Природа кольору

Може здаватись, що питання «що таке колір?» трохи дивне, адже всі добре знають, що таке колір. Але насправді, що далеко не кожен може пояснити що це, як колір виникає, яка його фізична природа.

Хтось скаже, що дизайнерам не потрібні такі подробиці, вони ж взагалі гуманітарії, нащо їм взагалі розуміти фізику процесу? Але для того, щоб дизайнер краще міг розібратися у відмінностях колірних моделей, зрозуміти, звідки з'являються відтінки, врахувати особливості сприйняття кольору на моніторі і при друку, таке розуміння стане у нагоді. Тому ми створили ряд статей, присвячених темі кольору.

Феномен синьої або білої сукні

26 лютого 2015 року в соціальній мережі Facebook з'явилась світлина із мережевою сукнею дизайнера Roman Originals. Згодом популярність цією світлини призвела до того, що продажі сукні суттєво зросли. Але, певно, з першого погляду не дуже й зрозуміло, що в тій сукні такого особливого.

На перший погляд — нічого особливого у сукні й її фото не було. Але майже одразу після публікації світлина викликала чимало суперечок. Головною їх темою була дискусія сприводу, здавалося б, простого питання  — а якого, власне, кольору ця сукня?

Значна частина людей вважала, що чітко бачить перед собою блакитну сукню з чорними смужками, в той час як інші дописувачі бачили не менш чітко білу сукню з золотими смужками.

Згодом з'ясувалось, що насправді сукня була чорно-синьою. Втім для тих, хто бачив на світлині сукню біло-золотою вона такою і залишалась. Чому так сталось? Нейробіологи Бевіл Конуей та Джейн Нейтц пояснили, через яскраве світло на фоні деякі люди сприймають блакитний колір як неосвічену сторону, і мозок ігнорує блакитні відтінки. Тому деяким спостерігачам і здається, що вони бачать білу сукню. Так само з чорними смужками: через низьку якість фотографії окремі участки чорних смужок мають золотий відтінок, а людина підсвідомо ігнорує чорний колір і бачить смужки золотими.

Але якою б не була природа цього конкретного феномену, він є вкрай яскравою демонстрацією простої ідеї: колір ми сприймаємо суб'єктивно. Він є елементом нашого особистого сприйняття оточуючого світу, а його природа тісно пов'язана з іншим феноменом — світлом.

Зв'язок кольору і світла

Чому ми взагалі щось бачимо?

Світло — від сонця або від лампи — падає на предмет, відбивається і потрапляє в око.  Якщо не буде світла, то нічого і не буде видно. Це відомо кожному, хто хоч раз опинявся в темному приміщені.

Отже, світло потрапляє на предмет і відбивається від нього — так ми знаємо, що предмет існує. Але за рахунок чого ми бачимо сосни саме зеленими, а не, скажімо, фіолетовими чи червоними? Справа тут в тому, що не все світло, що потрапляє на предмет, відбивається від нього.

Частина світла відбивається, а частина — поглинається об'єктом. Власне, так колір і народжується. А щоб краще зрозуміти, як виходить, що в результаті ми бачимо саме той чи інший колір, давайте розберемось із ще одним феноменом, що має назву дисперсія світла.

Дисперсія світла

У 1665-1666 році юний Ісаак Ньютон, тільки-но закінчивши кембріджський Трініті-коледж, бився над проблемою удосконалення телескопа. Головним недоліком тодішніх телескопів було райдужне забарвлення країв зображень. Намагаючись зрозуміти природу цього явища, Ньютон використав скляну призму. 

Він закрив вікна щільними віконницями, в яких він зробив невеликий отвір. Пучок променів, що проходив через цей отвір, він направив на протилежну стіну, поставивши на його шляху призму. Світло, пройшовши через призму, потрапляло на екран на стіні у вигляді різнобарвна смуги, подібної до веселки. Ньютон пізніше назвав її спектром. 

Він провів кілька серій подібних дослідів, які навели його на думку, що всі кольори є у світлі спочатку, і саме призма розкладає їх на спектр.

Це відбувається за рахунок того, що світло, яке щойно проходило через повітря, потрапляючи на грань скляної призми, заломлюється. Таке заломлення світла відбувається при потраплянні його на кордон будь-яких двох середовищ («повітря-скло», «повітря-вода», тощо). Це добре видно, якщо подивитися на ложечку в склянці з водою. Вона теж виглядає начебто переламаною.

Так само переломлюються промені світла в призмі. А кут, під яким вони переломлюються, залежить від довжини хвилі. А ще — саме від довжини хвилі залежить колір. Виходить, що промені з різною довжиною хвилі заломлюються під різними кутами. І розкладаються на спектр. 

Так, до речі, і з'являється веселка. 

Після дощу в повітрі висять мільйони маленьких крапель, кожна з яких є своєрідною маленькою призмою, що переломлює промені сонця і розкладає їх на спектр. Це явище і називається дисперсією світла.

Колір і властивості предмета

Тепер це стає зрозуміло, чому ми бачимо предмети, на які потрапляє світло, кольоровими. 

З самого початку біле світло містить у собі всі кольори. Коли світло потрапляє на предмет, він поглинає собою частину спектру. При цьому частина відбивається від поверхні, частина заломлюється усередині, відбивається від внутрішніх граней і поверхонь об'єкту, і теж потрапляє на сітківку ока.

Якщо властивості предмета такі, що він відображає в основному випромінювання з більш короткими довжинами хвиль, ми бачимо його синьо-фіолетовим. Якщо з довшими — червоним.

Темно-червоне оксамитове плаття поглинає більше випромінювання, ніж рожева дитяча панамка. 

І справа тут не лише в кольорі, а ще й у властивостях тканини, з яких вони зшиті. У оксамиту поверхня ворсиста, навіть якщо світлу і вдається відбитися від ворсинки, воно потрапляє на іншу ворсинку, потім ще на одну, і зрештою все одно поглинається. Саме тому складки червоної сукні виглядають чорними — з цих частин світла відбивається найменше.

Ось чому нічне небо, колодязь чи вікна покинутого будинку здаються нам чорними: світло поглинається їх порожнечею, йому немає від чого там відбиватися.

А от фужер із зеленого скла і відображає, і поглинає, і переломлює світло.

Відбите та випромінене світло та колір

Досі ми говорили про спектр в контексті відбитого світла. 

Але дехто з вас, читаючи цю статтю ввечері з монітору вашого пристрою, може зауважити — на мій пристрій не потрапляє жодне світло, а я все ж бачу ілюстрації кольоровими. Як це виходить?

Справа в тому, що наряду з відбитим світлом, ми досить часто стикаємось із світлом випроміненим — це, наприклад, світло від палаючого сірника, з ліхтарика або з екранів моніторів. Як і сонячне світло, таке світло містить у собі спектр, але менший. 

Відтак, воно одразу направляє нам в око той чи інший колір. В цьому випадку він залежить лише від довжини хвилі випромінювання.

Відтворити «біле» світло людям виявилось непросто. Адже щоб відтворити білиий колір необхідно знову зібрати весь широкий спектр до купи. Так само непросто виявилось навпаки — створювати світло вузького спектру, яке для нас би сприймалось як якийсь певний колір. Власне, цьому ми навчились зовсім нещодавно.

Наприклад, люмінесцентні лампи, відомі також як «лампи денного світла» — це найбільш поширений вид ламп з широким спектром випромінювання. Вони вже давно використовуються в більшості установ, і з ними напевно знайомі всі. Як зрозуміло з назви, вони створюють світло, що дуже близьке за спектром до сонячного, тобто є фактично білим (хоча, якщо придивитися, ці лампи теж бувають жовтуватими і блакитними).

Діодні лампи і особливо лазери, навпаки, випромінюють світло в дуже вузькому діапазоні. 

Кольорові лампи робили і раніше: виготовляли колбу для лампи розжарювання з кольорового скла або просто фарбували прозоре скло фарбою. Проте лазер  сам собою свторює монохроматичне (одноколірне) світло.

Найцікавіше відбувається під час взаємодії кольорового (не білого) світла з різними кольоровими поверхнями. Від його відображення, заломлення, поглинання можуть виходити виникати своєрідні і непередбачувані ефекти.

От наприклад, спробуйте собі уявити якого кольору буде синя футболка з білими рукавами в світлі червоних лазерних прожекторів? А в світлі лампи з червоною колбою?

Сприйняття кольору

Саме час нам згадати про історію з платтям. Отже певна частина людей на моніторах бачили плаття біло-золотим, решта — синьо-чорним. Ми зауважили тоді, що сприйняття кольору є суб'єктивним.

І це чимало пов'язано з тим, як працює наш зір.

Око людини зсередини вкрите тонкою оболонкою, званої сітківкою, яка перетворює потрапляє на неї світло в інформацію, яку може сприйняти мозок.

У сітківці є два особливих типи фоторецепторів — клітин, що здатні сприймати світло: так звані палички та колбочки. 

Вони так називаються через свою форми. Палички відповідають за сутінковий зір (тобто, в умовах слабкої освітленості). Але наразі нас більше цікавлять колбочки, вони як раз відповідають за сприйняття кольору.

Колбочки бувають трьох видів: 

• одні чутливі до фіолетово-синьою;
• другі - до зелено-жовтої;
• треті - до жовто-червоній частині спектра. 

Буває, що якісь з колб у людини не виконують своїх функцій, і тоді він не розрізняє деякі кольори. Це називається дальтонізм. 

Поширена думка, що дальтоніки не бачать червоний колір, але насправді це не зовсім так. Це найпоширеніший вид колірної сліпоти, але далеко не єдиний. Деякі дальтоніки бачать все в відтінках червоного і зеленого, інші - в синьо-жовтому кольорі, а вкрай рідко зустрічається і повна колірна сліпота.

Кажуть, що Марк Цукерберг, засновник соціальної мережі Фейсбук, обрав свого часу синій колір в якості основного для свого проекту, тому що є дальтоніком, і розрізняє червоний і зелений набагато гірше.

Відомо також, що багато тварин розрізняють набагато менше кольорів, ніж людина. Вважалося, що, наприклад, кішки і собаки бачать світ лише у відтінках сірого. Згодом з'ясувалось, що в їх сітківці є деяка кількість колб, а значить, якісь кольору вони все ж бачать. І хоч вони їх бачать менше, ніж людина, проте завдяки великій кількості паличок, вони відмінно бачать в темноті.

Загалом, про те, що і як бачать тварини, говорити складно, тому що крім фізіологічного боку сприйняття кольору є ще й психологічний. Відомо, що деякі північні народи розрізняють десятки відтінків снігу, тому що це для них дійсно необхідно. 

А маленькі діти розрізняють лише основні кольори (червоний, жовтий, зелений, синій), причому експерименти показують, що справа не в назві, немовлята справді не розрізняють тонких відтінків.

Кольоровий слух

А ще існує таке дивовижне явище як кольоровий слух. Відомий композитор Олександр Скрябін (не плутати з Кузьмою Скрябіним) сприймав різні тональності в різних кольорах: до-мажор — червоним, соль-мажор — помаранчево-рожевим, ре-мажор — жовтим, ля-мажор — зеленим, мі-мажор і сі-мажор — схожого синьо-білястого кольору, фа-дієз-мажор — яскраво-синім, до-дієз-мажор — фіолетовим, ля-бемоль-мажор — пурпурово-фіолетовим, мі-бемоль-мажор і сі-бемоль-мажор — сталевими з металевим блиском, фа-мажор — темно-червоним.

Цікаво, що Скрябін довгий час вважав, що всі люди асоціюють звуки з кольорами так само, як і він, і дуже здивувався, коли дізнався що це не відповідає дійсності. Але він не єдиний композитор, який володів подібним даром. Римський-Корсаков, Вагнер, Берліоз, Ліст теж «бачили» звуки, але кожен по-своєму і не так, як Скрябін.

Робота дизайнера з кольором

Звісно, можна і не замислюватись над природою кольору, і просто сприймати феномен розмаїття кольорів навколо нас як даність. 

Втім, розуміння того, що таке спектр і чому одне світло називається відбитим, а інше випроміненим все ж допомагає нам більш свідомо ставитись до роботи із кольором. Адже колір — один із головних інструментів дизайнера. І чим ліпше дизайнер з ним знайомий, чим глибже розуміє його особливості, тим вправніше з ним може працювати.

Автор: Тетяна Лєнєнко. Адаптація українською: Анатолій Попель.