Farba (fyzika)

Farba je psychofyziologický vnem vyvolaný vstupom viditeľného svetla určitej vlnovej dĺžky do oka, resp. označenie jednej z častí viditeľného svetla, ktorá po dopade do oka vyvoláva viac či menej podobný psychofyziologický vnem. Interval spektra vlnových dĺžok viditeľného svetla je pre ľudí v rozsahu 380 až 780 nm.

Farba a vlnová dĺžka 

Rôzne vlnové dĺžky mozog interpretuje ako farby, od fialovú s najmenšou vlnovou dĺžkou (380 nm) po červenú s najväčšou vlnovou dĺžkou (780 nm). V poradí optického spektra sú zoradené aj farby dúhy, ktorých sa tradične udáva sedem:  fialová (vnútorná strana), tmavomodrá (indigo), modrá, zelená, žltá, oranžová a červená (vonkajšia strana). Smerom do kratších vlnových dĺžok od fialovej sa nachádza (neviditeľné) ultrafialové (UV) a smerom do dlhších vlnových dĺžok (tiež neviditeľné) infračervené žiarenie (IR), ktoré sú tiež považované za optické žiarenie (na rozdiel od napr. röntgenového žiarenia).

Delenie farieb 

Základné (primárne) farby sú farby, z ktorých získame všetky ostatné odvodené farby, pričom ich zmiešaní sa vždy vytvorí achromatická farba. Takýmito farbami sú pokiaľ ide o povrchy predmetov: fialová (purpurová), azúrová (zelenomodrá) a žltá 

a pokiaľ ide o farebné svetlá: červená, zelená a modrá.  

Vytváranie farieb z troch základných vyplýva aj z toho, že človek vidí farby trichromaticky ako aj z toho, že z troch farieb sa dajú vytvoriť všetky ďalšie farby predmetov a povrchov (pozri ďalej), ktorý je schopný vnímať ľudský zrak. Uvedené tri základné farby CMY a RGB sú základom farebných modelov CMYK a RGB.

Staršie alebo tzv. tradičné rozdelenie farieb sa však zakladá na žltej, červenej a modrej farbe. Pozri obrázok vpravo z roku 1925.

Sekundárne farby vznikajú kombináciou dvoch primárnych farieb. K farbám RGB sú sekundárne CMY a naopak. Medzi takéto farby radíme napr. oranžovú (žltá + červená). Pozri obrázok dole Doplnkové farby

Achromatické farby sú čierna, biela a sivá. Všetky ostatné farby sú chromatické.

Farba povrchov a svetla (farebný profil) 
Farba ako vlastnosť povrchu predmetov

Farebnosť predmetov vnímame vďaka odrazu svetla. Ak má predmet čisto červenú farbu, jeho povrch pohltí všetko svetlo okrem vlnovej dĺžky červeného svetla. Červené svetlo naopak odrazí rozptýlením (ang. scatering), a ľudské oko predmet vyhodnotí ako červený. Keď predmet nie je osvetlený (je tma) vidíme ho ako čierny aj keď je červený. Biele svetlo je zvyčajne tvorené spojitým spektrom vlnových dĺžok obsahujúcich všetky viditeľné farby. Vďaka tomu získame rozkladom bieleho svetla napríklad prostredníctvom (skleného) optického hranola celé farebné spektrum. Bielu farbu teda bude mať predmet, ktorý nepohltí výraznejšie žiadnu vlnovú dĺžku a zároveň väčšinu svetla odrazí. Čierny objekt naopak väčšinu svetla pohltí. Iným spôsobom vnímame farbu, keď sa pozeráme priamo do svetelného zdroja (pozri nižšie v časti Farba ako vlastnosť svetla).

Farba ako vlastnosť povrchu predmetov (farebné nátery) je farba pôsobiaca vďaka odrazu a pohltivosti materiálov (farebný predmet). Mieša sa subtraktívnym (odčítacím) miešaním - čím viac miešaní prebehne, tým tmavší dostávame výsledok (po mnohých miešaniach by sme dostali tmavošedú farbu). Tento farebný profil má analógiu v DTP ako farebný profil CMYK. Tvoria ho písmená anglických názvov základných farieb - Cyan (azúrová), Magenta (fialová/purpurová), Yellow (žltá), blacK (čierna). Čierna farba je pridaná k trom základným kvôli vernejšiemu a kontrastnejšiemu zobrazovaniu. Profil sa používa pri tlači.

Farba ako vlastnosť svetla (farebné svetlá) je farba, ktorú vnímame zo zdroja vyžarujúceho predovšetkým svetlo určitej vlnovej dĺžky (LED dióda, monitor, televízor). Človek nevidí odraz ale priamo svetelný zdroj alebo pozerá do zdroja cez farebný filter  alebo optický hranol. Takéto farby sa kombinujú aditívnym (sčítacím) miešaním - čím viac miešame farebné svetlá, tým svetlejší výsledok dostávame. Po mnohých miešaniach dostaneme biele svetlo. V počítačovom svete má tento farebný profil názov RGB. Názov je tvorený začiatočnými písmenami základných farieb profilu - Red (červená), Green (zelená), Blue (modrá). Model RGB sa požíva pri zobrazovaní na LCD displejoch, televízoroch monitoroch a pod.

Okrem CMYK a RGB boli vytvorené aj ďalšie farebné modely. Gamut je dosiahnuteľná oblasť farieb (všetky farby) v určitom modeli alebo zariadení.

História a doplnkové farby 

V Goetheho čase sa všeobecne uznávalo, že ako ukázal Isaac Newton vo svojej Optike v roku 1704, bezfarebné (biele) svetlo sa pri prechode cez optický hranol rozloží na farebné svetlo podľa frekvencií (optické spektrum, farby dúhy). Goetheho teória farieb poskytla prvú systematickú štúdiu fyziologických účinkov farieb (1810). Jeho pozorovania vplyvu protichodných farieb ho priviedli k symetrickému usporiadaniu jeho farebného kruhu s doplnkovým farbami, ktoré potvrdila neskoršia teóriu protifarieb Ewalda Heringa (1872).

Thomas Young ako prvý tvrdil, že oko obsahuje receptory, ktoré reagujú na tri rôzne primárne vnemy alebo spektrá svetla. James Clerk Maxwell ukázal, že všetky odtiene, ale nie všetky farby, môžu byť vytvorené z troch základných farieb, ako sú červená, zelená a modrá, ak sú zmiešané v správnom pomere.

Doplnkové (komplementárne) farby 

Komplementárne farby sú dve farby, ktoré sa navzájom dopĺňajú a na farebnom kruhu sú umiestnené oproti sebe. Ich kombináciou sa dá dosiahnuť v grafickom designe kontrast a živosť. Patria sem kombinácie farieb, ako sú modrá + oranžová, fialová + žltá a červená + zelená. 

Ľudský vizuálny systém interpretuje informácie o farbe tak, že spracováva signály z buniek sietnice vo svetlo citlivých bunkách (tyčinky a čapíky), ktoré vysielajú nervové impulzy zrakovým nervom (lat. nervus opticus) do mozgu. Teória protifarieb, tvrdí, že videnia prebieha antagonistickým spôsobom. Existuje určité prekrytie vo vlnových dĺžkach svetla, na ktoré reagujú tri typy čapík (L - dlhovlnné, M - strednovlnné a S pre krátkovlnné svetlo), takže je pre vizuálny systém (v ľudskom oku je približne 7 miliónov čapíkov) efektívnejšie zaznamenávať rozdiely medzi reakciami čapíkov v čase, a nie individuálne hodnoty každého čapíka po celý čas. Teória protifarieb tvrdí, že existujú tri protichodné kanály, do ktorých sú fotoreceptory spojené a tvoria tri protichodné farebné páry: červená verzus zelená, modrá verzus žltá a čierna verzus biela (pozri obrázok Komplementárne protifarby). Túto teóriu podporujú experimenty toho typu, že sa človek dlho pozerá na obrázok jednej farby a potom na bielu farbu (alebo zavrie oči) uvidí práve protifarbu ako aj farbosleposť (Deuteranopia - z gréckeho neschopnosť vidieť druhými čapíkmi), keď postihnutý nerozpoznáva zelenú a červenú farbu.

Vlastnosti farieb

Tón, sýtosť a svetlosť 
Vychádzajúc z poznatkov o farebnom modeli RGB vytvorili počítačoví vedci koncom 70. rokov minulého storočia jeho reprezentáciu, ktorá používa pomocou namiesto kombinácii troch farieb vlastnosti, ktoré sa bežne používajú pri opise farieb. Vznikli tak modely HSB a HSL (Hue, Saturation, Value=Brightness a Hue, Saturation, Lightness).

Tón (angl. hue) charakterizuje farbu prostredníctvom vlnovej dĺžky.

Sýtosť (angl. saturation) vyjadruje intenzitu farby pomocou zloženia monochromatického a bieleho svetla. Sýtosť farby je tým väčšia, čím menší je rozsah vlnových dĺžok a menšie množstvo zložiek bieleho svetla.

Svetlosť (angl. brightness) farby závisí od relatívnej veľkosti podráždenia sietnice, a teda aj od citlivosti oka na jednotlivé farby, ktoré je najcitlivejšie na strednú časť spektra. Preto sa rovnako sýte farby blízke tejto zložke javia ako svetlejšie voči protikladným zložkám modrofialovým. Parametrom svetlosti je aj množstvo energie vyžiarenej jednotkovou farebnou plochou.

Odrazivosť 
Všeobecne vo fyzike je odrazivosť mierou medzi dopadajúcim a odrazeným žiarením. Optika skúma zákony pre odrážanie, lom a rozptyl svetla (Fresnelove vzťahy alebo rovnice). Okrem toho je odrazivosť závisí od materiálu a jeho zloženia a štruktúry, stavu a povrchu (teplota, drsnosť, stupeň oxidácie, stupeň znečistenia), vlnovej dĺžke a smeru dopadajúceho a odrazeného žiarenia (svetla) a jeho polarizácii.

Podľa povrchu materiálu je odrazivosť delená na:
 priamu (spekulárnu) - pre hladké / vyleštené povrchy
 difúzna (rozptýlenú) - drsné povrchy / rozptyľujúce objemy
Odrazivosť závisí od farby.

Súčiniteľ celkovej slnečnej odrazivosti TSR (Total Solar Reflectance) 
Súčiniteľ celkovej slnečnej odrazivosti TSR povrchovej úpravy charakterizuje schopnosť odrážať všetky zložky slnečného žiarenia vrátane infračervenej (tepelnej). Jeho hodnotu tak ovplyvňuje okrem farebnosti aj materiálové zloženie povrchovej úpravy a typ použitého farbiva (pigmentu). Býva uvedený napríklad pri farebných omietkach fasád. Čím vyššia je hodnota TSR, tým lepšie fasáda odráža všetky zložky slnečného žiarenia a tým sa fasáda menej v lete prehrieva. Súčiniteľ TSR v súčasnosti nahrádza doteraz používaný starší súčiniteľ HBW.

HBW (z nemeckého Hellbezugswert) 
Koeficient HBW (Hellbezugswert = slovensky hodnota svetlosti) vyjadruje svetlosť povrchu vnímanú človekom (ľudským okom). Táto svetlosť zodpovedá svetlosti L vo farebnom modeli LAB. Svetlá biela má HBW 100 a tmavá čierna HBW 0.

Albedo 

Albedo je iná miera odrazivosti  používaná v klimatológii a astronómii pre vyjadrenie spôsobilosti daného druhu zemského povrchu (prípadne iného vesmírneho telesa) odrážať žiarenie Slnka a oblohy. Je to desatinné číslo, obvykle vyjadrované percentuálne od 0 do 100 percent, pričom presná definícia sa líši podľa odboru.

Tradičné vlastnosti farieb 
Delenie farieb na aktívne, pasívne, teplé a studené zodpovedá našej kultúre a tradícii. Pozri ďalej vnímanie farieb.
 Aktívne farby

 Pasívne farby

 Teplé farby

 Chladné (studené) farby

Vnímanie farieb

Význam a symbolika farieb 
Jednotlivé farby majú celý rad významov, ako sú napríklad národné farby (všeobecne sú významy farieb popísané v článkoch o jednotlivých farbách.) Výklady však nie sú jednoznačné. Goethe napríklad červenú považoval za symbol krásy, v kresťanstve je však symbolom preliatej krvi mučeníkov atď. Psychológia farieb sa pokúša identifikovať účinky farieb na ľudské emócií a konanie. Chromoterapia (terapia farbami) je forma alternatívnej medicíny, ktorá má korene v rôznych nevedeckých tradíciách. Farby majú rozdielne (často protichodné) významy a symboliku v rôznych krajinách a kultúrach.  V Maďarsku a Turecku majú napríklad dva rôzne názvy pre červenú (majú dve farby, ktoré vnímajú ako odlišné napriek tomu, že v našej reči sú obidve červené), v Írsku pre zelenú farbu. Naopak v Japonsku je zelená a modrá označovaná len jedným spoločným názvom.

Subjektívno fyziologicko-psychologický jav 

Delenie a názvy farieb sú spoločenskou konvenciou danej kultúry, pretože vnímanie farebného spektra je subjektívno fyziologicko-psychologický jav. Aj keď sa predpokladá, že farebné videnie ľudí, má rovnakú fyziologickú podstatu (trichromatické videnie na rozdiel od väčšiny cicavcov ako napr. pes a kôň, ktorí majú iba dichromatické videnie, rovnako ako farboslepí ľudia), spracovanie vnemov v mozgu môže byť rôzne. Už v 17. storočí na to upozornil nasledovným myšlienkovým experimentom filozof John Locke. Majme hypotetický prípad  "prevráteného spektra". Napríklad, niekto s "prevráteným spektrom" môže vnímať "zelenú" farbu, keď vidí farbu s vlnovou dĺžkou 700 nm, ktorú všetci nazývajú červená a naopak vidí "červenú" pri 530 nm svetle (ostatní vidia zelenú). Na túto jeho "poruchu prevráteného spektra" sa však nikdy nepríde, pretože dotyčný sa podriadil spoločenskej konvencii a červenú aj nazýva "červená" napriek tomu, že ju vníma ako "zelená". Objaviť konkrétnych nositeľov "prevráteného spektra" sa ani doteraz nepodarilo, pretože súčasný stav vedy nedovoľuje identifikovať aké presne signály prebiehajú nervami medzi očami (čapíkmi) a mozgom, kde sa vyhodnocujú. Možnosť existencie "prevráteného spektra" však podporuje Synestézia, čo je subjektívne vnímanie farebného zážitku spustené inými podnetmi ako je svetlo (napr. zvuky a tvary).

Okrem ročného obdobia ovplyvňujú vnímanie farieb emócie a samozrejme fyzické predpoklady pre vnímanie svetla.

Optický klam (ilúzia) 
Obraz vnímaný okom interpretuje mozog. Optický klam spočíva v mätúcom alebo nesprávnom vnímaní, ktoré je spôsobené buď okom alebo mozgom. Farebné optické klamy využívajú napríklad tendenciu človeka vidieť a vnímať predmety rovnako aj pri rôznom osvetlení (anglicky: color constancy). Napríklad na hornom obrázku vychádzame z predpokladu, že zelený valec vrhá tieň a preto je políčko B, ktoré je v tieni, svetlejšie.

Poruchy a rozdiely medzi mužmi a ženami 
Keď jeden alebo viacero druhov čapíkov v ľudskom oku chýba alebo nefunguje tak, ako má, vzniká farbosleposť, odborne daltonizmus. Farboslepí ľudia majú najčastejšie problém rozlíšiť červenú a zelenú, obe farby vidia v odtieni žltozelenej. No existujú aj prípady, kedy človek nerozoznáva žltú a modrú. Muži sú farboslepí omnoho častejšie, ako ženy. Farboslepých mužov je okolo 8 % ale žien len 0,5%. Naopak okolo 12 % žien má v očiach štyri druhy tyčiniek namiesto štandardných troch a preto takéto ženy môžu vidieť až 100-krát väčšiu škálu farebných odtieňov.

Farby a jazyk 
To, že vnímanie farieb je subjektívne a založené na spoločenskej konvencii potvrdzujú aj vedecké experimenty. Ľudia majú tendenciu zúžiť (zapamätať si) širšie spektrum (viacej) farieb na im dobre známu priemernú farbu ako sú modrá, ružová, zelená, fialová, oranžová a žltá. Vo vedeckom svete prebieha polemika o názvoch farieb. Jej základná otázka je: aký je vzťah medzi jazykom, ktorým hovoríme a myslením, konkrétne, či jazyk ovplyvňuje mysel, a ak áno, akým spôsobom. Polemika o farbách sa stala veľmi populárna po publikovaní slávnej štúdie Brenta Berlina a Paula Kaya z roku 1969, v ktorej autori argumentujú, že rozpoznávanie/ pomenovávanie farieb ako sú čierna, hnedá, červená je v danej v kultúre predvídateľné podľa celkového počtu farieb, ktorý daná kultúra má. Úplne všetky kultúry majú (dva) názvy: pre čiernu / tmavú a bielu / jasnú. V prípade, že kultúra má názvy pre tri farby, tak tretím názvom je červená. V prípade, že kultúra má štyri názvy, tak tým ďalším je žltá alebo zelená atď. až do úrovne s 8 a viac farbami.

Pozri aj 
 Zoznam farieb
 Zoznam názvov farieb
Optický klam

Referencie

Poznámky 

Svetlo
Výtvarné umenie