereich herausfiltert, dann erzeugt das restliche Licht den Farbeindruck "cyan". Das entsprechende Farbfilter erscheint uns deshalb in der Farbe "Cyan". Entsprechendes gilt für das Farbfilter für den "grünen" Spektarbereich, das uns in der Farbe "Magenta" erscheint und das Farbfilter für den "blauen" Spektarbereich, das uns in der Farbe "Gelb" ("Yellow") erscheint.
Aus diesem Grund spricht man auch vom CMY-Farbraum. Die drei Farben "Cyan", "Magenta" und "Gelb" ("Yellow"), in denen uns die Farbfilter erscheinen, bezeichnet man als die Grund- oder Primärfarben der subtraktiven Farbmischung.
Vorsicht, Falle!
- Bei der subtraktiven Farbmischung wird nicht "cyanfarbenes", "magentafarbenes" und "gelbes" Licht zusammengemischt.
- Bei der subtraktiven Farmischung wird nicht aus dem Sonnenlicht "cyanfarbenes", "magentafarbenes" und "gelbes" Licht herausgefiltert.
Entstehung weiterer Farbeindrücke
Wie entstehen aber weitere Farbeindrücke wie z.B. "orange" oder "lila"? Bis jetzt sind wir davon ausgegangen, dass das Licht der einzelnen Spektralbereiche jeweils komplett herausgefiltert wird. Wenn man nun aber das Licht einzelner Spektralbereiche nur teilweise herausfiltert, so werden einzene Zapfenarten nicht mehr ganz so stark angeregt und es können weitere Farbeindrücke entstehen. Dies kannst du mit der Simulation in Abb. 3 gut selbst ausprobieren.
Subtraktive Farbmischung
Wir sprechen von subtraktiver Farbmischung, wenn aus einer Mischung des Lichts verschiedener Spektralfarben das Licht einzelner Spektralfarben herausgefiltert wird.
Der Farbeindruck, den wir von dem gefilterten Licht wahrnehmen, wird von zwei Aspekten bestimmt:
- Das Licht welcher Spektralfarben ist noch übrig?
- Wie stark ist das Licht der einzelnen Spektralfarben gefiltert?
In der Praxis filtert man aus Licht, in dem alle Spektralfarben enthalten sind, getrennt voneinander Licht des "roten", des "grünen" und des "blauen" Spektralbereichs heraus. Die entsprechenden Farbfilter erscheinen uns in den Farben "Cyan", "Magenta" und "Gelb" ("Yellow"). Man spricht deshalb vom CMY-Farbraum.
Filtert man aus Sonnenlicht das Licht des "roten", des "grünen" und des "blauen" Spektralbereichs in unterschiedlichen Kombinationen und Filterstärken heraus, so erhält man fast alle möglichen Farbeindrücke bis hin zum Farbeindruck "schwarz".
Subtraktive Farbmischung durch Herausfiltern des Lichts des "roten", des "grünen" und des "blauen" Spektralbereichs aus "weißem" Licht
Die Simulation in Abb. 3 zeigt - ähnlich wie der Versuch aus Abb. 1 oder die Simulation in Abb. 2 - welche verschiedenen Farbeindrücke durch subtraktive Farbmischung erzeugt werden können. Hier kannst du zusätzlich aber noch die Filterstärke für das Licht der unterschiedlichen Spektralbereiche einstellen.
Mache dir mit der Simulation die folgenden Beispiele klar:
-
Wenn du "rotes" Licht gar nicht (Filterstärke \(0\%\)), "grünes" Licht zu \(50\%\) und "blaues" Licht komplett (Filterstärke \(100\%\)) herausfiltest, so entsteht der Farbeindruck "orange".
-
Wenn du "rotes" Licht zu \(50\%\), "grünes" Licht komplett (Filterstärke \(100\%\)) und "blaues" Licht gar nicht (Filterstärke \(0\%\)) herausfilterst, so entsteht der Farbeindruck "lila".
Farbdruck
In einem Farbdrucker befinden sich außer der Patrone mit schwarzer Tinte noch drei Patronen mit Tinte in den Farben "Cyan", "Magenta" und "Yellow". Der Drucker bringt diese Tinten in unterschiedlichen Kombinationen und Schichtdicken auf das Papier auf. Trifft nun Sonnenlicht auf das bedruckte Papier, dann wird durch die verschiedenen Tinten das Licht verschiedener Spektralbereiche absorbiert und nur noch das übrig bleibende Licht reflektiert. Dieses fällt dann in unser Auge und verursacht die unterschiedlichen Farbeindrücke. Fotos, Zeitungen oder Plakate werden auf die gleiche Art hergestellt.
Beispiel: Ein Drucker druckt die Tinten "Cyan" und "Yellow" übereinander auf Papier. Wenn nun Sonnenlicht auf das Papier fällt, dann absorbiert die "Cyan"-Tinte das Licht des "roten" Spektralbereichs und die "Yellow"-Tinte das Licht des "blauen" Spektralbereichs. Übrig bleibt vom Sonnenlicht nur Licht des "grünen" Spektralbereichs: die bedruckte Stelle des Papiers erscheint uns in der Farbe "Grün".
Körperfarben
Praktisch alle Stoffe enthalten Atome oder Moleküle, die Licht eines oder mehrerer Spektralbereiche absorbieren. Trifft nun Sonnenlicht auf einen Körper, dann wird durch die Atome oder Moleküle an der Oberfläche das Licht verschiedener Spektralbereiche absorbiert und nur noch das übrig bleibende Licht reflektiert. Dieses fällt dann in unser Auge und verursacht die unterschiedlichen Farbeindrücke.
Beispiel: Fällt auf eine Tomate Sonnenlicht, dann erscheint uns die Tomate in der Farbe "Rot". Dies liegt daran, dass die Schale der Tomate Licht des "grünen" und des "blauen" Spektralbereichs absorbiert. Übrig bleibt vom Sonnenlicht nur Licht des "roten" Spektralbereichs: die Tomate erscheint uns in der Farbe "Rot".
Vorsicht, Falle!
Wenn du einen Körper mit Sonnenlicht beleuchtest und er in der Farbe "Gelb" erscheint, dann kann dies zwei Gründe haben:
- Der Stoff, aus dem der Körper besteht, absorbiert das Licht des "blauen" Spektralbereichs. Dann wird dass Licht des "roten" und des "grünen" Spektralbereichs reflektiert erzeugt den Farbeindruck "gelb".
- Der Stoff, aus dem der Körper besteht, absorbiert das komplette Sonnenlicht außer dem Licht der Spektralfarbe "Gelb". Dieses Licht wird dann reflektiert und erzeugt den Farbeindruck "gelb".
Aus der Farbe, in der ein Körper erscheint, kannst du also nicht unmittelbar schließen, welches Licht er absorbiert.