Leuchtmittel und Farbwiedergabe

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Was macht ein gutes Foto aus?
Neben einem schönen Motiv auf jeden Fall brillante Farben und satte Kontraste.

Um die Farben unter Wasser wieder sichtbar zu machen sind wir auf künstliche Lichtquellen angewiesen. (Artikel: Sicht unter Wasser) Als Beleuchtung kommen hier unterschiedliche Leuchtmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften zum Einsatz.

In der rechten Aufnahme sind deutlich mehr unterschiedliche Farben zu sehen

So spielen nicht nur die maximale Lichtleistung und das Leuchtbild der Lampe eine Rolle. Eine weitere oft vernachlässigte Eigenschaft ist die optimale Farbwiedergabe durch eine zusätzliche Lichtquelle.

Die Farbwiedergabe bezeichnet also die Fähigkeit eines Leuchtmittels einen möglichst großen Farbbereich des sichtbaren Spektrums zu reproduzieren.

Im internationalen Gebrauch wird die Bezeichnung CRI (Color Rendering Index), im deutschen Ra verwendet. Dieser prozentuale Wert gibt an, wie viel des für den Menschen sichtbaren Spektrums durch das Leuchtmittel wirklich sichtbar gemacht werden können.

Einige Leuchtmittel wie Glühlampen haben eine sehr gute und natürliche Farbwiedergabe. Andere Lichtquellen wie LEDs haben, auch wenn sie reinweiß wirken einen deutlich reduzierten Spektralbereich.

 

Dazu eine kurze Exkursion in die Farbwahrnehmung:

Brechen wir das weiße Tageslicht mit einem Prisma sind sämtliche Regenbogenfarben von Rot über Gelb bis hin zu Umbra und Violett zu sehen. Daher wird bis heute gelehrt, die Summe aller Farben ergibt die „Farbe“ Weiß.

Spektralzerlegung des Sonnenlichts

Spektralzerlegung des Sonnenlichts

Um 1850 beschrieb der Wissenschaftler Hermann von Helmholtz jedoch die sogenannte Dreifarbentheorie. Diese besagt, dass sich in unseren Augen drei verschiedene Farb-Rezeptoren befinden, die auf Rotes, Blaues und Grünes Licht reagieren. Nach seiner Annahme lässt sich auch durch die Vermischung allein dieser drei Grundfarben ein für uns weißer Farbeindruck erzeugen.

Dieser Effekt wurde Anfang des 20. Jahrhunderts bewiesen und kommt heute vielerlei in der Praxis zum Einsatz.
Displayhersteller machen sich diese Methode zur Farbmischung schon länger zu Nutze. Hier werden unterschiedliche Farben nach dem RGB-Prinzip (Rot, Grün, Blau) je nach Intensität der einzelnen Grundfarben in einem einzelnen Pixel erzeugt.

Doch auch bei einzelnen LED-Chips findet diese Forschung Anwendung. Um eine bessere Effizienz zu erreichen, werden die Chips so gefertigt, dass sie nicht das ganze Spektrum abdecken. Stattdessen stellt man bei genauer Betrachtung fest, hier nur oft nur Blau und Gelb (mit wenig Rot und Grünanteilen) kombiniert werden um ein einen weißen Farbeindruck zu erzeugen.

Spektralzerlegung des Lichts einer LED

Spektralzerlegung des Lichts einer LED

Wenn wir nun weißes Licht von einer LED im Prisma brechen, werden wir feststellen, dass in der Spektralzerlegung nicht mehr alle Teile des Lichts gleichermaßen vorhanden sind.

Durch unsere Erfahrung, wie Gegenstände und Farben ursprünglich aussehen – Ein Apfel ist Rot, eine Gurke grün – ist unser Gehirn mit den sogenannten Gedächtnisfarben in der Lage fehlende Farben zu kompensieren und scheinbar trotzdem wahrzunehmen.

Anders verhält es sich mit der Kamera. Sie bildet Farben so ab, wie sie wirklich vorhanden sind, was zu für uns sichtbaren Fehlfarben führen kann, die nachträglich nur bedingt wieder hergestellt werden können.

 

Farbwiedergabe verschiedener Leuchtmittel

 

Glühlampen

Farbwiedergabe Halogen

Halogen Leuchtmittel

Noch bis vor einigen Jahren waren die meisten Tauchlampen mit Halogenlampen ausgestattet.

Halogenlampen gehören wie die klassischen Glühbirnen zu den sogenannten Temperaturstrahlern. Hier wird ein Draht von Drom durchflossen, der dadurch beginnt immer heller zu glühen.
Diese Temperaturstrahler haben die Eigenschaft, Licht über das gesamte Farbspektrum gleichmäßig zu erzeugen und entsprechen damit einem Tageslicht ähnlichen Ideal.

Das weiß der Halogen und Glühlampen ist sehr gleichmäßig und macht somit sämtliche Farben des Spektrums gleichermaßen sichtbar. Nachteil dieser Leuchtmittel ist die enorme Verlustleistung in Form von Wärme. (Infrarotbereich im Schaubild rechts). Dabei werden nur etwa 15lm / Watt erzeugt. Das bedeutet, dass die Glühlampe verhältnismäßig ineffizient ist, dafür ein sehr gleichmäßiges Licht erzeugt und die Farben sehr brillant und vielfältig darstellt.

Die Ineffizienz ist auch der Grund, warum die Glühlampen im Haushalt durch einen Beschluss der EU sukzessive Verboten werden. Über den Sinn und Unsinn lässt sich streiten…

Hier im Schaubild ist zu sehen, wie die Farbintensität gleichmäßig in Richtung der größeren Wellenlänge ansteigt. Hierdurch ergibt sich ein warmer, natürlicher Farbeindruck.

 

LED

Farbwiedergabe LED

LED-Leuchtmittel

Ein noch recht junges Leuchmittel ist die LED, eine kleine Diode, die Licht aussendet. (Light Emmitting Diode)

Bei der Herstellung (Massenfertigung) tut sich eine riesige Bandbreite unterschiedlicher Qualität der Leuchtmittel auf.
Lampenhersteller hochwertiger Leuchten setzen auf Selektierte Leuchtmittel. Das heißt hier werden vor dem Einbau in die Lampen Muster zur Hand genommen und abgeglichen. Nur wenn die Lichtfarbe, Helligkeit und sonstige Eigenschaften übereinstimmen werden diese LEDs verbaut.

In günstigeren Lampen werden LEDs zweiter Wahl mit deutlich größerem Spielraum in der Farbe und dem Leuchtbild verbaut. Das macht sich dann bemerkbar, wenn mehrere Lampen des selben Herstellers verglichen werden. Hier können deutlich sichtbare Farbabweichungen auftreten.

LED 60lm/Watt – verschiedene RA-Werte von 60 (dritte Wahl) bis hoch zu 95 – teuer und selektiert

 

Blitz (Xenon)

Xenon-Blitz

Eine Besonderheit unter den Leuchtmitteln sind die Blitzröhren. Hierbei handelt es sich um gasgefüllte Glasröhrchen. Mit Hilfe von Kondensatoren werden diese Röhren unter einer Spannung von bis zu 400 Volt gezündet.

Dabei wird das Licht innerhalb kürzester Zeit abgegeben. Neben dieser Eigenschaft, die die Bilder quasi einfriert, weisen die Xenon blitze eine hohe Farbtreue auf.

Bis auf eine erhöhte Wiederaufladezeit des Kondensators ist die Belichtung durch einen Blitz aktuell die qualitativ beste Methode.

Farbwiedergabe Blitz

 

Gasentladungslampen

Höhlentaucher und Arbeitstaucher greifen schon lange auf HMI-Leuchtmittel zurück. Diese gehören in die Kategorie der Gasentladungslampen, die auch unter den Bezeichnungen HID, HQI oder CDM zu finden sind.

Anders als Halogenbrenner benötigen die Gasentladungslampen einige Zeit zum Zünden. Dann aber haben sie einen deutlich geringeren Verbrauch und liegen mit ca. 95lm / Watt in einem sehr effizienten Bereich. Gleichzeitig weisen die HMI oder CDM Leuchtmittel einen hohen Farbwiedergabeindex auf der bei etwa 95 liegt.

Dafür erzeugen die Leuchtmittel eine enorme Hitze und sind anfällig für Stöße und Erschütterungen.

Im Schaubild ist deutlich zu sehen, dass das Spektrum leichte Spitzen aufweist. Diese fallen auf Foto-und Videoaufnahmen aber nicht ins Gewicht.
Farbwiedergabe HMI

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