Лако-красочные материалы — производство

Ощущение цвета получается, как было указано на стр. 40, в результате раздражения красных, зеленых и синих нервных центров.

Если все три центра раздражаются одинаково сильно, то со­здается ощущение белого цвета, если же раздражение одного или двух центров преобладает, то создается ощущение какого-нибудь хроматического цвета. Этот цвет тем насыщеннее, чем сильнее пре­обладает раздражение одного или двух центров над остальными.

Если обозначить обусловленные действием какого-нибудь цвета величины раздражения красного центра через R, зеленого — G и синего — Л, то легко показать, что из воспринимаемого цвета можно выделить некоторое количество белого цвета.

Так, если предположить, что из трех раздражений R, G и В на­именьшим будет R, то мы сможем представить эти раздражения в виде:

Красного……………… R—0

Зеленого……………………. R—(G—R)

Синего……………………… R 4- (В — Н)

Раздражения всех трех нервных центров, из которых каждое равно R, создают ощущение белого цвета. Выделить из восприни­маемого цвета белый в количестве, большем чем R, нельзя, так как раздражение красных нервных центров равно только R. После вы­деления белого зеленые центры будут раздражаться с силой G— R, а синие с силой В— R.

Таким образом, воспринимаемый цвет можно представить как сумму двух слагаемых, одним из которых является белый цвет, а другим — цвет, вызывающий раздражение зеленых центров, рав­ное G — R, н синих, равное В — R,

Ощущение цвета, воспринимаемое при раздражении зеленых чувствительных центров с силой G — R и синих с силой В — R, от­личается от ощущения, воспринимаемого при раздражении всех трех центров, с силой соответственно R, G и В только тем, что в нем отсутствует выделенный из него белый цвет в количестве, равном R, т. е. он более насыщен.

Этот цвет тем более насыщен, чем больше разности G — R и В — R цветовой же его тон не отличается от цветового тона исход­ного цвета. Цветовой тон этого цвета тем ближе к зеленому, чем — G—-R

больше отношение g __ ^ и, следовательно, цветовой тон можно определить величиной

Цветовой ток = 4=4

ts — К

Эта формула определяет цветовые тона, расположенные между зеленым и синим, т. е. сине-зеленые,

Если наименьшим раздражением будет В, то цветовой тон ха — растеризуется величиной Эта величина определяет цвето­

вые тона, находящиеся между красным и зеленым, т. е. красные, оранжевые и желтые. Наконец, если наименьшим раздражением

будет G, то цветовой тон характеризуется величиной Q. Цве­товые тона, определяемые этой величиной, находятся между синими и красными, т. е. в области пурпурных.

В табл. 3 {стр. 42) приведены чувствительности нервных цент­ров к свету разной длины волны. Эта таблица дает возможность определить цветовой тон для света любой длины волны. Так, на­пример, свет с длиной волны 400 шр вызывает раздражение нерв­ных центров: R = 0,24, G =0,0 и В = 2,10. Эти величины дают возможность определить цветовой тон света с длиной волны 400 шц.

Цветовой тон воспринимаемого цвета определится по формуле

B—G 2,10 — 0,0 2,10

К — G ~ 0,24 — 0,0 ™ 0,24

а цветовой тон света с длиной волны 600 шр — по формуле:

R— В 7,25 — 0,02 7,23

G — В ~ 4,50 — 0,02 “ 4,48 " I, bl

Таким простым расчетом может быть охарактеризован цветовой тон света любой длины волны.

Насыщенность цветового тона определяется содержанием в нем белого цвета. Выделяя из любого цветового тона возможное коли­чество белого цвета, мы получаем цвет того же цветового тона, но более насыщенный. Следовательно, насыщенность мы можем выра­жать отношением величины раздражения, которое получается после выделения белого цвета, к количеству белого.

Для приведенного выше примера {длина волны 600 шр) насы­щенность выразится величиной

Насыщенность = l«-?) + (0-g) = £#=Ш±рЯ=0Ю да590

Яркость цветового тона находится в прямой зависимости от амплитуды световой волны, т. е. от величины раздражения всех трех чувствительных центров. Поэтому при сравнении цветов одного цветового тона их яркость можно изобразить суммой:

Яркость = R + О В

Если же приходится сравнивать яркости цветов различного цветового тона, то в выражение, определяющее яркость, нужно ввести коэффициенты, так как одинаковые по величине раздраже­ния нервных центров создают ощущения различной яркости. Так, при одинаковой величине раздражения всех трех нервных центров наиболее ярким воспринимается раздражение красного центра;

4 Е. Ф — Беленький, И. В. Рискни яркость раздражения зеленого составляет только 76% от яркости красного, а яркость синего — 0,2%. Вводя эти коэффициенты в ве­личину яркости, получим:

Яркость = R 4 0,76G + 0,002В

Приборы для определения^ цвета называются колориметрами. Из большого числа колориметров приводим описание двух наиболее простых — колориметра Максвелла (вертушки Максвелла) и колори­метра Государственного оптического института (ГОИ) конструк­ции Демкиной [3].

Основной частью вертушки Максвелла является быстро вра­щающийся фанерный или картонный диск. Если диск разделить на секторы, последние окрасить в различные цвета и вращать диск со скоростью около 2000 об/мин, то весь диск будет казаться окра­шенным в один цвет, цветовой тон которого равен цветовому тону, получаемому при аддитивном смешении цветов всех секторов диска. Это явление основано на способности зрительного аппарата сохранять зрительное ощущение в течение небольших долей се­кунды после прекращения раздражения. При достаточно большой скорости вращения диска глаз как бы одновременно воспринимает ощущения цветов всех секторов. Если поверхность диска разделена только на две части, окрашенные в дополнительные цвета, то при вращении диска создается ощущение белого или, вернее, нейтраль­ного серого цвета.

Яркость полученного таким образом цвета всегда ниже яркости цвета, полученного при аддитивном сложении этих цветов, так как цвет каждого сектора при быстром вращении диска как бы распре­деляется по всей его поверхности и таким образом с каждой еди­ницы поверхности отражается меньше света.

Понижение яркости цвета на вертушке при сохранении цвето­вого тона может иметь место, кроме того, при окраске одного из секторов в черный цвет, если только отношение площадей окрашен­ных секторов остается неизменным. В этом случае количество света, отраженного от единицы поверхности, уменьшается, так как черный цвет никакого света не отражает, а общая площадь, на которую распределяется свет при вращении диска, остается неиз­менной.

Таким образом, вводя в число окрашенных секторов черный и изменяя его площадь, можно изменять яркость цвета, полученного при вращении вертушки.

Для удобства картонный или фанерный диск надевают непо­средственно на вал мотора, делающего 2000 об/мин, а вместо

раскраски его секторов применяют накладные окрашенные диски из плотной бумаги, которые и закрепляют на основном диске гай­кой с шайбой (рис. 16). Бумажные диски имеют в центре отверстие для вала мотора и разрез по радиусу, который позволяет вдвигать один диск в другой и тем самым менять соотношение площадей секторов, окрашенных в различные цвета. По окружности фанер­ного диска укреплен лимб, разделенный на 100 частей.

Так как площади секторов при одина­ковом радиусе пропорциональны длинам их дуг, то по делениям лимба можно сра­зу определить (в процентах) площадь каждого сектора.

Выбрав три надлежащих цвета, на­пример красный, зеленый и синий, и за­крепив на вертушке одновременно три бу­мажных диска, окрашенных в эти цвета, можно подобрать такие соотношения площадей их секторов, при которых вра­щающийся диск вертушки будет казаться белым. Действительно, если взять только красный и зеленый диски, то, меняя пло­щади их секторов, можно получить все цветовые тона между красным и зеле­ным: оранжевый, желтый и желто-зеле­ный; взяв зеленый и синий, получим все зеленые; взяв синий и красный, — все пурпуровые.

Изменяя соотношения площадей сек­торов окрашенных дисков, можно полу­чить цвета всех тонов.

Применяя два дополнительных дис­ка— белый и черный, — можно в преде­лах любого цветового тона изменять насы­щенность и яркость. Так, например, получив при некотором соотно­шении окрашенных секторов определенный цветовой тон, можно изменять его насыщенность. Для этого нужно уменьшить все три цветных сектора, сохранив соотношение их площадей, а на осво­бодившееся место на площади диска выдвинуть белый сектор. Чем большую часть площади диска занимает белый сектор, тем менее насыщен цветовой тон.

Если вместо белого диска выдвинуть черный, то можно таким же образом, не изменяя цветового тона, изменить яркость. Чем больше видимая площадь сектора черного диска, тем меньше яркость цвета. Это легко понять, если учесть, что яркость цвета, полученного на вращающемся диске при определенном соотноше­нии площадей цветных дисков, определяется количеством света, отраженного от единицы поверхности. Если пропорционально
уменьшить площади цветных секторов, заполнить освободившееся место черным сектором и привести диск во вращение, то меньшее количество света, отразившееся от меньшей площади цветных сек­торов, распределится по всей поверхности вращающегося диска, т. е. яркость цвета уменьшится.

Определение цвета на вертушке Максвелла заключается в под­боре таких площадей секторов окрашенных дисков, при которых вращающийся диск кажется окрашенным в определяемый цвет. Для удобства определения диск меньшего размера, окрашенный в определяемый цвет, надевают поверх окрашенных дисков. Для определения цвета подбирают такие площади окрашенных секто­ров, при которых исчезает разница в цвете большого и малого дисков. Определив по лимбу соотношение площадей окрашенных секторов в положении, при котором цвета большого и малого ди­сков совпадают, вычисляют характеристику определяемого цвета.

Для вычисления характеристики определяемого цвета нужно иметь характеристику окрашенных дисков. Возьмем в качестве примера характеристику окрашенных дисков, приведенную в табл. 4,

цифры в которой обозначают ве­личину раздражения нервных центров.

Предположим, что определяе­мый нами цвет удалось получить на вертушке при показании лим­ба: для красного сектора— 10, зеленого — 40 и синего — 25. Это значит, что 10% площади круга занято красным сектором, 40% — зеленым и 25% —синим.

100— (jo •+■ 40 + 25) “ 25% поверхности круга не занято цвет­ными дисками, т. е. занято черным или белым диском.

Красный диск вызывает раздражение красных чувствительных центров, равное ОД но так как красный цвет занимает 10% пло­щади диска, то вызванное им раздражение красных центров при вращении диска равно 0,6*0,1 — 0,06. Рассуждая аналогичным об­разом, найдем, что зеленый сектор вызывает раздражение красного центра, равное 0,3*0,4 — 0,12, и синий — 0,08*0,25 = 0,02. Общее раздражение красных центров тремя секторами составляет;

0,06 + 0,12 — ф 0,02 — 0,20

Аналогичным образом можно вычислить, что раздражение зе­леных центров равно 0,15 *0,1 4- 0,5 *0,4 4- 0,24 * 0,25 = 0,275 и синих — 0,2 * 0,1 4-0,25*0,4 4-0,4*0,25 = 0,22.

Следовательно, раздражение нервных центров равно: R = 0,2; G = 0,275 и В = 0,22.

Вследствие одновременного раздражения всех трех нервных центров из воспринимаемого цвета можно выделить белый, вызы­
вающий раздражение, равное 0,20. Кроме того, зеленые центры будут испытывать раздражение, равное 0,275 — 0,20 = 0,’075, и си­ние — 0,22 — 0,20 = 0,02.

Следовательно, цветовой тон определяемого цвета лежит между зеленым и синим и выражается величиной О — R 0,275 — 0,20 0,075

B — R — 0,22 — 0,20 “ 0,02 ~~d’75 насыщенность его равна

«?_/?) +(в-Я) 0,075 + 0,02 Л4,г

R “ 0,20 " ’

и, наконец:

Яркость з= R + 0,750 + 0,002В *= 0,20 + 0,75 ■ 0,275 + 0,002 • 0,22 =* 0,407

Такая числовая характеристика цвета дает возможность не только представить себе его, но и воспроизвести, если имеется вертушка с цветными дисками, окрашенными в любые цвета.

Для воспроизведения цвета на вертушке Максвелла, снабжен­ной цветными дисками любого цвета, необходимо знать не только характеристику воспроизводимого цвета по цветовому тону, но и характеристику цветных дисков, т. е. величину раздражения нерв­ных центров каждым из цветных дисков вертушки.

Предположим, что цветные диски вертушки окрашены в желтый, зеленый и фиолетовый цвета и что раздражение нервных центров цветными дисками равно величи­нам, приведенным в табл. 5.

Чтобы воспроизвести цвет, для которого R — 0,2; G ~ 0,275 и В = 0,22, нужно найти соответ­ствующие площади желтого, зеле­ного и фиолетового секторов. Обо­значим их соответственно через х, у, г. При вращении вертушки с такими секторами раздражение красных центров будет слагаться из отдельных раздражений, про­изводимых желтым, зеленым и фиолетовым дисками. Это раздраже­ние выражается величиной 0,5х + 0,3у + 0,2г и должно быть равно 0,2, так как для воспроизводимого цвета R = 0,2. Следовательно, должно быть справедливо равенство 0,5х + 0,3у + 0,2-г — 0,2.

Для раздражения зеленых и синих центров в результате та­ких же рассуждений получаются равенства:

0,5* + 0,5у + 0,1 г — 0,275 0,2* + 0,3)г + 0,3^ = 0,22

Решая систему трех уравнений

f 0,5* + 0,3у + 0,2г — 0,2 | 0,5* + 0,5у + 0,lz — 0,275 { 0,2* + 0,3у + 0,3z = 0,22

находим:

х = 0,014; у-=0,49; г = 0,23

Это значит, что длина дуг желтого, зеленого и фиолетового секторов составит соответственно 1,4; 49 и 23% от окружности на­ружного диска.

Пользуясь лимбом, можно легко установить окрашенные круги в нужном положении. Три цветных сектора займут только 1,4 + + 49 + 23 = 73,4% площади диска. Остальная часть площади диска, составляющая 100 — 73,4 — 26,6%, должна быть покрыта черным или белым сектором.

Чрезвычайная простота определений и возможность изготовить вертушку самыми примитивными средствами делают ее очень удобным прибором для определения цвета в тех случаях, когда не требуется особой точности.

Колориметр системы ГОИ конструкции Демкиной имеет более сложное устройство, но дает возможность производить более точные определения цвета (рис. 17).

Измерение цвета на колориметре ГОИ производится срав­нением определяемого цвета с цветом, характеристика которого известна.

Для измерения цвета образец 1 (рис. 17,а), окрашенный в оп­ределяемый цвет, помещают в отверстие коробки 2 и прижимают специальными пружинами, укрепленными на наружной стенке коробки. Образец освещается светом от источника 3, предвари­тельно профильтрованным через жидкий светофильтр определен­ного состава, помещенный в кювете 4, изготовленной из оптиче­ского стекла. Назначение светофильтра — получение стандартного света.

Источник света 3, кювета 4 и коробка 2 смонтированы на одном рельсе. Луч света от источника 3, отразившись от окрашенного в определяемый цвет образца, пбпадает в кубик 5, состоящий из двух склеенных трехгранных прием, имеющих углы по 45°. Призмы склеены канадским бальзамом, показатель преломления которого равен показателю преломления стекла призмы. Централь­ная часть плоскости склейки не заполнена канадским бальзамом. Свет, отразившийся от образца 1, падает под прямым углом на ку­бик 5 и поэтому проходит в него не преломляясь. Достигнув пло­скости склейки, свет проходит через канадский бальзам не пре­ломляясь и наблюдается через окуляр 12 в виде полукруга.

Свет определенного состава, необходимый для сравнения, полу­чается от источника света б, помещенного в закрытый осветитель. Пробка 7 осветителя покрыта окисью магния, которая обладает наиболее чистым из известных белым цветом. Луч света от источ­ника 6, отразившись от поверхности пробки 7, выходит из отвер­стия 8 и, пройдя через отверстия диска 9 и линзу 10, падает под прямым углом на кубик 5. Встречая на плоскости склейки призм канадский бальзам, свет проходит дальше не преломляясь

а —схема; б~~общий вид.

/ — образен; 2 — коробка; 3 — источник света; 4 — кюветі с жидким светофильтром; 5—ку­бик; б —источник света; 7— пробка осветителя; 8 — отверстие освети і еля; 9~жнск со светофильтрами; 10 — линза; II —поверхность, покрытая окисью магнат 2J — окуляр; 13, 14, /о-красный, синий и зеленый светофильтры; 16, 17, 28—секториальные отверстая;

/У, 20, 21 — ручка светофильтров. ’

и доходит до поверхности 11, также покрытой окисью магния. Луч света, отразившийся от поверхности 11, возвращается к кубику 5 и, достигнув плоскости склейки, попадает на участок, не заполнен­ный канадским бальзамом, вследствие чего он претерпевает пол­ное внутреннее отражение, попадает в окуляр 12 и наблюдается в поле зрения в виде второго полукруга.

Луч света от источника 6 может быть при помощи приспособле­ний, находящихся на диске 9, окрашен в любой цвет, состав кото­рого известен. Это приспособление состоит из трех светофильтров

13, 14, 15, закрывающих три секторальных отверстия 16, 17, 18. Один из фильтров пропускает красный свет определенной харак­теристики, другой — зеленый и третий — синий.

Экраны-светофильтры 13, 14, 15 ‘при помощи ручек 19, 20, 21 (рис. 17,6) могут закрывать секторы 16, 17, 18, Меняя площади закрытой части секторов, можно получить в окуляре 12 свет от источ­ника 6 окрашенным в цвет, точно совпадающий с определяемым. Отмечая по специальным шкалам, находящимся около секторов, степень закрытия всех трех секторов, можно охарактеризовать таким образом и определяемый цвет. Подробное описание этого и других колориметров можно найти в специальной литературе [15].

Для наиболее точной и объективной характеристики цвета пиг­ментов применяют спектрофотометры. Характеристика цвета спектрофотометром производится посредством сравнения двух от­раженных спектров. Один из сравниваемых спектров получается в результате отражения белого света от пластинки, покрытой окисью магния, а второй — в результате отражения того же света от пигмента, цвет которого определяют. В этом втором спектре отсутствуют цвета, поглощенные пигментом.

Оба отраженных спектра составляют две половины одного поля, наблюдаемого в окуляр. При помощи специальных приспо­соблений сравнивают яркость соответствующих участков обоих спектров; яркость всех участков спектра, отраженного от иссле­дуемого пигмента, выражают в процентах яркости соответствую­щих участков спектра, отраженного от пластинки, покрытой окисью магния.

Полученные данные выражают в виде кривых в системе коорди­нат, в которой по оси абсцисс отложены длины волн (X), а по оси ординат — яркость (отражение). Для каждого пигмента получается характерная кривая. На рис. 18 в качестве примера приведены спектрофотометрические кривые для некоторых пигментов. Из этих кривых видно, что различные пигменты отражают, как и следовало ожидать, лучи разной длины волны в различной степени.

Высота поднятия кривых характеризует яркость цвета иссле­дуемого пигмента: чем выше поднимается кривая, тем ярче цвет пигмента.

Подробное описание спектрофотометров и инструкции по их применению приведены в специальных руководствах.