Väri

Väri on esineestä, aineesta tai muusta vastaavasta säteilevän tai heijastuvan valon aallonpituudesta ja intensiteetistä riippuva näköaistimuksena havaittava ominaisuus. Värin laatu vaihtelee myös ympäristön ja havaitsijan mukaan.
Ihminen näkee maailman väreissä toisin kuin monet muut nisäkkäät. Joidenkin eläinten värinäkö on vielä ihmistäkin laajempi. Eliö aistii värin, kun valo heijastuu jostakin värillisestä kohteesta silmään. Aivot tulkitsevat silmän kautta tulevan impulssin muuntaen sen väriksi.
Värin ominaisuuksia ovat sävy, kirkkaus ja kylläisyys. Sävy määräytyy silmän saman energiasäteilyn valta-aallonpituuden mukaan. Väriympyrässä jokainen sävy sijoitetaan omaan kohtaansa kirjon mukaisessa järjestyksessä, ja värien nimityksinä käytetään usein värisävyjen nimiä sellaisinaan. Kirkkaus tarkoittaa värin sävyominaisuuksien havaittavuutta ja vastaa tietokoneruudulla valoisuutta. Kylläisyys eli ärsykepuhtaus on suurimmillaan silloin, kun värin sävykkyys on suurimmillaan.

Valonlähteen lämpötilan vaikutus sen väriin

Kaikki kappaleet lähettävät sähkömagneettista säteilyä sitä enemmän, mitä korkeampi niiden lämpötila on. Säteilyn määrän ja aallonpituusjakauman osoittaa Planckin laki. Huoneenlämpöisen kappaleen lähettämä säteily on käytännössä täysin näkymätöntä, infrapunasäteilyä, mutta jos kappaleen lämpötila on riittävän korkea (yli 500 °C), se hehkuu, eli lähettää myös näkyvää valoa. Jos lämpötila on vain hieman tämän rajan yläpuolella, lähtevässä säteilyssä esiintyy vain pitkäaaltoisinta näkyvää, punaista valoa eli kappale on punahehkuinen, mutta jos lämpötila on vielä korkeampi, kappale tulee lopulta valkohehkuiseksi, jolloin sen lähettämä valkoinen valo sisältää kaikkia näkyvän valon aallonpituuksia. Sellaista on esimerkiksi Auringon valo.

Pinnan väri

Kun valo kohtaa pinnan, valonsäteet joko imeytyvät siihen, läpäisevät sen tai heijastavat sen. Pinnan väri on sen mukainen, mitkä valonsäteet pinta heijastaa katsojan silmiin. Jos pinta heijastaa kaikki valonsäteet, se on valkoinen. Jos pinta imee kaikki valonsäteet, se on musta. Jos pinta imee kaikki valonsäteet mutta heijastaa jollain tietyllä aallonpituudella olevat, se on sitä aallonpituutta vastaavan värinen, esimerkiksi punainen. Jos pinta heijastaa useampaa kuin yhtä väriä vastaavaa aallonpituutta, sen väri muodostuu additiivisesti: esimerkiksi punaista ja keltaista säteilyä samanaikaisesti heijastava pinta on oranssi.
Yleensä pinnan värillä tarkoitetaan sen aiheuttamaa väriaistimusta, kun pintaa valaistaan kirkkaalla valkoisella valolla. Kappaleen pinnan aistittu väri riippuu kuitenkin myös valaistuksesta. Esimerkiksi valkokangas on valkoinen, mutta se loistaa elokuvateatterissa monivärisenä kun sen pintaan projisioidaan värielokuva.
Materiaalin väriin voidaan vaikuttaa ulkoisesti muuttamalla kappaleen lämpötilaa, jännitettä, säteilyn voimakkuutta eli intensiteettiä ja happamuutta. Näitä materiaaleja nimitetään kromogeenisiksi materiaaleiksi.
Väriaineet ovat materiaaleja, jotka on valmistettu heijastamaan ja absorboimaan haluttuja aallonpituuksia.

Ihmisen väriaisti

Väri on sitä, miltä se ihmisen näköjärjestelmän tuottamana aistimuksena erilaisissa tilanteissa kulloinkin näyttäytyy.
Värihavainto syntyy siten, että näkökohteesta ja sen ympäristöstä tulevan valoenergian koostumus saavuttaa silmän verkkokalvon näkösolut. Solujen yhteistoimintana muodostunut sähköinen informaatio ohjautuu näköhermoja pitkin aivojen näkökeskukseen. Sen jälkeen aivot tulkitsevat näkökohteen värit ihmiselle tyypillisten havaintomallien mukaisesti. Värit ovat aivojen tulkinnan mukaisia näköaistimuksia.
Ihmisen silmän verkkokalvossa on neljänlaisia valoenergialle herkkiä solutyyppejä, joista yhdet ovat hämäränäköön erikoistuneita sauvasoluja. Muut kolme ovat lähinnä tarkan näön keskuksen eli fovean alueelle sijoittuvia tappisoluja, joista
* L-tyypit ( R ) reagoivat pitkäaaltoiseen (L = Long) punaiseen valoon. Solutyyppi on herkimmillään noin 650 nm:n aallonpituudelle (nm = nanometri = millimetrin miljoonasosa). Näitä on noin 2/3 verkkokalvon tappisoluista.
* M-tyypit ( G ) reagoivat keskipitkään (M = Middle) vihreään valoon. Solutyyppi on herkimmillään noin 530 nm:n aallonpituudelle. Näitä on noin 1/3 verkkokalvon tappisoluista.
* S-tyypit ( B ) reagoivat lyhytaaltoiseen (S = Short) siniseen valoon. Solutyyppi on herkimmillään noin 460 nm:n aallonpituudelle. Näitä on tappisoluista vain noin 5-7 %.
Tappisolujen määräsuhteet ilmaistaan joskus myös suhdeluvuilla 10 / 5 / 1. Anatomisesti monitasoista ja neurologisesti monivaiheista näköjärjestelmän toimintaa voidaan verrata television ja tietokoneen värikuvan muodostukseen, jossa värit syntyvät RGB-värikanavien valoilla (R = red, punainen; G = green, vihreä; B = blue, sininen).
Väreistä tuli ihmiselle vuosimiljoonia kestäneen näköaistin kehityshistorian aikana hyvin tärkeitä ympäristön laadun ilmaisijoita, visuaalisia adjektiiveja, joita ne yhäkin ovat. Ihmisen väriaistissa voidaan erottaa kolme toiminnallista perusperiaatetta, joita ei ole missään teknisessä mittalaitteessa:
1) näköjärjestelmä prosessoi näkökuvaa kolmivärikanavaisesti (LMS = RGB, vertaa yllä)
2) rajakontrasti-ilmiö, jossa näkökohteen (esineen) omassa värissä voimistuu sitä ympäröivän värin käänteisvärisyys ja valoisuusero. Kohde ikään kuin 'piirretään' irti taustastaan.
3) varjoilmiö, jossa aivot pyrkivät pitämään näkökuvan värit tunnistettavina hyvin vaikeissakin valaistusolosuhteisa (katso konstanssi).
Normaalista poikkeavia näköaistimuksia voi syntyä, jos havaitsijalla on periytyvä punavihersokeus tai sairauden, kutendiabeteksen aiheuttama värinäön heikkous. Täydellinen värisokeus on harvinaista. Periytyvän värinäön häiriön syy on X-kromosomissa.

Eläinten väriaisti

Mehiläisten silmistä puuttuvat punaiselle herkistyneet väriaistinsolut, mutta sen sijaan niillä on vastaavasti UV-taajuuksille herkistyneet solut. Ne ovat siis punasokeita, mutta näkevät muun muassa kukissa ihmissilmille näkymättömät mesiviitat, jotka heijastavat voimakkaasti UV-valoa.
Japanilaisella ritariperhoslajilla on voitu tutkimuksissa todeta pentakromaattinen värinäkökyky. Lajilla on viidelle eri aallonpituusalueelle herkistyneitä reseptoreita silmissään ja ne pystyvät näkemään näkyvän valon lisäksi UV- ja infrapunavalon. Useilla lintulajeilla on myös todettu erinomainen, ihmissilmän kykyjä paljon laajempi väriaisti.

Keinotekoiset väri-ilmaisimet

Valon väriä mittaavat tekniset väri-ilmaisimet toimivat vain kolmivärikanavaisesti. Niille ei ole vielä osattu kehittää kontrasti- ja varjoilmiöiden "näkökykyä".
Jotta teknisten laitteiden väri-ilmaisimet saadaan ”näkemään” värit aidosti – siis ihmisen kaltaisesti, pitää tuntea näköjärjestelmän toimintamekanismi. Erilaisista materiaaleista heijastuvan valon spektraalisia ominaisuuksia voidaan kuitenkin tunnistaa erilaisilla teollisuuden laadunvalvontaan kehitetyillä mittalaitteilla paljon paremmin kuin ihminen silmämääräisesti. Tekninen väri-ilmaisin on valon spektri-ilmaisin, kuten spektrometri, jonka avulla saadut mittaustulokset joudutaan aina tulkitsemaan sovittuina väreinä. Esimerkiksi niin sanottujen lämpökameroiden avulla otettujen kuvien värimaailmassa ihmiselle näkymätön säteily muunnetaan näkyviksi väreiksi kulloisenkin tilanteen ja informaatiotarpeen mukaan. Tieto kohteen väristä ei siis ole johdettavissa suoraan siitä valosta tai säteilyn spektrijakaumasta, joka tulee katsotusta kohteesta tekniseen väri-ilmaisimeen, vaikka näin fysikalistinen värikäsitys olettaa.
Ihmisen näköjärjestelmän tuottamaan kuvaan kuuluvat käänteisväri-, rajakontrasti-, simultaanikontrasti- ja varjoilmiö. Näitä eivät valo- tai värimittarit pysty havitsemaan ihmisen lailla, koska valon spektrivärien suhteelliset osuudet eivät määrää, miltä kohteen värit kulloinkin näyttävät. Kontrasti-ilmiöt paljastavat värin konstanssi eli värin pysyvyyden näkökuvassa: värejä voidaan tunnistaa hyvin erilaisista valaistusolosuhteista huolimatta, koska värit ovat olleet ihmisille ja ovat yhä elintärkeitä ympäristön laadun, esimerkiksi ruoka-aineiden käytettävyyden), ilmaisimia, visuaalisia adjektiiveja. Aivot ovat oppineet tämän olosuhteiden pakosta. Niinpä yksittäisestä näkökohteesta tulevan valon mitattu "väri" ei ole täysin sama kuin havaittu väri.

Värien yhdistyminen ja sekoittuminen

Värit voivat yhdistyä tai sekoittua neljällä eri tavalla.

Värivalojen yhdistäminen

Värivalojen yhdistäminen on additiivista yhdistymistä. Kahden vastasävyisen värivalon yhdistymisessä syntyy valkoinen, joka saattaa olla sävyttynyt jommankumman lähtösävyn suuntaan valomäärien keskinäisten suhteiden mukaan. Tasapainoisesti yhdistettäessä kahdesta värivalosta syntyy se sävy, jota vastaava väriympyrän säde on kohtisuorassa lähtövärien yhdistämisjanaa vastaan. Jos halutaan saada aikaan kaikki ajateltavissa olevat sävyt, on käytettävä vähintään kolmea lähtöväriä. Paras sekoitustulos saavutetaan perusvalokolmiolla, jonka värit ovat punaoranssi, violetti ja turkoosinvihreä. Väriympyrän kehältä tasavälein valitut värisävyt muodostavat yhdistyessään valkoisen.
Tähän perustuu RGB-väri­järjestelmä, jolla värit muodostetaan muun muassa väritelevisiossa ja tietokoneen näytöllä.

Väriaineiden sekoittaminen

Väriaineiden sekoittaminen on subtraktiivista sekoittumista. Tällöin tapahtuu valoi­suutta vähentävä värin­muodostus. Tuloksena syntyvä väri­aineiden seos heijastaa vain niitä näkyvän valon aallon­pituuksia, joita kaikki sekoitetut väri­aineet pystyvät heijastamaan, joten väri tummenee. Subtrak­tiivisessa värin­muodostuksessa "pää­väreinä" voidaan pitää keltaista, magentaa ja syaania, jotka additiivisen värinmuodostuksen kannalta ovat kukin kahden päävärin yhdistelmiä. Näitä kolmea sekoittamalla voidaan saada aikaan kaikki muut värit, ja kaikkia kolmea tietyssä suhteessa sekoittamalla saadaan aikaan harmaata. Näitä kolmea väriä, sekä mustaa käytetäänkin muun muassa neliväripainossa.
Useampaa kuin kolmea lähtöväriä käytettäessä syntyvät värisävyt ovat puhtaampia kuin kolmella lähtövärillä. Taidemaalauksessa musta ja harmaat synnytetään perusväreistä ja valkoisesta, eikä mustaa väriä käytetä. Musta väri syntyy vähintään kolmesta tasapainoisesti käytetystä ja tasavälein ympyrän kehältä valitusta sävystä. Jos kirjoväreihin lisätään valkoista tai mustaa, jotkin värit koetaan eri tavalla. Esimerkiksi keltaisesta ja mustasta syntyy oliivinvihreä, joka koetaan enemmän vihreänä kuin keltaisena. Oranssi taas muuttuu mustaa lisättäessä ruskeaksi.

Optinen sekoittaminen

Optinen sekoittaminen perustuu näköaistiin. Tavanomaisin esimerkki on nopeasti pyörivä levy, jonka eri värit sekoittuvat optisesti ja tuottavat yhdenmukaisen värikokemuksen.

Diffuusi sekoittaminen

Diffuusissa sekoittamisessa värit muuttuvat etäältä katsottuna yhdeksi väriksi. Tavallinen esimerkki on kangas, joka on valmistettu erivärisistä langoista tai erivärisistä kuteesta ja loimesta. Pienikuvioinen tapettikin voi tuottaa yhtenäiseksi värivaikutelmaksi suurehkossa tilassa. Värivaikutelmaan vaikuttaa osasävyjen suhteen ohella karkeassa kankaassa myös varjonmuodostus.

Värimallit ja värinhallinta

Värit määritellään värimalleilla. Niitä on useita erilaisia, ja niillä voi olla useita väritiloja. CIE L*a*b on laiteriippumaton värimalli, sillä se liittyy suoraan tapaan, jolla ihmissilmä havaitsee värin. Siinä on kiinteä väritila. Laiteriippuvaiset värimallit, kuten RGB, HSL, HSV ja CMYK, vaihtelevat niihin liitettyjen väritilojen ja laitteiden mukaan. Värinhallinnan käytön tarkoituksena julkaisuja tehtäessä on tulkita ja kääntää värit tarkasti laitteesta toiseen. Tämän järjestelmä tekee väriprofiilien avulla.

Värien käyttö

Värejä käytetään esteettisistä syistä esimerkiksi taiteessa, sisustuksessa, rakennusten ulkoseinissä ja vaatetuksessa. Väripsykologiassa hyödynnetään värien erilaisia psykologisia vaikutuksia viihtyvyyteen, mielialaan ja tuntemuksiin. Värien symbolikäyttö on hyvin tavallista monella alalla. Värejä käytetään esimerkiksi uskonnollisina symboleina, kansallisina, heraldisina, kaupallisina ja muina tunnusväreinä sekä viestittävinä merkinantajina esimerkiksi liikenteessä.