Hoe werkt kleurenleer

Het waarnemen van kleuren is zo vanzelfsprekend, dat niemand erbij stilstaat hoe dit mogelijk is. Wie zich bedenkt dat de wereld eigenlijk helemaal geen kleur heeft, realiseert zich dat hier sprake moet zijn van een bijzonder fenomeen!

Straling

Iedere natuurkundige zal kunnen vertellen dat er eigenlijk helemaal geen kleuren zijn in de ons bekende wereld. Het universum is opgebouwd uit kleurloze materie en al even kleurloze elektromagnetische straling. Er zijn wel verschillende soorten straling, die zich van elkaar onderscheiden door hun golflengte (frequentie) en de intensiteit (energie) waarmee ze trillen. Dat wij desondanks kleuren waarnemen, heeft te maken met drie factoren: de al eerder genoemde soorten straling, wat de materie daar vervolgens mee doet en tot slot het allerbelangrijkste: wat onze ogen daarmee op hun beurt doen. Pas in die laatste stap ontstaat wat wij kennen als kleur. Dit komt neer op het vertalen van eigenschappen van elektromagnetische straling in zenuwprikkels waarover onze hersenen ons 'vertellen' dat het bepaalde kleuren zijn.

Kleurenspectrum

De bron van kleur is het zichtbare licht, dat is opgebouwd uit een zeer groot aantal verschillende kleuren (elektromagnetische straling van een bepaalde frequentie). Deze kleuren zijn gerangschikt in een vaste volgorde: het spectrum. Dat start met een paarsblauwe kleur, loopt in vele schakeringen over in cyaan, en loopt daarna in vele schakeringen over naar achtereenvolgens groen, geel en rood. Als deze volgorde van kleuren bekend voorkomt kan dat kloppen, want het is ook precies het spectrum van een regenboog.

 Afbeelding 1

Absorberen

In principe is licht met het volledige spectrum overal om ons heen, en toch zien we alles in verschillende kleuren. Dat komt omdat voorwerpen (alle materie) bepaalde lichtfrequenties in zich opneemt (absorbeert) en andere juist terugkaatst. Ook zijn er materiaalsoorten zoals papier die bijna alle frequenties terugkaatsen, of juist bijna helemaal geen enkele kleur, zoals een hamburger die veel te lang op de barbecue heeft gelegen. De eigenschappen van de materie waarop het licht valt bepalen dus welke kleuren en in welke mate er worden teruggekaatst. Dit bepaalt hoe wij de kleur van een voorwerp waarnemen.

Kegeltjes

Onze ogen bevatten grote hoeveelheden lichtgevoelige cellen. De staafjes bevatten allemaal hetzelfde pigment en zijn daardoor niet geschikt om kleuren waar te nemen. Ze zijn bedoeld om het contrast te zien, zeg maar het verschil tussen fel verlichte dingen, heel donkere voorwerpen en alle schakeringen daar tussenin. De staafjes werken ook nog goed in de schemer. Dit kan niet worden gezegd van de tweede groep lichtgevoelige cellen in onze ogen: de kegeltjes. Deze hebben wél licht nodig en zijn onderverdeeld in drie soorten: kegeltjes met rood, groen en blauw pigment die gevoelig zijn voor respectievelijk rood, groen en blauw licht. We zeggen daarom voor het gemak dat het zichtbare, witte licht is opgebouwd uit eenderde rood, eenderde groen en eenderde blauw licht, ook al zagen we dat het totale spectrum uit oneindig meer soorten licht bestaat.

Primaire kleuren

Het voorgaande is de basis van de kleurenleer: hoe meer kleuren er met elkaar worden gemengd, des te lichter wordt de samengestelde kleur, totdat uiteindelijk de kleur wit wordt bereikt. Het zien van kleuren is dus gebaseerd op het optellen van de primaire kleuren rood, groen en blauw (RGB) en wordt daarom ook wel additief genoemd. Het licht dat op voorwerpen valt, bestaat dus uit rood, groen en blauw licht. Als dit voorwerp er voor ons rood uitziet, betekent dit dat groen en blauw licht is geabsorbeerd door dat voorwerp en het rode licht is teruggekaatst. Als het voorwerp er groen uitziet, zijn rood en blauw geabsorbeerd en is groen gereflecteerd en als het een blauw voorwerp is, absorbeert het materiaal blijkbaar rood en groen licht en weerkaatst het alle blauwe licht.

 Afbeelding 2

Kleurdiepte

De wereld bevat natuurlijk veel meer kleuren dan rood, groen en blauw. Hoe kan een voorwerp er bijvoorbeeld geel uitzien? Geel is een menging van de twee primaire kleuren rood en groen. Als een materiaalsoort dus alleen de blauwe lichten absorbeert en rood en groen dus weerkaatst, zien onze ogen deze beide kleuren tegelijkertijd en dat ziet eruit als geel. Op een vergelijkbare manier ontstaat cyaan (een soort lichtblauw) als groen en blauw licht worden gemengd, en magenta als rood en blauw licht tegelijkertijd worden gereflecteerd. Bij de uitleg over kleurmenging is er vanuit gegaan dat de kleuren honderd procent werden geabsorbeerd of teruggekaatst. In werkelijkheid komt dit niet vaak voor: op een bepaald materiaal zou groen bijvoorbeeld voor 30 procent geabsorbeerd kunnen worden en dus voor 70 procent teruggekaatst. Als dit materiaal rood honderd procent terugkaatst, ontstaat door mengen van deze kleuren oranjegeel. Zou rood ook voor 70 procent worden weerkaatst, dan ontstaat een soort goudbruine kleur.

Dit is ook de manier waarop een monitor keuren maakt: door bepaalde hoeveelheden van de kleuren rood, groen en blauw te mengen. Een gangbare manier om dit te doen is om voor de afzonderlijke kleuren 256 verschillende niveaus van helderheid toe te staan. Het aantal verschillende niveaus wordt ook wel de kleurdiepte genoemd. In dit geval is de kleurdiepte van iedere primaire kleur 8-bit (2 tot de macht 8 is 256). De monitor kan dus 256 verschillende rode kleuren, 256 groenen en 256 blauwen produceren die tezamen 256 x 256 x 256 = 16.777.216 verschillende kleuren maken. Dat noemen we een 24-bit kleurdiepte, door Windows ook wel 'Ware kleuren' genoemd.

 Afbeelding 3

Zwart

Zoals iedereen wel weet, bestaan er ook andere manieren om kleuren te mengen, bij het tekenen met stiften bijvoorbeeld, met schilderen, of op een drukpers. Wat iedereen waarschijnlijk ook wel heeft gezien, is dat het mengen daar net andersom werkt: hoe meer kleuren er gemengd worden, hoe donkerder de kleur wordt. Als een rode stift gemengd wordt met een groene, ontstaat helemaal geen geel zoals op een monitor, maar een donkerbruine kleur die verdacht veel op zwart lijkt. Om dit te verklaren, moeten we even terug naar de reden waarom een voorwerp (of inkt) er rood uitziet. Dit is omdat de primaire kleuren groen en blauw door het voorwerp worden geabsorbeerd en het rood weerkaatst. Als we op rode inkt groene smeren, ontstaat een materiaal dat geen groen en blauw terugkaatst (rode inkt), maar ook geen rood en blauw licht (groene inkt). Dat materiaal reflecteert met andere woorden helemaal geen kleur meer en ziet er dus zwart uit. Dat is de theorie, want in de praktijk wordt niet honderd procent van de primaire kleuren geabsorbeerd en kan inderdaad een donkerbruine kleur ontstaan. Hoe dan ook, inkten of verven in de primaire kleuren rood, groen en blauw zijn dus totaal ongeschikt om kleuren mee te mengen!

Secundaire keuren

Een drukker die met succes kleuren wil mengen, moet dus basiskleuren gebruiken die slechts één van de primaire kleuren absorbeert en de overige twee weerkaatst. Als er dan nog zo'n kleur bijkomt, dan blijft er nog steeds één kleur over die wordt weerkaatst en kunnen we een mengkleur zien. Het grappige is dat die kleuren al in het begin van dit artikel al zijn langsgekomen. Als de primaire kleur rood wordt gemengd met de primaire kleur groen ontstaat zoals we zagen de secundaire kleur geel (Y van het Engelse woord voor geel: Yellow). Als we rood mengen met blauw ontstaat de secundaire kleur magenta (M) en als we groen mengen met blauw ontstaat de secundaire kleur cyaan (C). De wetten van de kleurenleer volgend, heeft gele inkt dus de eigenschap dat het de kleur blauw absorbeert en de kleuren rood en groen terugkaatst als er wit licht op valt. Cyaankleurige inkt heeft als eigenschap dat het rood licht absorbeert en groen en blauw licht weerkaatst.

Als we gele inkt mengen met cyaankleurige inkt, ontstaat dus een inkt die zowel rood als blauw licht absorbeert en alleen groen licht weerkaatst. Gele inkt mengen met cyaan inkt levert dus de kleur groen op! Geel met magenta levert de kleur rood op en cyaan met magenta de kleur blauw. Door net als op de monitor het geval is inkten te gebruiken die niet voor de volle honderd procent een bepaalde kleur absorberen, kan weer een groot aantal tussenvormen van de kleuren rood, groen en blauw worden verkregen. In principe is dit genoeg, alhoewel drukkers nog zwarte inkt (K) toevoegen om de schaduwen in afbeeldingen meer diepgang te geven. Aldus ontstaat de veelgebruikte afkorting CMYK voor de vier drukkleuren.

 Afbeelding 4

Complementaire kleuren

Een drukker maakt dus alle mogelijke kleuren op zijn pers met de drie secundaire kleuren geel, magenta en cyaan, aangevuld met zwart. De kleuren van het origineel moeten dan eerst worden opgedeeld in deze vier kleuren. Het uit rood, groen en blauw (RGB) opgebouwde origineel moet dus worden 'vertaald' naar het cyaan, magenta, geel en zwart (CMYK) op de drukpers. Hiervoor worden filters gebruikt die weer handig gebruikmaken van de kleurenleer. Willen we bijvoorbeeld weten hoeveel cyaan er voor een bepaalde kleur moet worden gebruikt, dan leggen we een roodfilter over het origineel. Cyaan is immers opgebouwd uit groen en blauw. De kleur die moet worden gebruikt om weer wit licht te krijgen, de complementaire oftewel aanvullende kleur, van cyaan is dus rood. Om te weten te komen hoeveel cyaan er voor een bepaalde kleur moet worden gebruikt, moeten we dus een roodfilter gebruiken, omdat dit rood licht doorlaat en dus groen en blauw (is cyaan) absorbeert. Door te meten hoeveel licht er wordt geabsorbeerd in het roodfilter, wordt de hoeveelheid cyaan in een kleur vastgelegd. Op dezelfde wijze gebruiken we een blauwfilter om de hoeveelheid geel in een kleur vast te leggen en een groenfilter voor de mate van magenta in een kleur. In de grafische wereld worden die hoeveelheden vertaald naar rasterpunten op de drukplaat. Hoe meer er van een bepaalde secundaire kleur moet worden gebruikt, hoe 'voller' de drukplaat met rasterpunten wordt.

 Afbeelding 5