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25.10.2011

Trügerisches Licht

Warum Leuchtstoffröhren die Beurteilung von Farbtönen beeinflussen können

Beim Modekauf ist der Effekt berüchtigt: Die Farbe der eben erstandenen Bluse, die im Laden noch so gut gefallen hatte, erweist sich bei Tageslicht betrachtet als Enttäuschung – sieht sie draußen doch plötzlich etwas anders aus: Das vermeintliche Gelb hat auf einmal einen Grünstich und das Zartrosa hat sich in der Sonne zu einem doch eher kräftigen Farbton gewandelt. Schuld an diesen Farbverschiebungen ist das Kunstlicht: Da es ein anderes Farbspektrum aufweist als das Tageslicht, erscheinen damit beleuchtete Objekte für den Menschen in anderen Farben.

Das Sonnenlicht ist die Referenzgröße, auf der die Beurteilung von Farbe durch den Menschen beruht. Foto: jarts, Photocase.com
Sonnenlicht, Foto: jarts

Auch wenn es zunächst widersinnig klingt: Die Sonne kommt dem Ideal, das Physiker als "Schwarzen Körper" bezeichnen, schon ziemlich nahe, auch wenn sie alles andere als schwarz ist. Das Spektrum des von ihr ausgesandten Lichts zeigt in guter Näherung den Verlauf, den die Strahlungsgesetze für einen solchen idealisierten Körper vorhersagen. Der entscheidende Punkt für die menschliche Wahrnehmung ist hierbei, dass es sich zumindest im sichtbaren Bereich um ein weitgehend kontinuierliches Spektrum ohne allzu große Lücken oder Sprünge handelt.

Dieses Sonnenspektrum hat in den Jahrmillionen der Evolution das menschliche Farbensehen geprägt. Wird ein Gegenstand nun mit Licht mit einer davon abweichenden spektralen Verteilung beleuchtet, kann sich auch die Farbwahrnehmung verschieben. Genau dies ist bei vielen Kunstlichtquellen der Fall, deren Spektrum manchmal extrem von dem kontinuierlichen Spektrum der Sonne abweicht.

Besonders drastisch ist dieser Effekt bei den gelben sogenannten Natrium-Dampflampen zu beobachten, wie sie häufig für die Beleuchtung von Straßen oder Fußgängerüberwegen eingesetzt werden. Sie senden nur Licht in einem extrem eng umrissenen, gelben Wellenlängenbereich aus. Daher erscheinen alle mit diesem Licht beleuchteten Oberflächen gelblich und die Unterscheidung von Farben ist praktisch unmöglich.

Billige Leuchtstoffröhren ermöglichen nur eine sehr schlechte Farbwiedergabe. Foto: Nullpunkt, Photocase.com
Leuchtstoffröhre, Foto: Nullpunkt

Ganz so extrem ist die Veränderung der Farbwahrnehmung bei den meisten anderen Kunstlichtquellen jedoch nicht. Gewöhnliche Glühlampen etwa weisen ein ähnlich kontinuierliches Spektrum wie das Sonnenlicht auf. Da der Glühfaden dabei jedoch lediglich Temperaturen von rund 2700 Kelvin erreicht (was etwa 2400 Grad Celsius entspricht), die Sonnenoberfläche hingegen etwa 5800 Kelvin (5500 Grad Celsius), ist das Spektrum der Glühlampe leicht in Richtung Rot verschoben: Dieses etwas rötlichere Licht wirkt wärmer, was jedoch nur einen geringen Einfluss auf die Beurteilung von Farbe hat.

Anders sieht es jedoch bei vielen Leuchtstoffröhren und bei Energiesparlampen aus: Hier glüht kein Draht wie bei der Glühlampe und sendet ein kontinuierliches Spektrum aus, sondern die Elektronen von Gasatomen werden in einen angeregten Zustand versetzt, aus dem sie unter Aussendung von Licht wieder in den Grundzustand zurückfallen. Da die jeweilige Energiemenge bei der Abstrahlung quantenphysikalisch vorgegeben ist, beschränken sich die Wellenlängen des ausgesandten Lichts auf einen engen Abschnitt. Bei den vielfach eingesetzten Quecksilberlampen liegt dieser meist sogar im unsichtbaren UV-Bereich. Daher werden die Röhren innen mit speziellen Stoffen beschichtet, die diese Strahlung absorbieren und Licht in einem anderen Wellenlängenbereich wieder abgeben. Diese Leuchtstoffe haben den Röhren auch ihren Namen gegeben.

Durch eine geschickte Auswahl der Leuchtstoffe lässt sich der Wellenlängenbereich des abgestrahlten Lichts gezielt beeinflussen. So kann ein Spektrum erzeugt werden, das einen größeren Bereich von Wellenlängen umfasst. Sogenannte Dreibanden-Leuchtstofflampen etwa erzeugen durch die Kombination verschiedener Leuchtstoffe Licht mit Emissionsspitzen in den Spektralbereichen Rot, Grün und Blau. Durch additive Mischung dieser drei Farben entsteht beim Menschen ein weißer Farbeindruck. Dabei handelt es sich wohlgemerkt immer nur um Annäherungen, denn ein perfektes, kontinuierliches Spektrum lässt sich damit nicht erzeugen.

Lampen unterscheiden sich auch durch ihre Farbtemperatur, wie hier (von links) bei einer Energiesparlampe mit 6500 Kelvin, einer gewöhnlichen Glühlampe und Energiesparlampen mit 2644 und 3000 Kelvin. Foto: Ramjar, GNU-Lizenz
Lampenreihe, Foto: Ramjar

Wie stark die Abweichungen solcher Lampen das menschliche Farbempfinden beeinflussen, das gibt der sogenannte Farbwiedergabeindex an, der in den Typenbezeichnungen als "Ra" auftaucht. Ein Farbwiedergabeindex von 100 steht für eine ideale Lichtquelle – ein Wert, der von gewöhnlichen Glühlampen sogar fast erreicht wird. Sehr gute Leuchtstofflampen erreichen inzwischen Werte von weit über 90, während gewöhnliche Röhren nur auf 40 bis 80 kommen. Die landläufig als Energiesparlampe bezeichneten Kompaktleuchtstofflampen liegen bei 80 bis 85 – sehr gute, aber meist auch weniger sparsame Modelle kommen auf bis zu 95. Bei den immer häufiger für die Beleuchtung von Wohn- und Büroräumen eingesetzten LEDs werden Werte von 90 und mehr erreicht.

Bestimmt wird der Farbwiedergabeindex durch ein normiertes Messverfahren, bei dem acht verschiedene Testfarben unter der zu erprobenden Lichtquelle im Vergleich zu einer Referenzlichtquelle begutachtet werden. In einer Norm geregelt ist auch, welcher Farbwiedergabeindex für die jeweilige Beleuchtungsaufgabe mindestens erreicht werden muss. Beispielsweise sind für Flure oder Treppenhäuser im Gebäude Indizes von 40 ausreichend, in Lagerräumen von 60. In Büroräumen muss der Farbwiedergabeindex bei mindestens 80 liegen, während in ärztlichen Untersuchungs- und Behandlungszimmern 90 als Mindestwert festgelegt ist. Dieser Wert gilt auch überall sonst, wo es auf eine sichere Beurteilung von Farben ankommt, so auch bei Friseuren und in der Druckindustrie.

Auf den Typenbezeichnungen von Leuchtmitteln wird der Farbwiedergabeindex häufig auf eine einzige Zahl reduziert: Aus 85 wird dann 8, gefolgt von einer Zahl wie beispielsweise 30. Diese Zahlen stehen für die Farbtemperaturen: 30 entspricht dann einer Farbtemperatur von 3000 Kelvin, also eher einem warmen Farbton fast wie bei einer Glühlampe, 65 steht für 6500 Kelvin und damit einem eher kühlen, tageslichtähnlichen Spektrum. Bei Verkaufsräumen ist übrigens ein Farbwiedergabeindex von mindestens 80 vorgeschrieben – nicht ganz schlecht, aber auch nicht optimal, wie schon das eingangs geschilderte Beispiel mit der farbigen Bluse zeigte.  (ud)