Licht

Farbmischsysteme von Moving Lights

Farben können bei Moving Lights auf dreierlei grundsätzlichen Methoden gemischt werden:

  1. Mit farbabsorbierenden Filtern
  2. Mit farbreflektierenden Filtern
  3. Durch Addition von farbigen Leuchtmitteln (meist LED)

Der Unterschied zwischen Farbfiltern und dichroitischen Filtern ist in erster Linie die Flankensteilheit der Dichroiten, wie es im unteren Bild gut zu erkennen ist. Damit erreichen die Dichroiten eine extrem gute Farbbrillanz. Aber im Theater, wo man seit alters her mit Filterfolien gearbeitet hat, ist diese Farbbrillanz gar nicht gewünscht, um spezielle Stimmungen zu erzeugen.

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Blick auf Filter und Leuchtmittel
Einfache Art, Farben im Movinglight zu mischen Mit dichroitischee Filtern Cyan, Magenta und Gelb in den Strahlengang schieben.

Leider können die dichroitischen YMC-Mischsysteme die Farben von Folien nicht imitieren (Ausnahme Vari-Lite). So ist im Theater ein folienbasiertes System, solange auch die Geräuschentwicklung tragbar ist, vorzuziehen.

Spektren
Spektrum einer Pigment basierender Farb-Folie gegenüber dem reflektierenden System der dichroitischen Filter

 

Nebenbei, oftmals werden CTO- oder CTB-Filter mit Farbfiltern gleichgesetzt. CTO (Change to Orange und CTB Change to Blue haben aber einen sehr weichen Flankenverlauf, um die Anteile des Kontinuums gleichmäßig zu verschieben, wie man es im Bild erkennen kann.

Spectren Farbfilter CTO und CTB
Gegenüberstellung von typischen Konvertierungsfiltern, um Tageslicht CTB oder Kunstlicht CTO zu erreichen, gegenüber dichroitischen Filtern.

 

Absorbierende Filter

Es sind Moving Heads auf dem Markt zu finden, welche die übliche Aufnahme für eine Farbfolie am Tubus aufweisen. Auch sind Moving Lights mit Rollenfarbwechslern, die mit Farbfolien bestückt sind, auf dem Markt. Sie kommen immer dann zum Einsatz, wenn man die gleichen Farben benötigt wie bei den übrigen verwendeten, konventionellen Scheinwerfern. Da diese Ansprüche fast ausschließlich von Theatern gestellt werden, sind diese Moving Heads auch sonst speziell für den Theatermarkt optimiert.

Scheinwerferbild ADB Warp
ADB warp mit Rollenfarbwechsler Farbfolien vor motorisierten Profilscheinwerfer

 

Scheinwerfer offen
Auch der ETC Revolution ist als Theater-Moving-Head mit einem Rollenfarbwechsel-System ausgestattet gewesen

 

Das bedeutet, dass die Geräuschemission möglichst gering sein muss, auf der anderen Seite eine Großzahl von speziellen Effekten wie Goboshake und andere aus Theatersicht „Spielereien“ nicht zur Anwendung kommen. Statt rotierendem Prisma weisen diese Moving Lights eher motorische Blendenschieber auf und in der Regel sind diese Lampen für beide Leuchtmittelarten Halogen- und Entladungslampe erhältlich.

Farbfolien in Moving Lights sind gegenüber dichroitischen Farbwechselsystemen sehr wartungsintensiv. Da ein Rollenfarbwechsler ca. 24 Farben weitgehend problemlos aufnehmen kann, muss oftmals bei wechselnden Stücken auch eine besondere Farbe in den String mit aufgenommen werden bzw. der gesamte String ausgetauscht werden. Ansonsten ist man bei der Farbauswahl in der Praxis auf die Farben des bestücken Strings beschränkt. Jedoch haben sich die Beleuchter im Theater oft auf bestimmte Folien eingeschossen, so ist z. B. ein Half CT Blue (202) fast in jedem String zu finden. Farbfolien verbleichen im Laufe der Zeit und müssen ausgewechselt werden. Dann verwerfen sie sich unter der Temperaturbelastung des Scheinwerfers und können vom Rollenfarbwechsler immer schwerer sauber aufgewickelt werden oder verkleben sogar untereinander bei hoher Temperaturbelastung. Zu guter Letzt bauen sie durch das ständige Auf- und Abwickeln elektrostatische Spannungen auf der Oberfläche auf, die auf den Staub im Theater eine magische Anziehungskraft hat. Elektrisch leitende Borsten, wie man sie von Laserdruckern her kennt, könnten diese Spannungen ableiten. Somit erkauft man sich die Farbgleichheit zwischen konventionellem Licht und Moving Lights mit einem erheblichen größeren Wartungsaufwand.

>> Hier gibt es mehr Informationen zum Thema Farbfolien.

 

Reflektierende Filter

Unter reflektierenden Filtern verstehen wir die dichroitischen Farbfilter. Ein dichroitischer Filter besteht in der Regel aus ca. 20 bis 50 extrem dünnen Schichten, die auf einen Glaskörper, meist wird Borosilikat-Glas, das eine Arbeitstemperatur bis 400° C erlaubt, in Vakuumtechnik aufgetragen werden. Die Stärke der Schichten muss also sehr exakt und über die Fläche äußerst homogen aufgetragen werden. Auf diese Weise kommt – je nach Betrachtungswinkel – die Vielfalt der Farben zustande.

 

Dichrofilten im Lichtkegel
Die Halogenleuchte wirft das Licht auf den dichroitischen Filter Eine Lichtfarbe wird reflektiert, der Rest des Lichtspektrums tritt durch das Glas hindurch und ergilbt die gewünschte Farbe.

 

Dichrofilten im Lichtkegel
Veränderung des Auftreffwinkels Durch leichtes Verdrehen wird der Farbort des Filters verändert.

 

Farbraum Dichroitisch
Beispiel Welcher Farbraum kann mit dichroitischen Filtern abgedeckt werden?

Die Qualität der verwendeten Dichroiten macht sich in folgenden Punkten bemerkbar:

a) Wie sind die Farben C, M, Y aufeinander abgestimmt?
b) Wie gesättigt (rein) sind die Farben?
c) Wie stark unterscheiden sich die Farben in mehreren Scheinwerfern
d) Wird die Farbe in gleicher Qualität auch nach z. B. einem Jahr geliefert, oder ist dies dann ein gänzlich anderer Farbton?

 

Festfarbe

Reflektierende Filter sind so temperaturbeständig, dass sie innerhalb des Scheinwerferkopfes eingesetzt werden können – im Gegensatz zu absorbierenden Filtern. Deshalb sind bis auf die vorhin besprochenen Ausnahmen alle Moving Lights mit dichroitischen Filtern ausgestattet. Der Einsatz von dichroitischen Filtern mit ihren steilen Flanken ergibt ein durchweg anderes Licht als die mit Farbfolien kreierte Farbgebung.

Die einfachste Art Farben mittels dichroitischer Filter in einem Moving Light zu wechseln, ist die Bestückung der Farbfilter auf ein Rad, das ähnlich dem Revolver die Farben einzeln in den Lichtkanal schiebt. Eine offene Stelle ist dann für das weiße Licht für einen ungefilterten Lichtdurchlass.

Farbrad mit runden Filtern
Kreisförmige Filter mit breitem Steg zwischen den Farben

 

Farbrad
Typisches Farb-Effektrad mit CTO, CTB, Vierfarbfiltern und gelochten Farbfiltern. Damit lassen sich interessante Effekte erzielen. Ein UV-Simulationsfilter ist nicht mit einem UV-Schutzfilter zu verwechseln. Beide im Strahlengang machen verständlich, dass dabei die Ausbeute nicht sehr hoch sein kann. (Bild: Clay Paky)

 

Bereits bei dieser einfachen Funktion des Moving Lights sind Unterschiede in der Funktionalität des Systems und in der Qualität zu erkennen. Je nach Anwendung ist es von Vorteil, wenn die Filter auf der rotierenden Trägerscheibe nicht direkt mit Silikon aufgeklebt sind, sondern schnell und einfach auszutauschen sind. Denn ein ungewöhnliches Lichtdesign wird oftmals nicht mit der werksseitigen Filterbestückung realisiert.

Austauschsysteme können durch ein einfaches Blechnasen- und Federlaschensystem realisiert werden, bei dem dann mit Geschick und etwas Kraft das Glas einzubringen ist, wobei oftmals die Kanten des Filters beschädigt werden. Zuverlässiger und schonender funktioniert ein ausgereiftes Schnellwechselsystem, das den Austausch der einzelnen Filter in Sekunden erlaubt. Hier verfügen die Filter meist über feine Rahmen, die in eine Aufnahme gesteckt werden.

Eine weitere Lösung ist ein Schnellwechselsystemfarbrad, das in der Gesamtheit vom Modul zu trennen ist, so dass bei Einsatz neuer Moving Lights bereit vorgefertigte Farbräder blitzschnell eingesetzt werden können. Dies ist insbesondere auch für Musicals interessant, bei denen schnell ein „externer“ Ersatzscheinwerfer eingefügt werden soll.

Sind Halbfarben darzustellen, das heißt, dass das Trägerrad in die Zwischenstellung von zwei Farben fährt und damit z. B. Rot und Blau räumlich getrennt, gleichzeitig projiziert werden, ist ebenfalls ein Schellwechselsystem von immensem Vorteil, da die gewünschte Farbablauffolge dann schnell zusammengesteckt werden kann. Darüber hinaus ist es bei der Halbfarbendarstellung auch wichtig, in welchen Schritten die Software des Moving Lights das Eindrehen der Halbfarben erlaubt. Hier wird beileibe keine 16-Bit-Auflösung verlangt, aber es gibt Systeme auf dem Markt, bei denen nur die Vollfarbe oder 50 % Halbfarbe anzusteuern ist. Je nach Farbabstufung benötigt man meist aber einen anderen Zwischenwert.

FArbrad zum wechseln von Farben
Schnellwechselsystem Weißlicht kann nicht zwischen den Filtern durchtreten, da das Trägerrad eine Umrandung für den Filter bietet.

 

Die Projektion der Halbfarben ist abhängig vom verwendeten System. Nebenbei bemerkt, ein Wash mit Konstantfilter-Farbrad reagiert dabei nicht so sensibel wie Profil fähige Moving Lights, deren Focus womöglich noch in Richtung Farbscheibe eingestellt ist. Die runden Filter haben bei der Halbfarbendarstellung den Nachteil, dass sie gemäß den runden Aussparungen Schattenausbuchtungen projizieren. Besser ist da die Trapezform. Hierbei entsteht aber ein neues Problem: Der Abstand von einem Farbfilter zum nächsten ist mit einem Lichtspalt verbunden. Das Licht kann ungefiltert bei diesem Übergang hindurchtreten und wird durch die Glaskanten zusätzlich reflektiert. Die Folge ist ein Weißanteil in der Halbfarbendarstellung. Die Problematik mit dem Weißlicht kann gelöst werden, indem die trapezförmige Filteranordnung in einen Rahmen integriert wird, der ein Durchdringen von Streulicht zuverlässig verhindert. Weiterhin kann das Farbrad so zum Strahlengang angeordnet sein, dass der mittige Übergang in der Halbfarbendarstellung vertikal vollzogen wird. Dies ist eine Anschauungssache, ob man Farbverläufe in der Vertikalen, z. B. für Schriftzüge bevorzugt, oder horizontal, z. B. für einen Abendhimmel, bevorzugt.

FArbrad Aufbau und resultierende Abbildung
Auch die mechanische Anbringung der Farbfilter im Strahlengang hat erhebliche „Design-Auswirkungen“, wie die Bilder zeigen

 

Farbmischsysteme

Dichroitische Filter lassen sich am einfachsten als homogene Fläche herstellen. Bei den Blocksystemen werden diese homogenen Filterscheiben mit Schrittmotoren in den Strahlengang gefahren. In der Regel verwendet man zwei gegenüberliegende Filter, die sich in der Mitte des Lichtkegels treffen. Bei einigen Systemen werden die Filter mit einem konstanten Anstellwinkel in den Strahlengang gefahren. Der absorbierte und rückwärts reflektierte Anteil des Lichts würde das Leuchtmittel zusätzlich erhitzen, durch den Anstellwinkel der Filter wird die Hauptreflexion auf Bereiche des Moving Lights geworfen, die bessere Wärmeleitfähigkeiten besitzen und mit zusätzlicher Erwärmung leichter umgehen können. Ein Nachteil des Filterblöcke-Systems stellen die Glaskanten dar, die im Strahlengang unkontrollierbare Lichtreflexionen und -brechungen verursachen können. Sind dann die Farben noch in unterschiedlichen Winkeln angeordnet, so kann im ungünstigen Fall eine Farbprojektion entstehen, die nicht dem Ideal einer homogenen Farbverteilung entspricht. Werden zwei Blöcke in der Mitte auf Stoß gefahren, so kann ein weißer Lichtspalt entstehen. Sind die Blöcke versetzt angeordnet, so entsteht ebenfalls ein Spalt, aus dem sich Reflexionen aus anderer Richtung ausbreiten können, die sich auf die gewollte Farbe aufmischen. Ein Lösungsweg wäre ein Metallrahmen nach dem Nut-und-Feder-Prinzip, der Glaskantenstreulicht sowie Spaltlicht wirksam unterdrückt. Nebenbei würde dieser Rahmen wesentlich zur Stabilität des filigranen Filters beitragen. Dieses System sollte nur bei weich zeichnenden Moving Lights (Wash) angewandt werden. Bei Profil gebenden Systemen würde sich die Teilung von Filter und freien Strahlengang abzeichnen, wenn der Focus ungünstig in Richtung Farbscheiben eingestellt ist. Dennoch kann man den mittigen Lichtspalt eliminieren, indem man die Gläser überlappen lässt, aber in der direkten Glaskantenumgebung keilförmige Aussparungen der dichroitischen Beschichtung wegätzt oder weglasert. Dann findet die Überschneidung der dichroitischen Schichten erst nach Überschneidung der Glaskanten statt.

CMY Farbwechseleinheit
Einfache Fächer die motorisch in den Strahlengang gefahren werden.  (Quelle: Lightpower)

 

Lichtspalt zwischen Farbflags
Ist der Abstand zwischen den Scheiben zu groß, kann Weißlicht austreten.

 

Lichspalt Lichtbild
Der Lichtspalt verursacht folgendes Lichtfeld

 

Farbflags mit Zackenmuster
CMY-Farbmischsystem mit vollflächiger Sättigung bis zur Glaskante hin, wo dann mit kleinen Keilen der Übergang weicher wird

 

Prinzip Farben Kulissensystem
Prinzip Farbmischung mit einem Kulissensystem

 

Kulissensystem in der Praxis
Kulissen schieben die Filter in den Strahlengang

 

Das gezackte Prinzip kann natürlich verfeinert werden. Um eine homogenere Farbmischung zu erreichen, werden auf dem Glasträger die dichroitischen Flächen in der Art angeordnet, dass viele spitze Dreiecke parallel in den Strahlengang hineingefahren werden. Man bedient sich wieder rechteckiger Blöcke, die nun über die gesamte Fläche das Keilmuster tragen. Diese Blöcke werden aber dementsprechend wesentlich stärker mit der Überlappung in den Strahlengang hineinfahren, um eine vollständige Filterfläche zu bilden. Bei großflächigen Filteranordnungen, wie sie z. B. bei Fluter-ähnlichen Moving Lights Anwendung finden, werden die Keilträger mit Kulissensystemen in den Strahlengang eingebracht. Aber in der Regel findet man die engen Filterkeile auf einem rotierenden Glaskörper aufgebracht. Mit zunehmender Rotation werden die Abstände zwischen den dichroitischen Flächen immer geringer, so dass sich am Ende ein vollflächiger Filter im Strahlengang befindet. Je nach verwendetem Typ von Glasträger können die Verluste im Strahlengang deutlich sichtbar sein. So verwundert es nicht, dass in der 0-Stellung – also Farbfilter nicht im Strahlengang – der rotierende Glasträger über einen Ausschnitt verfügt, so dass das Licht nicht erst das Medium Glas durchdringen muss. Dies bedeutet den Vorteil eines insgesamt höheren Wirkungsgrads bei weißem Licht, beim Einfahren der Farbe steht dem Wirkungsgrad aber eine brechende Glaskante entgegen – dieser Effekt ist meist auch deutlich wahrzunehmen. Vom Prinzip her ist die Reihenfolge der Farbfilter beliebig. Wenn sich bei Moving Lights jedoch eine bestimmte Anordnung herauskristallisiert, sind dies meist Überlegungen zu Wärmebelastungen im Kopf oder Einfluss der vom Filter reflektierten Farben und wohin diese Reflexionen weitergestreut bzw. ungünstigerweise wieder in den Strahlengang zurückreflektiert werden.

Prinzipbild Farbverlaufsräder
Farbverlauf auf rotierbaren Scheiben (Räder)

 

Cyan
C Cyan

 

Magenta
M Magenta

 

Yellow
Y Yellow

 

Vier Farbräder
Farbmischsystem mit vier Farben Hier wird mit einem zusätzlichen Farbrad noch stufenlos eine CTO-Anpassung erlaubt. Nebenbei hilft dieses Farbrad auch bei der Erstellung einiger Pastelltöne. (Bild: Clay Paky)

 

Farbmischsystem
Durch Verdrehen der Scheiben werden die Farbkeile immer enger oder offener, so dass eine Farbabstufung erfolgen kann

 

Feine Rasterung auf Dichro
Rotierende Glasträger mit sehr fein aufgelösten Keilen zur Farbintensitäts-Steigerung (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Anstatt der Keile ist es auch möglich einen kontinuierlichen Sättigungsverlauf herzustellen. Aber die Krönung der dichroitischen Filterherstellung sind Farb- und Sättigungsverlaufsfilter. Dort wird über eine Richtung hinweg die Sättigung des Farbtones verändert, in der anderen Richtung werden alle Spektralfarben hintereinander angeordnet. Diese Art von Filtern werden bisher nur in einem Typ eingesetzt und davon sind nur noch wenige im Verleih.

Um Farbmischsysteme zu beurteilen, ist es hilfreich sich vor allem Mischfarben, wie z. B. das entstehende Rot, Blau oder Grün, zu betrachten. Hier zeigt sich dann wie gut die Filter untereinander ausgewählt wurden, damit eben auch ein brauchbares Rot entsteht. Noch wichtiger als die statische Farbe sind die Farbübergänge, wenn man langsame Überblendungen von einer Mischfarbe in die nächste anfährt. Hier offenbaren dann einige Systeme dabei Farbkreationen bzw. inhomogene Farbflächen, die aufgrund Halbstellungen der Filter im Strahlengang mit all seinen Glaskanten oder Reflexionen im Kopf entstehen.

 

CMY versus RGB

Hatten wir bei LED-Strahlern von einem RGB-Farbmischsystem gesprochen, sprechen wir bei Moving Lights von CMY-Farbmischung. Aber es sind ja auch dichroitische Farbfilter wie Grün, Rot und Blau erhältlich und die Kosten sind genauso hoch wie gelb- magenta- oder cyan-farbige Filter. Warum setzt man bei subtraktiven Farbmischsystemen die Farben Gelb, Cyan und Magenta ein und warum nicht rote, grüne und blaue Farbfilter? Dann können wir mit einem wirklich kräftigen Rot rechnen, und die Grundfarben entsprechen genau den LED-Systemen. An unserem Lichtstellpult kann man einfach umschalten zwischen RGB und CMY und aus unserer Erfahrung beim Bedienen von Lichtstellpulten wissen wir, dass wir zum Einstellen der Grundfarbe bei dem einen System einen Kanal hochziehen und beim anderen System zwei Kanäle hochziehen. RGB ist also scheinbar einfach in CMY umzuwandeln bzw. stellt den Kehrwert dar:

 

Moving Light
Cyan Magenta Gelb
Rot 100 % 100 %
Grün 100 % 100 %
Blau 100 % 100 %
Cyan 100 %
Magenta 100 %
Gelb 100 %

 

LED Strahler
Rot Grün Blau
Rot 100 %
Grün 100 %
Blau 100 %
Cyan 100 % 100 %
Magenta 100 % 100 %
Gelb 100 % 100 %

Die Intensität der einzustellenden Farbe lässt sich von Farbsystem zu Farbsystem einfach umkehren

 

Zurück zum Gedankenspiel. Würden wir Rot, Grün und Blau für ein subtraktives System einsetzen, dann würden wir dabei zwei Farben – Rot und Blau – anwenden, die jeweils im Spektralzug die äußersten Positionen besetzen. Denn der große Unterschied zwischen dem Farbdreieck der Farben, die vom Menschen wahrgenommen werden und den physikalischen Farben, ist das Fehlen von Magenta in den Spektralfarben. Wir können mit der subtraktiven Mischung aus der Kombination Grün und Rot oder Grün und Blau kein Magenta erzeugen. Machen wir uns bewusst, dass bei den Farben, die beim subtraktiven System angewendet werden, wie Gelb, Cyan und Magenta, der Filter nur den komplementären Anteil herausfiltert und somit wie z. B. beim Gelb noch rote und grüne Spektralanteile vorhanden sind, die dann mit einem darauffolgenden Filter herausgenommen werden können. Eine Farbmischung ist möglich. Bei einem blauen oder roten Filter sind aber keine benachbarten Frequenzen mehr übrig, so dass hier beim Subtrahieren keine Farbfrequenz mehr übrigbleiben würde. Aus diesem Grund wählt man bei subtraktiven Systemen die Farben Cyan, Magenta und Gelb, wobei einige Hersteller bei den Farben variieren. So wird z. B. mit einem rötlicheren Gelb oder grünlicherem Gelb versucht, die erreichbaren Farben in der Mischung besser zu treffen. So ist zur Beurteilung des Farbmischsystems der Farbort der Einzelfarben nicht so entscheidend wie die Kombination der Farben zueinander. Folglich wenden einige Hersteller Systeme an, die so aufeinander abgestimmt sind, dass sie eher einen Amber-Filter statt einem Gelb-Filter nutzen oder ein bläulicheres Cyan, während andere mehr ein grünliches Gelb einsetzen, was man zwar zur reinen Gelberzeugung noch mit dem Magentafilter unterstützen muss, aber dafür ein wesentlich besseres Grün erhalten kann.

Ein Hersteller versucht mit einer weiteren Farbe (hier als Beispiel ein extremes Grün) den Farbraum zu erweitern. Dies ist durchaus machbar und ermöglicht weitere Farben, die auch eine stärkere Annäherung an die Farben von absorbierenden Filtern, sprich Farbfolien erreichen. Dabei ist das gleiche Problem wie bei den LED-Strahlern, dass mit Erweiterung der farbgebenden Kontrollkanäle die Steuerung der Farben immer komplexer wird.

Wie haben einmal ein Farbmischsystem CMYG gemessen und in den DIN-Farbraum eingetragen. Im Allgemeinen werden die RGB-Farben solo wie z. B. Rot in den Strahlengang zur 100 % Sättigung gefahren und man erhält einen Farbort. Dies wiederholt man bei den anderen zwei Grundfarben Grün und Blau und erhält so drei Farborte. Dann werden diese Farbpunkte mit einer Linie verbunden und alle Farben, die sich innerhalb des gebildeten Dreiecks befinden, können mit diesem Farbmischsystem dargestellt werden. Jedoch muss man bei CMY-Farbmischsystem nicht nur die einzelnen Solofarben bestimmen, man muss zusätzlich noch die Farborte Rot, Grün und Blau ermitteln. Denn der Farbraum basiert auf unserer Drei-Zapfenstimulierung auf Rot, Grün und Blau und damit wird auch der eingeschlossene Farbraum definiert. Man kann an der Messung erkennen, dass sich der darstellbare Farbraum erweitern lässt, wenn man dem System eine weitere Farbe hinzufügt.

Farbräume Movinglights Farbmischung
Farbraum CMYG mit einem extremen Grün als zusätzlichen Filter

 

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