Lysbølger og fargar

1 Februar 2015

Fargesyn

Dei fleste pattedyr har eit velutvikla nattsyn, men i dyreverda er det bare mennesket og apene som har eit godt fargesyn over heile spekteret. Forskarane trur at det skuldast at vi er dagdyr som har behov for å skilja ulike fargar. For eksempel ser vi etter fargen på frukt for å sjå om den er moden.

Når elektromagnetisk stråling treff auget vårt blir strålingen omdanna til synsinntrykk i hjernen til former og farger. I netthinna (retina) fins det lysfølsomme celler som kallast tappar og stavar. Stavane er dei mest lysømfintlige og gir oss nattsynet. Men sidan det bare finns ein type av disse cellene, oppfattar vi bare svart-kvitt og gråtonar med nattsynet. Tappane kan delast inn i tre typar etter kva respons dei gir på ulike bølgelengder. I hovedtrekk reagerer dei tre celletypane på henholdsvis blått, grønt og rødt lys. Kvar enkelt type reagerer på bølgelengder innanfor eit bestemt intervall, og har distinkte toppar der dei er mest følsomme. For ein gjennomsnittsperson er disse toppane lokalisert omtrent på 420nm, 534nm, og 564 nm  (ulike forfattarar oppgir ulike tall, men prinsippet er det samme) Dette tilsvarer rødt, grønt og blått (RGB) 

Som vi ser på figuren er det overlapp mellom dei områda som dei ulike tappane er følsomme i, og dette har ein viktig konsekvens. For lave bølgelengder (mindre enn ca. 420 nm) vil nesten bare B-tappane reagera, og for høge bølgelengder (over ca 650 nm) vil nesten bare R-tappane reagera. Men for alle bølgelengder imellom vil minst to typar reagera. For eksempel vil gult lys med bare ei bølgelengde, feks. 450 nm (dette kalles  monokromatisk lys) aktivisera G-tappane og R-tappane omtrent like mykje. Men ein kombinasjon av grønt lys med bølgelengde 534 nm og rødt lys med bølgelengde 564 nm samtidig (dette kalles "multikromatisk" lys), vil også aktivisera G-tappane og R-tappane like mykje. Hjernen kan altså ikkje skilja mellom ein rein spektralfarge som bare består av ei enkelt bølgelengde, og ein blandingsfarge som består av fleire. Med andre ord: når auget vårt blir utsatt for rødt og grønt lys samtidig og frå same stad, så oppfatter vi det som gult!

Det er dette faktum som blir utnytta i fjernsyn, dataskjermar og mobiltelefonar. Skjermen er sett saman av ørsmå lysande prikkar i rødt, grønt og blått som ligg så tett saman at vi ikkje kan skilja dei frå hverandre. Dette prinsippet kallast additiv fargeblanding. Ved å variera styrken på dei ulike fargane kan vi få fram heile fargespekteret, og jo flere fargar det er i blandingen, jo lysere er fargen. Men vi kan også få fram farger som ikkje fins i spekteret! Alle spektralfargane som ligg mellom blått og rødt må nødvendigvis aktivisera G-tappane, sidan følsomhetsområdet til dekkjer heile området mellom. Magenta (purpur), som er ein blanding av rødt og blått (RB), har ikkje noke grønt i seg, fins altså ikkje i regnbuen. Men den er likevel ein distinkt farge for oss.

Noken begrep

Kvitt lys er heller ingen spektralfarge, men vi kan skapa den ved å blanda alle dei tre fargene (RGB). Derfor kallast rødt, grønt og blått for primærfargar i det additive systemet. Dei fargane som er skapt ved ein kombinasjon av to primærfargar kallast sekundærfargar. Vi har alt nevnt gult (RG) og magenta (RB). En tredje er cyan, eller turkis som den ofte kallast, som er ein blanding av grønt og blått (GB). Hvis du blandar ein primærfarge med en sekundærfarge og får kvitt lys, seier vi at disse to fargane er komplementære Eksempel på dette er: rødt + cyan, (R+GB)  grønt + magenta (G+RB) og blått + gult (B+RG). Du kan prøva sjøl å blanda ulike kombinasjonar av rødt, grønt og blått i RGB-utforskaren

Subtraktiv fargeblanding og fargefilter.

Dersom vi sender kvitt lys inn på ei farga flate vil den absorbera ein god del av lyset. Men lys med spesielle bølgelengder vil bli reflektert. Og det er nettopp dette reflekterte lyset som bestemmer den fargen vi oppfattar. Når vi blandar farger, f.eks. på ein palett, så blandar vi ikkje lys, men fargepigment som kvar for seg kan senda ut monokromatisk lys. Også her vil blandingsfargar gi eit multikromatisk lys, f.eks. brunt som IKKJE fins i regnbuen. Ein slik fargeblanding blir mørkare jo meir fargepigment som er i den, og kallast for subtraktiv fargeblanding. Primærfargene for subtraktiv fargeblanding er: cyan, magenta og gul. På figuren til venstre kan du sjå kva sekundærfarger vi kan laga frå disse. Når vi kombinerer alle dei tre primærfargene får vi svart. I praksis bruker ein svart i tillegg til disse tre for å spare på fargene. Dette systemet kalles CMYK (for Cyan, Magenta, Yellow og BlacK) Dei subtraktive fargane blir brukt ved trykking, og det er disse fargane ein ofte kan sjå som flekker i ytterkanten av en avisside

Farge-filtrering:

Sender vi kvitt lys gjennom eit fargefilter, vil det meste av lyset bli absorbert mens enkelte bølgelengder slepp igjennom. Vi kan betrakta det lyset som slepp igjennom som TILNÆRMA monokromatisk.
Eksempel: Hvis vi lar kvitt lys gå gjennom både eit rødt og eit blått filter, så er det IKKJE det same som å blanda disse fargane. Det lyset som slepp gjennom rød-filteret, er rødt, og det blir absorbert i blå-filteret. Det dreier seg altså IKKJE om å blanda(summera) fargar, men å "trekkja frå farger som blir absorbert. Når lys går både gjennom rødt og blått filter, blir dermed mesteparten absorbert, og det vi ser er svart.

Fargen på eit objekt som absorberer blått blir grønt + rødt dvs. gult. Det vil sei at cyan er rødtabsorberande, magenta er grøntabsorberande og gult er blåttabsorberande. Andre fargekombinasjonar er magenta + gult som gir rødt. Cyan og magenta gir blått. Cyan og gult gir grønt.