Lichtfarbe, Farbwiedergabe, Farbwiedergabeindexwert - Erläuterung von Begriffen zur Lichtqualität
Hallo liebe Leser_innen,
vielen Dank für Ihr erneutes Interesse, unseren Blog zu besuchen und, so hoffen wir, die ein oder andere für Sie nützliche Information erhalten zu haben. Heute thematisieren wir Kriterien von Kunstlicht, die einen erheblichen Einfluss auf die wahrgenommene Qualität des Kunstlichts haben.
Ihnen ist sicherlich schon einmal aufgefallen, dass das Licht der Sonne abhängig von der Uhrzeit sich in seiner Farbe stark unterscheidet. Das Licht der Morgen- und Abenddämmerung wirkt sehr warm, während das Licht der unmittelbar vor dem Sonnenaufgang oder nach dem Sonnenuntergang, die sogenannte blaue Stunde, kühl wirkt. Der Grund dafür für die unterschiedliche Wahrnehmung des Lichts liegt in der Zusammensetzung des Farbspektrums des Lichts.
Farbspektrum
Die Lichtfarbe setzt sich aus der Gesamtheit des vom menschlichen Auge wahrgenommenen Lichts zusammen. Die Lichtfarbe setzt sich aus einzelnen „Teilfarben“ zusammen, die von dunkelviolett, blau, türkis, grün, gelb, orange bis hin zu rot reichen. Diese Teilefarben unterscheiden sich in der Länge der Lichtwelle und reichen von 380 Nanometern für Dunkelviolett bis hin zu 780 Nanometern für Rot. Je nachdem, wie intensiv die einzelnen Teilfarben des Lichts sind, erscheint das Licht rötlich-warm, neutral bis hin zu kühlem Blau.
Auf dem oberen Bild ist zu erkennen, dass die Anteile des rötlichen Farbspektrums eine relative Intensität von bis zu 75 Prozent erreichen, während die blauen und violetten Spektralanteile maximal 40 % erreichen. Daher erscheint das Licht zur Dämmerung besonders warm. Mittags hingegen erreichen die Teile des violetten und blauen Spektrums Intensitäten von 80 % bis 95 % Prozent gegenüber den warmen Farbspektren mit bis zu 50 % Intensität, weshalb das Licht zur Mittagszeit tendenziell kühler wirkt.
Lichtfarbe
Die Lichtfarbe ist also die Zusammensetzung der relativen Spektralintensitäten wieder. Eine Angabe des gesamten Lichtspektrums ist allerdings für Laien sehr verwirrend, weshalb sich die Angabe der Farbtemperatur durchgesetzt hat. Jede einzelne Farbtemperatur steht stellvertretend für eine bestimmte Zusammensetzung des Farbspektrums, erfolgt aber in einem einzelnen quantitativen Wert, z. B. 2700 K.
Bestimmung der Farbtemperatur
Die Farbtemperatur basiert auf dem Planck’schen Strahler, einem idealisierten Festkörper, der alles Licht absorbiert. Mit zunehmender Temperatur erscheint der Strahler zunächst rot, dann orange, gelb, weiß bis hin zu blau. Temperaturen werden in der Physik in der Einheit Kelvin gemessen. Bei einer Temperatur von 2000 Kelvin erscheint der Planck’sche Strahler bernsteinfarben/orange, bei 2700 K gelblich, bei 5000 K neutralweiß und bei 10000 K bläulich.
Die Kennzeichnung der Lichtfarbe von Leuchtmitteln orientiert sich an diesem Schema: Der Farbton der Lichtquelle wird in der Farbtemperatur angegeben, die der entsprechenden Oberflächentemperatur des Planck’schen Strahlers entspricht.
Generell werden Leuchtmittel in die Lichtfarben warmweiß (bis 3300 K), neutralweiß (3300 - 5300 K) und tageslichtweiß (über 5300 K).
Beispiele für die Farbtemperatur von Lichtquellen
| Lichtquelle | Farbtemperatur |
| Kerze | 1500 K |
| Glühlampe (60W) | 2700K |
| Glühlampe (100W) | 2800K |
| Abendsonne vor Dämmerung | 3400K |
| Leuchtstofflampe neutralweiß | 4000K |
| Morgen-/Abendsonne | 5000K |
| Mittagssonne | 5500K |
| Elektronenblitzgerät | 5500K |
| Bedeckter Himmel | 6500-7500K |
| wolkenloser Himmel blaue Stunde | 9000-12000K |
| Klares blaues nördliches Himmelslicht | 15000-27000K |
Klassische Wohnraumbeleuchtung weist eine Farbtemperatur von 2700K auf, der Farbtemperatur von Glühlampen, wie Sie der Tabelle entnehmen können. In den gemäßigten Breiten Mitteleuropas wird warm weißes Licht von vielen Menschen auch deshalb bevorzugt, weil es aufgrund seiner Farbe mit Wärme assoziiert wird, ein Effekt, der vorwiegend in den dunklen Wintermonaten zum Tragen kommt. In Südeuropa und anderen warmen Regionen der Erde werden daher oft tageslichtweiße Leuchtmittel bevorzugt, da das bläuliche Licht einen Eindruck von Kälte und damit Abkühlung verspricht.
Mitteleuropäer verwenden in Räumen, in denen eine gute Farbwiedergabe nötig ist, auch häufig neutralweiße Leuchtmittel, dazu gehören Arbeitszimmer, Küche und Badezimmer.
Farbwiedergabeindexwert
Der Farbwiedergabeindexwert dient dem Vergleich der Qualität von Kunstlicht und Sonnenlicht. Das Licht der Sonne enthält sämtliche für das menschliche Auge sichtbaren Spektralanteile, von violett bis tiefrot, wenn auch je nach Uhrzeit in unterschiedlicher Verteilung der Intensität einzelner Wellenlängen. Bei Kunstlichtquellen ist dies oft nicht der Fall, so gibt es Leuchtmittel wie Kompaktleuchtstofflampen oder einfache LED-Lampen, die nur gewisse Anteile des gesamten Farbspektrums in hoher Intensität wiedergeben. Die Folge ist eine unnatürliche Wirkung des Lichts, indem unter anderem die Hauttöne einer Person unter Kunstlicht fahl wirken, unter Sonnenlicht aber nicht.
Um die Qualität von Kunstlicht beurteilen zu können, wurde der Farbwiedergabeindex Ra (respektive CRI im englischsprachigen Raum) entwickelt. Dieser normiert das Licht der Sonne mit dem Referenzwert 100, was dem Idealwert entspricht, da es das volle Spektrum des sichtbaren Lichts mit einer Mindestintensität wiedergibt. Der Wert wird berechnet, indem die Abweichung von 14 normierten Testfarben bestimmt und daraus das arithmetische Mittel errechnet wird. Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass eine Lampe mit hohem Farbwiedergabeindexwert alle Farben gleich gut wiedergeben kann, da das Licht einer Glühlampe (Ra-Wert bis zu 100) nahezu kein blaues oder violettes Licht, dafür umso mehr rote Spektralanteile enthält.
In Bezug zur Farbwiedergabe Leuchtmitteln in Innenräumen lässt sich folgende Aussage tätigen: Sie sollten einen Ra-Wert von mindestens 80 aufweisen, für besondere Tätigkeiten zur Bestimmung von Farben beispielsweise in Druckereien sollte der Wert mindestens 90, besser 95 aufweisen.
Unten sehen Sie Beispiele für verschiedene Leuchtmittel:
Die Natrium-Niederdruckdampflampe (heutzutage nur noch für Straßenbeleuchtung in Südeuropa verwendet) hat einen extrem niedrigen Ra-Wert (20-44), da sie Licht nur im Bereich um 580 nm emittiert.
Das Farbspektrum von Halogen-Leuchtmitteln hingegen strahlt das gesamte Spektrum ab, allerdings mit einer extremen Betonung des warmen Lichtspektrums. Halogenleuchtmittel erreichen aufgrund ihrer guten Farbwiedergabe der Testfarben einen Ra-Wert von bis zu 100.
Das Lichtspektrum einer warmweißen LED-Lampe mit 2700 Kelvin erreicht das Intensitätsmaximum im bläulichen Farbspektrum, durch die Beschichtung wird aber eine breite Wiedergabe der Spektralbereiche ermöglicht. LED-Leuchtmittel erreichen heutzutage in bester Qualität Ra-Werte von bis zu 97.
Kombinierte Angabe von Farbwiedergabeindex und Lichtfarbe auf Leuchtmitteln
Eine international gültige Farbbezeichnung für Lichtfarbe und Farbwiedergabe hilft bei der Orientierung, wenn Lichtquellen getauscht oder die Lichtatmosphäre im Raum gezielt verändert werden soll. Drei Ziffern geben Auskunft über die jeweilige Leuchtquelle. So kennzeichnet etwa die Ziffer 840 eine Leuchtstofflampe mit einem Farbwiedergabe-Index von 80 bis 89 und einer Farbtemperatur von 4.000 K (= neutralweiß).
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