Antje Majewski / FARBEN

This text was written as a research document for Redesigndeutschland, a group that was founded in 2001 with the aim of finding better solutions for everything. But the group, that had democratic meetings each Monday, soon encountered problems. When Ingo Niermann and I left RDD, it had accomplished a new grammar for simple foreigner-friendly German; a new time; new furniture; new rules for behaviour; and I had wanted to do a new colour chart for coloured walls, light, clothes and furniture, based on the elementary colours, to replace the Le Corbusier colour chart. Today the group isn’t much more than a space and a website www.redesigndeutschland.de

1 / Licht
Die Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km wird nur in einem Vakuum erreicht. Die Verringerung der Lichtgeschwindigkeit durch ein transparentes Medium (Wasser, Glas) hängt vom Brechungskoeffizienten ab und ist die Ursache dafür, daß Prismen Licht brechen und Linsen Bilder werfen können. Bei der Brechung durch ein Prisma wird jede Lichtfrequenz in einem leicht unterschiedlichen Winkel gebrochen, so daß wir einen Lichtfächer in den Spektralfarben sehen. Durch ein zweites Prisma kann man die Farben wieder zu weißem Licht bündeln.

Jede Spektralfarbe besteht aus Licht einer bestimmten Wellenlänge bzw. Frequenz.

Alle elektromagnetischen Strahlungen sind gleich: Licht unterscheidet sich von Radiowellen, Infrarot, ultravioletten Strahlen und Röntgenstrahlen nur durch seinen Frequenzbereich. Nur ein enger Bereich, weniger als eine Oktave, erregt das Auge und liegt dem Farb- und Formsehen zugrunde. (Siehe Tafel II): es ist der Bereich des Sonnenlichts zwischen ca. 400 nm und ca. 700 nm.

Unterschiedliche Wellenlängen werden als unterschiedliche Farben wahrgenommen. Der Wellenlängenbereich, in dem das Auge arbeitet, setzt dem Auflösungsvermögen Grenzen: die Auflösung nimmt (wie bei Kameras) mit der Frequenz des Lichts und der Größe das Auges zu. Menschliche Augen sind daran angepaßt, Wellenlängen mit maximaler Sonnenlichtenergie zu bearbeiten. Insektenaugen sind kleine Facettenaugen und können daher auch ultraviolettes Licht sehen.

2 / Das Auge
Schon Pflanzen richten sich auf Licht aus. Bei Tieren gibt es verschiedene Typen von Augen: von primitiven lichtempfindlichen Flecken auf der Haut über Sehgrubenaugen über einlinsige Wirbeltieraugen bis zu Insektenaugen mit Tausenden von Linsen (Facettenaugen). Es gibt sogar Tiere, deren Auge wie ein Fernseher funktioniert.

Unser Auge funktioniert wie eine Lochkamera: das Licht wird auf der Vorderseite der Hornhaut gebrochen, tritt dann durch die von der Iris umgebene Pupille, die wie ein Nadelöhr das Bild bündelt, danach durch die bewegliche Linse, die der Anpassung auf Entfernungen dient, ins Auge ein und wird als umgekehrtes Bild auf den Augenhintergrund geworfen. (Abb. 3.8)

Dort befindet sich die Retina, eine dünne Schicht miteinander verbundener Nervenzellen, darunter die lichtempfindlichen Stäbchen und Zapfen, die Licht in elektrische Impulse verwandeln, welche dann von Nerven in die Sehzentren des Gehirns weitergeleitet werden können. (Abb.3.19)

Die Retina ist als Ausstülpung des Gehirns beschrieben worden, ein spezialisierter Teil des Gehirns, der lichtempfindlich wurde und in dem bereits ein Teil der Datenverarbeitung stattfindet. Die Vorverarbeitung führt 120 Millionen Rezeptoren auf eine Million Sehnervenfasern zusammen, wodurch die Dicke und Steife des Sehnervs verringert wird und die Augen beweglich bleiben.

Es gibt zwei Arten von Lichtrezeptoren: Stäbchen und Zapfen.
Zapfen arbeiten unter Tageslichtbedingungen und sind für das Farbsehen verantwortlich.

Stäbchen dagegen unterscheiden nur Helligkeitsabstufungen, also Grauwerte, und übernehmen das Sehen im Dämmerlicht.

An der Peripherie der menschlichen Retina befinden sich fast keine Zapfen; dagegen konzentrieren sie sich in der Mitte, so daß dort die höchste Auflösung und Farbunterscheidung gewährleistet ist.

Dort sind auch die Rezeptoren am kleinsten: ein Rezeptor ist nur doppelt so lang wie die Wellenlänge von rotem Licht. Da die Rezeptoren untereinander vernetzt sind und Linien auch über Kontrastunterschiede wahrnehmen können, kann man auch Linien sehen, die dünner als die Breite eines Rezeptors sind – bei Punkten ist das nicht der Fall. Die Anzahl der Rezeptoren entspricht insgesamt ungefähr der Einwohnerzahl der USA.

Die Fotopigmente der Retina werden durch helles Licht gebleicht und dadurch erregt. Die photochemischen Substanzen brauchen einige Zeit, um sich zu regenerieren: Das Rhodopsin der Stäbchen bis zu einer Stunde, das Iodopsin der Zäpfchen rund sieben Minuten – dieser Bereich der Netzhaut ist dann weniger empfindlich, was zu Nachbildern führt.

3 / Das Gehirn
Ein Großteil des Gehirns ist in miteinander verbundenen Modulen organisiert. Die Verarbeitung des Sehens findet vor allem in der primären visuellen Cortex (Hirnhautrinde) statt, wobei fast die Hälfte der Gesamtcortex, die für “höhere” geistige Aktivitäten zuständig ist, beteiligt ist. Reizt man die primäre visuelle Cortex, werden Lichtblitze im Sehfeld wahrgenommen; bei Reizung der umgebenden Gebiete können selbst komplexe visuelle Szenen hervorgerufen werden. Da die Signale der unterschiedlichen Sinnesnerven grundsätzlich gleich sind, wäre es übrigens prinzipiell möglich, daß dieselben Signale, gelangten sie ins Hörzentrum, statt dessen als Töne interpretiert würden.

Auf der ersten Verarbeitungsstufe ist die Retina repräsentiert; danach wird in Bewegung, Form, Farbe und weitere Module getrennt. Wie diese Module wieder zu einer einzigen Wahrnehmung zusammengeführt werden, ist noch unbekannt. Farbwahrnehmung trat erst spät bei Säugern auf – erst bei den Primaten, deshalb sind ihre Gehirnprozesse späte Beigaben und praktisch von der Form- und Bewegungswahrnehmung getrennt. (Vögel, Fische, Reptilien und Insekten sehen dagegen Farben). Es gibt auch Kanäle für Details oder grobe Pinselstriche; auf einem Gemälde wird die Textur von den dargestellten Objekten unterschieden und getrennt verarbeitet. Farbe wird von Kanälen mit breitem Pinselstrich (Breitbandkanälen) verarbeitet, die recht langsam operieren. Da Farbe Helligkeitskonturen zugeordnet wird, fällt es schwer, Bilder zu betrachten, die unterschiedliche Farben, aber keinen Helligkeitskontrast aufweisen. Wechsel zwischen Farben gleicher Helligkeit wird nur bis zu einer Frequenz von 12 Herz wahrgenommen, Helligkeitswechsel dagegen bis zu 50 Hz.

Das Gehirn organisiert die Daten nicht nur, sondern verändert sie auch. Gestörte Bereiche, zum Beispiel der blinde Fleck, werden mit fortgeführten Mustern eigentätig überbrückt; für die Erkennung von Gesichtern und Händen gibt es eigene Module, die ihnen erhöhte Aufmerksamkeit zuordnen (weshalb man gern Gesichter auch in Wolken, Bäumen oder Rorschachmustern sieht); die Perspektive, die auf der Retina noch dieselbe ist wie auf einem Foto, wird so korrigiert, das entfernte Objekte näher rücken; und generell wird in alles möglichst Sinn hinein gelesen, werden Punkte zu Linien verbunden, die wiederum ein bereits bekanntes Objekt abzubilden scheinen. Schon bei der Weiterleitung ins Gehirn sprechen bestimmte Sehzellen nur auf bestimmte Objektmerkmale an; es findet eine Wahrnehmungsselektion statt. Das Gehirn muß man sich nicht als Computer, sondern als eine Ansammlung von analogen neuronalen Netzen vorstellen; dabei werden Zellen aktiver (leitfähiger), je öfter sie erregt werden. Dieselben Gegenden, die bei Farbsehen aktiv werden, sind auch bei der bloßen Vorstellung (oder beim Träumen) von Farbe aktiv.

Dabei können auch bei unzureichender Informationen Gruppen von Zellen aktiviert werden; die innere Vorstellung tritt an die Stelle der äußeren und sieht für das Gehirn genauso aus (Drogen). Das Gehirn verarbeitet die Informationen also nicht nur passiv, sondern repräsentiert sie aktiv, und zwar wie bei einer Sprache anhand von grammatikalischen Regeln (Syntax) und Bedeutung von Symbolen (Semantik). Beide sind für das Sehen noch nicht geklärt, ermöglichen uns aber, in einer Strichzeichnung wahlweise (nach Kontext) einen dreidimensionalen Ball, eine Sonne oder einen zweidimensionalen geometrischen Kreis zu sehen. Wir sehen jeweils mehr als Bilder; mögliche Zusatzinformationen werden dem Objekt zugeordnet und beeinflussen, wie wir es sehen. Unser Wissen über die Welt wird dabei in Sekundenschnelle aktiv, denn in diesem Zeitraum müssen möglicherweise entscheidende Handlungsanweisungen entstehen (ist der sich bewegende Fleck am Rand des Gesichtsfelds ein Tiger?) Die Intelligenz des Sehens arbeitet viel schneller als anderes Problemlösen und nimmt dabei auch Täuschungen in Kauf.

Wahrnehmungen sind deshalb immer Hypothesen über die Wirklichkeit, nicht diese selbst.

4 / Farbsehen
Lichtintensität ist die physikalische Energie des Lichts und kann mit Photometern (z.B. dem Belichtungsmesser) gemessen werden. Helligkeit ist darüber hinaus eine subjektive Empfindung, die sich an Erfahrung und Vergleich orientiert und vom Adaptionszustand des Auges sowie Kontrastverhältnissen abhängig ist. Ein Hellfeld erscheint heller, wenn seine Umgebung dunkler ist, eine Farbe gesättigter, wenn ihre Umgebung komplementärfarben ist. Das Gehirn signalisiert in erster Linie Strukturunterschiede, während Gebiete gleicher Struktur nicht viel Information benötigen (Minimalismus).

Sind die Augen längere Zeit einer niedrigen Lichtintensität ausgesetzt, erhöht sich ihre Empfindlichkeit (Dunkeladaption). Die Zäpfchen adaptieren innerhalb von ca. 7 Minuten, die Stäbchen brauchen eine Stunde und mehr.

Helligkeit ist eine Funktion des Farbsehens. Lassen wir Licht verschiedener Farben, aber mit gleicher Intensität in die Augen fallen, so erscheinen Farben in der Mitte des Spektrums (Gelb, Grün, Orange) heller als die am Ende. (Tafel VI) Das bedeutet, daß das Auge auf die Mitte des Spektrums empfindlicher reagiert. Die Empfindlichkeitskurven sind für Stäbchen und Zapfen leicht verschoben: die Zapfen sind für gelb, die Stäbchen für grün am empfindlichsten.

Das Licht selbst ist nicht gefärbt, es verursacht Helligkeits- und Farbempfinden nur in einem geeigneten Auge und Nervensystem. Es gibt also kein gelbes Licht, sondern nur Licht einer bestimmten Frequenz, das von den meisten Menschen als “Gelb” beschrieben wird. Das Auge antwortet auf unterschiedliche Frequenzen mit unterschiedlichen neuronalen Signalen. Dabei sind die Frequenzen der Lichtstrahlen so hoch (10 hoch 12 pro Sek.) daß sie nicht direkt in die Frequenz der neuronalen Signale (unter 10 hoch 3 pro sek.) übersetzt werden können.

Gäbe es Rezeptoren, die auf jede einzelne Farbe ansprechen, müßte es mindestens 200 Rezeptortypen geben. Es kann aber nicht sein, daß es für jeden Punkt auf der Netzhaut so viele Rezeptoren gibt. Von der Tatsache, daß Farben, anders als Töne, gemischt werden können, leitete man ab, daß es nur wenige Rezeptortypen zu geben braucht: man nimmt inzwischen jeweils einen Rezeptor für Violett (kurzwellig), Grün (mittelwellig) und Rot (langwellig) an, die somit die Grundfarben im Auge sind.

4.1 / Additive Farbmischung im Auge

Orangerot + Violett + Grün = Weiß
Orangerot + Grün = Gelb
Orangerot +Violett = Magenta
Violett + Grün = Cyan
Keine Reizung = Schwarz

Nach diesem Prinzip arbeiten die farbiges Licht ausstrahlenden Phosphore im Fernsehen und in Monitoren. Das RGB-System sollte korrekterweise, um keine Verwechslungen zwischen Orangerot und Magentarot, Cyanblau und Violettblau zu bekommen, VGO heißen. Orangerot (R), Grün (G) und Violett (B) sind seine Grundfarben, die den drei Rezeptortypen im Auge entsprechen.

Küppers argumentiert, daß die Mischfarben Gelb, Magenta und Cyan mit gleicher Intensität wie die Grundfarben wahrgenommen werden, da jeweils zwei Rezeptoren für sie maximal stimuliert werden. Tatsächlich werden sie meiner Meinung nach, wie zu erwarten, intensiver wahrgenommen. Die stimulierendste Strahlung wäre demnach weiß.

Keine der Grundfarben kann durch Mischung mit Pigmenten rein hergestellt werden (ich bestreite das nur für schwarz). Umgekehrt gibt es Farben, die durch farbiges Licht nicht gemischt werden können: dazu zählen alle Brauntöne (Tertiärtöne). Trotzdem sehen wir sie im Fernsehen oder auf einem Farbdia. Auch im durch ein Prisma gebrochenen Spektrum fehlen sie; außerdem fehlt, überraschenderweise, Magenta, weil es dort liegen müßte, wo sich die blauen und roten Teile des Spektrums zusammenschließen würden, wenn sie das täten. Das Spektrum ist aber kein Farbkreis. Außerdem fehlen natürlich weiß, schwarz und alle sogenannten Unbuntabstufungen – die Grautöne. Die Spektralfarben sind zudem nicht gleichmäßig repräsentiert, weil die kurzwelligen Strahlen am stärksten abgelenkt werden, die langwelligen am wenigsten.

Es wäre außerdem falsch, zu glauben, das Tageslicht immer ein gleichmäßiges Spektrum bietet: das Abendlicht erreicht uns beispielsweise schon leicht gebrochen, wodurch die langwelligen Bereiche überwiegen. Ein intensitätsgleiches Spektrum liegt per Definition (DIN 6173) bei 6500 Kelvin (D65)- darauf wird auch der Computer eingestellt. Mittagslicht kann dagegen bis 20000 K steigen, wodurch die kurzwelligen Strahlen überwiegen. Trotzdem sehen wir auch in z.B. blauem Licht nach kurzer Zeit ein gelbes Objekt wieder als gelb.

Gregory erklärt dieses damit, daß es die Farbkonstanz gibt: wir schreiben Objekten Farben zu, auch wenn wir sie in unterschiedlich gefärbten Beleuchtungen sehen. In einem Experiment wurde gezeigt, daß man selbst bei einem Dia mit nur einem Rotfilter dazu tendiert, Grüntöne und andere Farben wahrzunehmen. Er erklärt das damit, daß Farben nicht nur von den Reizen Wellenlänge und Intensität abhängen, sondern auch von Intensitätsunterschieden in kleinen Bereichen sowie davon, ob die dargebotenen Muster als Gegenstände identifiziert werden.

Zwischen Farbreiz und Farbempfindung gibt es deshalb keine festen Korrelationen, weil dazwischen Adaption, Umstimmung und Simultankontrast liegen.

4.2 / Subtraktive Mischung
Subtraktive Mischungen verhalten sich genau reziprok zu additiver Mischung. Sie entstehen dann, wenn Licht durch transparente Filter fällt und dadurch ein Teil des Spektrums herausgefiltert wird, z.B. bei Diaprojektionen, aber auch bei transparent auf weißem Grund aufgetragenen Farben, wobei das Licht die Farbe passiert, vom weißen Untergrund reflektiert wird, die Farbe noch einmal passiert und dann aufs Auge trifft. Bei Transparenz ist es möglich, Filter mehrerer Farben voreinander zu legen und so mehrere Bereiche des Spektrums herauszufiltern.

Subtraktive Farbmischung
Kein Filter = Weiß
Magenta + Gelb = Orangerot
Magenta + Cyan = Violett
Cyan + Gelb = Grün
Magenta + Cyan + Gelb = Schwarz

Cyan stimuliert die blauen und grünen Rezeptoren (subtrahiert Rot)
Magenta stimuliert die blauen und roten Rezeptoren (subtrahiert Grün)
Gelb stimuliert die roten und grünen Rezeptoren (subtrahiert Blau)

Das CMYK-System, das für transparente Druckfarben im Offsetdruck verwendet wird, arbeitet deshalb mit genau den Farben, die die Mischung von zwei Grundfarben im RGB-System ergibt, nämlich Cyan, Magenta und Gelb. Schwarz ist nicht prinzipiell nötig, sondern dient für tiefere Schwärzen in der Druckdarstellung.

Prinzipiell ließe sich auch additiv drucken: mittels des Pointillismus. Farbtupfer müßten so klein aufgebracht werden, daß sie auf dem Papier getrennt sind, im Auge jedoch verschmelzen. Küppers schlägt ein solches Prinzip für einen Siebenfarb-offsetdruck sowie für ein Farbfernsehen mit sechs Phosphoren vor: Beide Prinzipien würden verschmolzen und seiner Erwartung nach noch präzisere und vor allem leuchtendere Farbmischungen erlauben.

4.3 / Integrierte Mischung
Bei farbigen Gegenständen, ob es Tische, Blätter, Farbdrucke oder Gemälde sind, trifft das Licht auf die Gegenstände auf, wobei der größte Teil absorbiert wird. Sie nehmen also Farben weg und reflektieren nur einen bestimmten Teil des Spektrums.

Ein Beispiel wäre ein Blatt. Die Sonne sendet Energiestrahlen des gesamten Spektrums (weiß) aus. Das Blatt absorbiert einen Teil und betreibt damit Photosynthese. Reflektiert wird nur das Restlicht, vor allem im Bereich 500 – 600 nm – in diesem Bereich ist derjenige Zapfen am empfindlichsten, der uns die Farbe “Grün” vermittelt – Orangerot und Blau sind nur an den Rändern betroffen, Blau weniger, Rot mehr. Würden diese Farben mit Pigmenten zusammengemischt, käme rotbraun dabei heraus – da wir uns jetzt aber im Auge befinden, das additiv mischt, bedeutet eine gleichzeitige Erregung von Grün und Rot = Gelb. Das Blatt wird uns also stärker grün, weniger stark gelb erscheinen. Dieselbe Farbempfindung kann übrigens auch durch ein anderes Spektrums des Lichts stimuliert werden. Da je nach Absorptionseigenschaften des Materials Farben bei unterschiedlicher Lichttemperatur anders aussehen, kann es passieren, daß zwei unterschiedliche Materialien bei einer Beleuchtung von 6500 K gleich aussehen, in warmen Licht jedoch unterschiedlich.

Deckende Farbsysteme müssen alle acht Grundfarben beinhalten, wenn sie wirklich alle Farben darstellen wollen. Das gilt für Ölbilder wie für Autolacke, Kleider- und Wandfarben, denn hier können nicht drei Grundfarben aus drei anderen Grundfarben durch Mischung entstehen. Das Prinzip der von Küppers so genannten “Integrierten Farbmischung” ist der Mengenaustausch. Verschiedene Farben enstehen durch den jeweiligen Anteil von nebeneinanderliegenden Pigmenten, die jeweils nur eine Wellenlänge reflektieren. Anders als im Druckverfahren können das prinzipiell alle möglichen Frequenzbereiche sein, nicht nur die der drei Grundfarben. Diese Wellenlängen mischen sich dann im Auge zu einem einheitlichen Farbempfinden: es kommt zu einer optischen Mischung.

Als Malerin finde ich hier Küppers Ausführungen, der von Mischungen der sechs Grundfarben mit den zwei Unbuntfarben Weiß und Schwarz ausgeht, nicht überzeugend, da er die Materialeigenschaften verschiedener Pigmente sowie die Tatsache ignoriert, daß man in der Ölmalerei sehr wohl lasierende Farben, die nach dem Gesetz der subtraktiven Farbmischung funktionieren, mit deckenden Farben mischen kann.

4.4 / Speed-mischung
Wenn der Wechsel der Farbreize, die aufs Auge fallen, so groß ist, daß es nicht mehr unterscheiden kann, pendelt es sich auf eine statistisch mittlere Empfindung ein (Beispiel Farbkreisel).