Beleuchtung in Innenräumen - Human Centric Integrative Lighting. Tran Quoc Khanh

bessere Annäherung einer gleichförmigen Farbtafel stellt die Gl. (2.5) dar, die das Farbdiagramm nach CIE 1976 UCS (oder 𝑢′, 𝑣′-Diagramm) ergibt. Ein Vergleich der Gln. (2.4) und (2.5) zeigt den folgenden Zusammenhang: 𝑢 = 𝑢′;𝑣 = (2∕3)𝑣′.

(2.5)

Abb. 2.7 Relativer spektraler Strahlungsfluss (≡ 1 bei 555 nm) der Schwarzkörperstrahler mit den Temperaturen 2700 K (P2700) und 4000 K (P4000) sowie der Tageslichtarten D50 und D65. Quelle: TU Darmstadt.

2.2.3 Farberscheinung, Farbumstimmung, Farbräume, Farbdifferenzformeln

      Die in Abschn. 2.2.2 definiertenNormfarbwerte X, Y, Z und Normfarbwertanteile 𝑥, 𝑦 sind zur Quantifizierung der Farbwahrnehmung, d.h. der sog. Farbmerkmale, nicht geeignet. Diese wahrgenommenen Farbmerkmale schließen den Buntton, die Helligkeit, die Relativhelligkeit, die Farbigkeit, die Sättigung und die Buntheit ein, die (nach [10]) wie folgt definiert werden.

      Buntton: Der Begriff Buntton beschreibt, zwischen welchen zwei Grundfarben des Satzes Rot, Gelb, Grün, Blau sich die Farbwahrnehmung des Farbreizes befindet und wie viel Prozent sie von den beiden Grundfarben aufweist. Zum Beispiel befindet sich ein bestimmter Orangeton zwischen Rot und Gelb und weist wahrnehmungsgemäß 40% Rot und 60% Gelb auf (engl. hue).

      Helligkeit: wie viel Licht der Farbreiz wahrnehmungsgemäß zu emittieren scheint (engl. brightness).

      Relativhelligkeit: wahrgenommene Helligkeit des Farbreizes in Bezug auf die Helligkeit eines Referenzweißes im Gesichtsfeld. Das Referenzweiß kann z.B. eine weiße Wand in einem Innenraum sein (engl. lightness).

      Farbigkeit: absolut wahrgenommene Farbmenge in einem Farbreiz (engl. colourfulness).

      Sättigung: die Farbigkeit des Farbreizes bezogen auf die eigene Helligkeit des Reizes (engl. saturation).

      Buntheit: die Farbigkeit des Farbreizes bezogen auf die Helligkeit des Referenzweiß (engl. chroma).

Wahrnehmungsgemäß können verschiedene Farbreize (z.B. verschiedenfarbige ausgedruckte Farbmuster) in einem dreidimensionalen Farbkörper manuell (mithilfe eines/einer Künstlers/-in) visuell gleichabständig angeordnet werden (s. Abb. 2.8). Der so ent stehende Farbkörper (s. Abb. 2.8) veranschaulicht die oben definierten wahrgenommenen Farbmerkmale. Farbräume stellen mathematische Modelle des Farbkörpers dar.

Abb. 2.8 Veranschaulichung eines dreidimensionalen Farbkörpers mit den Grundeigenschaften der Farben. Entlang der mittleren Achse befinden sich die sog. unbunten Farben, die keine Farbigkeit aufweisen. Die Relativhelligkeit steigt von unten nach oben, die Buntheit von innen nach außen. Der Buntton ändert sich kontinuierlich um die Unbuntachse herum. Farbräume stellen mathematische Modelle des Farbkörpers dar. Quelle: Torso ColorTraining Basics 1, Tool 1 – Part 1/2, reproduziert mit Genehmigung des Torso-Verlages.

      Die Farberscheinung eines Farbreizes [16, 17], d.h.einer räumlich begrenzten homogen strahlenden Fläche (z.B.eines homogen ausgefüllten Kreises mit einem Durchmesser von 4°), hängt allerdings nicht nur von der Fläche selbst, sondern auch von deren Umgebung, im Allgemeinen vom gesamten Gesichtsfeld ab. So beeinflussen das Leuchtdichteniveau und die Normfarbwertanteile des in der visuellen Umgebung vorherrschenden Weißtons stark die Farbwahrnehmung, die dem Farbreiz entspricht. Dieser Weißton wird auch adaptierter Weißpunkt (oder Referenzweiß) genannt, z. B. die weiß gestrichenen Wände eines durch eine künstliche Lichtquelle beleuchteten Innenraums.

Ändert sich der spektrale Strahlungsfluss der Lichtquelle (wird z.B. statt einer warmweißen Kompaktleuchtstofflampe eine kaltweiße LED-Leuchte eingeschaltet), ändert sich somit die Farbwahrnehmung nicht nur wegen der Änderung des spektralen Strahlungsflusses der Lichtquelle, sondern auch deswegen, weil sich der chromatische Adaptationszu stand (oder die „Farbstimmung“) des Sehsystems von „warmweiß-adaptiert“zu „kaltweißadaptiert“ ändert.

      Der oben beschriebene Effekt wird chromatische Adaptation (oder Farbumstimmung) genannt und spielt bei der Bewertung der Farbwiedergabe eine wichtige Rolle. Bei der Farbumstimmung bleibt – trotz Änderungen im spektralen Strahlungsfluss und Änderungen der Normfarbwerte des Farbreizes – die Farbwahrnehmung des Farbreizes tendenziell konstant (das ist die sog. Farbkonstanz), vorausgesetzt, dass sich der Farbort der Lichtquelle auf der CIE-Normfarbtafel in der Nähe des in der Abb. 2.6 gekennzeichneten Temperaturfarbenzuges bzw. der Tageslichtkurve befindet (oder unmittelbar darauf). Die wahrgenommenen Farben solcher Lichtquellen können Weißtöne genannt werden, obwohl Weißtöne niedrigerer Farbtemperatur (wie etwa der Weißton einer gasgefüllten Wolframglühwendellampe bei 2856 K, die der sog. CIE Normlichtart A entspricht) einen Gelbstich aufweisen. Trotzdem werden diese – für bestimmte Anwendungen wie Wohnzimmerbeleuchtung – von den meisten Benutzern in der westlichen Kultur bevorzugt.

      Die wahrgenommenen Farbmerkmale eines Farbreizes lassen sich von der gemessenen spektralen Strahldichte des Farbreizes und dessen Umgebung (dessen Hintergrund und dem Referenzweiß) mathematisch voraussagen. Zu jedem Farbmerkmal lässt sich somit eine Kenngröße (oder Korrelat;engl. correlate) berechnen, die den chromatischen Adaptationszustand berücksichtigt. Dazu werden die Farbreize in einem sog. Farbraum dargestellt, dessen drei orthogonale Achsen im Allgemeinen die Merkmale Relativhelligkeit, RotGrün-Anteil und Gelb-Blau-Anteil in einem bestimmten Adaptationszustand beschreiben. Der Wert des Korrelates für den Rot-Grün-Anteil ist dann positiv, wenn die Farbe wahrnehmungsgemäß Rot enthält, und dann negativ, wenn die Farbe Grün enthält und gleich null, wenn die Farbe keine Farbigkeit aufweist (sog. Unbunt). Der Wert des Korrelates für den Gelb-Blau-Anteil ist positiv, wenn die Farbe wahrnehmungsgemäß Gelb enhält, negativ, wenn die Farbe Blau enthält und gleich null, wenn die Farbe unbunt ist. Der Farbraum stellt somit ein mathematisches Modell des Farbkörpers (s. Abb. 2.8) dar.

      Die in der heutigen farbmetrischen Praxis verwendeten Farbräume schließen den sog. CIE 1964 Uniform Space (oder U*-V*-W*-Farbraum mit den drei Achsen 𝑈*, V*und 𝑊* [18], der heute bereits veraltet ist), den sog. CIELAB-Farbraum (mit den drei Achsen L*, a*, b* [12]) sowie den sog. CAM02-UCS-Farbraum [19] (der aus dem CIECAM02- Farberscheinungsmodell [20] abgeleitet wird) ein. Hier wird nur auf den in der modernen Lichttechnik und Farbwissenschaft verwendeten CAM02-UCS-Farbraum (und dessen zugrunde liegendes CIECAM02-Farberscheinungsmodell) eingegangen, der für die Bildung von aktuellen Kenngrößen der Farbqualität (z. B. Farbtreueindex R_f, Farbgamutindex R_g, s. Abschn. 6.7) wichtig ist. (Ein sog. Farbpräferenzindex, CQS Q_a, der auf dem CIELABFarbraum basiert, wird in Abschn.