Farbsättigung

Die CIE-Normfarbtafel zeigt im Zentrum geringe, nach außen zunehmende Farbsättigung

Die Farbsättigung, auch Sättigung ist – neben Farbton und Helligkeit – eine der drei vom Menschen als grundlegend empfundenen Eigenschaften einer Farbe. Sie beschreibt die Qualität der Farbwirkung. Spezielle Wertigkeiten wie Buntheit, Farbigkeit (Farbintensität), Chromatizität, Farbtiefe, Brillanz, Graustich beschreiben verwandte Phänomene für bunte und unbunte Farben.

• Unbunte Farben sind Weiß, Schwarz und deren Mischungen in verschiedenen Grau ohne jeglichen Farbstich.
• Bunte Farben sind Farben mit Buntwirkung, also jeglicher vom neutralen Grau abweichenden Farbigkeit.

Solche Unterscheidung in der Farblehre – dem Sprachgebrauch entgegengesetzt – Weiß und Schwarz ebenso als ‚Farben‘ wie Rot oder Grün ist in der Beschreibung durch verschiedene Modelle begründet. Das Wort ‚bunt‘ bezeichnet also fachsprachlich das, was die Alltagssprache ‚farbig‘ nennt. Bunt (oder Buntheit) dagegen ist in der Farbtheorie die „Reinheit“, die bei Spektralfarben maximal ist, die also einen maximalen Farbsättigungsgrad haben. Mit dem Wort unbunt werden dagegen Farben bezeichnet die keinerlei „Farb“eindruck hinterlassen.

Grundlagen

Eine Farbe kann durch Angabe von drei Eigenschaften in einem Farbmodell eindeutig beschrieben werden. Werden sie quantifiziert, so spannt das Kartesische Produkt aller möglichen Werte einen dreidimensionalen Raum auf, den Farbraum.

Prinzipiell können die Achsen im Farbraum beliebig gelegt werden. Während die Achsen des Farbtons als intuitiv erkennbar und die der Farbhelligkeit als physikalische Messung des Lichtstroms recht einleuchtend sind, ist die Wahl der dritten Achse, die im Prinzip die „Farbkraft“ beschreibt, nicht so einfach und es ergeben sich je nach Farbmodell verschiedene Definitionen. Außerdem kommen hierbei einige Effekte der Farbwahrnehmung zum tragen, die über das dreidimensionale Modell hinausgehen, und ein fünfdimensionales Farbwahrnehmungsmodell mit Hintergrundbeleuchtung (Umgebungskontrast) und Gesamtlichteinfall oder (passender) der Adaptation des Auges daran erfordern würden.

Messwerte an Farbräumen

Farbton, Buntton (hue)

Diese Komponente geht vorrangig auf die Farbnamen zurück, die die Art der Farbempfindung mit Begriffen beschreiben. Auf Grundlage des Farbkreises können verbale Bezeichnungen auch alphanumerisch dargestellt werden, wie im System von Munsell.

Sättigung (saturation)

Gleichmäßige⁽¹⁾ Entsättigung in Unbunt (Neutralgrau)⁽²⁾

                                                                 

Die Sättigung beschreibt „wie stark sich ein farbiger Reiz von einem achromatischen Reiz unabhängig von dessen Helligkeit unterscheidet“^[1], also sein Abstand von der Unbunt-Achse (Schwarz–Weiß-Achse).

Verwendung:

• CIE-Normvalenzsystem
• DIN 6124 (Farbsystem nach Richter), hier als DIN-Sättigungsstufe S genannt
• HSV-Farbraum, der die Sättigung direkt als eine der drei Koordinaten verwendet
• Munsell-Farbsystem

Buntheit (chroma)

Gleichmäßige⁽¹⁾ Entfärbung in Unbunt (Weiß)

                                           

Die Buntheit beschreibt die relative Farbwirkung im Verhältnis zum Referenzweiß, also im Vergleich zu einem bestimmten hellsten Punkt eines Farbraums. Die Buntheit eignet sich als Messwert etwa für kegelförmige Farbräume, wo von der Spitze aus gemessen werden kann. Diese Systeme sind im Druckwesen praktisch, wo das Papierweiß die Nullfarbe darstellt, und für sattes Schwarz genausoviel Farbauftrag notwendig ist, wie für sattes Rot.

Verwendung:

• Im CMYK-Farbmodell des Vierfarbdrucks spricht man von Unbuntaufbau, Unbuntanteilen – das ist die Komponente des − für den Farbmetrik unnötigen, die Drucktechnik aber zielführenden – zusätzlichen Schwarzwerts (K) zu den drei Buntfarben Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y).

Chromatizität (chromaticity)

Das CIE-Farbmodell spricht explizit von englisch chromaticity (so als chromaticity diagram für die CIE-Normfarbtafel, das bekannte x-y-„Schuhsohlen“bild), sodass sich hierfür auch deutsch Chromatizität findet. Der Ausdruck soll sich vom allgemeinen englischen Ausdruck chroma für ‚bunt, farbig‘ abgrenzen. Da das x-y-Diagramm eine Projektion des Farbraums entlang der Schwarz–Weiß-Achse ist, fallen hierbei der Abstand zum Unbuntpunkt und der zum Weißpunkt zusammen, weil diese auf dieselbe x/y-Koordinate projiziert werden – in Diagrammen dargestellt ist dieser Punkt meist weiß, es handelt sich also um eine Ansicht den Farbraumes „von oben“, nicht einen Schnitt entlang der x-y-Ebene des CIE-Modells.

Grauanteil (Graustich, grayness)

Gleichmäßige⁽¹⁾ Entfärbung in Neutralgrau⁽³⁾

                                                      

Der Grauanteil (Graustich) ist die Verschiebung eines Farbortes in Richtung Graupunkt, er gibt an, wie stark eine Farbe ins Grau „entsättigt“ ist.

Dieser Messwert eignet sich speziell für kugelförmige Modelle und ist hier der Abstand zum Kugelmittelpunkt: Farben mit gleichem Grauanteil sind gleich „graustichig“, egal, ob Weiß, Schwarz, oder ein Buntton. Da aber verschieden Farbmodelle unterschiedliche Skalierungen an die Schwarz–Weiß-Achse legen, ist der Graupunkt, die „Mitte“ zwischen Schwarz und Weiß, in den diversen Modellen von anderer Farbhelligkeit. Solche möglichen Skalierungen sind photometrische oder visuelle, lineare oder logarithmische (dem Weber-Fechner-Gesetz folgend) oder durch Potenzen angenäherte Helligkeitswerte.

Der Grauwert kann für eine einzelne Farbe als Vektor angegeben werden, oder global als Vektorfeld: Das wird etwa in der Bildbearbeitung zur Farbkorrektur oder dem Gamut-Matching, der Anpassung der vorhandenen Farben an die darstellbaren Farben, benutzt.

Werte der Farbwahrnehmung

Die folgenden Begriffe gehen schon über ein rein dreidimensionales Farbmodell hinaus und beschäftigen sich mit Farbwahrnehmung einer Farbe im Kontext einer Umgebung, und Feinheiten des Sehsystems.

Farbigkeit oder Farbintensität

Die Farbigkeit oder Farbintensität ist die wahrgenommene Buntheit. Auch als colorfulness oder chromaticness bezeichnet stellt diese Komponente ein erweitertes Konzept der Sättigung dar.

Mit zunehmender Leuchtdichte nimmt auch der Eindruck von Sättigung zu^[2] – beleuchtete Flächen wirken farbstärker als bei wenig Helle, obwohl sie gemessen gleich gesättigt sind (dunkle Farben wirken farbiger als helle, gleich satte), umgekehrt verschwindet bei mangelnder Beleuchtung jegliche Wahrnehmungsfähigkeit für Buntheit (Dunkelsehen, „bei Nacht sind alle Katzen grau“).

$\mathrm{S{\ddot a}ttigung} = {\mathrm{Buntheit} \over \mathrm{relative Helligkeit}} = {\mathrm{Farbigkeit} \over \mathrm{Helligkeit}}$ ^[3]

relative Helligkeit ist hierbei die farbmetrische Helligkeit, Helligkeit die photometrische Helligkeit

Die Sättigung lässt sich mit einer Definition beschreiben, die auf Manfred Richter zurückgeht. Danach ist die Sättigung der Buntanteil am Gesamtfarbeindruck. Diese Definition wurde von E. Lübbe in die folgende Formel umgesetzt, die experimentell nachgewiesen mit dem visuellen Sättigungseindruck übereinstimmt.^[4]

$S=\frac{C}{\sqrt{C^2+L^2}} 100 %$

S Sättigung, L Helligkeit, C Chroma, Buntheit

Entsättigung in vergleichbares Grau

                                           

Allerdings wirken Blautöne – bei gleicher farbmetrischer Sättigung und gleicher Beleuchtung – deutlich dunkler als andere Farbtöne. Gelb wirkt von Natur aus besonders hell. Um auf visuell gleichmäßige Skalen zu gelangen, verwenden farbmittelorientierte Systeme daher Konzepte der Farbwirkung, die von der photometrischen Sättigung und dem Farbton abhängen.

Verwendung:

• Auf diesen Effekt geht etwa das ungarische Coloroid-System ein (Coloroid saturation T)^[5]
• Das NCS-Farbmustersystem verwendet die Buntheit als Vollfarbenanteil (engl. chromaticness)^[6]

Farbtiefe

Auch als color depth, Brillanz (brilliance) und Farbreinheit (hue purity) bezeichnet.

Die Farbtiefe beschreibt die scheinbare Sättigung realer Farbmittel in der Anwendung, und ist ein Maß, wie stark sich die Farbstärke (Färbekraft) des Mittels auf den Farbauftrag auswirkt. Die reine Dicke der Farbschicht selbst wirkt sich auf die Farbigkeit ebenso aus wie das Durchscheinen des Untergrunds, so wirken manche Ölfarben aus der Tube stumpf oder einfach schwarz, und zeigen ihre Farbkraft erst beim fein ausmalen (Lavurfarben). Dasselbe gilt für Aquarellfarben. Diese Erscheinung findet sich auch in der chinesischen Tuschemalerei, wo selbst mit (gesättigt) schwarzen Tuschen durch feinste Farbstiche des Farbmittels in der Lavur und die Wechselwirkung mit der Malseide enorme farbliche Wirkung erzeugt wird.

Farbwirkung ist eine Folge der Spektralverteilung, verschiedene Spektren können durchaus denselben Farbeindruck erzielen. Dadurch unterliegen Körperfarben nicht mehr einer theoretischen additiven Farbmischung, zwei hochbunte, schöne Pigmente können zusammengemischt eine erstaunlich trübe Farbe ergeben. Brillanz ist ein Maß für die Spektalverteilung – auf Farbe bezogen, ist Farbreinheit^[7] der Anteil des Spektrums, der auf die Frequenz der farbtongleichen Spektralfarbe entfällt: Je brillanter das Spektrum, desto gesättigter der Farbton, und desto besser eignen sich diese Pigmente oder Farbstoffe für gesättigtes und farbreines Mischen untereinander.

Dazu kommen noch zahlreiche weitere Effekte^[8], die die Farbwirkung farbiger Oberflächen beieinflussen. Glanz ist vom gerichteten Licht punktförmiger Lichtquellen abhängig, durch die auf glänzenden Oberflächen oder transparenten Materialien durch Spiegelung der Lichtquelle oder Brechung des Lichts entstehen. Daher wirken etwa gefirnisste Ölbilder farbiger als solche ohne Deckanstrich, und nasse Flächen bunter als trockene. Effekte wie das Tiefenlicht (Reflexionen aus dem Inneren des Farbkörpers) kommen ebenfalls zum tragen, was in der Maltechnik durch sorgfältigen („altmeisterlichen“) Malschichtenaufbau unterstützt wird. Eine Hochblüte der farblich intensiv wirkenden, obschon in gebrochenen – unbunten – Farben gemalten Bildern erlebt diese Technik in Renaissance und Barock, wie bei den Niederländern um Rembrandt, oder dem Sfumato des da Vinci, daher der Ausdruck. In Reproduktionen solcher Objekte verschwinden diese Effekte, sie sind nur am Original festzustellen.

Anwendungen

Sättigungsstufen, von unten links über oben nach unten rechts zunehmend: Unten links ein Schwarzweißbild, rechts ein übertrieben farbiges Bild

Buntheit im Alltag

In nicht sonderlich präziser Ausdrucksweise heißt „bunt“ – neben „vielfarbig“ – im allgemeinen Sprachgebrauch auch „hohe Farbtiefe“. Unbunt bedeutet „nicht bunt“ und wird in der deutschen Umgangssprache nicht verwendet, sondern die Farbe Grau wird unpräzise als „farblos“ bezeichnet, Schwarz mit „dunkel“ gleichgesetzt und Weiß als wegzudenkende übliche Farbe des Hintergrundes angenommen.

Siehe hierzu Farbton, Helligkeit, bunte und unbunte Farben im Artikel Farbe

Im Kontext der Beschränkungen, die der Gebrauch von Farbmitteln auferlegt, werden etwa Pigmente abnorm hoher Sättigung, wie Preußischblau, Karmin als „hochbunt“ bezeichnet. Diese sind weder drucktechnisch noch auf Bildschirmen korrekt wiederzugeben.

Im Kontext des Ausdruckes „Brillanz“ sind farbsatte oder hochbunte Flächen, farbintensive Leuchtfarben, farbtiefe Signalfarben und glänzende Flächen mit Glanzlack oder Effektpigmenten (Perlglanz, Metallizé), wie auch allgemein beleuchtete und selbstleuchtende Flächen im allgemeinen Verständnis „leuchtend“, „bunt“, „farbig“ oder „farbintensiv“, auch „Neonfarben“. Insgesamt setzen all diese Farbeindrücke die Fläche von der Umgebung ab und sind im Sicherheitswesen und in der Werbung von Vorteil. Die technische Entwicklung und der entstehenden Möglichkeiten führte zu etwas wie einer „Inflation an Buntheit“, die daraus folgend wieder neue Farbmittel oder technische Effekte erfordert.

Fotografie und Filmkunst

In der analogen Aufnahmetechnik kann der Fotograf zum Zeitpunkt der Aufnahme nur begrenzt in die Farbsättigung eingreifen; Hilfsmittel sind hier optische Filter, wie Skylight- oder Polfilter. In der digitalen Aufnahmetechnik kann die Farbsättigung dagegen bereits zum Zeitpunkt der Aufnahme variiert werden. Eine farbneutrale Aufnahme erhält man nur im Rohdatenformat, während die Kameraelektronik sonst ausnahmslos bereits eine Bildverarbeitung vornimmt.

Bildbearbeitung, Desktoppublishing und Druckwesen

Weil die drei Größen Farbton, Sättigung und Helligkeit das menschliche Farbsehen viel besser nachstellen, als etwa das in der elektronisch-optischen Darstellung maßgebliche RGB-Farbsystem oder YUV-Farbsysteme und das CMYK-Farbsystem des Druckwesens, arbeitet man in der Bildverarbeitung ausschließlich mit HSV-Systemen, um Bilder nachzubearbeiten.

Farbräume sind ideale Strukturen und durch die technischen Möglichkeiten der Farbdarstellung auf Bildschirmen und Monitoren oder im Druck) begrenzt. Deshalb ist im High-End-Bereich unbedingt die Berücksichtigung der maximalen Farbsättigung der Darstellung nötig, Gamut-Matching – aber auch diese schwankt je nach Farbton.

• Allgemein sind gesättigte Farbtöne nicht und Grüntöne viel schlechter optisch-technisch darstellbar als Rot- und Blautöne. Das im Eingangsbild gegebene Wide-Gamut-RGB-Dreieck, das den Sättigungsumfang eines modernen Monitors darstellt, und seine Farbabstände zum Randzug des CIE-Diagramms (also der gesättigsten Farbtöne) stellt das technisch Machbare gegen die Leistungsfähigkeit des menschlichen Auges darstellt).
• Für die Farbdarstellung mit Monitoren besteht das Problem, dass die grünen und roten Leuchtmittel die blauen an Farbigwirkung bei Weitem übertreffen. Auf Röhrenmonitoren wurde dies durch höhere Energiedichte des Kathodenstrahls korrigiert. Die Entwicklung der Flachbildschirme (LED-Bildschirme) wurde erst in den 1990er Jahren durch die Entwicklung von hochbrillanten Blau-LEDs möglich, geeignete Rot- und Grün-LEDs gab es schon seit den 1960er Jahren.
• Übliche Bildschirme arbeiten auf Basis eines RGB-Raumes (Rot, Grün, Blau). Gelb, Türkis (Cyan) und Magenta werden durch Aktivieren zweier Pixel „ermischt“, diese sind zwar doppelt so hell, aber weniger gesättigt – das visuelle Wahrnehmungssystem gleicht das durch die folglich höhere (visuelle) Farbigkeit (Farbintensität) etwas aus. Im Druck sind die Pigmente für Cyan, Magenta und Gelb (CMY) die Grundfarben, hierfür wird Rot, Grün, Blau nur „ermischt“ und technisch wird bei hohen Ansprüchen durch Sechsfarbendruck oder Schmuckfarben für nötige hochgesättigte Farbtöne ausgeglichen.

Druck und Malmittel

Volltonfarben sind Farben von maximal darstellbarer Farbsättigung beziehungsweise Buntheit, sowohl im farbmetrisch absoluten Sinne, als auch im Druckwesen, wo sie als Schmuckfarbe eingesetzt werden, oder als Abtönfarbe hoher Färbekraft bei Anstrichmitteln.

Alterung

Fast alle Farbmittel altern, egal ob Farbstoffe und Pigmente durch chemische Zersetzung oder Bildschirme durch die beständige Anregung. Folglich sinkt die reine Lichtausbeute und insbesondere zunehmend wird die Sättigung geringer.

Weil Bildschirme auf additiver Farbmischung beruhen, die Farbsättigung also direkte Folge des abgestrahlten Lichts ist, sinkt nur die absolute Sättigung, nicht aber die relative zum maximalen Weiß (Farbigkeit). Alternde Bildschirme werden nur insgesamt „flau“. Wohl altern aber die drei Farbmittel der Pixel-Grundfarben unterschiedlich schnell, diese Abweichungen bleiben aber bei Handelsware unter der Lebensdauer – im kritischen gewerblichen Bereich wird aber regelmäßig nachkalibiriert.

In Malerei und Druck ist die Alterung direkt von den Farbmitteln abhängig, jedes verliert seine Farbigkeit unterschiedlich. Farbmittel sind nicht nur darum umso wertvoller, je brillanter sie frisch sind^[9], sondern auch, wie lange sie halten. So wären etwa Chlorophyll (grün) oder auch das chemisch verwandte rote Hämoglobin, aber auch Zinnober hochsatte Farbmittel, sie oxidieren aber innerhalb kurzer Zeit zu Braun. Während etwa Eisenoxidpigmente fast nicht altern, aber von Natur aus wenig farbsatt sind.

In der Geschichte der Malerei war man immer auf der Suche nach brillanten und stabilen Pigmenten, so wurden Edelsteine pulverisiert zu Farbmitteln. Wie Lapislazuli, ein bis heute nur vereinzelt übertroffen farbsattes Pigment.^[10] Weitere wenig alternde, hochfarbsatte Farbmittel sind Blattgold und andere Schlagmetalle, die zum Gutteil hochgiftigen Pigmente, wie Schweinfurter Grün (Arsen), orangerote bleihaltige Mennige, Chromgelb und -rot (blei- und chromhaltig) sowie die roten bis gelben Cadmiumfarben.

Außerdem sind viele Farbmittel gegen andere Einflüsse, wie UV-Strahlung oder Säuren und Basen nicht resistent. Bei historischen Bildern ist eine Abschätzung der originalen Farbwirkung eigentlich nur im Fresko möglich, wo ein reduzierter Satz (Kirchenmaler-Palette) an chemisch stabilen Pigmenten verwendet werden konnte. So überrascht die Farbenpracht Michelangelos, die bei der richtungweisenden Restaurierung der Sixtina festzustellen war. Nach etwa 150 Jahren Farbmittelentwicklung stehen mit Farbmitteln wie den Kobaltpigmente (blau bis grün), Hansagelb, Spinell- und RutilMischphasenoxidpigmenten (grün/blau, gelb), Phthalocyaninen (blau bis grün, dem Chlorophyll und Hämoglobin verwandt) oder mit den Pyrrolpigmenten (rot) und Chinacridone (gelb, orange, rot bis magenta) eine ganze Palette hochbrillanter und dazu auch stabiler Farbmittel zur Verfügung.^[10][11]

Weblinks

 Commons: bunt – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• color vision. colormaking attributes. In: handprint. watercolors. Abgerufen am 2010 (englisch, umfassender Essay zum Thema). 
• Farbsättigung der Bilder mit Gimp bearbeiten

Einzelnachweise

1. ↑ Definition: Zwisler, Farbe nach Wyszecki und Stiles (1982, S. 487) (10. Mai 2006)
2. ↑ Rainer Zwisler: Farbwahrnehmung. Physikalische und physiologische Grundlagen. Besondere Phänomene. Abgerufen: 10. Mai 2006
3. ↑ Zwiesler, Farbe (10. Mai 2006)
4. ↑ Eva Lübbe: "Farbe im Kopf-Farbsysteme in der Realität," Muster-Schmidt, Gleichen Zürich 2008. ISBN 978-3-7881-4057-1.
5. ↑ Coloroid-System. In: virtual color nuseum. echo productions, abgerufen am 15. März 2010 (englisch). 
6. ↑ Explanations of terms relating to the Natural Colour System: Chromaticness. In: NCS Glossary. NCS Colour Centre for the UK and Ireland, abgerufen am 15. März 2010 (englisch). 
7. ↑ MacEvoy gibt eine ausführliche Definition des Begriffs. (10. Mai 2006)
8. ↑ the secret of glowing color. Handprint
9. ↑ hue purity of watercolor paints. Handprint
10. ↑ ^{a b} Abb. CIELAB estimates of chroma and hue purity in colormaking attributes → optimal color stimuli. Handprint
11. ↑ the secret of glowing color → how dilution affects chroma. Handprint

Die in diesem Artikel verwendeten Farben werden auf jedem Monitor anders dargestellt und sind nicht farbverbindlich. Eine Möglichkeit, die Darstellung mit rein visuellen Mitteln näherungsweise zu kalibrieren, bietet das nebenstehende Testbild: Tritt auf einer oder mehreren der drei grauen Flächen ein Buchstabe („R“ für Rot, „G“ für Grün oder „B“ für Blau) stark hervor, sollte die Gammakorrektur des korrespondierenden Monitor-Farbkanals korrigiert werden. Das Bild ist auf einen Gammawert von 2,2 eingestellt – den gebräuchlichen Wert für IBM-kompatible Computer. Apple-Macintosh-Rechner hingegen verwenden bis einschließlich System 10.5 („Leopard“) standardmäßig einen Gammawert von 1,8, seit dem System 10.6 („Snow Leopard“) kommt Gamma 2,2 zum Einsatz.

⁽¹⁾ Diese Skalen sind numerisch homogen, die Schwankungen zwischen den Farbtönen liegen an den im Artikel beschrieben Effekten

⁽²⁾ Neutralgrau eines handelsüblichen Monitorgammas

⁽³⁾ Numerisches Neutralgrau