Wieder mal zum Elend mit der Farbwiedergabe

Wie an anderer Stelle erklärt, hat das Licht, das als Beleuchtung dient, zwei vornehmliche Aufgaben. Die erste ist für Helligkeit zu sorgen. Genau dafür hat man das Licht vor 101 Jahren offiziell so definiert. Es ist "optische Strahlung, die direkt eine Seh-Empfindung hervorruft." Die zweite Aufgabe fällt etwas diffiziler aus: Dem Menschen reicht die Helligkeit nicht aus; er will auch Farben sehen. So musste sich die CIE um ein zweites Feld bemühen. Auf der CIE-Sitzung in Cambridge wurde das heute noch fundamentale CIE-Normvalenzsystem (auch bekannt als das 1931er-System) verabschiedet.

Wo liegt das Problem, wenn beide Aspekte über ein Jahrhundert bzw. fast ein Jahrhundert anscheinend gut geregelt sind? Mehrere Menschengenerationen haben nicht gelernt zu begreifen, womit sich die CIE hier beschäftigt. Denn Helligkeit gibt es nicht. Sie ist eine Empfindung. Die Definition des Lichts dient nicht dazu, diese Empfindung messbar zu machen, sondern die Lichtmenge, die eine Lampe erzeugt. Wenn man dieses so definierte Licht in einen Raum bringt, wird es darin hell. Wie hell? Das lässt sich leider nicht sagen. Es hängt davon ab, wie das Licht verteilt wird und was da in dem Raum sonst an hellen Objekten vorhanden ist. Licht wurde definiert, um eine Brücke zwischen der physikalischen Menge des Lichts und der menschlichen Wahrnehmung zu schlagen. Vorsicht, auf der Brücke kann man leicht ausrutschen.

Nicht etwas, sondern wesentlich schlimmer sieht es mit der Farbe aus. Diese gibt es erst recht nicht, auch wenn man im Malergeschäft Regale voller Töpfe sehen kann, in denen Farbe lagert. Wenn man sich eine Dose greift, sieht man darauf viele gesetzlich vorgeschriebene Angaben, z.B. zu Sicherheit und Entsorgung, aber mindestens eine Bezeichnung der Farbe, z.B. „Premium-Seidenmattlack“, und eine Nummer dazu: z. B. „RAL 7000 Fehgrau“. Die letztere Nummer wird man allerdings in keinem Fachgeschäft sehen, sie gehört zu U-Booten der Bundesmarine als Überwasseranstrich. Der Unterwasseranstrich war früher unterschiedlich je nach Einsatzgebiet, Ostsee oder Nordsee. Denn Farben sieht niemand absolut, sondern immer in Verbindung mit dem beleuchtenden Licht und mit der Umgebung.

Wenn man Farben nicht absolut sehen kann und jedes Farbensehen vom auffallenden Licht abhängt, muss man, wenn man mit Farben oder farbigen Objekten handeln will, wenigstens eine verlässliche Grundlage für die Erscheinung schaffen. Genau dafür sorgen die sog. Normlichtarten, die die CIE im Laufe der Jahrzehnte definiert hat. Sie hießen einst A, B und C.

Normlichtart A war 1931 für fast alle Umgebungen im Innenraum maßgeblich. Sie entsprach der Wolfram-Glühlampe (ca. 2856 K). Sie ist bis heute der Standard für künstliches Wohnraumlicht, auch wenn der Glühlampe mittlerweile das Licht ausgegangen ist. Normlichtart B sollte das direkte Sonnenlicht darstellen. Sie war kein Hit, weil es die direkte Sonne nur im Weltraum gibt. Auf Erden ist es noch niemandem gelungen, Sonnenlicht vom restlichen Licht zu trennen, außer im Labor.

Normlichtart C repräsentierte einst "durchschnittliches" Tageslicht ohne UV-Anteil (ca. 6774 K). Sie war entstanden, als sich die CIE noch nicht für UV verantwortlich fühlte. Sie war für die CIE in den 1930er Jahren ein Störfaktor. UV wurde eher als Problem wahrgenommen, da die damaligen Filterlösungen für Tageslichtsimulatoren den UV-Anteil des natürlichen Sonnenlichts kaum korrekt abbilden konnten. UV wurde eher als Problem wahrgenommen, da die damaligen Filterlösungen für Tageslichtsimulatoren den UV-Anteil des natürlichen Sonnenlichts kaum korrekt abbilden konnten.

Dann kamen die 1960er Jahre. Die CIE war mit ihrem Latein am Ende, weil ihre Normlichtarten Farben so "gut" wiedergaben, dass die Industrie nichts damit anfangen konnte. In der Industrie kamen immer mehr optische Aufheller (in Papier, Textilien, Wandanstriche und Waschmitteln) zum Einsatz. Diese Stoffe wandeln unsichtbares UV-Licht in sichtbares blaues Licht um. Um diese Farben korrekt zu messen, musste die Lichtquelle im Messgerät nun zwingend einen definierten UV-Anteil enthalten. Solche Stoffe wurden im Übrigen vor rund 200 Jahren entdeckt und benutzt. Man hatte herausgefunden, dass Auszüge aus der Rinde der Rosskastanie die Weißkraft von Leinen und Baumwolle verbesserten.

So wurde 1964 die D-Serie eingeführt (D50, D55, D65, D75). Diese enthält standardmäßig ein UV-Spektrum. Dumm nur, dass die CIE 1965 den Farbwiedergabeindex Ra (CIE 13) einführte, ohne die Wirkung von UV zu berücksichtigen. Das Konzept ist mittlerweile 1974 (CIE 13.2) und 1995 (CIE 13.3) revidiert worden, aber jeweils ohne UV. In der Industrie (Papier, Textilien, Waschmittel) wurden in den 90ern aber immer komplexere optische Aufheller eingesetzt. So werden zwar Produkte wie Stoffe oder Autos unter dem Licht bestimmter Normlichtarten geprüft, wer aber Lampen herstellt und verkauft, gibt den Farbwiedergabeindex ohne UV an.

Was bedeutet so etwas in der Praxis? Wenn Papier, Textilien, Waschmittel bei der Herstellung bzw. in der Prüfung mit UV bestrahlt und später ohne UV benutzt werden, dann haben sie einen Gelbstich. Textilien vergilben mit der Zeit ohnehin und sehen ohne UV nie frisch weiß aus. Eine Lampe mit der höchstmöglichen Farbwiedergabe ist bestenfalls in der Lage, acht Farben wiederzugeben. Darunter befindet sich keine einzige gesättigte Farbe. Wer freut sich, dass in seinem Wohnraum Asterviolett oder Senfgelb gut erscheinen?

Besonders schlimm ist das bei LED-Leuchtmitteln. Tatsächlich emittieren die meisten Standard-LEDs für den Haushalt so gut wie gar kein ultraviolettes Licht. Sie können aber sehr hohe R_a-Werte erreichen und täuschen damit eine sehr gute Farbwiedergabe vor. Es gibt UV-basierte weiße LEDs, bei denen der Chip UV-Licht aussendet, das eine spezielle Mischung aus verschiedenen Leuchtstoffen (Rot, Grün, Blau) anregt. Deren Farbwiedergabe ist besser, sie kommt aber nicht in der technischen Angabe zur Wirkung.

Sind solche Aspekte für den Praktiker relevant? In einem anderen Beitrag habe ich das Problem etwas ausführlicher behandelt und dargelegt, dass das Problem zum täglichen Leben gehört, so z.B. wenn man gerne Brühwurst isst (hier) oder seine neu gekauften Fummel abends in der guten Stube anprobiert. Man kann auch wertvolle Zeit verlieren, wenn man Farben aufeinander abstimmen muss. Einer der Geschädigten war ich, als ich für meine Doktorarbeit ein Modell des Berliner Olympiastadions erstellte. Es war 35 m² groß und hatte drei Farben (Grau = Tribüne, Grün = Spielfeld, Rostrot = Laufbahn). Diese Farben habe ich vor Ort gemessen und die entsprechenden Mischungen vorbereitet. Dazu gehörte das Färben von 10 m² Frotteestoff mit den Schattierungen frisch gemähten Rasens. Das Streichen und Belegen des Modells hat etwa eine Woche gedauert. Ein paar Wochen später kam der Scheinwerfer, der das Ganze beleuchten sollte. Dieser hatte aber einen hohen UV-Anteil. So musste ich die ganze Prozedur wiederholen. Und die ganzen Farbmischungen unter dem Licht des Scheinwerfers neu erstellen.

Die Lampe in diesem Scheinwerfer stammte von einem der namhaftesten Hersteller, dessen Laborchef ich sehr gut kannte. Dieser hat mir nichts von den späteren Problemen erzählt. Der Scheinwerfer selbst war entworfen worden, um eine der "heiligen" Stätten des deutschen Sports, das Münchner Olympiastadion, zu beleuchten. Auch der Planer dieser Sportstätte hatte mir nichts davon erzählt. Dieser war aber einer der wichtigsten Berater meines Projekts.

"Mein" Problem, also die Beleuchtung des wichtigsten Stadions in München, sollte sich mehrere Jahrzehnte später wiederholen. Diesmal wurde es richtig teuer. Als die Allianz Arena eine "moderne" Beleuchtung bekam, war das Fernsehen mit dem Bild unzufrieden. Und zweitens verkümmerte der Rasen. Man hatte vergessen, dass die alten Scheinwerfer UV abstrahlten, die neuen mit LED nicht. So musste nachgerüstet werden, und das nicht zu knapp. In der TZ war zu lesen: "Den edlen Rasen streicheln 540 UV-Strahler mit ihrem Licht, wenn kein Spiel auf dem Programm steht." (Gelesen am 29.01.2024 hier) Hingegen meint Bayern München selber, sie hätten "Zusätzliche UV-Leuchten für das optimale Fernsehbild …" (hier)

Wer glaubt, die Planer der Allianz Arena und ich hätten zu dusselig gehandelt, sollte sich das letzte Opfer ansehen, das sich in die Irre führen ließ (hier). Es war Prof. Manfred Richter, der Schöpfer des DIN-Farbensystems. Er konnte trotz einer Farbsehschwäche Testfarben richtig abschätzen. Aber nicht die fehlende Wirkung von optischen Aufhellern. Licht ist eben optische Strahlung, die direkt eine Sehempfindung hervorruft. Dass es auch indirekt dazu beiträgt, ist seit 200 Jahren bekannt, seit 1964 als relevant erkannt, wird aber erst im Laufe des 21. Jahrhunderts in die Farbwiedergabe einfließen. Bis dahin ist niemand vor Irrtümern sicher, obwohl das Leuchtmittel LED eine schnellere Berücksichtigung gefordert hätte. Gottes Mühlen mahlen langsam, noch langsamer handelt …