BÍ MẬT CỦA MÀU SẮC PHẦN 2

Bán cầu màu sắc của Chevreul

Thừa kế quả cầu màu sắc của Runge, năm 1839 nhà hóa học PhápMichel Eugène Chevreul (1786 – 1889) đã đề xuất mô hình bán cầu màu sắc. Ông chia đường xích đạo của mặt cầu thành 6 phần bằng nhau dành cho 3 màu sơ cấp đỏ, vàng, lam và 3 màu thứ cấp da cam, lục, tím. Mỗi phần màu lại được chia thành 12 sắc, tổng cộng có 72 sắc được xếp quanh xích đạo. Độ sáng tối của mỗi sắc được xác định thông qua nhân tố đen (nero factor): đen nhất ở bề mặt bán cầu, càng vào tâm càng trắng dần. Trục vuông góc với mặt phẳng xích đạo (tức trục từ cực bắc tới tâm quả cầu) chỉ có 2 màu đen trắng chuyển từ đen ở đỉnh tới trắng tại tâm.

Chevreul còn nghiên cứu rất kỹ về hiệu ứng xày ra khi các màu đặt cạnh nhau, về tương phản màu sắc, về sự xuất hiện của vệt sáng tại ranh giới giữa màu sáng và màu tối (ảo giác Chevreul). Các công trình nghiên cứu về màu sắc của Chevreul đã có ảnh hưởng lớn đối với các hoạ sĩ Ấn tượng, Tân Ấn tượng và Hậu Ấn tượng Pháp.

Hình trụ màu sắc của Munsell

Hệ thống màu sắc đầu tiên của t.k. XX đã được hoạ sĩ người Mỹ Albert Henry Munsell (1858 – 1918) đề xuất vào năm 1900.

Munsell dùng một hình trụ để sắp xếp 1200 màu sắc. Trục đối xứng của hình trụ biểu thị độ sáng tối (value), trục bán kính biểu thị độ tinh khiết của màu (chroma), và trục vòng quanh tâm biểu thị các sắc màu(hue) đỏ, đò ngả vàng, vàng, lục ngả vàng, lục, lục ngả lam, lam, lam ngả tím, tím, tím ngả đỏ (tía). Mô hình màu sắc của Munsell vẫn còn được dùng tới ngày nay.

3) Lý thuyết cộng màu

Hơn 130 năm trôi qua, kể từ khi Newton khám phá rằng màu sắc không phải là thuộc tính của ánh sáng mà là do cảm nhận của mắt người, tới năm 1802 học giả người Anh Thomas Young (1773 – 1829)đưa ra gỉả thuyết về 3 nhóm thụ quang trên võng mạc (ngày nay được gọi là các tế bào nón, cone cells, được phát hiện vào t.k. XX), mỗi nhóm chỉ nhạy cảm với một vùng phổ ánh sáng là đỏ, vàng và lam. Tới năm 1807 Young đổi 3 màu sơ cấp đó thành đỏ, lục, và lam tím. Giả thuyết của Young sau đó được nhà vật lý người Đức Hermann von Helmholtz (1821 – 1894) kiểm chứng bằng thí nghiệm và lý thuyết cảm thụ màu sắc năm 1850, nay mang tên lý thuyết 3 màu Young – Helmholtz, về 3 nhóm thụ quang, trong đó nhóm thứ nhất (sau này được biết là các tế bào nón dài) nhạy cảm với vùng sóng dài là đỏ, nhóm thứ hai (các tế bào nón trung) nhạy cảm với vùng sóng trung là lục, còn nhóm thứ ba (các tế bào nón ngắn) nhạy cảm với vùng sóng ngắn là lam – tím.

Chấp nhận giả thuyết của Young về 3 màu sơ cấp là đỏ, lục và lam, nhà vật lý người Anh James Clerk Maxwell (1831 – 1879) đã nghiên cứu các tỉ lệ của 3 màu này để tạo nên một màu bất kỳ. Năm 1855, 24 tuổi, ông công bố bài báo nhan đề “Thí nghiệm về màu được cảm nhận bằng mắt và nhận xét về sự mù màu”[5].  Để làm thí nghiệm, ông đã chế ra con quay màu sắc trên có gắn 3 đĩa màu đỏ, lục và lam có rãnh rạch theo bán kính để có thể thay đổi diện tích phần màu lộ ra khi xếp chồng lên nhau trên đĩa quay. Khi quay đĩa thật nhanh, 3 màu này hòa vào nhau theo nguyên tắc cộng màu của ánh sáng. Bằng cách thay đổi diện tích lộ ra trên đĩa 3 màu sơ cấp, ông đã tìm ra tỉ số giữa 3 màu sơ cấp để khi quay, màu được tạo ra trùng với màu của mẫu thử gắn tại tâm đĩa. Lần đầu tiên trong lịch sử, Maxwell đã chứng tỏ rằng dùng đỏ, lục, và lam làm 3 màu sơ cấp thì có thể tạo ra các hòa sắc chính xác hơn cho cảm nhận ánh sáng của thị giác con người so với dùng đỏ, vàng và lam. Ông cũng là người đầu tiên phân biệt rõ ràng sự khác nhau giữa sắc màu (hue) – tức là màu trên quang phổ, được xác định bởi bước sóng,  độ đậm nhạt (value hay tint), và cường độ (chroma hay saturation) của màu sắc.

Từ kết quả thí nghiệm, Maxwell đã lập ra tam giác hòa sắc cộng màu. Bất kỳ một màu nào nằm trong tam giác cũng có thể được tạo bởi pha trộn cộng màu theo một tỉ lệ nhất định 3 màu sơ cấp đỏ, lục và lam nằm tại 3 đỉnh của tam giác.

Năm 1861 Maxwell nhờ thợ ảnh chụp hình một cái nơ có vạch màu 3 lần, mỗi lần qua một kính lọc màu khác nhau là đỏ, lục, và lam. Sau đó thợ chế từ phim âm bản sang dương bản. Maxwell dùng đèn màu đỏ, lục và lam chiếu 3 dương bản đó chồng lên nhau trên màn hình. Ông thu được bức ảnh màu của chiếc nơ. Nhờ các lý thuyết và thực nghiệm của mình mà ngày nay Maxwell được coi là cha đẻ của lý thuyết cộng màu và nhiếp ảnh màu. Song phải mất gần 90 năm sau bức hình màu của Maxwell, kỹ thuật chụp và in ảnh màu mới xuất hiện trên thị trường nhờ công nghệ của hãng Kodak vào năm 1950.

Theo luật cộng màu:

–       Đỏ hòa với lục (với tỉ lệ bằng nhau) cho vàng (điểm giữa cạnh y),

–       Lục với lam cho cyan (điểm giữa cạnh z),

–       Lam với đỏ cho magenta (điểm giữa cạnh x),

–       Màu thứ cấp là màu được tạo bởi hai màu sơ cấp. Như vậy cyan, magenta và vàng là 3 màu thứ cấp trong lý thuyết cộng màu với 3 màu sơ cấp là đỏ, lục, lam,

–       Hòa cả 3 màu sơ cấp với nhau với tỉ lệ bằng nhau thì được màu trắng (trọng tâm của tam giác),

–       Màu đen xảy ra khi không có ánh sáng,

–       Hai màu ở vị trí đối diện nhau qua trọng tâm tam giác được gọi là các màu bù nhau (complementary). Mỗi màu sơ cấp là màu bù của một màu thứ cấp: đỏ bù cyan, lục bù magenta, lam bù vàng.

–       Hai màu bù nhau khi hòa với nhau thì cho màu trắng, ví dụ:

trắng = đỏ + cyan  = lục + magenta = lam + vàng                (1)

Ngày nay màu ta nhìn thấy trên màn hình TV, PC, digital camera, màn ảnh khi xem phim là màu được tạo bởi các ánh sáng đơn sắc hòa với nhau theo luật cộng màu với 3 màu sơ cấp đỏ (Red), lục (Green), và lam (Blue), được ký hiệu là RGB. Tất cả các ứng dụng đó đều bắt nguồn từ các lý thuyết nền tảng của Young, Helmholtz và Maxwell.

4) Lý thuyết trừ màu

Từ lý thuyết cộng màu (1) ta có

trắng – lục = magenta,      (2)

trắng – đỏ = cyan,             (3)

trắng – lam = vàng,           (4)

Điều này có nghĩa là loại 1 màu sơ cấp (thứ cấp) ra khỏi màu trắng thì được màu thứ cấp (sơ cấp) đối diện với nó qua trọng tâm tam giác màu.  Đây là cơ sở của lý thuyết trừ màu.

Ví dụ đóa hoa fuchsia có màu magenta vì khi ánh sáng trắng chiếu vào, nó hấp thụ tia lục, chỉ phản xạ lại tia đỏ và lam. Đỏ và lam hòa với nhau tạo ra màu magenta trong thị giác:

trắng – lục  = (đỏ + lục + lam) – lục = đỏ + lam = magenta.

Đây chính là quy tắc (2) ở trên.

Viên ngọc lam (turquoise) có màu cyan vì khi ánh sáng trắng chiếu lên, nó hấp thụ ánh sáng đỏ, và phản chiếu lại ánh sáng lục và lam. Ánh sáng lục và lam hoà với nhau trong thị giác thành màu cyan:

trắng – đỏ = (đỏ + lục + lam) – đỏ = lục + lam = cyan.

Đây chính là quy tắc (3) ở trên.

Cái áo có màu vàng vì khi ánh sáng trắng chiếu vào, nó hấp thụ tia lam, chỉ phản xạ tia đỏ và lục. Đỏ và lục hòa với nhau tạo ra màu vàng trong thị giác:

trắng – lam  = (đỏ + lục + lam) – lam = đỏ + lục = vàng.

Đây chính là quy tắc (4) ở trên.

Từ các quy tắc (2) và (4) ta được:

magenta + vàng = trắng – lục – lam =

(đỏ + lục + lam) – lục – lam = đỏ   (5)

Từ các quy tắc (3) và (4) ta được:

vàng + cyan = trắng – lam – đỏ =

(đỏ + lục + lam) – lam – đỏ  =  lục   (6)

Từ các quy tắc (2) và (3) ta được:

cyan + magenta = trắng – đỏ – lục =

(đỏ + lục + lam) – đỏ – lục  = lam    (7)

Khi 3 màu magenta, cyan và vàng được trộn với nhau, magenta hấp thụ lục, cyan hấp thụ đỏ, còn vàng hấp thụ lam, tức là cả 3 ánh sáng sơ cấp đỏ, lục và lam đều bị hấp thụ, không có màu nào được phản xạ lại. Kết quả thị giác nhìn thấy màu đen:

trắng – đỏ – lục – lam =

(đỏ + lục + lam) – đỏ – lục – lam = đen   (8)

(5), (6), (7) và (8) chính là các quy tắc hòa sắc của 3 màu magenta, cyan, và vàng của phẩm nhuộm và chất màu tạo nên các màu hoá chất như màu vẽ và mực in – tức vật chất chỉ hấp thụ, phản xạ, và truyền ánh sáng chứ không phải là nguồn phát sáng. Quy tắc cộng màu của ánh sáng và trừ màu của màu hoá chất thường được biểu thị qua 2 sơ đồ dưới đây:

Tương tự như tam giác cộng màu cuả Maxwell ở H. 20, ta có tam giác trừ màu như sau:

Quy tắc trừ màu là âm bản của quy tắc cộng màu. Các màu sơ cấp (thứ cấp) trong quy tắc cộng màu là các màu thứ cấp (sơ cấp) trong quy tắc trừ màu. Vì thế quy tắc trừ màu với 3 màu sơ cấp là cyan (C), magenta (M) và vàng (Y) rất tiện lợi cho công nghệ in ấn khi chuyển đổi màu từ hệ thống RGB của trên màn hình, phim màu sang CMY của mực in. Trên thực tế, vì mực in không “tinh khiết” nên pha trộn C, M và Y chỉ cho màu xám (Xem mục 6). Do đó màu đen được thêm vào và ký hiệu là K (key). Tổ hợp của 4 màu CMYK cho tất cả các màu trong gam màu (các màu bên trong hình tam giác) trên biểu đồ CIE (xem H. 23). Mô hình CMYK được Alexander Murray đề xuất áp dụng cho in ấn vào năm 1934. Trước đó người ta chưa tổng hợp được màu magenta dùng cho mực in (process magenta = magenta xử lý) bền với ánh sáng.

5) Hệ thống pha màu của hoạ sĩ

Như đã nói trong mục 2 a, con người biết vẽ và pha màu từ hàng chục ngàn năm trước khi các lý thuyết định lượng về cộng màu và trừ màu ra đời. Đối với thực hành của họa sĩ, màu sơ cấp là các màu được làm từ chất màu, và có ít nhất 6 màu là đỏ, lục, lam, vàng, trắng và đen như Leonardo Da Vinci từng đề xuất, hay 7 màu đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm và tím như trong phổ ánh sáng mà Newton đã phát hiện sau này. Sau khi lý thuyết của Le Blon ra đời, các hoạ sĩ coi đỏ (Red), vàng (Yellow), và lam (Blue) là 3 màu sơ cấp. Mô hình dựa trên 3 màu sơ cấp này để pha ra các màu còn lại có tên là mô hình RYB (Ví dụ bánh xe hòa sắc năm 1766 của Moses Harris đã nói trong mục 2-b). Đây cũng là mô hình trừ màu nhưng đượcc xây dựng hoàn toàn từ kinh nghiệm pha màu của hoạ sĩ. Nó không chính xác về mặt lý thuyết như mô hình CMY (hay CMYK) bởi không phải là mô hình ngược với luật cộng màu ánh sáng. Theo mô hình RYB:

đỏ + vàng = da cam (orange),

vàng + lam = lục (green),

lam + đỏ = tím (violet).

3 màu da cam, lục, tím là 3 màu thứ cấp của mô hình RYB. Khác với mô hình CMYK có màu magenta là mầu ngoại phổ, toàn bộ 3 màu sơ cấp và 3 màu thứ cấp trong mô hình RYB đều là các màu trong phổ ánh sáng nhìn thấy được. Màu sơ cấp hòa với màu thứ cấp cạnh nó cho màu trung gian, hay màu tam cấp, v.v. Mô hình RYB được dùng trong in ấn trước khi mô hình CMYK ra đời, và được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

 

Phương pháp tách palette màu sơ cấp:

Khó khăn của mô hình RYB là về mặt tâm lý màu đỏ là màu tinh khiểt. Màu đỏ khác xa màu magenta lý tưởng trong lý thuyết trừ màu. Pha các màu đỏ với lam, lam với vàng, vàng với đỏ có khi chỉ được màu xỉn. Để giải quyết khó khăn này, từ t.k. XIX Chevreul đã đề xuất phương pháp tách plalette màu sơ cấp (split-primary color palette),thành 3 cặp màu sơ cấp. Mỗi cặp bây giờ có có hai màu, một nghiêng về lạnh một nghiêng về nóng, ví dụ:

– đỏ quinacridone carmine (lạnh) – nghiêng về phía lam, và đỏ vermillion (nóng) – nghiêng về phía vàng;

– vàng chanh (lạnh) và vàng cadmium (nóng);

– ultrmarine (lạnh) và lam maganese (nóng).

Khi pha trộn màu, để tránh bị xỉn thì chỉ pha trộn 2 màu sơ cấp (cặp màu sơ cấp) liền kề và các màu trung gian nằm giữa 2 màu sơ cấp liền kề, tức BR, RY, hay YB, mà không làm các pha trộn vượt qua các đường OR, OY, OB trong H. 22. Màu đen (hoặc trắng) được thêm vào để làm hòa sắc tối đi (hoặc sáng lên).