Spektralfarbe

Farbe	Wellenlänge (nm)	Frequenz (THz)	Energie der Photonen (eV)
violett	380–450	670–790	2.75–3.26
blau	450–485	620–670	2.56–2.75
cyan	485–500	600–620	2.48–2.56
grün	500–565	530–600	2.19–2.48
gelb	565–590	510–530	2.10–2.19
orange	590–625	480–510	1.98–2.10
rot	625–750	400–480	1.65–1.98

CIE-Farbtafel (xy) Die Spektralfarben sind die Farben auf der hufeisenförmigen Kurve an der Außenseite des Diagramms. Alle anderen Farben sind keine Spektralfarben: Die untere Linie ist die Purpurlinie, während im Inneren des Diagramms ungesättigte Farben zu finden sind, die verschiedene Mischungen aus einer Spektralfarbe oder einer Purpurfarbe mit Weiß, einer Graustufenfarbe, darstellen. Weiß befindet sich in der Mitte des inneren Bereichs des Diagramms, da alle Farben des Lichts zusammen Weiß ergeben. ⓘ

Eine Spektralfarbe ist eine Farbe, die bei einem typischen Menschen durch eine einzige Wellenlänge des sichtbaren Lichts oder durch ein relativ schmales Band von Wellenlängen hervorgerufen wird, auch bekannt als monochromatisches Licht. Jede Wellenlänge des sichtbaren Lichts wird in einem kontinuierlichen Spektrum als Spektralfarbe wahrgenommen; die Farben hinreichend nahe beieinander liegender Wellenlängen sind für das menschliche Auge ununterscheidbar. ⓘ

Das Spektrum wird oft in benannte Farben unterteilt, obwohl jede Unterteilung etwas willkürlich ist; das Spektrum ist kontinuierlich. Zu den traditionellen Farben im Englischen gehören: Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan (Himmelblau), Blau ("echtes" Blau) und Violett. In einigen anderen Sprachen stimmen die den Farbnamen entsprechenden Bereiche nicht unbedingt mit denen im Englischen überein. ⓘ

Isaac Newton benutzte in seinem Farbkreis folgende Einteilung: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett; eine Eselsbrücke für diese Reihenfolge ist "Roy G. Biv". Seltener wird "VIBGYOR" auch für die umgekehrte Reihenfolge verwendet. In modernen Einteilungen des Spektrums wird Indigo ("echtes" Blau) oft weggelassen und das moderne Wort Cyan für Himmelblau verwendet (das Newton als "Blau" bezeichnet). ⓘ

Man braucht mindestens ein trichromatisches Farbensehen, um zwischen Spektral- und Nicht-Spektralfarben unterscheiden zu können: Die Trichromie ermöglicht es, sowohl Farbton als auch Sättigung im Chroma wahrzunehmen. In Farbmodellen, die Spektralfarben darstellen können, wie z. B. CIELUV, hat eine Spektralfarbe die maximale Sättigung. ⓘ

Weißes Licht als Quelle für alle Spektralfarben, zerlegt mittels Prisma ⓘ

Das Spektrum des für den Menschen sichtbaren Lichts erstreckt sich zwischen dem langwelligen Ende des Ultraviolett bei 360 bis 380 nm und dem kurzwelligen Anfang des Infrarots bei 780 bis 820 nm. Der Farbton ändert sich dabei kontinuierlich von Violett über Blau nach Grün zu Gelb und Rot, bekannt als die Spektralfarben. ⓘ

In Farbräumen

Dieses metrisch genaue Diagramm zeigt, dass der spektrale Ort auf dem Segment zwischen Rot und Hellgrün fast flach ist, um Grün herum stark gekrümmt ist und zwischen Grün/Cyan und Blau weniger gekrümmt wird ⓘ

In Farbräumen, die alle oder die meisten Spektralfarben enthalten, bilden sie einen Teil der Grenze der Menge aller realen Farben. Wenn die Leuchtdichte gezählt wird, bilden die Spektralfarben eine Fläche, andernfalls ist ihr Ort eine Kurve in einem zweidimensionalen Farbraum. ⓘ

Theoretisch sind die einzigen in RGB implementierten Farben, die wirklich spektral sein können, die Grundfarben: Rot, Grün und Blau, während alle anderen (gemischten) Farben von Natur aus nicht spektral sind. Aufgrund der unterschiedlichen chromatischen Eigenschaften der verschiedenen Spektralsegmente und der praktischen Beschränkungen von Lichtquellen ist der tatsächliche Abstand zwischen den reinen RGB-Farbkreisfarben und den Spektralfarben jedoch kompliziert und hängt vom Farbton ab. Aufgrund der Lage der Grundfarben R und G in der Nähe des "fast flachen" Spektralsegments eignet sich der RGB-Farbraum recht gut für die Annäherung an die Spektralfarben Orange, Gelb und helles (gelbliches) Grün, ist aber besonders schlecht bei der Wiedergabe des visuellen Erscheinungsbildes der Spektralfarben in der Nähe des zentralen Grüns und zwischen Grün und Blau sowie der extremen Spektralfarben, die sich dem IR oder UV nähern. Der sRGB-Standard hat ein zusätzliches Problem mit seiner "roten" Primärfarbe, die aufgrund eines Kompromisses zwischen der Reinheit von Rot und seiner angemessenen Leuchtdichte nach Orange verschoben ist, so dass das rote Spektrum unerreichbar wurde. Einige Beispiele in der nachstehenden Tabelle liefern nur grobe Annäherungen an die Spektral- und Nahspektralfarben. ⓘ

CMYK erreicht in der Regel noch weniger Spektralfarben als RGB, mit der bemerkenswerten Ausnahme von Prozessgelb, das aufgrund der bereits erwähnten Flachheit des Spektralbereichs im Rot-Grün-Segment den Spektralfarben recht nahe kommt. ⓘ

Beachten Sie, dass Spektralfarben in wissenschaftlichen Farbmodellen wie CIE 1931 durchgängig enthalten sind, Industrie- und Verbraucherfarbräume wie sRGB, CMYK und Pantone jedoch in der Regel keine Spektralfarben enthalten. Zu den Ausnahmen gehören Rec. 2020, das drei Spektralfarben als Grundfarben verwendet (und daher nur genau diese drei Spektralfarben enthält), und Farbräume wie der ProPhoto RGB-Farbraum, der imaginäre Farben als Grundfarben verwendet. ⓘ

Tabelle der spektralen oder fast-spektralen Farben

Rote, grüne und blaue Laserstrahlen ⓘ

Die meisten der aufgelisteten Farben erreichen nicht die maximale (spektrale) Buntheit oder werden in der Regel nicht mit ihr gesehen, aber sie können so gesättigt sein, dass sie nahe an den Spektralfarben ihrer dominanten Wellenlänge wahrgenommen werden. Die Bereiche der Wellenlängen und Frequenzen sind nur annähernd angegeben. ⓘ

Wellenlängen und Frequenzen in Grau geben die dominanten Wellenlängen und Frequenzen an, nicht den tatsächlichen Spektralbereich, aus dem eine bestimmte Farbe besteht, der sich zu beiden Seiten weiter erstreckt und von den Rezeptoren gemittelt wird, um ein nahezu spektrales Erscheinungsbild zu erhalten. ⓘ

Spektralfarben mit Wellenlängen, Frequenzen und zugehörigen Farbtönen

	Begriff der Farbe, Lichtquelle oder Farbstoff	Probe	Wellenlänge, nm	Frequenz, THz	Farbton h	Kommentare ⓘ
	Rot		740–625	405–479		Ein traditioneller, weit gefasster Farbbegriff, der auch einige nahe gelegene nicht-spektrale Farbtöne umfasst. Die kurzwellige Grenze kann bis 620 oder sogar 610 Nanometer reichen.
	×	740	405	?	Die genaue spektrale Position hat in diesem Band mehr Einfluss auf die Leuchtdichte als auf den Farbort; die Farbwerte sind bei diesen beiden Varianten fast gleich
	×	≈ 700	≈ 428	?
	×	633	473	?
	×	NIR-602	497-NIR	?	Nahspektral, aber andere Teile von Karmin (Farbe) sind violett
		614–609	488–492	0°	Spürbar nicht-spektral
	Orange		620–585   625–590	483–512   479–508	0°–30°	Der kurzwellige (gelbliche) Teil entspricht Bernstein, die langwellige (rötliche) Seite nähert sich dem obigen RGB-Rot (oder schließt es ein).
	Gelb		585–560   590–565	512–540   508–530		Ein traditioneller Farbbegriff
		≈ 589	≈ 508	?
		?	?	50°	Gold hat einen fast identischen Farbwert bei h = 51°.
		≈ 577	≈ 519	?
		?	?	56°
		≈ 570	?	60°
		?	?	68°
	Limone		≈ 564	?	≈ 75°	Kann entweder als grün oder gelb klassifiziert werden
	Grün		565–###	530–###		Ein traditioneller, weit gefasster Farbbegriff
		?	?	90°
		≈ 556 - *$&#	?	96°
		≈ 552	?	105°
		≈ 549	≈ 547	120°	Spürbar nicht-spektral
	×	≈ 525	≈ 571	?	Fast spektral
	×	?	?	150°	Kann ziemlich weit vom Spektrum entfernt liegen
	×	?	?	160°
	×	≈ 503	≈ 597	(?)≈ 163° (extrap.)
	Cyan		500+–480 520–500	593–624   576–600		Ist manchmal in Blau enthalten (oder überschneidet sich mit diesem), die terminologische Unterscheidung zwischen den beiden ist uneinheitlich
	×	?	?	≈ 175°	Der größte Teil von "Türkis" liegt weit entfernt im Spektrum
	×	488	?	180°	Liegt ziemlich weit vom Spektrum entfernt
	×	?	?	193°
	Blau		490–450   500–435	610–666   600–689		Ein traditioneller, weit gefasster Farbbegriff, der früher Cyan einschloss
	×	?	?	197°	Liegt ziemlich weit vom Spektrum entfernt
	×	≈ 488	≈ 614	≈ 210°	Kann ziemlich weit vom Spektrum entfernt liegen
	×	≈ 482	≈ 622	(?)≈ 225° (extrap.)
		466–436	?	240° (von sRGB)	Kann als Indigo oder (wenn Indigo weggelassen wird) als Violett klassifiziert werden
	Indigo		≈ 446	≈ 672	(?)≈ 243° (extrap.)	Die Definition ist umstritten, diese Wellenlänge gehört zumindest fraglos zu "Indigo".
	Violett	×	450–400   435–380	666–750   689–788	bis zu 277° (extrap.)	Das ferne Spektralviolett ist sehr lichtschwach und wird selten gesehen. Der Begriff erstreckt sich auch auf Violett

Außerspektrale Farben

Einige der Farben, die nicht Spektralfarben sind:

• Graustufenfarben (achromatisch), wie Weiß, Grau und Schwarz.
• Jede Farbe, die durch Mischen einer Graustufenfarbe mit einer anderen (Spektral- oder Nicht-Spektral-) Farbe entsteht, wie z. B. Rosa (eine Mischung aus einer rötlichen Farbe und Weiß) oder Braun (eine Mischung aus Orange und Schwarz oder Grau).
• Violett-rote Farben, die in der Farbtheorie eine Reihe von violetten Farben (wie etwa Magenta und Rosa) und andere Variationen von Violett und Rot umfassen.
• Unmögliche Farben, die bei normaler Betrachtung des Lichts nicht gesehen werden können, wie z. B. übermäßig gesättigte Farben oder Farben, die scheinbar heller als Weiß sind.
• Metallische Farben, die Licht reflektieren. ⓘ

Erzeugung

Spektralfarben als RGB-Näherungen ⓘ

Farbname	Wellenlänge	Frequenz
violett	380–400 nm	705–750 THz
	400–425 nm	705–750 THz
indigo	425–450 nm	670–705 THz
blau	450–460 nm	630–670 THz
	460–465 nm	630–670 THz
	465–470 nm	630–670 THz
	470–475 nm	630–670 THz
türkis	475–485 nm	600–630 THz
	485–500 nm	600–630 THz
grün	500–520 nm	540–600 THz
	520–540 nm	540–600 THz
	540–550 nm	540–600 THz
	550–560 nm	540–600 THz
gelb	560–565 nm	520–540 THz
	565–570 nm	520–540 THz
	570–575 nm	520–540 THz
	575–580 nm	520–540 THz
orange	580–590 nm	510–520 THz
	590–595 nm	500–510 THz
	595–600 nm	500–510 THz
rot	600–605 nm	485–500 THz
	605–610 nm	485–500 THz
	610–615 nm	485–500 THz
	615–620 nm	485–500 THz
	620–780 nm	385–485 THz

Schmalbandiges Licht zur Untersuchung von Spektralfarben kann technisch erzeugt werden durch:

• breitbandige Lichtquellen (Sonnenlicht, Halogenlampe, Deuterium-Bogenlampe) mit Monochromator (schmalbandige Farbfilter, Prisma, Gitter),
• Lichtquellen mit Linienspektren (Quecksilberdampflampe) und Farbfiltern,
• monochromatische Lichtquellen (Niederdruck-Natriumdampflampen, Laser) und neuerdings auch durch
• durchstimmbare Laser. ⓘ

Das Aufspalten von weißem Sonnenlicht mittels Prisma ist hierbei die älteste Methode. Newton stellte diese 1704 in seinen Opticks: Or, a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light dar. Er nannte sieben Spektralfarben: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo, Violett, ohne ihnen eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich zuzuordnen. ⓘ

Im 19. Jahrhundert wurden vor allem die Linienspektren von Quecksilber, Neon, Cadmium und Zinn verwendet, in denen durch Gitter oder Prismen Linien selektiert wurden. ⓘ

Das verschiedenfarbiges Licht unterschiedliche Wellenlängen hat, wurde 1801 vom Augenarzt Thomas Young nachgewiesen und erstmals die Wellenlänge von rotem Licht mit 676 nm und von violettem Licht mit 424 nm bestimmt. ⓘ

1868 leitete James Clerk Maxwell aus theoretischen Überlegungen zum Elektromagnetismus her, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist und sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Beides zusammen ergab, dass Licht eine Frequenz von fast 10¹⁵ Hz haben musste. ⓘ

Weitere wichtige Beiträge lieferten Hermann von Helmholtz mit seiner Dreifarbentheorie, David Brewster mit der Bestimmung der Empfindlichkeitskurven der Farbrezeptoren und Max Johann Sigismund Schultze mit der Erkenntnis der Zapfen. ⓘ

Farbmetrik

2°- und 10°-Spektralfarbenzug im Vergleich ⓘ

Um einen dreidimensionalen Farbraum darstellen zu können, ist der Farbreiz des Wellenlängenspektrums auf die drei Zapfentypen (Art von farbsensitiven Fotorezeptoren) abzubilden. Dafür ist ein geeignetes System von Farbvalenzen, den Grundfarben für die Rot-, Grün-, Blauempfindlichkeiten aufzustellen. Die Rechenvorschrift dafür ist mit dem Tristimulusalgorithmus seit 1931 genormt. Notwendige Parameter wurden in späteren Untersuchungen präzisiert und im Prinzip bestätigt. Das Ergebnis in der grafischen Darstellung ist die „Schuhsohlenkurve“ der Normfarbtafel, das sogenannte Chromatizitätsdiagramm. ⓘ

Die Spektralfarben liegen auf dem Umriss dieser Fläche als Farben mit der höchsten Sättigung der jeweiligen Wellenlänge. Sie sind jedoch nicht gleichgesättigt. ⓘ

Eine Abhängigkeit der Farbkoordinaten von der Wahrnehmung ergibt sich durch die unterschiedliche Lage des Spektralkurvenzuges, je nachdem ob das 2°-Sichtfeld oder ein 10°-Sichtfeld benutzt wird. Innerhalb des 2°-Feldes wird auf die Netzhautfläche des „besten Farbsehens“ abgebildet, in der Netzhaut stehen die Zapfen hier am dichtesten beieinander. Im 10°-Sichtfeld nimmt die Dichte der Zapfen schon ab und es tritt die Empfindung der Stäbchen hinzu. Dieses Sichtfeld entspricht einer A4-Fläche im normalen Sehabstand. ⓘ

Farbwahrnehmung

Ausschnitt aus dem sichtbaren Spektrum ⓘ

Irisierende dünne Risse in Eis, die bei weißer Beleuchtung Mischfarben erzeugen ⓘ

Die Zapfenzellen in der menschlichen Netzhaut (sowie auch anderer Lebewesen) besitzen je nach Typ unterschiedliche Empfindlichkeitsspektren, die bestimmte Bereiche des empfangenen Lichtspektrums abdecken. Die Verarbeitung der von den Zapfen stammenden Signale wandelt das empfangene Licht der verschiedenen Spektralbereiche und Intensitäten in wahrgenommene Farben um. Da die Gewichtung der Spektralanteile von den Wahrnehmungsbereichen der Zapfentypen abhängt, ist auch die Farbwahrnehmung direkt davon abhängig. ⓘ

Der Spektralfarbenzug nach CIE wird in der Normfarbtafel mit der Purpurgeraden ergänzt, die nur Mischfarben enthält. Purpurtöne sind keine Spektralfarben. Jene werden nur bei gemischter Wahrnehmung von kurz- und langwelligem Licht gesehen. Im CIE-Diagramm entspricht den Purpurtönen mit höchster Sättigung diese Purpurgerade. Alle nicht spektralen Farben sind Mischfarben. ⓘ

Die menschliche Farbwahrnehmung bei Tagessehen (Photopisches Sehen) ist auf drei Rezeptortypen für kurze, mittlere und lange Wellenlängen begrenzt. Manche Tiere, zum Beispiel Vögel, besitzen vier Farbrezeptoren. Dadurch können sie mehr Farben als ein Mensch unterscheiden. Andere Tierarten, wie Hunde, besitzen nur zwei Typen von Farbrezeptoren. ⓘ

Am langwelligen roten Ende des sichtbaren Spektrums grenzt der Bereich des unsichtbaren Infrarot an. Durch den stetigen Übergang in der Empfindlichkeit auf reizende Wellenlängen ist diese Grenze fließend (zwischen 720 nm und 830 nm) und unterliegt individuellen Unterschieden. Dies wird im Wesentlichen durch den chemischen Aufbau des Rhodopsins (Sehpurpurs) bestimmt. Der wahrgenommene Farbton ändert sich ab 650 nm nur geringfügig. ⓘ

Der infrarote Bereich des Spektrums wird auch als Wärmestrahlung bezeichnet. Die Wärmewirkung wird von Menschen durch Thermorezeptoren wahrgenommen, die jedoch nur nahe der Hautoberfläche vorhanden sind. Die Eindringtiefe der Strahlung ist wellenlängenabhängig. So wird kurzwelliges Licht bereits an der Hautoberfläche in der Melaninschicht absorbiert, während nahe Infrarotstrahlung einige Millimeter in den Körper eindringt. Dadurch kann es zu unbemerkten Verbrennungen durch nahinfrarote Strahlung kommen. ⓘ

Am kurzwelligen violetten Ende des sichtbaren Spektrums, bei Wellenlängen unterhalb von 380 nm, grenzt der Bereich des Ultraviolett an. Aus dem gleichen Grund wie am infraroten Ende des Lichtspektrums ist die Sichtbarkeit der Strahlung zwischen 360 nm und 410 nm individuell und altersbedingt Schwankungen unterlegen, noch stärker als im infrarot-nahen Bereich. Die Pigmentierung der Hornhaut spielt hier eine große Rolle. Außerdem verfärbt sich mit zunehmendem Alter die Linse gelblich, wodurch kurzwelliges Licht stärker gefiltert wird. ⓘ

Bei Operation des grauen Star ist nach Entfernung der getrübten Linse die Filterwirkung beseitigt (aphakisches Sehen), was zu einer ausgeprägten Verbesserung der Wahrnehmung kurzer Wellenlängen führt, die auch nach Einsetzen der aus Kunststoff gefertigten Intraokularlinse erhalten bleibt. ⓘ