Farbtemperatur

Die Farbtemperatur ist ein Maß, um einen jeweiligen Farbeindruck einer Lichtquelle quantitativ zu bestimmen.

Die Farbtemperatur ist definiert als die Temperatur eines Schwarzen Körpers, des sogenannten Planckschen Strahlers, die zu einer bestimmten Farbe des Lichts gehört, das von dieser Strahlungsquelle ausgeht. Konkret ist es die Temperatur, deren Lichtwirkung bei gleicher Helligkeit und unter festgelegten Beobachtungsbedingungen der zu beschreibenden Farbe am ähnlichsten ist.

Charakteristische Lichtfarben nach DIN 5035

Lichtquelle	Farbtemperatur in Kelvin	Farbtemperatur in Mired
Warmweiß	unter 3300 K	über 303 MK-1
Neutralweiß	3300–5000 K	303–200 MK-1
Tageslichtweiß (auch Kaltweiß)	über 5000 K	unter 200 MK-1

Definition und Maßeinheit

Farbtemperatur in Kelvin.

Die Einheit der Farbtemperatur ist Kelvin (K). Daraus wird das Mired (=MK^-1) als das Millionenfache des Kehrwertes der Kelvin-Angabe abgeleitet. Im CIE-Diagramm gehört zu jeder Farbtemperatur einer Lichtquelle ein Weißpunkt dieser Beleuchtungsart. Die spektrale Verteilung des Lichts von Strahlern mit gleicher Farbtemperatur kann sehr unterschiedlich sein, sogenannte metamere Lichtquellen. Metameres Licht kann wie bei Glühlampen ein kontinuierliches Spektrum aufweisen oder sich wie bei Energiesparlampen und Flachbildschirmen auf einige schmale Spektralbänder beschränken. Der Farbwiedergabeindex gibt die Qualität der Farbwiedergabe bei Beleuchtung mit einer Lichtquelle an.

Berechnung der Farbtemperatur

Hintergrund:

Der CIE XYZ Farbraum ist einer der ersten mathematisch definierten Farbräume, welcher 1931 durch die Internationale Beleuchtungskommission (Commission International de l´ Eclairage) geschaffen wurde. Der in der CIE-Normtafel dargestellte Farbraum zeigt alle aus den Spektralfarben additiv mischbaren Farben. Es handelt sich um alle prinzipiell erzielbaren Farben. Jede wahrnehmbare Farbe lässt sich in den drei Anteilen x, y und z ausdrücken.

Auf der X-Achse der Normtafel wird der Rotanteil der Farbe abgetragen, wohingegen die Y-Achse den Grünanteil der Farbe darstellt. Sowohl der Grün- als auch der Rotanteil können direkt aus der Normtafel abgelesen werden. Durch die Grundbedingung x + y + z = 1 kann in dem CIE Diagramm auf den z-Wert verzichtet werden, da dieser durch einfache Umformung der Gleichung x + y + z = 1 in z = 1 – x –y ermittelt werden kann.

Möchte man nun die Farbtemperatur einer Lichtquelle berechnen, muss man ihren sogenannten Farbort bestimmen. Dieser Farbort wird dann mit den Farbörtern des schwarzen Strahlers, verglichen. Sie gelten als Referenz zur Berechnung der Farbtemperatur von Lampen. Die Farbtemperatur wird dabei nicht im x-y-Farbraum, sondern im u-v-Farbraum ermittelt. Der u-v-Farbraum hat den Vorteil, dass er Farbabstände besser darstellt. Folgende Gleichungen verdeutlichen den Zusammenhang des uv-Farbraum mit dem xy-Farbraum:

$u={\frac {4x}{-2x+12y+3}}\quad v={\frac {6y}{-2x+12y+3}}$

Fotografie

Fotografische Aufnahmen bei Tageslicht nach jeweils unterschiedlichem Farbtemperaturabgleich der Kamera.

In der Fotografie ist die Berücksichtigung der Farbtemperatur wichtig, damit ein Motiv in den korrekten Farben aufgenommen werden kann, das heißt so, wie es dem natürlichen „Seheindruck“ entspricht.

Die internationale Norm für mittleres Sonnenlicht beträgt 5500 Kelvin, es ist der Ton eines Sonnentages bei klarem Himmel am Vor- oder Nachmittag. Tageslichtfilme sind so sensibilisiert, dass sie bei Farbtemperaturen um 5500 K eine der Wirklichkeit entsprechende Farbwiedergabe möglich machen. Kunstlichtfilme entsprechen je nach Typ einer Farbtemperatur von 3100 bis 3400 K.

Um andere Farbtemperaturen zu erreichen, werden Konversionsfilter vor das Objektiv gesetzt. In der Digitalfotografie wird (oft automatisch) ein Weißabgleich vorgenommen. Eine Nachbearbeitung unkorrekter Farben im Labor ist in gewissen Grenzen möglich, mindert aber die Qualität der Abbildung, sofern nicht mit den Rohdaten des Kamerasensors gearbeitet wird (RAW-Fotografie). Die Wirkung eines Konversionsfilters lässt sich quantifizieren, sie ist in der Einheit Mired angegeben. Negative Werte stehen für bläuliche Filter, positive für rötliche Werte. Die korrigierte Farbtemperatur erhält man, indem man den Mired-Wert des Filters zur gegebenen Farbtemperatur des Lichts addiert. Dabei sind die Vorzeichen der Filter zu beachten.

Zur Bestimmung der Farbtemperatur gibt es Farbtemperaturmesser (Colorimeter). In den 1950er Jahren wurde mit dem Sixticolor des Herstellers Gossen ein Gerät für Amateurfotografen angeboten, das ausschließlich der Messung der Farbtemperatur diente. Eine preiswertere Variante war der Color Finder in verschiedenen Belichtungsmessern dieser Firma. Ein Farbbalken wurde mit verschiedenen Farbfeldern verglichen, das (subjektiv) „farbähnlichste“ Feld gab die Farbtemperatur an. Seit den 1990er Jahren sind Colorimeter mit Digitalanzeige üblich, bei welchen der Messwert direkt in Kelvin angezeigt wird.

Charakteristische Farbtemperaturen (beispielhaft)

Farbtemperatur	Lichtquelle
1500 K	Kerze
2000 K	Natriumdampflampe (SON-T)
2600 K	Glühlampe (40 W)
2700 K	Glühlampe (60 W)
2800 K	Glühlampe (100 W)
2700–2800 K	Halogenlampe (Hochvolt, Eco-Halogen, 30–60 W)
3000 K	Glühlampe (200 W)
3000–3200 K	Halogenlampe (Niedervolt)
3200 K	Fotolampe Typ B, Halogenglühlampe
3400 K	Fotolampe Typ A bzw. S, Spätabendsonne kurz vor Dämmerungsbeginn
4000 K	Leuchtstofflampe (Neutralweiß)
4500–5000 K	Xenon-Lampe, Lichtbogen
5000 K	Morgensonne-/Abendsonne, D50-Lampe (Druckerei)
5500 K	Vormittags-/Nachmittagsonne
5500–5600 K	Elektronenblitzgerät
5500–5800 K	Mittagssonne, Bewölkung
6500–7500 K	Bedeckter Himmel
7500–8500 K	Nebel, starker Dunst
9000–12.000 K	Blauer (wolkenloser) Himmel auf der beschatteten Nordseite, kurz nach Sonnenuntergang oder kurz vor Sonnenaufgang, Blaue Stunde
15.000–27.000 K	Klares blaues, nördliches Himmelslicht

Subjektive Farbwahrnehmung

→ Hauptartikel: Lichtfarbe

Kurve der Strahlung eines Schwarzen Körpers im sichtbaren Spektrum.

Die Farbtemperatur ist durch die physikalisch definierte Oberflächeneigenschaft eines Strahlers festgelegt. Die übliche Einteilung von Farben in kalte oder warme Farbtöne geht auf ein subjektives Empfinden zurück und ist nicht durch eine Temperatur zu beschreiben. Künstliche Lichtquellen geben vom Tageslicht abweichende Farbwahrnehmungen. Mischungen verschiedener Arten von Lichtquellen können sogar das Wohlgefühl stören.

Im künstlerischen Bereich wird die Farbtemperatur oft abweichend verwendet. Beispielsweise durch die Verwendung der Mired-Skala erhalten kalte Farben einen niedrigen Wert und warme einen eher höheren Wert. Die für Energie sparende Leuchtmittel relevante EU-Verordnung 244/2009 verlangt explizit die Angabe der Farbtemperatur in Kelvin.

Spektralklassen der Sterne

Sternspektrum der Klasse A0V (Effektivtemperatur: 9500 K, blaugefüllte Kurve), normiert auf 1 bei 555 nm.

Die Spektralklassen von Sternen sind nach Oberflächentemperatur untergliedert. Ihr Spektrum entspricht näherungsweise der Strahlung eines Schwarzen Körpers und steht damit in direktem Zusammenhang mit der Farbtemperatur. Die beiden leicht zu findenden Hauptsterne im Sternbild Orion, Beteigeuze und Rigel, lassen sich am Sternenhimmel farblich sehr gut unterscheiden. Beteigeuze ist deutlich rötlicher und gehört mit einer Oberflächentemperatur von 3.450 K in die Spektralklasse M, der bläuliche Rigel ist mit 10.500 K deutlich heißer und gehört zur Spektralklasse B. Bei heißeren Sternen als die Sonne weichen Effektiv- und Farbtemperatur bisweilen stark voneinander ab; ein typischer Stern der Klasse A0V (vgl. Wega) hat eine Effektivtemperatur von ca. 9500 K, aber eine Farbtemperatur von ca. 15000 K.

Die Sonne hat eine effektive Oberflächentemperatur von 5.778 K. Dies entspricht ungefähr der Farbtemperatur der Sonne vom Weltraum aus gesehen, d. h. ohne die filternde Wirkung der Erdatmosphäre. Von der Erde aus gesehen erscheint das Licht der Sonne durch Streuung und Absorption in der Luft, abhängig vom Sonnenstand, der Landhöhe und den Wetterbedingungen, mehr oder weniger stark gerötet. Die Normlichtart D50, die der Beleuchtung mit einer Farbtemperatur von 5.000 K entspricht, wird an klaren Tagen am Vor- oder Nachmittag erreicht, wenn die Atmosphäre stärker dämpft. Gestreutes Himmelslicht hingegen hat einen wesentlich höheren Blauanteil und damit auch eine höhere Farbtemperatur als direktes Sonnenlicht (siehe Tabelle).

Weblinks

 Commons: Farbtemperatur – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Farbtemperatur – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Farbtemperatur und Weißabgleich – ScanDig
• Lichtanalyse in der Beleuchtungstechnik von Norbert Unzner
• Farbtemperatur aus Sicht eines Webdesigners (abweichend von der physikalischen Definition)