A színekről [3]

Az előző két részben megbeszéltük, hogy a szín a szemünkkel érzékelt elektromágneses sugárzás hatására az idegrendszerünkben keletkező érzet (észlelet), amelynek három független jellemzője van (háromdimenziós). Ennek oka abban keresendő, hogy a szemünkben a színérzékeléshez három fajta fotoreceptor (csap) található. Az érzetek azonban a fiziológia és a pszichológia tárgyát képezik, ezért matematikailag a maguk kompexitásában nehezen kezelhetők. Egyszerűsítésre van szükség – így jutunk el a színingerekhez. Egy tetszőleges színingert úgy mérhetünk meg, hogy a kiváltó elektromágneses sugárzás spektrális teljesítményeloszlását – ez fizikai módszerekkel megmérhető – „súlyozzuk” három, ún. színinger-megfeleltető függvénnyel (ezek a receptorok érzékenységével vannak szoros kapcsolatban), majd az így kapott színösszetevőkkel megszorzott három alapszíningert összegezzük. De hogyan kaphatjuk meg a színinger-megfeleltető függvényeket?      

Hogy erre a kérdésre jól érthető választ adjunk, vissza kell lépnünk néhány évszázadot, és röviden összefoglalni a gyarapodó ismereteket, amelyek végül egymásba kapcsolódóan a 20. század elejére elvezettek a műszeres színmérés megalapozásához.

A kezdetek

A kezdőpontot kétségtelenül Newton színelméletéhez kell kötnünk, melyet az 1660-as években kezdett kidolgozni, és 1704-ben megjelent Opticks című művében foglalt össze. (Ámbár már korábban a legkiválóbb filozófusok, teológusok, festőművészek, sőt színes képek sokszorosítói, nyomdászok próbálták megfejteni a színek és a színkeverés titkait.)

Az Opticks első kiadásának címlapja

A köztudatban élő történettel szemben Newton nem arra jött rá, hogy a fehér fényt (napfényt) az üvegprizma színes sugarakra bontja – ezt már korábban sokan megfigyelték –, hanem arra, hogy egy prizmával felbontott fehér fényből egy nagyon keskeny résen átengedett valamely izolált színes fénysugár (mai nevén monokromatikus fény, a spektrum igen keskeny összetevője) egy második prizmával nem bontható tovább, sőt semmilyen más kísérleti módszer sincs, amellyel ez megtehető. Az egyszer felbontott fehér fény színes sugarai megőrzik színezetüket. (Megjegyzés: ma már tudjuk, hogy egy folytonos spektrum mégoly keskeny sávja is valójában különböző hullámhosszúságú összetevőkből áll, csak ezek színezetét a látásunk már nem tudja megkülönböztetni.) A prizma nem „módosítja” a napfényt (mint addig hitték), hanem csak szétválasztja, és láthatóvá teszi a fehér fényben már „benne lévő” színösszetevőket. Ezek egyesítésével a fehér fény újra előállítható, azaz a napfény „fehér” fénye a spektrum összes színéből álló összetett fény.

Newton vázlata az egyik, két prizmával végzett kísérletéről. A két prizma lehetővé tette, hogy az egyikkel felbontott fehér fény teljes spektrumából Newton rész-spektrumokat tudjon tüzetesebben vizsgálni

Newton azonban ebből a helyes gondolatmenetből először azt a téves következtetést is levonta, hogy a fehér fény előállításához az összes spektrumszínre szükség van. Ezt a holland Christiaan Huygens (aki a kor második legnagyobb fizikusa volt Newton után) hamarosan kísérletileg megcáfolta. Ugyanis pusztán két színből is (két színes fény, nevezetesen a kék és a sárga keverésével) létre tudta hozni a fehér fényt. Mai kifejezéssel, a kék és a sárga komplementer, azaz kiegészítő színek. Ez éppen azt jelenti, hogy a színpárok megfelelő megválasztásával csupán két színes fény meghatározott arányú összeadó keverésével is előállítható a fehér fény. Newton ezzel haláláig nem értett egyet, végül csak annyit volt hajlandó elismerni, hogy a fehér fény „kis számú összetevőből is kikeverhető”.

A napfény folytonos spektrumában egyébként (ha most eltekintünk az ún. Fraunhofer-vonalaktól) – ma már tudjuk – végtelen sok, egymást követő spektrumvonal, azaz monokromatikus színösszetevő van, amelyek egy folytonos halmazt alkotnak, de mi természetesen nem érzékelünk végtelen sok színt, hanem véges számú színcsoportot (és ezeken belül persze több árnyalatot) különböztetünk meg. Newton hét spektrumszínt (valójában színcsoportot) nevezett meg: a vöröset, a narancsot, a sárgát, a zöldet, a kéket, az indigókéket és az ibolyakéket – ezek a valóságban folytonosan változó színekből állnak. (Érdekesség, hogy amit ő kéknek nevezett, azt ma zöldeskéknek vagy ciánnak hívjuk.) Newton az általa „pricipal”-nak nevezett hét színt kör alakban rendezte el, ami sok későbbi „színdiagram” előképe, de akár azt is mondhatjuk, hogy ez volt az első színdiagram (a színesség síkbeli ábrázolása zárt alakzaton). Newton briliáns felismerése volt, hogy a középpontot (O = fehér) a kör kerületével összekötő szakasz mentén a színezet (hue) ugyanaz marad, de a telítettség (saturation) változik. Ezért a kör belsejében a színek sokasága állítható elő keveréssel. A harmadik dimenzióval (világosság) Newton nem foglalkozott.

Newton eredeti (első) színköre, amelyet Opticks című könyvében tett közzé. A maga idejében és később is ez a színkör rendkívül népszerű volt, és további színkörök, színminta táblázatok és színtestek létrehozására ösztönözte a tudósokat, művészeket, vegyészeket, nyomdászokat

Érdemei mellett a Newton-féle színkör hiányossága, hogy a hét színsávot Newton nem a spektrumban elfoglalt valódi szélességüknek megfelelően helyezte el a kerület mentén, hanem úgy, ahogy a hétfokú zenei skála hangjai következnek egymás után (C, D, E, F…). Látjuk, hogy az egész hangoknak megfelelő távolságok egyformák, a félhangokhoz tartozó kerületszakaszok fele akkorák (E-F, B-C, az angolban a B jelöli a H hangot). Ez természetesen nem felel meg a valódi kolorimetriai viszonyoknak, de abban a korban sok minden mást is a zenei harmóniákkal próbáltak kapcsolatba hozni. A másik gond, hogy a bíbor (a két szélső spektrumszín, az ibolya és a vörös keveréke, nincs rajta a színkörön, bár könyve szövegében Newton utal rá, hogy az OD szakasz közelében vannak a bíbor keverékek, és később egy ilyen színkört is felrajzolt.

További probléma volt a fentebb említett tény, hogy Newton nem fogadta el a fehér előállításának lehetőségét két komplementer színből. A színkeverés kérdéseire pedig csak részben adott választ. Kísérleteiben főként fényeket kevert, ezért nem volt érvényes magyarázata a szubtraktív színkeverés (pl. festékek keverése) törvényszerűségeire. Lényegében nem különböztette meg a szubtraktív és az additív színkeverést. A festők által használt három alapszín (kék, sárga, zöld) használatát elutasította. (Igaz, ezt a modern színtan is elveti: a szubtraktív keverés optimális alapszínei a cián, a bíbor és a sárga.)

Newton színelméletével kapcsolatban még feltétlenül meg kell jegyeznünk, hogy a színes fénysugarakat az “éter rezgéséből” keletkező részecskékből álló valaminek tekintette (szemben Huygens hullámelméletével), ugyanakkor korát megelőző zseniális felismerésnek mondhatjuk, hogy a színek valójában érzetek vagy észleletek. Ezt egyértelműen bizonyítja az Opticks c. könyvében tett utalás:

„Helyesen mondva, a fénysugarak valójában nem színesek. Csupán bizonyos erő és képesség van bennük, hogy ennek vagy annak a színnek az érzetét létrehozzák.” Ezt megelőzően megjegyzi könyvében, hogy „Ha színes vagy színessé tett fényről beszélek, akkor ezt nem tudományos (fizikai) értelemben kell venni, hanem általános, népszerű értelemben, ahogy az átlagember a kísérleteket látva mondaná.”

Newton után

Newton színelméletét úgy száz éven át sokan elfogadták (már csak tekintélytiszteletből is), de az említett tévedéseket hosszú ideig nemigen tudták feloldani, pedig a mindennapi gyakorlatnak ellentmondott. Leginkább a festőket hozta zavarba, mivel többféle fizikai tulajdonságú festéknek lehet ugyanolyan színe, így két, adott színű festék keverésekor a kémiai összetételtől függően egészen eltérő színű keverékek kaphatók (ami fények keverésekor nem fordulhat elő). Ugyanakkor általánosan elterjedt, és a gyakorlatban igazolt felismerés volt az előző részben részletezett trichromacy, azaz a színek többségének előállíthatósága három ún. alapszínből (primary). Ez éles ellentétben állt Newton felfogásával (hét alapszín), és a magyarázatot sokan a fizikától várták. Ez is egy példa az első részben emlegetett „kategóriatévesztésre”. A magyarázatot, illetve egyelőre csak hipotézist végül nem a fizika, hanem a fiziológia szolgáltatta, azonban erre egészen az 1800-as évek elejéig kellett várni, az előző részben már említett Thomas Young trikromatikus elméletének megjelenéséig. De ne legyünk igazságtalanok: Youngnak is voltak elődei, hasonló, de kezdetlegesebb elmélettel (George Palmer és Mihail Lomonoszov).

Young elméletének lényege, hogy a szemünk ideghártyáján (retina) a színek érzékeléséhez három független hangolt receptor („rezonátor”) van, amelyek a különböző hullámhosszúságú sugarakat eltérően érzékelik, és három független adathalmazt továbbítanak az idegrendszer felé. Tehát a trichromacy oka a szemünk felépítésében keresendő (lásd a Színekről [2] részt). Young azonban elméletét nem tudta direkt módon igazolni, sem a három receptor spektrális érzékenységét meghatározni, mégis sikerült legalább a kategóriatévesztést orvosolnia.

Először azt feltételezte, hogy a színérzékelő receptorok a vörös, a sárga és a kék színekre érzékenyek, majd a vörös, zöld, kék színeket javasolta. Sokkal később, a 20. század második felében sikerült csak pontosan megmérni a receptorok elnyelési karakterisztikáit, illetve, hogy az érzékenységi maximumok valójában a sárgászöld, a zöld és az ibolyakék tartományban vannak. Sérült látású („színtévesztő”) személyek színlátásának vizsgálatával azonban magát az elméletet már a 19. században sikerült kísérletileg alátámasztani, de ez nem volt pontos – csak közelítő jellegű.

Young hipotézise után ötven év telt el komolyabb előrelépés nélkül a színek objektív méréséhez vezető úton, de ez a korszak sem volt eseménytelen. Newton színköre ugyanis sokakat inspirált a színek rendszerezésére a legkülönbözőbb síkbeli és térbeli geometriai alakzatok formájában (pl. Tobias Mayer, Johann H. Lambert stb.). A törekvések a színek olyan elrendezésére irányultak, hogy érzet szerint egyenlő közű (uniform) színeket kapjanak, miközben a színkeverés gyakorlata (festékek keverése a kék, a sárga és a zöld „alapszínekből”) is igazolódik. Ezek közül kiemelkedik Otto Runge festőművész színgömbje (1810), amelyen a telített színek az „egyenlítő” mentén helyezkednek el (a három „tiszta” szín a festők által preferált vörös, sárga és kék, és ezek között három-három kevert szín van, amelyek érzet szerint egyforma távolságban vannak egymástól), a fekete a „déli”, a fehér az „északi” póluson van, bármely szürke pedig a kettő közötti tengelyen. A telítettség a felülettől befelé, a szürke felé csökken. A színek világossága pedig a hosszúsági körök mentén változik. A modell a mából visszatekintve egészen modernnek mondható.

Otto Runge színgömbje – felül a fehér és a fekete „pólus” felőli nézetben, alul keresztmetszetben és hosszmetszetben –, amely a színeket három dimenzióban ábrázolja, és amelyhez hasonlót 100 évvel később a híres színatlasz szerzője, Munsell szabadalmaztatott. A gömb formát azonban Munsell hamarosan megváltoztatta, és megalkotta a színrendszerezés egyik alapkövét, a szabálytalan alakú, és mindhárom dimenzióban vizuálisan egyenlő lépcsőkből álló Munsell-féle „színfát”. Az ennek megfelelő, pontosított színmintákat (színatlaszt) az Egyesült Államokban ma is használják – lásd később  

Runge levelezésben állt a költő Goethével, aki élete utolsó húsz évében szintén intenzíven foglalkozott a színekkel, és Newton színelméletének engesztelhetetlen bírálója volt. Színelméletében sok érdekes fenomenológiai felismerés van, de a tudományos világ nézeteinek csak kis részét fogadta el.

Az aranykor

A színek valódi természetének megismerése az 1850-től 1931-ig terjedő időszakban bontakozott ki, és érte el tetőpontját a szín(inger)mérés alapjainak lefektetésével, ezért szokás ezeket az éveket a színkutatás „aranykorának” nevezni.

Young trikromatikus elméletét a matematikus, fizikus, fiziológus és filozófus Helmholtz fejlesztette tovább (1852), majd nem sokkal később a matematikus Grassmann kritikájának hatására némileg módosította. A trikromatikus elméletet ma Young-Helmholtz elméletnek nevezzük.

Helmholtz érdeme a szubtraktív színkeverés (festékek, pigmentek keverése, illetve színek szűrése) és az additív színkeverés (színes fények keverése) közötti különbség tisztázása. A kétféle színkeverésnek mások a törvényei, a szubtraktív színkeverés jóval összetettebb, az eredményét sokszor nehéz megjósolni. Helmholtz a színekkel foglalkozó első tanulmányában egy kísérleti hiba miatt tévedett, amikor azt állította, hogy csak két komplementer (kiegészítő) színű fény – a sárga és az indigókék – additív keveréke ad fehéret.

Ez a tévedés válaszra késztette a matematikus Grassmannt, aki először is leszögezte, hogy a színélmény (színérzet) háromdimenziós, és a színezet (hue), a telítettség (saturation) és a világosság (brightness) jellemzőkkel írható le (mint ezt már sorozatunk első részében leírtuk). Az ezeknek megfelelő fizikai, illetve pszichofizikai jellemzők pedig a hullámhossz vagy domináns hullámhossz, a színtisztaság (egy monokromatikus szín és a fehér keverékében a 100%-osan tiszta spektrumszín és a fehér aránya), továbbá az intenzitás (mai kifejezéssel fénysűrűség). Feltételezte továbbá, hogy a jelenségszintű színélmény nem változik meg ugrásszerűen, ha az egyik fizikai jellemző változik. Mindezek alapján be tudta bizonyítani, hogy a színkör minden pontjának kell lennie komplementer színének. Helmholtz ezt elfogadta és kísérleti módszerének tökéletesítése után be is bizonyította.

A komplementer színek mérésére alapozva Helmholtz fel tudta rajzolni az első modern színinger-diagramot

Grassmann ezen felül fontos megállapításokat tett az additív színkeverésre vonatkozóan. Ezek a híressé vált Grassman-törvények, amelyek többféle értelmezésben megfogalmazódtak az azóta eltelt időben. Az eredeti megfogalmazás kissé nehézkes, ezért némileg egyszerűsített változatban közöljük e törvényeket:

  • Bármely színinger létrehozható három független színinger additív keverékeként. A függetlenség itt azt jelenti, hogy a három színinger egyike sem keverhető ki a másik kettőből.
  • Szín-megfeleltetéskor (színegyezés létrehozásakor) csak az alapszíningerek számítanak, a spektrális összetételük nem.
  • Az egyes színingerek fénysűrűségének folyamatos változtatásakor az eredő színinger is folyamatosan változik.

Az első törvény azonban csak sajátságos megkötéssel érvényes! A teljes színtartományban vannak olyan résztartományok, amelyekben legalább egy színösszetevő negatív előjellel szerepel a színegyenletben (lásd A színekről [1]). Ez fizikailag azt jelenti, hogy a színmegfeleltető kísérletekben a három alapszín egyikét a vizsgált színnel kell keverni ahhoz, hogy a színegyezés létrejöjjön (deszaturálni kell a vizsgált színt). Magyarán, vannak színek, amelyeket három valós alapszín additív keverésével nem lehet előállítani! (Ez nem Grassmann állítása. Először Maxwell ismerte fel, hogy ha minden színt szeretnénk additíven kikeverni, ez csak képzetes vagy szuperszaturált alapszínekkel lehetséges, amelyek kívül esnek a látható színtartományon (csak matematikailag léteznek).

Maxwell, az objektív színmérés megalapozója

James Clerk Maxwell skót fizikusról (1831-1879) külön fejezetben kell megemlékeznünk, mert rövid életében a fizika fejlődésének több területen is meghatározó irányt mutatott (elektromágnesség, fénytan, hőtan, statisztikus fizika stb.). Emellett, úgy mellékesen elkészítette a világ első színes fényképét, és Helmholtztól függetlenül, vele egyidőben végzett színmegfeleltetési (color matching) kísérleteket additív színkeveréssel, megalapozva az objektív szín(inger)mérést. Tudományos teljesítménye és jelentősége Newtonéhoz és Einsteinéhez mérhető.

Szintén Young elméletére alapozva Maxwell egy kettős forgatható tárcsával (additív színkeveréssel) elvégezte az első vizuális színmegfeleltető (color matching) kísérleteket (1855).

Maxwell eredeti tárcsája az additív színkeverés tanulmányozásához. A tárcsa megforgatásakor a belső rész a fekete és fehér körcikkek területi arányától függő szürkét ad. A külső rész három színszegmense (festett papírból készült cinóbervörös, smaragdzöld és ultramarin kék) arányának, illetve hosszának változtatásával beállítható a belső résszel megegyező szürke. Ekkor Maxwell a 0,37R + 0,36G + 0,27B = 0,28W (fehér) + 0,7Bk (fekete) egyenletet kapta – nappali fehér fény mellett. Egy vizsgált színű szegmenssel helyettesítve a megfelelően megválasztott alapszínt az egyezés szintén létrehozható, és egy új egyenlet írható fel. A két egyenletből kifejezhető az ismeretlen tesztszín a megfelelő együtthatókkal súlyozott R, G, B alapszíningerek additív keverékeként

1860-ban Maxwell egy új eszközt konstruált, amely nem festékek, hanem fények színét hasonlította össze, illetve tette vizuálisan egyenlővé. Tudománytörténeti tény, hogy Maxwell a színegyeztető kísérleteivel, és az ebből levont következtetéseivel nyitotta meg az utat az objektív színmérés felé. A fényekkel végzett kísérleteinek működési elvét és magát az eredeti eszközt („colour box” vagy „Maxwell-box”) az alábbi ábrák szemléltetik:

Felső ábra: a Maxwell-féle színegyeztetési módszer elve színes fényekkel. A bal oldali felső nyíláson át érkezik a dobozba a nappali fehér fény, amelyet a középen belépő vörös, zöld és kék monokromatikus fénysugarak keverékével kell kiegyenlíteni. Az egyezést az „A” kimeneti nyílással szembeni kettéosztott ernyőn kell figyelni. Az „A” nyílásba valójában egy okulár van beillesztve, ezen keresztül nézhető a színegyeztető felület. A fehér fényt összetevőire, illetve az R, G, B színingerekre felbontó egység – amely egyébként hasonló, de a fehér fényt az okulár helyén beléptető box – nincs az ábrán feltüntetve. Alsó kép: Az eredeti „colour box” egyik változata, amellyel Maxwell a kísérleteit végezte. Elöl látható az okulár helye, bal oldalon a fények belépő nyílásai, jobb oldalon a box optikai elemei (tükrök, prizmák)

A kiegyenlítendő szín meghatározása úgy történt, hogy Maxwell először egyezést hozott létre a fehér fény és az R, G, B színingerek beállítható arányú keverékével. Ezután két alapszínt megtartva a kiegyenlítendő (mérendő) monokromatikus színnel helyettesítette az alapszínek egyikét – azt, hogy melyiket, függ a vizsgálandó színtől is –, és az egyeztetést újra elvégezte a fehér színnel a két megtartott alapszín és az új szín erősségének beállításával. A kapott additív összefüggésekből fel tudta írni a keresett fény összetételét a három alapszíninger együtthatóival. A mérendő monokromatikus színek sokaságával megismételve a színinger-megfeleltetést, megkaphatók a választott W fehér színingerrel és R, G, B alapszíningerekkel létrehozott, adott színrendszerhez tartozó színmegfeleltető függvények a teljes látható hullámhossz-tartományban.

Maxwell volt az, aki – mint fentebb utaltunk rá – bevezette a képzetes vagy szuperszaturált alapszínek fogalmát, amelyeknek additív keverésével az összes szín előállítható. Erre még a forgó tárcsával végzett kísérletei során jött rá, ugyanis több olyan telített festékszínt talált, amely kívül esett azon a háromszögön (Maxwell-háromszög), amelynek csúcsaiban a cinóbervörös, smaragdzöld és ultramarinkék színeket ábrázolta. Hasonló eredményre jutott, amikor monokromatikus fényeket használt a színmegfeleltetéshez.

A zöld, cián, kék és bíbor színek bizonyos tartományát Maxwell nem tudta reális R, G, B alapszínek additív keverésével előállítani. Az egyezést csak úgy lehetett létrehozni, ha a három alapszín egyikét Maxwell átvitte az osztott látómező másik oldalára. Ezért ennek a színnek negatív előjellel kellett szerepelnie a színegyenletben, de az ilyen keverés fizikailag lehetetlen, három szín additív keverékben „negatív” szín csak matematikailag lehet, optikailag nem (mert nem létezik). Ez forradalmi felismerés volt. Ha három „pozitív” alapszínből szeretnénk kikeverni a teljes színtartomány bármely színét, ez valós alapszínekkel nem lehetséges. Ez maga az alapszín-paradoxon.

Egy valós és egy képzetes színrendszer választásának szemléltetése. Tetszőlegesen választott valós R, G, B alapszínekből nem lehet kikeverni a szemünk által érzékelhető színtartomány egy részét. Az X, Y, Z „színingerek” additív keverésével viszont az összes szín kifejezhető  

Az alapszínek nem „kőbe vésett” színek, ezeket tetszőlegesen megválaszthatjuk (ha teljesül a függetlenség kritériuma). A választást a célszerűség vezérli, nevezetesen az, hogy minél nagyobb színtartomány színei kikeverhetők legyenek velük. Ha valós (realizálható) alapszíneket választunk, akkor biztosan lesznek színek, amelyek additív módon nem keverhetők három alapszínből (de négy, öt…alapszínből sem), mert a látásunk színtartománya geometriailag nem egy háromszög vagy sokszög, hanem egy görbe vonallal, a spektrumszíneket tartalmazó görbével (is) határolt szabálytalan alakzat. Ahhoz, hogy minden szín beleférjen egy három alapszínből létrehozott háromszögbe, képzetes (optikailag nem létező) alapszíneket kell választani.

Egy színmérő rendszer három független alapszínét tetszőlegesen választhatjuk meg, az elsődleges szempont a célszerűség. Ha ezt tartjuk szem előtt, képzetes (nem realizálható) alapszíneket kell használnunk. Hogy pontosan milyeneket és miért azokat, azt hamarosan megindokoljuk

A trikromatikus elmélet és Ewald Hering opponens színelmélete

Helmholtz és Maxwell kísérletei nyomán a trikromatikus elmélet kezdett elfogadottá válni. Az elmélet hívei feltételezték, hogy a háromféle csap háromféle idegingerületet gerjeszt. (Ez a feltételezés később nem bizonyult helyesnek, a csapok jeleinek feldolgozása jóval bonyolultabb.)

A szem három, színérzékelésért felelős fotoreceptorának érzékenységi karakterisztikái a hullámhossz függvényében továbbra is meghatározásra vártak. Maxwell javasolt egy módszert, amellyel a spektrum minden hullámhosszán meg lehetne állapítani a háromféle csap relatív gerjesztését, és így a csapok érzékenységi karakterisztikáit a teljes látható tartományban. Nevezetesen olyan emberek színlátását kellene vizsgálni, akiknél a három csap közül egy-egy hiányzik. Maxwell egyetlen olyan embert ismert, akinek hiányzott a hosszúhullámú (L) receptora, de olyat nem, akinek az M vagy az S receptora hiányzott volna. A színmegfeleltetést a fent bemutatott tárcsával elvégezte, és természetesen más egyenletet kapott, mint egy normális látású ember esetében.

Ez a javaslat a későbbiekben kiváló pszichofizikai módszer kifejlesztéséhez vezetett a retina receptorai spektrális érzékenységének becslésére. König és Dieterici elvégezte a színmegfeleltető méréseket normális, és sérült látású protanóp (hiányzó L csap) és deuteranóp (hiányzó M csap) megfigyelőkkel (1892). Ezzel még ma is jó becslésnek tekinthető görbéket tudtak felrajzolni a három csap érzékenységére. A precíz – de még mindig közvetett – méréshez olyan megfigyelő személy is kellett, akinek szeméből az S csap hiányzik, ez pedig rendkívül ritkán fordul elő (tritanópia). Ez a mérés csak 1952-ben sikerült Wrightnak, akinek korábban meghatározó szerepe volt az 1931-es CIE XYZ rendszer megalkotásában. Az érzékenységi görbék közvetlen kimérése pedig először 1965-ben történt meg (Rushton).

De térjünk vissza a 19. század végére! Egy osztrák fiziológus, Ewald Hering ekkor állt elő a trikromatikus elmélet ellenében az ún. opponens színelmélettel, amely a színészlelet jelenség szintű (fenomenológiai) megközelítéséből indult ki (1878).

Tapasztalati tény, hogy a színek közül nemcsak a vöröset, a zöldet és a kéket, hanem a sárgát is kitüntetett (alapvető, eredendő, ős) színnek érezzük, amelyben nem fedezhetjük fel az R, G, B additív alapszínek egyikét sem. A sárgának erre a különös viselkedésére a trikromatikus elmélet valóban nem ad választ. Ellentétben ugyanis a zöld és kék, továbbá a kék és a vörös additív keverékszíneivel (cián, illetve bíbor), amelyekben az alapszínek jellege felismerhető – a vörös és a zöld keveréke (adott arányban) a sárga, amelyben nem ismerhető fel sem a vörös, sem a zöld. Ugyanez a helyzet a sárga és a kék keverékével, amely vagy sárgának, vagy kéknek látszik. Hering arra is rájött, hogy hiányzó L vagy M csap esetén a „kétszínlátók” nem észlelik ugyan a vörös, illetve a zöld színt, de a sárgát igen.

Hering mindezekből és további megfigyelésekből azt a következtetést vonta le, hogy négy „érzet szerinti” alapszín van, a vörös, a zöld, a kék és a sárga (unique hues). Azt gondolta, hogy ezeket a színeket a vizuális rendszer a retinán kívüli szubsztanciák, illetve feldolgozás állítják elő. A zöld és a vörös, illetve a sárga és kék színészleletek opponens vagy antagonisztikus színpárokat alkotnak, azaz a keverékükben egyidejűleg nem érzékelhetjük őket. A szürkületi látás jellegéből (a színek elvesztése) arra következtetett, hogy a világosságérzet a színérzettől független, ezért két további „színnel”, a feketével és a fehérrel egészítette ki rendszerét, amelyek azonban nincsenek antagonisztikus kapcsolatban.

Ewald Hering opponens színelméletének szemléltetése. A három csap kimeneti jelei egyfajta előfeldolgozáson mennek át, aminek eredménye két-két antagonisztikus szín (vörös/zöld és sárga/kék, ami azt jelenti, hogy vöröseszöld vagy zöldesvörös, és sárgáskék vagy kékessárga szín nem észlelhető. A négy alapszín az elméletben a „unique hue” nevet kapta. A fekete és a fehér külön csatornát képez

Hering elmélete nem volt összhangban az additív színkeveréssel, ugyanis nem tudta megmagyarázni, hogy míg a sárga és kék komplementer színek, tehát megfelelő arányban keverve fehéret adnak, a vörös és zöld színpárok esetében ez nem így van. Sok más magyarázata és értelmezése is hézagos és hiányos volt, és hibásnak bizonyult, de ironikus módon fontos és érvényes általános elveket sikerült felfedeznie. Hering és hívei egyfelől, Helmholtz és követői másfelől, hosszú évtizedeken át vitáztak, és a két elmélet összeegyeztethetetlennek látszott. Csak a 20. század közepén jöttek rá a kutatók, hogy mindkét elméletre szükség van a színészlelet fiziológiai-neurológiai folyamatainak magyarázatához. Ehhez azonban később fogunk visszatérni, mivel a trikromatikus elmélet, illetve színinger-megfeleltetés továbbfejlesztett módszere alkalmas volt a színingermérésre, azaz a színek objektív, számszerű meghatározására.

Színek sorbarendezése

Időközben, a századforduló előtt és után a színek rendszerezése, színmodellek létrehozása síkbeli és térbeli alakzatok formájában tovább folytatódott. A színrendező rendszerek három csoportba sorolhatók, de ezt most nem fogjuk részletezni. Általánosságban az egyik fő cél az egyenlő közű, azaz vizuálisan egymástól egyforma „távolságban” lévő (uniform) színeket tartalmazó térbeli színmodell megalkotása volt a tárgyak színének vizuális meghatározásához, illetve a megfelelő festékek kikeveréséhez. Ezek a modellek nem a műszeres színmérést célozták, hanem mintagyűjteményt adtak a szubtraktív színkeveréshez, ill. az eredmény összehasonlításához a rögzített (szabványosított) mintákkal.

Sok nevet lehet említeni: pl. William Benson építészt, aki a kockát használta a színek rendezéséhez (1868), Wilhelm von Bezold fizikust (kúp alakú színtest, 1874), Wilhelm Wundt pszichológust (gömb és kúp, 1974, 1893), Charles Blanc művészetkritikust (sokszög, 1879) stb. Mindezek a színrendszerek nagy hatást gyakoroltak a kor kísérletező festőire, főleg a neoimpresszionistákra. Mindazonáltal az említett és nem említett színrendező rendszerek – bár kisebb-nagyobb sikerrel sokan támaszkodtak rájuk –, nem voltak univerzálisan használhatók. Viszonylag szélesebb körben terjed el Ostwald színrendszere (Európában), és Ridgway, illetve Munsell színrendszere (Amerikában).

Mégis, mind közül  Albert Munsell festő színrendező rendszere volt a legsikeresebb. Az alapelv az „egyenlő közű észlelés” (perceived equidistance) a színek mindhárom, érzet szerinti dimenziójában, külön-külön. Munsell először a gömb formát javasolta (Otto Runge nyomán), de amikor elkészítette a festett mintáit, rájött, hogy a szimmetrikus testek nem tudják megfelelően megjeleníteni az egyenlő közű telítettségi (chroma) fokozatokat az eltérő színezetű és változó relatív világosságú színek ábrázolásakor, ezért mindenképpen valamilyen szabálytalan alakzat szükséges. Így jött létre az ún. Munsell-féle „színfa”.

Albert Munsell színfája mindhárom dimenzióban (hue-value-chroma) uniform alakzat. A függőleges tengely 10 „egyenlő közű” szürkeárnyalatra van felosztva, felül a fehérrel, alul a feketével. Ez a „value” (lightness, relatív világosság) tengely. Minden egyes szürkelépcsőhöz kör alakban hozzárendelt öt fő színt (vörös, sárga, zöld, kék és bíbor), majd ezek közé újabb öt keverékszínt illesztett. Ez volt a színfa első változata. Később ezeket a körcikkeket megfelezte (második változat 20 színezettel, ez látható az ábrán), majd újra megfelezte, és így összesen 40 színezetet (hue) kapott. A chroma (a telítettséggel rokon jellemző) lépcsőinek száma azonban nem fix érték, hanem minden value és minden hue értékre más és más, éppen azért, hogy az érzet szerint egyenlő közök elve ebben a dimenzióban is megtartható legyen. Tehát a chroma skála nyitott, az eltérő színtartalmú minták száma más és más, a színezettől és az aktuális világosságtól függően. A színfán található minden színminta számokkal és betűkkel van azonosítva (notation), így a negyven színezetnek megfelelő sugárirányú függőleges metszetet külön-külön lehet ábrázolni, amelyek mindegyikén tíz sor van (tíz value) és változó számú chroma. Ezek adják ki az egyes színezetekhez tartozó minták számát. A későbbiekben készült 100 színezetet tartalmazó színfa is (Munsell halála után), de a gyakorlatban a 20 vagy a 40 színezetű változatot használják 

Az általa festett, majd kinyomtatott színmintákat Munsell a Color Atlas című színminta-atlasz formájában jelentette meg 1915-ben. Egy új, módosított atlasz jelent meg Munsell halála után, 1929-ben, The Munsell Book of Color címmel, ez a kiadás ma is közkézen forog. 1942-ben ugyanis az American Standard Organization javasolta az atlasz használatát a felületi színek specifikálásához. Később a modern színmérési technikákkal tovább finomították a színmintákat és a jelölési rendszert (renotation), így az biztosan még sok évig használatban lesz.

Néhány oldal a The Munsell Book of Colour című színminta-atlaszból

Mivel számunkra ebben a sorozatban – a kijelzők színmérését szem előtt tartva – elsősorban az additív színkeverés és a trikromatikus elmélet a mérvadó, a Tisztelt Olvasó elnézését kérjük a kissé talán hosszú kitérőért az opponens színelmélet és a színrendszerező modellek területére, de részben azért is tettük ezt, mert az objektív színingermérés mellett az utóbbi fél évszázadban egyre érezhetőbb az a törekvés, hogy a színészletetek mind több jellemzőjét is megközelíthetővé tegyék a matematika számára. Megjegyezzük, hogy a modern CIELAB és CIECAM02 (CIE color appearance model 2002) színmodellek tükrözik mind a hagyományos színmodellek, mind az opponens színelmélet alapelveit.

Folytatása következik

N. Á.

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .