Színtan alapjai, színkeverés

SZÍN FOGALMA
A fogalom egyértelmű meghatározása azért nehéz, mert a szín több dologhoz kapcsolódik.

 

A szín lehet:
- a fény tulajdonsága,
- a tárgyak tulajdonsága,
- az érzékelés sajátossága.

 

A szín mint a fény tulajdonsága

 

A fénysugár színe azt jelenti, hogy az a szemünkbe jutva milyen érzetet kelt bennünk. Ez többek között attól függ, hogy a monokromatikus fénysugárnak milyen a hullámhossza, illetve az összetett fénysugár alkotórészeinek az egyes hullámhosszokon milyen az energiája.
A monokromatikus fénysugár egyetlen hullámhosszon továbbít energiát. Prizmával vagy más optikai eszközzel (pl. diffrakciós ráccsal) további részekre nem bontható. Színe a hullámhossztól függ.
Kettő vagy több monokromatikus fénysugarat összetett fénysugárnak nevezzük.
A legteljesebb összetett fénysugár a fehér: ez a látható spektrum összes hullámhosszán tartalmaz energiát. Az összetett fénysugár színe a fénysugár spektrális energiaeloszlási függvényétől függ.

 

A szín mint a tárgyak tulajdonsága

 

A szín a tárgyaknak az a tulajdonsága , amelynek jellemzője, hogy a tárgyra eső fehér fény különböző hullámhosszú részeit milyen mértékben, arányban nyeli el, illetve milyen mértékben, arányban veri vissza. A szín ilyen értelemben a tárgy állandó tulajdonsága. A tárgynak ezt a tulajdonságát vagy a spektrális visszaverési, vagy a spektrális denzitási görbével jellemezhetjük. Az első azt mutatja meg, hogy a tárgy a különböző hullámhosszúságú fénysugarakat milyen arányban veri vissza, a második azt jelenti, hogy a különböző hullámhosszokon mekkora a tárgy denzitása.
A tárgy egy-egy pontját olyan színűnek látjuk, amilyen a tárgy adott pontjáról visszavert fénysugár színe. Ebben az értelemben a tárgy színe nem állandó, mert a visszavert fény nem csak a tárgytól függ, hanem a tárgyra beeső fénytől is. Ugyanaz a tárgy más megvilágítási körülmények között más színűnek látszik.

 

A szín mint az érzékelés sajátossága

 

Az érzékelés szempontjából a szín a látásérzékelésnél a megkülönböztethetőség egyik eszköze.
Mivel a három sajátosság közül ez az utolsó sajátosság a legfontosabb, a szín fogalmának nemzetközileg is elfogadott meghatározása az érzékeléshez kapcsolódik.

 

A szín fogalmának CIE1-meghatározása
A szín a látómező két, a szem számára struktúramentesnek látszó pontjának tulajdonsága,amely alapján a két pontot – egy szemmel szemlélve, a szemet nem mozgatva – egymástól meg tudjuk különböztetni.

 

A CIE-meghatározás az érzékelés sajátosságaként adja meg a szín fogalmának meghatározását. A különbségtétel lehetőségei közül kizárja a térlátást (egy szemmel szemlélve, a szemet nem mozgatva), valamint a felület struktúráját (pl. fémes, bársonyosan selymes, csillogó stb.). Így csak a szín az a tulajdonság, ami alapján különbséget lehet tenni, a két pontot egymástól különbözőnek látni.

 

A CIE színmeghatározása a hétköznapi színmeghatározással nem pontosan egyezik. A hétköznapi meghatározásban szembe állítjuk a fekete-fehéret és a színest. Tesszük ezt a fényképek, filmek televíziók megkülönböztetéséből származó gyakorlat miatt. A CIE meghatározás szerint a fekete-fehér (a különböző szürkék is) szín. A csak fekete, csak szürke, csak fehér színek semleges színek, a hétköznapi életben színesnek nevezett színes
fényképek, filmek színei tarka színek.

 

A SZEM FELÉPÍTÉSE

 

A látás legfontosabb szerve a szem. A szem nemcsak mint optikai eszköz működik, amely kialakítja a látómezőben található tárgyakról a képet, hanem fényérzékelő is.

 

 

A szem részeinek megnevezései: 1. – szaruhártya, 2. – szivárványhártya, 3. – pupilla, 4. – csarnok, 5. – szemlencse, 6. – sugárizom, 7. – üvegtest, 8. – recehártya (retina), 9. – központiárok, sárgafolt (fovea area), 10. – átóideg-kivezetések, 11. – vakfolt.

 

Az egyes részek feladatai:

 

1. A szaruhártya mechanikai védőeszköz, megakadályozza a porszemcsék károsító hatását, valamint optikai szűrőként működik: a szemet érő ultraibolya sugarak egy részét elnyeli.
2. A szivárványhártyában található pigmentek adják a szem színét.
3. A szivárványhártyában levő nyílás, a pupilla általánosan ismert szerepe az alkalmazkodás a fényviszonyokhoz. Az átmérőjének változtatásával a szembe jutó fény erősségét szabályozza, ugyanúgy, mint a fényképezőgépeknél a fényrekesz (blendenyílás).
4. A csarnokban csarnokvíz van. A csarnokvíz a fénytörés egyik eszköze, tehát a képalkotásban részt vesz. (Az egészséges szemműködés fontos feltétele a csarnokvíz megfelelő nyomása.)
5. A szemlencse feladata, hogy a tárgyról éles képet vetítsen a retinára.

 

Éles kép akkor keletkezik, ha teljesül a távolságtörvény:

 

 

ahol
f – fókusztávolság,
t – tárgytávolság,
k – képtávolság.

 

Mivel a szem mérete nem változik, a képtávolság (azaz a szemlencse és a retina távolsága)mindig állandó, ezért a tárgytávolság változásakor (közelebbi vagy távolabbi tárgyat nézünk) csak akkor keletkezhet éles kép, ha a fókusztávolság is változik.

 

6. A fókusztávolság beállítása a sugárizommal történik. A sugárizom a lencse domborúságán változtat. Ha közelebbi pontra nézünk, akkor megnő a domborúság, lecsökken a fókusztávolság.
7. Az üvegtestben is folyadék van, amely szintén a fénytörésben játszik szerepet.
8. Az ideghártya (retina) felülete a szem fényérzékeny része. Az ideghártyán helyezkednek el a fényérzékeny pálcikák és csapocskák. A pálcikák a szürkületi látás eszközei, csak világosságot érzékelnek, színt nem. Egy idegvégződéshez több pálcika is csatlakozhat, ez is az egyik magyarázata a pálcikák nagy érzékenységének és a rosszabb felbontóképességnek.
A csapocskák a világosságon kívül a színeket is érzékelik. A csapocskák a nappali látás eszközei.
9. A csapocskák elhelyezkedése a retinán nem egyenletes: sűrűségük a sárgafolton lényegesen nagyobb, mint a többi területen. Ha valamit nézünk, akkor a szemünket úgy fordítjuk, hogy ennek a tárgynak a képe a sárgafolton keletkezzen. A csapocskák nagy sűrűsége miatt így apró részleteket is meg tudunk különböztetni, nagy a felbontóképesség.
11. A látóideg-kivezetések (10) helyén található a vakfolt. Itt nincsenek se pálcikák, se csapocskák, az ide jutó fénysugarakat nem érzékeljük.

 

A SZÍNINGER ÉRZÉKELÉSE

 

A nappali látás érzékelőelemeinek, a csapocskáknak három fajtájuk van. Az egyes csapocskák a színüknek megfelelő hullámhossztartományban nyelik el a fényt. Az elnyelt fény hatására létrejövő reakciót − ami a látásérzetet kelti.

 

 

Az egyes csapocskák görbéinél a függőleges irányú léptéket nehéz megválasztani, mert különböző csapocskák ingereltségi fokai minőségileg eltérők. A léptéket annak a felfedezésnek a segítségével állapították meg, hogy a fehér szín érzékelésekor mindhárom csapocska azonos mértékben ingerlődik. Ez akkor valósul meg, ha az egyes görbék és a vízszintes tengely által bezárt három terület egymással egyenlő. Az egyes csapocskák görbéinél a függőleges irányú léptéket úgy határozták meg, hogy ez a követelmény teljesüljön.
Ha egy olyan kísérletet végeznénk el, ahol egy berendezéssel tetszőleges hullámhosszú, azonos energiájú fényt tudnánk kibocsátani, és vizsgálnánk a különböző hullámhosszok által létrehozott színérzeteket, akkor megállapíthatnánk, hogy a λ1-nél rövidebb hullámhosszú fénysugarakat azonos kék árnyalatúaknak látnánk, csak a világosságuk lenne eltérő: minél közelebb van a hullámhossz λ1-hez, annál világosabbnak érzékelnénk a fénysugarat.

 

Hasonló jelenséget tapasztalnánk a λ4-nél nagyobb hullámhosszú fénysugarak
esetében: itt eltérő világosságú vörös színárnyalatokat látnánk. A hullámhosszváltozás ezeken a területeken azért nem okoz színárnyalat- változást, mert ezek a monokromatikus fénysugarak csak egyféle csapocskát ingerelnek.

 

A λ1-től λ2-ig, illetve λ3-tól λ4-ig terjedő hullámhossztartományban a monokromatikus fénysugár kétféle csapocskát ingerel, λ2 és λ3 között pedig mind a hármat . Ha λ1-től λ4-ig változtatjuk a hullámhosszt, akkor a változás azt eredményezi, hogy a csapocskák ingereltségi fokainak aránya változik, vagyis az érzékelt színárnyalat is változik.

 

Young–Helmholtz szerint a színes látás a háromféle csapocska ingereltségi fokával magyarázható: a színárnyalatérzet attól függ, hogy a háromféle csapocska ingereltségi foka hogyan aránylik egymáshoz. A világosságérzet a három csapocska ingereltségi fokainak összegétől függ.

 

Két színinger a következő ingereltségi fokokat idézi elő:
Rk1= 0,42 Rk2= 0,72
Rz1= 0,32 Rz2= 0,5
Rv1= 0,14 Rv2= 0,26

 

Az ingereltségi fokok arányai:
Rk1 : Rz1 : Rv1 ≈ 3 : 2 : 1
Rk2 : Rz2 : Rv2 ≈ 3 : 2 : 1

 

A példa szerint a két színárnyalat (közel) azonos, a második szín világosabb, mint az első.

 

SZÍNÉRZÉKELÉSI HIBÁK

 

A csapocskák hibás működése különféle színérzékelési hibákat eredményezhetnek.

 

Ezek:
- Trichromat = ha mindhárom csaptípus megtalálható, a teljes színkört látja az illető.

  • Protanomalia = vörös színtévesztés;
  • Deuteranomália = zöld színtévesztés;
  • Tritanomalia = kék színtévesztés.

 

- Dichromatia = csak kétféle receptor van, az egyik teljesen hiányzik;

  • Protanopia = vörös színre vak;
  • Deuteranopia = zöld színre vak;
  • Tritanopia = kék színre vak.

 

- Monochromatia = egyetlen típusú receptor található meg. Általában a kék színre érzékeny receptorok maradnak meg.

 

- Achromatia = teljes színvakság. A szín érzékeléséért felelős összes receptor (csapok) hiányzik: az illető csak homályos fekete-fehér képet lát. Jellemző a nagyon erős fényérzékenység is.

 

A színlátási hibákat tesztábrákkal lehet egyértelműen meghatározni. Az alábbi ábrasorozat azt mutatja be, hogy ugyanazt a tesztábrát milyennek érzékeli a normál látó, és milyennek a különböző színtévesztő.

 

 

A SZÍNEK METAMER JELLEGE

 

A színek metamer jellege a szemünkbe jutó fénysugár fizikai jellemzői és a színérzet összefüggését jellemzi. Ez a függvény nem megfordítható, azaz csak egyirányú.
Az összefüggés helyes megfogalmazása: ha azonos a fénysugarak spektrális összetétele, akkor azonos az általuk kiváltott színérzet is. Az ilyen fénysugarakat és színeket feltétel nélkül azonos színeknek nevezzük.

 

Az összefüggés helytelen megfogalmazása: ha azonos a színérzet, akkor azonos a
fénysugarak spektrális összetétele is.

 

Az eredetileg helytelen megfogalmazás megváltoztatva helyes lesz: azonos színérzetet kelthetnek eltérő spektrális összetételű fénysugarak is. Érzet szempontjából azonosak. Ezek a színek feltételesen azonos színek vagy más szóval metamer színek. A színek metamer jellegének óriási jelentősége van a színek bármilyen módon történő (így a nyomdai úton történő) reprodukálhatóságában.

 

KIEGÉSZÍTÉSEK

 

A látás és a hallás összehasonlítása

 

Mindkét érzékelésben közös, hogy valamilyen hullámok formájában terjedő energiát érzékel. Az eltérő hullámhosszok minőségben más érzetet keltenek. A hangnál a hangmagasság lesz eltérő, a fénynél a színárnyalat.

 

Eltérések:
A hangérzékelésnél nagyon nagy a hullámhossztartomány: 13 Hz–20 000 Hz. A hangmagasságok oktávonként ismétlődnek. Egyoktávnyi a hangkülönbség, ha a rezgésszámok úgy aránylanak egymáshoz, mint 1:2. Az emberi fül kb. 10 oktávot érzékel. A színérzékelésnél még egy oktávnyi terjedelem sincs. Ezért a bíbor árnyalatok hiányoznak a spektrum színei közül.

 

Eltérő rezgésszámú hangok egyidejű érzékelésekor minden hangot külön-külön megkülönböztethetően hallunk egy időben. Eltérő rezgésszámú, egy irányból érkező fénysugarak egyidejű érzékelésekor nem látjuk sem az egyikre, sem a másikra jellemző színt, hanem a kettő keverékeként keletkező harmadik színt, de csak egyet.

 

A világosság érzékelése eltérő fényviszonyok között (Purkinje-hatás)

 

Ha külön-külön vizsgálnánk különböző hullámhosszúságú fénysugarakat, hogy ezekre a pálcikák, illetve a csapocskák a világosságérzetben hogyan reagálnak, akkor két görbén ábrázolhatnánk a vizsgálat eredményét.
Ez a két görbe hasonló, mind a kettő a spektrum szélein nulla, a spektrum közepén maximális értéket mutatna. A két görbe azonban nem esik pontosan egybe.

 

 

A Purkinje-hatás azt jelenti, hogy nem ugyanazt a hullámhosszú fényt látjuk legvilágosabbnak a pálcikákkal, illetve a csapocskákkal való érzékeléskor. Csapocskák esetében a legvilágosabb érzetet az 556 nm-es hullámhosszú fény váltja ki (szaggatott vonalú görbe). Amit nappali fénynél vörösnek látunk, azt szürkületkor feketének érzékeljük, a kék tárgyakat pedig világosszürkének látjuk.

 

A látás térbeli és időbeli korlátjai

 

A látással a látótérből információ jut az agyunkba.
A látótérben az információk elemei különböző sűrűségben helyezkedhetnek el: pl. színes pontok vannak a látótérben; az egyik esetben a pontok nagyok és elég távol vannak egymástól, a másik esetben kicsik és közel vannak. Az információátvitel akkor teljes, ha minden pontot egymástól megkülönböztetve látunk. Ez akkor teljesül, ha a szomszédos pontokról érkező fénysugarak nem egy csapocskára esnek. Ha a szomszédos pontokról jövő fénysugarak egy csapocskát találnak el, akkor nem tudjuk a pontokat megkülönböztetni. Ilyenkor egy pontot látunk, amelynek színárnyalata az eredeti pontok színeinek keveréke. A látásnak ezt a térbeli korlátját tudatosan kihasználjuk a látszólagos árnyalatok létrehozására.

 

Az információ nemcsak térbeli sűrűséggel rendelkezik, hanem időbeli sűrűséggel is. Ez azt jelenti, hogy a látótér egy pontjáról származó információ nem állandó, hanem változó. A változás sebességétől függ, hogy az egyes részinformációkat különállónak érezzük-e.
A megkülönböztethetőség szempontjából a sebesség határértéke 15 változás másodpercenként. A mozifilm esetén 1 mp-en belül 24 képkockaváltás van, ezért a képet folyamatosnak és mozgónak látjuk. Ha egy pörgettyű korongjára különböző színű szektorokat festünk, és a pörgettyű elég nagy sebességgel forog, akkor a részszíneket nem látjuk, csak keverékszínt.

 

Szintén a látás időbeli korlátjával függ össze, hogy bizonyos fényforrások – például a fénycsövek – nem folyamatosan világítanak, hanem a hálózat frekvenciájától függően felvillannak és kialszanak, mi ezt a fényt azonban folyamatosnak érzékeljük. Ha azonban olyan forgó tárgyat világít meg a villódzó fényforrás, amelynek forgási sebessége a villanások frekvenciájának egész számú többszöröse, akkor a forgó tárgyat állni látjuk, mivel a felvillanás időpontjaiban ugyanabban a helyzetben van. Ez a stroboszkóp jelensége.

 

Ugyancsak a stroboszkóphatást tapasztaljuk, amikor a filmeken visszafele fordul a hintó kereke, vagy a propeller látszólag oda-vissza forog.

 

SZÍNKEVERÉSEK

 

A színkeverésnek két fő fajtája van:

 

1. Összeadó (additív) színkeverés. Az elnevezés onnan származik, hogy a kiindulási színek fényenergiái összegződnek.
2. Kivonó (szubtraktív) színkeverés. Az elnevezés arra utal, hogy az összekevert színes anyagok mindegyike a ráeső fényből a saját színének megfelelő hullámhosszokon energiát von ki.

 

 

ÖSSZEADÓ (ADDITÍV) SZÍNKEVERÉS

 

Az összeadó színkeverés megvalósításai, előfordulásai:
- több vetítőből egy ernyőre vetítés;
- színes televízió (a pixelek közelsége miatt);
- az autotípiai nyomtatásnál (a pontok közelsége miatt);
- pörgettyűnél a gyors időbeni váltás miatt.

 

Mindegyik megvalósítási módra jellemző, hogy a különböző színek fénysugarai gyakorlatilag egy időben egy csapocskát ingerelnek.

 

Az összeadó színkeverés alapszínei

 

Az összeadó színkeverés alapszínei az úgynevezett egyzónás színek. (A látható spektrum három zónára osztható: 400–500 nm, 500–600 nm és 600–700 nm határokkal. Az egyzónás szín a három zónából csak egyben tartalmaz energiát.

 

 

Fehér fényből e fénysugarakat egyzónás színszűrővel állíthatjuk elő: a spektrum három zónájából egy átengedi az energiát, a másik kettő elnyeli.

 

 

Az összeadó színkeverés másodlagos, harmadlagos színei

 

 

A fenti képen a páronként egymásra vetített színek adják a másodlagos színeket:
kék + zöld = cián (zöldeskék),
kék + vörös = bíbor,
vörös + zöld = sárga.

 

Ha mind a három alapszínt egymásra vetítjük, akkor kapjuk a harmadlagos színt, ami az összeadó színkeverésnél fehér.

 

Az összeadó színkeverésnél a keverékszín mindig világosabb, mint a kiinduló színek bármelyike.

 

Összeadó színkeverésnél tetszőleges színárnyalatot az alapszínek energiái arányainak megválasztásával tudunk elérni.

 

A KIVONÓ SZÍNKEVERÉS

 

A kivonó színkeverés mindig úgy valósul meg, hogy a fénysugár útjába több színes anyag kerül, és mindegyik színes réteg a rá jellemző hullámhossztartományban elnyeli (kivonja) az energiát.

 

A kivonó színkeverés megvalósításai, előfordulásai:
- festékek keverése,
- festékek egymásra nyomása,
- színkivonat-készítés,
- színes fénykép.

 

Alapszínei

 

A kivonó színkeverés alapszínei a kétzónás színek: a három zónából kettőben tartalmaznak energiát.
A fehér fényből ezeket a fénysugarakat kétzónás színszűrővel állíthatjuk elő, amely a spektrum zónájából egyet elnyel, a másik kettőt pedig átengedi.

 

 

Másodlagos, harmadlagos színek

 

 

A fehér fény három összetevőjéből – a kékből, zöldből és vörösből – a cián színű réteg átengedi a kéket és a zöldet, elnyeli a vöröset. A sárga átengedi a zöldet és a vöröset, elnyeli a kéket. Mivel vörös már nem érkezik rá, így természetesen nem is tudja átengedni. Ezért a két réteg együttesen csak a zöldet engedi át. Hasonló a magyarázat a másik két másodlagos szín keletkezésére is.

 

A kivonó színkeverésnél a keverékszín mindig sötétebb, mint a kiinduló színek bármelyike.

 

A kivonó színkeverés alapszíneit használjuk négyszín-nyomtatásnál a színes eredetik reprodukálására. (A sárga, bíbor és cián színeken kívül még a feketét is alkalmazzák a szürke árnyalatok jobb visszaadására és a kontraszt fokozására.)

 

Másodlagos színek – pl. mélynyomtatás esetén – a maximális festékréteg-vastagság esetén keletkeznek. Ha csökkentjük az egyes festékrétegek vastagságát, az nem befolyásolja az áthaladó fény mennyiségét azokban a zónákban, amelyeket a festék úgyis átengedett. Változik viszont az elnyelés mértéke: a vékonyabb festékréteg az elnyelési zónában nem nyel el minden fényt.

 

Ezek alapján megállapítható, hogy a festékréteg vastagságának változása:

 

- sárga festék esetén a kék fény mennyiségét;
- cián festék esetén a vörös fény mennyiségét;
- bíbor festék esetén a zöld fény mennyiségét változtatja.

 

Kivonó színkeverésnél (pl. mélynyomás, színes fénykép, dia) az alapszín színezőanyag mennyiségét változtatva lehet a kívánt színárnyalatot előállítani.

 

A kivonó színkeverés speciális esete, amikor a papír felületére színes festékréteget nyomtatunk. Ebben az esetben a fény behatol a festékrétegbe, majd a papír felületéről a fénysugár egy része visszaverődve, még egyszer keresztülhaladva lép ki a rétegből, vagyis kétszer halad át a rétegen.

 

A fénysugár másik része belép a papírba, és ott a rostokon szétszóródva elnyelődik, illetve a papír más helyein lép ki.

 

A lerajzolt energiaelosztási függvények az ideális színek függvényei. Az előállításukra alkalmazott színszűrők is ideálisak. A valódi színszűrőkre (pl. festékek) jellemző, hogy azokon a hullámhosszokon is van minimális elnyelés, ahol minden fényt át kellene engedniük, és az elnyelési zónában is van átengedés.

 

 

A reális színszűrők (festékek) nem ideális volta problémát okozott a színes eredetik színhű reprodukálásában. A mai reprodukciók színhelyességét a megfelelő ICC-profilok alkalmazásával biztosítják.

 

A színkeverésekhez kapcsolódik a komplementer színek fogalma is. Két szín egymásnak akkor komplementer (kiegészítő) színe, ha összeadó színkeveréssel fehér színt adnak. Sok kiegészítő (komplementer) színpár létezik, a képreprodukálás gyakorlatában három színpár nagyon jelentős: kék–sárga, zöld–bíbor és vörös–cián. Ezeknél a színpároknál az egyik szín egyzónás, a másik kétzónás. Így logikus, hogy az összeadó keverékszínük háromzónás,
azaz fehér.

 

A kiegészítő színpárokat kivonó módon összekeverve feketét kapunk. (Viszont ha két színt kivonó módon összekeverve feketét kapunk, akkor ez még nem jelenti azt, hogy ez a két szín egymásnak kiegészítő színe. (Például két egyzónás színű festéket (a kéket és a zöldet, vagy a zöldet és a vöröset, vagy a vöröset és a kéket) összekeverve feketét kapunk, de mivel
összeadó módon ezek a színpárok nem adnak fehéret, nem kiegészítő színek.

 

AUTOTÍPIAI SZÍNKEVERÉS

 

Ez a típus nem önálló színkeverés, hanem a kivonó és az összeadó színkeverés együttes érvényesülése. Kivonó a színkeverés annyiban, hogy a sárga, bíbor és cián pontok a nyomtatás során egymásra kerülnek, és ekkor a kivonó színkeverés másodlagos és harmadlagos színei keletkeznek.

 

Összeadó színkeverés az autotípiai nyomtatásban úgy érvényesül, hogy a lehetséges nyolcféle színű pont (fehér, sárga, bíbor, cián, kék, zöld, vörös, fekete) olyan közel van egymáshoz, hogy csak egy csapocskát ingerelnek, így a nyolc szín helyett csak egy összeadó módon keletkezett új színt érzékelünk.

 

Forrás: Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet