HOME - GALERIE - LINKY - KONTAKT - COPYRIGHT
Barvy

 

Je to poněkud záhadný fenomén - kde se tady vlastně barvy berou, když světelné zdroje vydávají více-méně bílé světlo? Jakým kouzlem vzniká celá ta široká škála nejrůznějších barev?

Už v roce 1666 Isaac Newton položil základní kámen k řešení této otázky. Dokázal, že zdánlivě bílé sluneční světlo není vůbec bílé, ale že se skládá z množství jednotlivých barev. A tady se dostáváme opět k úvodnímu obrázku z předchozí stati o elektromagnetickém záření, přesněji řečeno, k pranepatrné oblasti v jeho středu, označené jako viditelné světlo. Když si ji zvětšíš, opatříš lineární stupnicí (ta původní je logaritmická), převedeš vlnovou délku z metrů na nanometry (pouhé vynásobení miliardou) a patřičně obarvíš, získáš následující obrázek:

Spektrum
Spojité spektrum viditelného světla

Je to kompletní barevné spektrum. Protože jsou v něm obsaženy všechny vlnové délky, nazývá se spektrem spojitým. Z předcházející statě je rovněž jasné, že to jediné, čím se světlo různých vlnových délek (a tedy různých barev) od sebe liší, je energie. Na červené straně spektra je nejnižší, na fialové nejvyšší.

Celé kouzlo vzniku barev je tedy v tom, že dopadající denní světlo, jevící se jako bílé, má už všechny barvy v sobě. Pokud dopadne na bílý předmět, je beze změny odraženo. Pokud dopadne na černý předmět, je pohlceno a mění se na tepelnou energii. V případě žlutého předmětu dojde k tomu, že se část světla pohltí a část odrazí. Pohlcena bude modrá oblast spektra, čímž získá odražené světlo žlutou barvu.

Tento jev je přímo zodpovědný za problémy s umělými zdroji osvětlení. Aby totiž konkrétní barva vypadala tak, jak jsme na ni zvyklí z denního světla, musí světlo z umělého zdroje obsahovat úplně všechny vlnové délky, které mají být po správnosti odraženy. Ty, co mají být pohlceny, už samozřejmě obsahovat nemusí. V závislosti na typu světelného zdroje mohou být některé vlnové délky zcela vynechány. Zdroj pak vyzařuje nespojité spektrum a dochází ke zkreslení barev. V případě sodíkové výbojky, používané v některých typech veřejného osvětlení, jsou skutečné barvy předmětů téměř nerozeznatelné. Důvod je zcela zřejmý - aby mohl mít předmět svoji přirozenou barvu, musí být tato barva obsažena ve světle, které světelný zdroj vysílá. Takže v modrém světle budou žluté předměty černé a naopak - ve žlutém světle zčernají ty modré.

Z toho plyne fotografický závěr - chceš-li se vyhnout problémům se špatnou interpretací barev, používej zásadně světelné zdroje se spojitým spektrem. Totéž platí pro hodnocení barev hotových fotografií. Tím nejlepším přirozeným světelným zdrojem je samozřejmě Slunce. Nejlepším umělým zdrojem jsou záblesková zařízení.

Spojité spektrum má ale i žárovka, svíčka, nebo zatažená obloha. Při porovnání světla žárovky s denním ale zjistíš, že světlo žárovky je výrazně žluté, nebo naopak, při pohledu z místnosti, osvětlené žárovkou, se Ti bude denní světlo jevit úplně modré. Jak to? Jsou to přece zdroje se spojitým spektrem, barvy by tedy měly vypadat zcela stejně a nepodléhat tak výrazným posuvům.

Tady se dostáváme k jádru další ryze fotografické tématiky, která by se mohla jmenovat "Teplota chromatičnosti světelného zdroje".

Opět navážu na předchozí stať o elektromagnetickém záření. Záření vzniká z dodané energie. Čím je dodané energie více, tím energetičtějšího excitovaného stavu mohou atomy dosáhnout a tím vyšší energii může nést emitované záření - t.j. tím kratší bude mít vlnovou délku. V případě světla to znamená posun od červené přes žlutou k modrobílé, což dobře odpovídá všeobecné zkušenosti s plamenem nebo nažhavenými předměty, u kterých se dá teplota z jejich barvy poměrně přesně určit.

Možná Tě teď napadá všetečné otázka - proč tedy při postupném nahřívání třeba vlákna žárovky přes stmívač postupně nevidíme všechny ty spektrální barvy, vždyť přece plynule měníme množství dodávané energie? Odpověď je jednoduchá - protože nažhavené vlákno žárovky vysílá spojité spektrum, nemůže v něm být zastoupeno záření jenom jedné vlnové délky. Ale vždyť jsme si řekli, že spojité spektrum musí být bílé, protože obsahuje všechny vlnové délky - tak jak může být jednou víc dožluta, podruhé domodra? Kde je v naší úvaze chyba?

Vysvětlení není nijak složité. Už se Ti poštěstilo vidět hranatý kopec? Pěkný nesmysl, že? Příroda tak nějak přirozeně tíhne k pozvolným přechodům, nemá ráda digitální jednoznačnost a každé škatulkování naráží na spoustu kompromisů. Ani spojité spektrum není výjimkou. Když si nakreslíš intenzitu jednotlivých vlnových délek, které jsou v něm zastoupeny, nebude to hranatý kopec, ale něco takového:

6 000K
Distribuce vlnových délek při 6 000K

Připomíná Ti tak trochu histogram? Zcela správně - jen s tím rozdílem, že na vodorovné ose je místo stupně zčernání vlnová délka. Nejvyšší je tato křivka v oblasti 530 nanometrů. To není náhoda. Křivka je nakreslena tak, aby odpovídala světelnému zdroji o teplotě 6 000 stupňů Kelvina. Tato teplota je dostatečná k tomu, aby excitované atomy vysílaly elektromagnetické záření, ve kterém jsou nejvíce zastoupeny vlnové délky kolem 530 nanometrů. Je to vlastně statistická záležitost, dá se říci, že z nejvyšší pravděpodobností vyzáří atom ohřátý na 6 000K světlo o vlnové délce 530nm. To ale neznamená, že se nenajdou spousty výjimek - řekněme "zbloudilých" atomů. Tyto výjimky jsou ale velmi důležité, jen díky nim je totiž možná existence spojitého spektra.

Naše Slunce má na povrchu teplotu přibližně 6 000K a jeho spojité spektrum odpovídá již zmiňované křivce s maximem 530nm. Proto se o slunečním světle říká, že má teplotu chromatičnosti 6 000K. V průběhu dne tato teplota samozřejmě kolísá, ráno a večer je sluneční světlo nejteplejší, v poledne nejstudenější.

Co se stane, když teplotu zdroje snížíme? (V případě Slunce se to, jak doufám, jen tak lehce nepodaří.) Spektrum zdroje zůstane spojité, ale nejvíce zastoupené vlnové délky - tedy vrchol pomyslného kopce - se přesunou k červené části spektra. V případě obyčejné žárovky s wolframovým vláknem (občas se používá anglický výraz "tungstenová lampa", nebo "inkadescentní světlo") je maximum vlnových délek zhruba 800nm, což odpovídá teplotě vlákna, nažhaveného na 3 000-3 200K. Takže teplota chromatičnosti žárovkového světla je 3200K. Není to nesmysl? Vždyť to už jsme v oblasti infračerveného světla - to by vlastně nemělo být světlo žárovky vůbec vidět?

Světlo žárovky vidíme díky zmiňovaným zbloudilým atomům - zbloudilým po stránce vyzářené energie. Atomů, zbloudilých do viditelné části spektra je v případě žárovky jen několik procent, proto je žárovka spíše zdrojem tepla, než světla a je v poslední době nahrazována nejrůznějšími úspornými žárovkami - pozor však na ně, jejich spektrum má ke spojitému dost daleko, takže v případě kdy potřebuješ použitelné barvy, nejsou k fotografickým účelům vhodné. Jsou to vlastně zářivky, které využívají světla vyzařovaného elektricky excitovanou směsí plynů.

Teď už je jasné, že zdroj světla, nažhavený na vyšší teplotu než 6 000K bude posunutý opačným směrem než žárovka - tedy k modré části spektra. Posunu teploty chromatičnosti se dá ale dosáhnout i jinak - například vhodným filtrem. Nepřímé sluneční světlo, nebo světlo oblohy ve stínu má díky přirozenému atmosférickému filtračnímu účinku teplotu chromatičnosti významně posunutou oproti přímému slunečnímu světlu - v případě zatažené oblohy dokonce přes 10 000K.

Následující obrázek prakticky demonstruje změnu barvy světelného zdroje (a tím samozřejmě i vyzařovaného světla) v závislosti na teplotě. Je to makrofotografie vlákna žárovky v místě, kde se rozžhavené vlákno dotýká úchytky, která jej ochlazuje:

Vlákno žárovky
Makroobjektiv 100mm f/2,8; mezikroužky; 1/2500sec - f/18

Zrak je ve směru kompenzace teploty chromatičnosti naprosto skvělý nástroj. Aniž bychom si cokoli uvědomovali, automaticky koriguje v širokém rozsahu vnímání barev tak, že vypadají přirozeně. Z hlediska vnímání okolní reality je to fajn, ale při fotografování to znamená další komplikaci, neboť světlocitlivé materiály "vnímají" tyto posuny zcela objektivně a je nutno s nimi počítat.

Typickým příkladem jsou fotografie pořízené za bezmračného slunečního dne. Stíny jsou vlivem filtrovaného světla modré oblohy o tisíce Kelvinů studenější, než místa osvětlená Sluncem. Zrak je nutno ke vnímání tohoto faktu donutit myšlenkovým pochodem - a to si pak najednou uvědomíš, že ty stíny jsou opravdu modré a že na fotce to bude ještě horší a začneš přemýšlet co s tím. Jednou z možností je použít už zmiňovaného zábleskového světla, které je vyváženo na teplotu chromatičnosti přibližně 5500 K. Může to vypadat podivně, když budeš za jasného, slunečného dne používat blesk, ale výsledky stojí za to.

Náš zrak je také poměrně tolerantní k míchání světelných zdrojů o různé teplotě chromatičnosti. To při focení neplatí - pokud možno se snaž takovým situacím vyhnout. Na druhou stranu - této vlastnosti citlivých materiálů se dá využít k zajímavým efektům, třeba světlo svíčky má na snímku, vyváženém pro denní světlo, nádherně teplou barvu. Tento efekt můžeš vidět na následujícím snímku, pořízeném za soumraku:

Teplota chromatičnosti
Ohnisko 35mm; 3sec - f/11

Obsahuje kompletní spektrum viditelného světla všechny barvy? Zdaleka ne. Jak je to možné, vždyť žádné další energetické úrovně, které by mohly být vnímány zrakem jako odlišné barvy už neexistují - jak je tedy možné, že zrakem vnímáme mnohem více barev, než je obsaženo ve spektru viditelného světla? Tady se dostáváme k člověčí smyslové podivnůstce - zatímco sluch vnímá různé frekvence (a tedy různé vlnové délky) zvuku jako různé (např. akord je zřetelným souzvukem několika tónů), zrak míchá vlnové délky tak, že výsledkem je vždy jeden barevný vjem. Takže směs dvou vlnových délek vytváří vjem jedné barvy, která může být od těch výchozích zcela odlišná. Zatímco pojem "míšení tónů" nedává žádný smysl, budeme se muset detailněji podívat na míšení barev.

První možnost probíhá tak, jak jsme si už řekli - smícháním různých vlnových délek světla a nazýváme ji aditivní metodou (aditivum je přídavek, příměs). Představ si, že jsi v zatemněné místnosti a můžeš pracovat se zdroji světla libovolné barvy. Teď už víš, že barevné světlo může obsahovat jedinou vlnovou délku, nebo být směsí různých vlnových délek, přesto bude zrakem vnímáno jako jedna barva. Použiješ tři světelné zdroje, červený, zelený a modrý a namíříš je na promítací plátno tak, aby vytvořily následující obrazec:

Aditivní míchání barev
Aditivní míchání barev

Z výsledku je vidět, že pokud náš zrak vidí směs červeného a modrého světla, vnímá ji jako purpurovou. Směs červeného a zeleného jako žlutou a směs modrého a zeleného dá azurovou. Možná Tě teď napadá - kolik vlastně barev by se dalo namíchat z těchto tří zdrojových světel?

Ne náhodou vycházíme právě z kombinace červené, zelené a modré. Všimni si, že jsou obsaženy ve spektru, což znamená, že v ideálním případě mohou být tvořeny světlem jediné vlnové délky. Světlu, které tvoří jediná vlnová délka se poněkud nevhodně říká monochromatické světlo - vždyť přece i světlo tvořené z několika vlnových délek je pro zrak monochromatické, no ale budiž, nebudeme bojovat se zaběhnutým názvoslovím.

Kontrolní otázka - může být bílé světlo monochromatické?

Zpět k výchozí otázce - kolik barev by se dalo namíchat z červeného, modrého a zeleného světla? Odpověď je překvapující - v případě ideálních monochromatických světelných zdrojů můžeš z těchto tří barev namíchat všechny ostatní. Dokonce i dokonale bílou.

Tím se vysvětluje, proč se tak často setkáváme s magickou zkratkou RGB (red, green, blue) v oblasti zobrazovací techniky. Téměř všechna myslitelná zobrazovací zařízení jsou postavena na tomto principu. Klasické monitory, LCD monitory, digitální projektory a dokonce i plasmové monitory využívají princip RGB k namíchání všech ostatních barev. Zařízení je schopno vytvářet tím širší barevnou škálu, čím více se jednotlivé zdroje blíží monochromatickému ideálu. Díky už jmenovaným bludným atomům to není nic jednoduchého.

Další prakticky důležitá metoda míchání barev se nazývá subtraktivní (subtrakce je odebírání, odečítání). Výchozí představa je zcela opačná - představ si, že máš bílý papír osvětlený spojitým zdrojem bílého světla, na který nanášíš barvy.

Subtraktivní míchání barev
Subtraktivní míchání barev

Zdrojová barviva jsou tentokrát azurové, purpurové a žluté. Jejich funkce je v odečítání příslušných vlnových délek ze zdrojového bílého světla. Směs azurového a purpurového barviva se jeví modře, směs azurového a žlutého zeleně a směs purpurového a žlutého červeně. V ideálním případě budou jmenované směsi dvou barviv absorbovat všechny vlnové délky kromě jediné.

Princip je zcela obdobný - opět je možné získat mícháním výchozích tří barviv všechny ostatní barvy - tím lépe, čím více se výchozí barviva blíží ideálu.

Subtraktivní princip je základem téměř všech tiskových metod, kde se setkáváme zase se zkratkou CMY (cyan, magenta, yellow). Výroba ideálních barviv je mnohem tvrdším oříškem, než výroba monochromatických světelných zdrojů. Zatím se nepodařilo nalézt takovou kombinaci dostupných barviv, aby jejich smícháním vznikla opravdu černá. Většinou je to pouze nevzhledně vyhlížející tmavohnědá. Proto tiskové metody nevytváří černou barvu mícháním tří barviv, ale přidávají čtvrtou barvu - černou. Tím vznikla známá zkratka CMYK (K je pro černou), se kterou se setkáš právě v souvislosti s barevným tiskem.

Následující stať probírá proč a jak vnímá barvy náš zrak.

 

Tyto stránky byly naposledy aktualizovány dne 01.03.2016

 

Jsi tady:  Home / Auditorium / O teorii / Světlo a zrak / Barvy