Tajemnice koloru, część 1

Jak działa pryzmat? Dlaczego kolory na monitorze są inne niż atramenty w drukarce? Możemy na to odpowiedzieć, uświadamiając sobie, że kolory to fale o różnych długościach.

Czym jest kolor?

Jak to się dzieje, że widzimy kolory? Oko jest narządem, który odbiera światło. Światło i nic więcej (gdy jest bardzo ciemno, to nic nie widzimy). To, że widzimy przedmioty, wynika z tego, że odbijają one światło (pochodzące np. od Słońca). Zatem kolor musi być cechą światła.

Okazuje się, że światło jest jednym z rodzajów fal elektromagnetycznych. Oznacza to, że pole magnetyczne i elektryczne „falują” w przestrzeni, czyli ciągle się zmieniają.

Kluczowe znaczenie ma odległość miedzy kolejnymi wierzchołkami tych fal, czyli długość fali – to ona określa kolor.

Nanometr (nm) oznacza jedną miliardową metra (jedną milionową milimetra), a więc długości fal światła są niezmiernie małe. Jak widzimy, na przedstawionej „skali barw” brakuje niektórych kolorów – czarnego, białego, szarego i wszelkich bladych kolorów. Z czarnym sprawa jest prosta – widzimy go wtedy, gdy nie ma żadnego światła. Za to inne brakujące kolory powstają przez wymieszanie kilku fal o różnych długościach. w szczególności biały powstaje z wymieszania wszystkich barw.

Pryzmat

Pryzmat to po prostu trójkąt ze szkła. Gdy pada na niego białe światło, ulega ono rozdzieleniu na składowe barwy. Dzięki temu widzimy, że biały rzeczywiście jest mieszaniną innych kolorów.

Fot. D-Kuru/Wikimedia Commons,
licencja Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Austria

Działanie pryzmatu opiera się na załamaniu światła. Gdy promień światła pada na szkło (podobnie na wodę albo na cokolwiek przezroczystego), to zmienia kierunek. Okazuje się, że światło o różnych długościach fali załamuje się pod różnymi kątami. W wiązce białego światła padającego na pryzmat, wszystkie składowe fale biegną razem w tym samym kierunku. W momencie wchodzenia do szkła, załamują się i każda zaczyna poruszać się w nieco innym kierunku.

Model RGB (telewizor, monitor)

Prawdopodobnie spotkałeś się z popularnym sposobem wybierania kolorów w komputerze – RGB (ang. red, green, blue – czerwony, zielony, niebieski).

Jeżeli masz w domu lupę, proponuję żebyś wziął ją do ręki i popatrzył na monitor (najlepiej na jakiś biały kawałek obrazu). Zobaczysz punkciki właśnie w tych trzech kolorach.

Ekran pod lupą

Dlaczego właśnie czerwony, zielony i niebieski, a nie np. żółty? Uzasadnieniem tego jest fakt, że ludzkie oko posiada receptory, zwane czopkami, czułe właśnie na te trzy barwy. Wobec tego oko nie może widzieć w sposób bezpośredni innych kolorów. Na przykład żółty widzimy w ten sposób, że pojawia się równocześnie sygnał z czopków „czerwonego” i „zielonego”. Mózg potrafi połączyć te sygnały i wytworzyć wrażenie żółtego.

Oprócz czopków, oko zawiera jeszcze pręciki, które pozwalają widzieć w półmroku, ale nie rozróżniają barw.

Różnice niewidoczne dla oka

Co ciekawe, okazuje się, że żółty kolor może mieć różne postacie fizyczne, choć zawsze odbieramy go tak samo. Po pierwsze żółty może być mieszaniną czerwonego i zielonego (tak jest na przykład na monitorze albo telewizorze). Z drugiej strony, wyżej pokazaliśmy, że jest konkretna długość fali, która odpowiada kolorowi żółtemu (około 580 nm).

Oko jednak nie rozróżnia tych dwu przypadków – za każdym razem uaktywniają się receptory czerwonego i zielonego. Jeżeli mamy pojedynczą falę żółtą, to jest ona trochę podobna do czerwonej, a trochę do zielonej i w rezultacie pobudza oba rodzaje receptorów.

Gdyby wpuścić żółte światło na pryzmat, to zobaczymy jednak różne zachowanie w zależności od tego, czy była to mieszanina fal czerwonej i zielonej, czy pojedyncza fala żółta. Mieszanina zostanie rozdzielona na składniki, a pojedyncza nie ulegnie zmianie po przejściu przez pryzmat.

Podobne zjawisko dotyczy wszystkich kolorów innych niż czerwony, zielony i niebieski. W przypadku białego uaktywniają się wszystkie trzy rodzaje czopków.

Model CMYK (drukarka)

Powiedzieliśmy sobie przed chwilą, że oko jest czułe na trzy barwy: czerwoną, zieloną i niebieską i wobec tego każdą inną barwę można „skonstruować” jako sumę tych trzech. w takim razie może wydać się dziwne, że atramenty i tonery do drukarek są zazwyczaj w innych kolorach:

• „morski” odcień niebieskiego (po angielsku zwany cyan),
• buraczkowy (ang. magenta),
• żółty (ang. yellow)
• czarny (ang. black).

Być może zauważyłeś niekonsekwencję: skrót CMYK ma na końcu K zamiast B. Wybrano ostatnią literę słowa „black” prawdopodobnie dlatego, że B myliłoby się z „blue” użytym w RGB.

Dlaczego kolory drukarskie są inne niż „telewizyjne” RGB? Czyżby wytworzenie żółtej farby drukarskiej było tańsze niż zielonej? Nie wiem, może tak jest, ale na pewno nie jest to czynnikiem decydującym. Za takim wyborem kolorów kryje się głębsza idea modelu subtraktywnego.

Zwróćmy uwagę na istotną różnicę między papierem a ekranem. Ekran świeci. Jeżeli świecą się jednocześnie dwa kolory, to w efekcie widzimy kolor jaśniejszy niż każdy z osobna. Składniki dodają się do siebie – nazywamy to modelem addytywnym. Ekran na którym nie świeci się żaden kolor, jest czarny.

Z kartką jest zupełnie odwrotnie. Kartka na której nic nie wydrukowano jest biała, czyli najjaśniejsza, jaka może w ogóle być. Jeżeli coś drukujemy na kartce, to zaciemniamy ją. Jeżeli wydrukujemy jeden kolor, a potem na tym drugi, to efekt będzie ciemniejszy niż każdy kolor z osobna. Zatem drukując „odejmujemy” kolory od kartki. To się nazywa modelem subtraktywnym.

Kolory druku, z wyjątkiem czarnego, zostały dobrane tak, że każdy z nich odfiltrowuje jeden z kolorów RGB (tzn. blokuje przepływ światła w tym kolorze):

Czysta kartka odbija wszystkie barwy. Drukując wybranymi spośród tych trzech kolorów możemy odfiltrować dowolna część barw, pozostawiając to, czego potrzebujemy.

Do czego w takim razie służy czarny, kryjący się pod ostatnią literą skrótu CMYK? Można przecież użyć wszystkich trzech barw CMY równocześnie, a w ten sposób „odejmiemy” wszystkie składniki od bieli papieru i pozostanie właśnie czarny. W teorii tak jest, ale w praktyce to nie wychodzi idealnie. Do tego dochodzi fakt, że czarny jest często używany, więc lepiej mieć go pod ręką niż „składać z 3 części”.

Licencja: Creative Commons - na tych samych warunkach