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Farbbeurteilung für die Abschlussprüfung

Geschrieben am 07.04.2013 von Arne K.

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Sieht man sich im Netz und in den Büchern nach dem Begriff „Farbbeurteilung“ um, findet man entweder gar nichts oder eine ganze Menge völlig unterschiedlicher Ansätze und Meinungen, was genau denn darunter zu verstehen sei.

Fest steht, dass es zumindest keine allgemeingültige Definition zu geben scheint, was sich hinter der Hülse „Farbbeurteilung“ verbirgt. Daher lässt es sich auch nicht abschätzen, was für Fragen in der Abschlussprüfung für Mediengestalter zu erwarten sind. Es hilft wohl nur, dass Thema entweder gleich auf die „Streich ich sowieso„-Liste zu setzen oder sich sein Wissen möglichst breit anzueignen.

Aufteilung in zwei Hälften

Recherchiert man zur Farbbeurteilung, kristallisieren sich zwei Meinungen heraus, was darunter zu verstehen sei.

Die Einen gehen davon aus, dass es sich bei Farbbeurteilung um ein eher technisches Thema handelt. Es drehe sich hierbei um Stichworte wie Messverfahren, Druckkontrolle und Metamerie.

Andere gehen davon aus, dass es in der Abschlussprüfung eher um die Wirkung von Farbe, also um Farbpsychologie & Farbkontraste, und deren Einsatz geht.

Ich halte beide Wege für möglich und werde deshalb beide verfolgen. Um der daraus resultierenden Informationsflut Herr zu werden, habe ich beschlossen das Ganze aufzuteilen.

In diesem Artikel werde ich mich mit den Grundlagen und den technischen Aspekten auseinander setzen. Die Wirkung von Farbe und deren Beurteilung werde ich einen zweiten Beitrag widmen.

Ich setze ein gewisses Grundverständnis von Farbe und Farbmischung voraus und werde diese Themen nur anschneiden.

Warum die Beurteilung von Farbe so schwer aber absolut notwendig ist

Der erste Teil der Überschrift lässt sich ziemlich schnell erklären und ergibt sich bereits aus der Definition des Begriffs „Farbe“ nach DIN 5033:

„Farbe ist diejenige Gesichtsempfindung eines dem Auge des Menschen strukturlos erscheinenden Teiles des Gesichtsfeldes, durch die sich dieser Teil bei einäugiger Beobachtung mit unbewegtem Auge von einem gleichzeitig gesehenen, ebenfalls strukturlosen angrenzenden Bezirk allein unterscheiden kann.“

Das Schlüsselwort dabei ist „Gesichtsempfindung“. Der Farbeindruck entsteht erst im Gehirn des Betrachters und wird beeinflusst von

  • …den herrschenden Lichtverhältnissen
  • …der Anatomie des Auges (Verteilung von Stäbchen & Zapfen und Sensibilität für die unterschiedlichen Wellenlängen [vgl. Farbwahrnehmung]), die bei jedem Menschen unterschiedlich ist
  • …und die Verarbeitung im Gehirn, bei der der Farbreiz mit persönlichen Erfahrungen abgeglichen wird.

Betrachten also zwei Menschen den selben Gegenstand, ist es wahrscheinlich, dass sie nicht die gleiche Farbe sehen.

Dennoch ist es wichtig, dass man Farbe beurteilen kann. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Reproduzierbarkeit.

Wenn ich zum Beispiel den selben Prospekt in zwei Auflagen drucken lasse, möchte ich dennoch sicher sein, dass die Farben jeweils möglichst gleich aussehen. Egal wo und wann ich drucken lasse. Natürlich wäre das ein in der Praxis nicht erreichbares Ideal, aber es geht hier ja auch nur ums Prinzip.

Um überprüfen zu können, ob die Farben wirklich gleich sind, brauch ich also geeignete Mittel und Methoden, die eine objektive Farbbeurteilung ermöglichen.

Der erste Ansatz wäre, die Farbe visuell, also „durch Ansehen“ zu beurteilen und dabei möglichst viele der oben genannten Einflussfaktoren auszuschalten

Metamerie und die ISO 3664

Das größte Problem beim Vergleichen von Farben ist die Metamerie bzw. metamere Farben. Als Metamerie bezeichnet man einen optischen Effekt, bei dem zwei Farben nur unter bestimmten Lichtverhältnissen gleich aussehen. Ändern sich die Lichtverhältnisse, könnte es passieren, dass der Farbeindruck plötzlich unterschiedlich ist.

Vergleicht man beispielsweise einen Proof und einen Auflagenbogen im Licht der Lampen in der Druckerei, können die Farben identisch wirken. Nimmt man dann beide mit nach draußen und schaut sie sich im Tageslicht an, kann es sein, dass die Farben plötzlich unterschiedlich aussehen.

Dies kann schnell zu Ärger mit Druckern oder Kunden führen! Wer hat denn jetzt recht?

Um unter anderem diesem Problem zu begegnen, wurde die ISO 3664 geschaffen. Sie legt fest, welche Bedingungen für eine standardisierte Abmusterung (Vergleich der Farben von Druckprodukten) erfüllt sein müssen.

  1. Die Abmusterung muss unter D50 Normlicht stattfinden. D50 gibt die Lichttemperatur ( 5000 Kelvin ) an, die der Strahlung entspricht, die ein theoretischer schwarzer Körper abgibt, wenn man ihn auf 5000° Kelvin erhitzt. In diesem Licht sind alle Spektralanteile etwa gleichmäßig enthalten. Auf uns als Betrachter wirkt es allerdings eher kalt bläulich. Durch diese sehr gleichmäßige Spektralverteilung soll gewährleistet werden, dass nicht schon durch möglicherweise fehlende Anteile im Licht Verfälschungen in der Farbwirkung auftreten.
  2. Die Lichtquelle muss einen Farbwiedergabeindex Ra > 90 haben. Mit dem Farbwiedergabeindex wird angegeben, wie sehr sich das tatsächlich abgegebene Licht der Lichtquelle vom Ideal der vergleichbaren Temperatur des schwarzen Körpers unterscheidet. Die Skala reicht von 100 (identisch) bis 0 (keine Gemeinsamkeiten). Die ISO 3664 stellt also hohe Ansprüche an die Qualität der Lichtquelle.
  3. Die Umgebung muss eine neutral graue, matte Wand-Farbe besitzen. Die Wand soll matt sein, um Veränderungen des Farbeindrucks durch Reflexionen zu verhindern. Grau soll sie sein, um das Auge des Betrachters nicht durch eventuell Auftretende Farbkontraste zu beeinflussen.
  4. Bei Auflicht muss die Beleuchtungsstärke 2000 Lux (+/- 500) betragen.

Wenn all diese Bedingungen erfüllt sind, bleiben als einzige Variable nur noch die Eigenarten des Auges des Beobachters. Allerdings sind hier die Abweichungen so gering, dass sich vergleichbare Farbbeurteilungen erzielen lassen.

Ein weiteres Merkmal, das man bei Farbe im Druck beurteilen könnte, ist die Dichte bzw. die Dicke des Farbauftrags.

Densitometrie

Das Messen der Dichte des Farbauftrags nennt man Densitometrie. Sie gibt Auskunft darüber, wie dick der Farbauftrag an einer bestimmten Stelle ist. Die Dicke des Farbauftrags und das Verhältnis von bedruckter zu unbedruckter Fläche bestimmt, wie viel Licht diese Stelle reflektiert bzw. remittiert und damit wie hell oder dunkel die Farbe an diese Stelle wirkt.

Dies zu überprüfen ist wichtig, da das Resultats und die Vorlage eigentlich identisch sein sollen.

Allerdings hat Druckfarbe einige physikalische Eigenschaften, die den Farbeindruck eines bestimmten Bereichs verfälschen können. Beispielsweise zieht sie, besonders bei Naturpapieren, ins Papier ein und der Bereich wird dadurch heller als er sein sollte. Oder die Druckfarbe läuft nach dem Setzen des Punktes auseinander und der Bereich wirkt dadurch dunkler, als er eigentlich sein sollte (vgl. Tonwertzuwachs).

Um diese Effekte zu kontrollieren und ihnen beim Auflagendruck entgegenzuwirken, ist es wichtig, dass man beurteilen kann, wie stark sich der Druck von der Vorlage unterscheidet. Dafür muss man wissen, wie viel heller oder dunkler der Druck im Vergleich zu der Vorlage ist. Anschließend kann man den Farbauftrag entsprechend kalibrieren.

Den Dichtewert „D“ einer Farbe auf dem Papier misst man mit einem Densitometer.

Grundsätzlich schickt ein Densitometer einen Lichtstrahl auf den Bedruckstoff, fängt den vom Papier reflektierten Lichtstrahl wieder auf, filtert aus diesem eine Farbe heraus und misst, um wie viel die Intensität schwächer geworden ist.

Funktionsweise eines Densitometers: Es misst den Intensitätsunterschied zwischen dem einfallendem und dem reflektierten Licht

Funktionsweise eines Densitometers: Es misst den Intensitätsunterschied zwischen dem einfallendem und dem reflektierten Licht (Quelle: arne / fwlook.de)

Wichtig: Das Densitometer misst immer nur die Dichte genau EINER Farbe. Indem das reflektierte Licht erst mal einen Filter in der Komplementärfarbe zur Farbe, die vermessen werden soll, passieren muss, bevor es den Sensor erreicht, ist das eigentlich farbenblinde Densitometer in der Lage einzelne Farben zu unterscheiden.

Zuerst wird das Densitometer auf eine unbedruckte Fläche des Bedruckstoffes kalibriert. Der Bedruckstoff selbst absorbiert schon einen Teil des einfallenden Lichts. Damit dies die Dichtemessung nicht beeinflusst, wird als 100%-Remission (R=1) die Intensität definiert, die das unbedruckte Papier reflektiert.

Farbe auf dem Papier vermindert nun die Intensität des reflektierten Lichtstrahls. Als Maßeinheit gilt der Remissionsgrad R.

An dieser Stelle könnte sich bei dem Thema „Farbbeurteilung“ in der Abschlussprüfung nun eine Rechenaufgabe verbergen!

Der Remissionsgrad wird nach folgender Formel berechnet

R = (Intensität des reflektierten Lichts / Intensität des einfallenden Lichts)

Wobei die Intensität des einfallenden Lichts bei der Kalibrierung ja als 100% definiert wurde.

Beispiel:

Intensität einfallend: 100%

Intensität reflektiert: 80%

R = (80/100) = 0,8

Da das Auge die Helligkeisveränderung nicht linear sondern logarithmisch wahrnimmt, d.h. bei hellen Farben sind Veränderungen sehr gut sichtbar, bei dunkleren bewirken auch größere Änderungen in der Dichte nur noch geringe Unterschiede in der Wahrnehmung, muss dies bei der Berechnung des Dichtewerts berücksichtigt werden.

Die Formel zur Berechnung des Dichtewerts lautet

D = lg( 1 / R )

Für den Remissionsgrad aus dem obigen Beispiel würde dies bedeuten:

R = 0,8

D = lg ( 1 / 0,8 ) = 0,097

In der Praxis druckt man mit der Maschine, mit der später gedruckt werden soll, auf dem Papier, dass auch für den Auflagendruck genutzt wird, einen Druckkontrollstreifen bzw. Medienkeil.

Fogra Medienkeile

Fogra Medienkeile (Quelle: Froebel Medientechnik)

Dieser besteht aus verschiedenfarbigen Feldern, die, je nach verwendetem Keil, in unterschiedlichen Abstufungen aufgerastert sind. Möglich ist auch, dass es Felder gibt, die aus einer Mischung der Primärfarben bestehen.

Nun misst man mit dem Densitometer die Dichte des Farbauftrags in den einzelnen Feldern und vergleicht diesen Wert mit dem Sollwert.

Trägt man diese Werte nun in ein Diagramm mit den % des gewünschten Farbdichte auf der X-Achse und dem tatsächlich gemessenen Wert auf der Y-Achse ein, erhält man die Druckkennlinie.

Die Druckkennlinie

Anhand der Druckkennlinie lässt sich beurteilen, bei welcher Farbdichte der tatsächliche Farbeindruck von dem gewünschten abweicht.

CMYK-Druckkennlinie, bei der man deutlich die Abweichung des Ist- vom Soll-Wert sieht

CMYK-Druckkennlinie, bei der man deutlich die Abweichung des Ist- vom Soll-Wert sieht (Quelle: http://commons.wikimedia.org)

Auch wenn man aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Druckfarbe das Ideal nicht erreichen wird, ist das Ziel doch, die Druckkennlinien der einzelnen Farben möglichst nah an der Diagonalen zu halten. Um dies zu erreichen kann man Einstellungen direkt bei der Erzeugung der Druckdaten, in den verwendeten Farbprofilen oder im RIP (Raster Image Processor) vornehmen.

Eine dritte Möglichkeit, um Eigenschaften von Farbe zu messen und zu beurteilen ist…

Das Spektralfotometer

Das Spektralfotometer ermittelt den Farbort im L*a*b-Farbraum eines Punktes auf dem Bedruckstoff.

Im Gegensatz zum Densitometer betrachtet das Spektralfotometer nicht nur eine der (Druck-)Farben, sondern den durch Farbmischung entstehenden Farbeindruck an einer Stelle des Drucks.

Grundsätzlich arbeitet das Spektralfotometer dabei ähnlich wie das Densitometer. Während das Densitometer allerdings einen weißen Lichtstrahl auf das Papier schickt , den reflektierten Lichtstrahl filtert und den Wert für genau eine Farbe betrachtet, bricht das Spektralfotometer den reflektierten Lichtstrahl in seine spektrale Zusammensetzung auf und misst die Remissionswerte über das gesamte Spektrum.

Densitometer und Spektralfotometer im Vergleich

Densitometer und Spektralfotometer im Vergleich (Quelle: arne / fwlook.de)

Aus diesen Werten ergibt sich die Remissionskurve, die dann genau einem Farbort zugeordnet werden kann. Um nun die Qualität und Farbtreue der Farben des Drucks zu beurteilen, kann man nun auch hier wieder den gemessenen Farbort mit dem Soll-Wert vergleichen.

Auch hier kann sich in der Abschlussprüfung eine Rechenaufgabe ergeben!

Das Spektralfotometer misst den Farbort der Probe und liefert die L*a*b-Koordinaten dieser Farbe.

Eine mögliche Aufgabe wäre nun, zu vergleichen, wie sehr sich die Farbe von der Vorlage unterscheidet und zu beurteilen, ob die Differenz noch tolerierbar ist.

Berechnung von Delta E ( Δ E)

Den Abstand zwischen zwei Farborten bezeichnet man als Delta E, in der Regel mit dem griechischen Buchstaben Δ gekennzeichnet.

Da wir es hier mit Koordinaten in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (L-Achse, a-Ache & b-Achse) zu tun haben, entstammt die Berechnung eigentlich der Vektorrechnung. Die Formel zur Berechnung des Abstands von Farbort1 (L1*a1*b1) zu Farbort2 (L2*a2*b2) lautet:

ΔE = √[ (L1-L2)²+(a1-a2)²+(b1-b2)² ]

Das sieht vielleicht erst mal schlimm aus, aber wenn man sich klar macht, welcher Wert welcher ist, ist es eigentlich recht simpel.

Indem man die Koordinaten jeweils von einander abzieht, bildet man einen Vektor, der die beiden Punkte miteinander verbindet. Durch das quadrieren der einzelnen Werte, das anschließende addieren und schlussendlich das ziehen der Wurzel erhält man die Länge dieses Vektors. Damit weiß man, wie weit die beiden Punkte voneinander entfernt sind.

Zum Beispiel:

In der Vorlage hat der Punkt den L*a*b-Farbwert L=15, a=30 und b=25, was einem dunklen Rot entspricht.

Nach dem Druck wird der selbe Punkt auf dem Druck mit dem Spektralfotometer ausgemessen. Das Ergebnis lautet: L=17, a=28 und b=21, was immer noch ein Dunkelrot ergibt.

Wie groß ist nun die Differenz zwischen Vorlage und Druck?

Vorlage (15/30/25)

Druck (17/28/21)

ΔE=√[(VL-DL)² + (Va-Da)² + (Vb-Db)²]

= √[(15-17)² + (30-28)² + (25-21)²]

= √[-2² + 2² + 4²]

= √[4 + 4 + 16]

= √[24]

= 4,89

Für die Farbbeurteilung spielt dieser Wert eine Rolle, da sich anhand von Delta E einschätzen lässt, ob und wie stark der Farbunterschied sichtbar ist.

Dabei gilt die Faustregel

ΔE < 0.2 nicht sichtbar
ΔE 0.2 – 1.0 sehr gering
ΔE 1 – 3 gering
ΔE 3 – 6 mittel
ΔE > 6 groß

– Quelle: farbe.wisotop.de

Dazu, welches Delta E noch tolerabel ist, habe ich eine ganze Menge unterschiedlicher Auffassungen gefunden. Im Großen und Ganzen wird wohl alles < 4 noch akzeptiert, wobei es auch Stimmen gab, die ΔE gerne kleiner als 2,5 haben wollten. Ich würde mich über Kommentare von Leuten freuen, die in der Praxis damit zu tun haben und mir sagen können, mit welchen Werten bei ihnen gearbeitet wird.

Der MedienStandard Druck soll dazu auch Angaben machen. Man kann ihn sich in der aktuellen Auflage beim Bundesverband Druck und Medien kostenlos herunterladen – allerdings erst, wenn man sich da registriert hat.

Das Beispiel von oben mit seinem ΔE von 4,89 wäre aber wohl schon durchgefallen und der Druck hätte wiederholt werden müssen.

tl;dr:

  • Das Thema Farbbeurteilung ist ekelhaft unpräzise und kann so ziemlich alles bedeuten
  • Man kann visuell Farbe beurteilen, sollte sich dabei aber nach den Vorgaben der ISO 3664 richten und mögliche Metamerieeffekte bedenken.
  • Die Farbdichte misst man pro Druckfarbe mit einem Densitometer. Dabei sind der Remissionsgrad R und die optische Dichte D wichtig.
  • Die Druckkennlinie veranschaulicht den Unterschied zwischen IST und SOLL beim Farbauftrag und sollte möglichst flach sein.
  • Den Farbort einer Farbe misst man mit dem Spektralfotometer. Der Abstand zwischen zwei Farben heißt Delta E / ΔE.

Was unterschlagen wurde

In diesem Beitrag dreht sich alles um Farbbeurteilung bei Druckprozessen. Über das Beurteilen von Farben am Monitor gibt es einen zwar schon etwas älteren aber eigentlich vollständigen Artikel von Andres Beitinger.

Außerdem wurde, wie eingangs angekündigt, der psychologische Ansatz der Farbwirkung bisher ausgelassen. Dies Thema ist in sich schon so komplex, dass es den Rahmen dieses Beitrags sprengen würde.

Weitere Informationen für die, die es ganz genau wissen wollen

Einen ziemlich guten Überblick über alles, was es rund um das Densitometer zu wissen gibt, verschafft einem dieses PDF von techkon. Gefunden habe ich es auf der Seite lepen.de.

Etwas umfassendere Informationen zum Normallicht D50 und der ISO3664 bietet dieser Artikel aus dem Publisher (PDF).

In diesem Artikel wird die Berechnung von Delta E sehr schön veranschaulicht und nochmal umfangreicher erklärt.

Und für die Leute, die gerne mit Farben rechnen oder sich für die exakten physikalischen Zusammenhänge begeistern können, gibt es auf der Seite von Bruce Lindbloom unter dem Punkt „Math“ alles was das Herz begehrt.

Hier gibt es noch ein ziemlich interessantes Video von einem Spektralfotometer, dass ein ganzes Bild erfassen und dann Punkt für Punkt mit einer Vorlage vergleichen kann.

Im Channel von QuadTech gibt es auch noch einige Videos, die Entwicklungen in der Spektralmessung im Einsatz zeigen.

Und sprichwörtlich aus der Abteilung „Darf ’s noch ein wenig mehr sein?“ gibt es hier die Doktorarbeit von Marie-Luise Sonja Wieser mit dem Titel „Vergleichende physikalische Farbmessung und sensorische Farbbeurteilung unter verschiedenen Beleuchtungssystemen an ausgewählten Brühwurstprodukten im Hinblick auf eine objektive Qualitätskontrolle in der Lebensmittelüberwachung“ (PDF, 267 Seiten), in der ab Seite 52 Probleme und Lösungen bei der Farbmessung und Farbbeurteilung in der Praxis erläutert werden.

Habt ihr noch weitere sehenswerte Quellen? Gibt es Gesichtspunkte, die hier fehlen oder habt ihr noch Ergänzungen?

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