Norm-Lichtarten

Lichtquellen werden über die Wellenlängenverteilung nach Frequenz und Intensität charakterisiert, wobei in den meisten Fällen nur das sichtbare Licht im Bereich von etwa 400 bis 700 Nanometern relevant ist.
Der Begriff Lichtart bezeichnet dann die spektrale Energieverteilung, also die "Menge / Stärke", mit der einzelne Wellenlängenbereiche im Spektrum einer spezifischen Licht-Quelle vertreten sind.
Typische Beispiele für solche Energieverteilungskurven sind die dem Tageslicht ähnliche Normlichtart D65, die Glühlampe und die Xenon-Kurzbogenlampe.

Ein Normlicht ist eine theoretische Quelle für sichtbares Licht mit einer definierten Spektralverteilung. Die verschiedenen Normlichtarten bilden die Grundlage für den Vergleich von Farben, die unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen aufgenommen wurden.

Lichtquelle vs. Lichtart

Eine Lichtquelle kann als ein Objekt definiert werden, das Licht emittiert, wie z.B. eine Glühlampe oder einer Leuchtstoffröhre.
Auch die Sonne ist eine Lichtquelle, jedoch unterliegt das von ihr erzeugte Tageslicht großen Schwankungen (Tag-Rhythmus, Jahreszeiten, Wetter).

Im Gegensatz zu einer Lichtquelle ist eine Lichtart kein physikalisches Objekt, sondern eine Darstellung der spektralen Strahlungsverteilungskurve eines Lichts, also der Verteilung der relativen Energie über die Wellenlängen.

Die verschiedenen Lichtquellen unterscheiden sich durch ihre spektrale Energieverteilung, durch die "Menge", mit der einzelne Wellenlängenbereiche im Spektrum ihrer Strahlen vertreten sind.
Typische Beispiele für solche Energieverteilungskurven zeigt die folgende Abbildung für die dem Tageslicht ähnliche Normlichtart D65, der Glühlampe und der Xenon-Kurzbogenlampe.

Das Licht der Xenonlampe ist dem Tageslicht, Normlichtart D (6500K) ähnlich. Glühlampenlicht (Normlichtart A) enthält überwiegend langwellige, rötliche Anteile.

Die spektrale Zusammensetzung des Tageslichtes resultiert aus der Oberflächentemperatur der Sonne, die bei 5870° Kelvin liegt. Dieses relativ gelbe, direkte Sonnenlicht wird aber durch Lichtstreueffekte in der Atmosphäre nach Blau verschoben. Im Mittel erreicht uns eine Strahlung, die einer Farbtemperatur von 6400° Kelvin entspricht.

Normlicht

Obwohl das menschliche Auge alle die oben erwähnten Lichtquellen mehr oder weniger als weiß wahrnimmt, geben sie bei verschiedenen Wellenlängen unterschiedliche Mengen an Energie ab.
So strahlt beispielsweise Tageslicht bei jeder Wellenlänge des Spektrums Licht aus, das im blauen Bereich um 460 nm seinen Höhepunkt erreicht.

Die CIE (Commission Internationale de l'Eclairage, Internationale Beleuchtungskommission), eine gemeinnützige Organisation, die als Autorität für die Wissenschaft von Licht & Farbe gilt, hat mehrere Normlichtarten definiert, die bestimmte Lichtquellen repräsentieren. Die wichtigsten sind:

• Normlichtart A: 1931 definiert um die Lichtverhältnisse (Glühlampe) in einem privaten Haushalt zu simulieren (Farbtemperatur 2856K).
• Normlichtart D65: ist seit 1963 zur Darstellung des durchschnittlichen Tageslichts (Farbtemperatur 6500° Kelvin) gedacht und kann mit Xenonlampen angenähert werden.
• Normlichtarten F1 ... F12: Die Lichtarten der F-Serie repräsentieren verschiedene Arten von Leuchtstofflampen (mit fluoreszierenden Material) und ausgeprägten spektralen Banden wie sie in Kaufhäusern häufig eingesetzt werden.

Früher wurde auch noch die Normlichtart C (6774K) für Tageslicht verwendet, die allerdings einen „Blaustich“ aufwies. Ende 2018 erschien die Normlichtart L, für die verschiedenen Formen der LED Beleuchtung.

Weitere Lichtarten sind B (Sonnenlicht, nicht mehr gebräuchlich), G (Vakuumglühlampenlicht), P (Petroleum- und Kerzenlicht), XE (Xenon-Hochdruck-Kurzbogenlampe).

Hier eine Liste mit weiteren Lichtarten, sortiert nach Farbtemperatur:

Daneben wird auch UV Licht verwendet, insbesondere für optische Aufheller in Papier und Textilien.

Farbtemperatur

Die Farbtemperatur einer Lichtart wird ermittelt, indem die relative spektrale Verteilung der Strahlungsintensität mit der eines schwarzen Körpers (auch Planck’scher Strahler genannt), verglichen wird. Ein schwarzer Körper erzeugt bei gegebener Temperatur K ein spezifisches Spektrum (auch, aber nicht nur, im sichtbaren Bereich), und man wählt jenes, das am ehesten passt.

Spektraldaten

Um die Farbe eines Objektes mit einer standardisierten Methode zu quantifizieren, muss eine standardisierte spektrale Strahlungsverteilungskurve in die Berechnung einbezogen werden. Die Spektraldaten dieser Lichtarten werden daher in Farbmessgeräten (z.B. Photo-Spektrometern) gespeichert, um die Farbe einer Probe so zu berechnen, wie sie unter eben jenem Licht erscheinen würde.

Schwarzer Strahler

Wird ein metallischer Körper erhitzt, z.B. der Glühdraht einer Glühlampe, erhält man abhängig von der Drahttemperatur unterschiedlich warmes Licht. Bei relativ niedrigeren Temperaturen von z.B. 1700° C (= 1700° C + 273° C = 1973 Kelvin) entsteht warm-weißes (orange-rotes) Licht mit einer Farbtemperatur von ca. 2000K. Je heißer der Draht desto bläulicher und kalt-weißer das Licht (eine 25W Glühlampe erscheint wärmer (rötlicher) als eine 100W Glühlampe).

Je höher (heißer) also die Temperatur des sog. thermischen Strahlers, desto kälter (bläulicher) die Lichtfarbe.
Solche metallischen Körper werden in der Theorie als „schwarzer Strahler“ oder „Planckscher Strahler“ bezeichnet und weichen von dem Glühdraht etwas ab.

Kühle / Warme Farbtemperaturen

Farbtemperaturen von über 5000 K werden als "kühle Farben" (bläulich) bezeichnet, während niedrigere Farbtemperaturen (2700-3000 K) als "warme Farben" (gelblich) bezeichnet werden. "Warm" ist in diesem Zusammenhang eine Analogie zum abgestrahlten Wärmestrom der traditionellen Glühlampenbeleuchtung und nicht zur (Farb-) Temperatur. Die spektrale Spitze des warmfarbigen Lichts liegt näher am Infrarot, und die meisten natürlichen warmfarbigen Lichtquellen emittieren signifikante Infrarotstrahlung. Die Tatsache, dass "warmes" Licht in diesem Sinne tatsächlich eine "kühlere" Farbtemperatur hat, führt häufig zu Verwirrung.

Tageslicht

Die spektrale Zusammensetzung des Tageslichtes resultiert aus der Oberflächentemperatur der Sonne, die bei 5870° Kelvin liegt. Dieses relativ gelbe, direkte Sonnenlicht wird aber durch Lichtstreueffekte in der Atmosphäre in Richtung Blau verschoben. Im Mittel erreicht uns eine Strahlung, die einer Farbtemperatur von 6400° Kelvin entspricht.