CIE – 1931-System
In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts wurde der Wunsch nach einem objektiven Weg der Farbbestimmung immer lauter. Man wollte ein Farbsystem, das ohne Muster auskommt. Das Normvalenz-System der
Mathematische Konstrukte können ihren ästhetischen Reiz haben, und ein Beispiel dafür liefert das hier vorgestellte
In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts wurde der Wunsch nach einem objektiven Weg der Farbbestimmung, der diese Schwächen überwindet, immer lauter. Man wollte ein Farbsystem, das ohne Muster auskommt. Die CIE («Commission Internationale d’Eclairage») wurde damals damit beauftragt, eine entsprechende «
Der Ausgangspunkt war die beschriebene indirekte Methode der Farbmessung durch Vergleich («colour match»). Eine Farbe wird dabei gemessen, indem man einen Beobachter vermittelst eines geeigneten Apparats in die Lage versetzt, sie mit einer (additiven) Mischung der drei Elementarfarben zu vergleichen. Man spricht dabei vom «Dreifarbenwert» («tristimulus value»). «Farbe» heißt in diesem Fall «Wellenlänge», und auf die erwähnte Weise wird ermittelt, welche Anteile von Rot, Grün oder Blau in Licht zum Beispiel der Wellenlänge 520 nm gesehen werden. Der jeweilige Beobachter wird den Apparat entsprechend einstellen; das ermittelte Ergebnis wird notiert und in Form von drei Zahlen festgehalten, die wir mit den Buchstaben R, G und B bezeichnen wollen. (Daß es sich hierbei um die Energie der jeweiligen Strahlung handelt, die gemessen wird, spielt für das CIE-Diagramm keine Rolle.)
Diese Versuche liefern die Grundlage für eine objektive Farbmessung, seit in den 20er Jahren sogenannte Spektralwertkurven («Color matching functions») ermittelt worden sind, vor allem durch W. D. Wright und J. Gould in England. Dazu baten sie eine große Zahl von normalsichtigen Personen, monochromatisches Licht (Licht nur einer Wellenlänge) von immer gleicher Energie mit den Primärfarben in Einklang zu bringen. Von den sich dabei ergebenden Dreifarbenwerten können die Mittelwerte gebildet werden, die dann die Spektralwertkurven liefern, wenn man sie in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufträgt. Diese Zahlen wurden 1931 von der CIE akzeptiert und einem hypothetischen «Standardbeobachter» zugeordnet. Zugleich legte die CIE damals fest, daß die zu vermessende Farbprobe unter der durchschnittlichen Tagesbeleuchtung zu betrachten ist, die damals noch unter der Bezeichnung C mit einer definierten künstlichen Lichtquelle (A) und dem Sonnenlicht des Mittags (B) um die Ehre des Standards kämpfen mußte. (Diese Buchstaben finden sich in dem gezeigten Diagramm.)
Die CIE hat sich zwar die gemessenen «colour matching functions» zu eigen gemacht, aber sie hat sie zuvor mit einem mathematischen Kniff so verändert, daß nur positive Werte der neuen Spektralwerte auftraten. Dies erweist sich zwar für die Berechnungen als angenehm, sorgt aber dafür, daß die verwendeten Größen unanschaulich werden. Während die alten Maxwellschen Dreifarbenwerte R, G und B noch auf Primärfarben zu beziehen waren, besteht diese Möglichkeit für die neuen «tristimulus values» X, Y und Z der CIE nicht mehr (obwohl die Auswahl so getroffen wurde, daß Weiß durch gleiche Werte für X, Y und Z repräsentiert wird). Sie können aber immer noch so umgerechnet werden, wie Maxwell dies getan hat, und dies führt dann zu der gezeigten Farbtafel.
So wie das Studium der Geographie durch zweidimensionale Landkarten vereinfacht wird, wollte die CIE auch das Studium der Farben durch eine Farbkarte fördern, und um eine Dimension herabsteigen zu können, führte man aus den drei gemessenen Werten X, Y und Z drei neue Variable («Farbgewichte»), x, y und z, dadurch ein, daß man jede Zahl durch die Summe aus allen teilte. Also x = X/(X+Y+Z) und so weiter. Wichtig an dieser Umformung ist die Tatsache, daß die Summen der Farbgewichte Eins ergibt (x + y + z = 1). Damit sind nur noch zwei der neuen Größen unabhängig, und sie kann man in einem zweidimensionalen Schaubild (einer Landkarte eben) zeigen. Genau dies tut das Diagramm der CIE. Die waagrechte Achse nimmt die Werte für x und die senkrechte Achse nimmt die Werte für y auf.
Das gezeigte Standarddiagramm ergibt sich, indem man eine Linie durch die Punkte zieht, die die umgerechneten Dreifarbenwerte (die «tristimulus values») für die verschiedenen angegebenen Wellenlängen einnehmen. Da es sich von 770 nm bis unter 450 nm um die Wellenlängen der Spektralfarben handelt, spricht man auch vom Spektrallinienzug. Wird spektrales Licht der Wellenlänge 400 nm (linker Randpunkt) mit entsprechendem Licht der Wellenlänge 770 nm (rechter Endpunkt) gemischt, stellt man fest, daß alle sich dabei ergebenden Farben auf der Linie liegen, die beide Punkte miteinander verbindet. Zeichnet man diese Gerade ein, ergibt sich die sogenannte Purpur-Linie, die das Diagramm abschließt.
Das CIE-Diagramm basiert zwar auf den Fähigkeiten des menschlichen Auges, die Übereinstimmung von Farben festzustellen, bleibt aber ein rechnerisches Konstrukt, dessen Vorteil darin liegt, daß die Position jeder Farbe in Relation zu jeder Primärfarbe berechnet werden kann, und zwar unabhängig von der speziellen Beleuchtung. Das chromatische Diagramm gewinnt seine Bedeutung auch dadurch, daß alle tatsächlich vorhandenen Farben innerhalb des zungenförmigen Zuckerhuts liegen müssen, der von den beiden erwähnten Linien umgrenzt wird. Angeführt sind dabei zunächst die oben erläuterten Lichtquellen A, B und C. Sie liegen auf einer Kurve, die mit Zahlen versehen ist. Diese geben Temperaturen an und basieren auf einem physikalischen Gesetz, mit dem das Licht, das ein schwarzer Körper aussendet — also seine Farbe — und seine Temperatur verknüpft sind. Wenn beispielsweise glühende Kohle oder kochender Stahl heißer werden, ändern sie auch ihre Farbe. Farben und Temperaturen hängen zusammen, und so kann die Physik dem Mittagslicht der Sonne den Wert 4870 Kelvin und der erwähnten Lampe den Betrag 2854 Kelvin zuordnen. Das Licht der aufgehenden Sonne ist etwa 1800 Kelvin «warm» (Kelvin ist die geltende Maßeinheit der absoluten Temperaturskala; 0 K = -273.15 °C).
Das CIE-Diagramm ist nur eine Ebene im Farbenraum, der die Lichtempfindungen aufnimmt. Andere Ebenen repräsentieren
Neben den erwähnten Aufgaben für die Farbmessung kann das CIE- Diagramm auch zur Namensgebung der Farben dienen. Die
Datierung: Die sogenannte Normfarbtafel der Commission International de l’Eclairage (CIE) gibt es seit 1931.
Herkunft: Commission Internationale d’Eclairage
Grundfarben: Rot, Grün und Blau
Form: Diagramm
Referenzsysteme:
Literatur: G. Wyszecki und W. S. Stiles, «Color Science», New York 1967; D. B. Judd und G. Wyszecki, «Color in Business, Science, and Industry», New York 1975; G. A. Agoston, «Color Theory and Its Application in Art and Design», Heidelberg 1979.