Im folgenden sind die in der Farbfernseh-Technik vorkommenden Signale kurz erklärt und die dafür in diesem Fachbuch verwendeten Bezeichnungen angegeben. Daran anschließend ist in einem Bild gezeigt, an welchen Stellen des Farb-fernseh-Senders und des Farbfernseh-Empfängers diese Signale auftreten. Nähere Erklärungen findet man in den einzelnen Kapiteln des Fachbuches.

Die Übersicht bietet die Möglichkeit, beim Lesen des Fachbuches im Zweifelsfall nachzuschlagen, was die einzelnen Signale bzw. Bezeichnungen bedeuten.

Den drei Grundfarben

• Rot (λ = 610nm)
• Grün (λ = 535 nm)
• Blau (λ = 470 nm)

zugeordnete Spannungen, die am Ausgang der Farbfernseh-Kamera (hinter dem in der Kamera eingebauten Kamera-Verstärker) zur Verfügung stehen.

Bezeichnungen:

• Nicht korrigiertes Primär-Rotsignal U rnk
• Nicht korrigiertes Primär-Grünsignal U gnk
• Nicht korrigiertes Primär-Blausignal U bnk

Die Farbfernseh-Kamera wird so abgeglichen und eingestellt, daß jedes der drei nicht korrigierten Primär-Farbsignale bei der Aufnahme einer weißen Bildstelle den Maximalwert Umax = 1 V annimmt. (Eine eventuell durch den Kamera-Verstärker bedingte Gleichspannungskomponente ist dabei nicht berücksichtigt.)

Handelt es sich um die Aufnahme einer "unbunten" Bildstelle mit gegenüber Weiß verminderter Leuchtdichte, dann sind die nicht korrigierten Primär-Farbsignale ebenfalls gleich groß, jedoch kleiner als Umax = 1 V,

Allgemein kann je nach der zu übertragenden Farbe jedes der drei nicht korrigierten Primär-Farbsignale alle Werte zwischen 0 V und Umax = 1 V annehmen. Die nicht korrigierten Primär-Farbsignale können deshalb auf den Wert Umax = 1 V normiert werden.
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Die nicht korrigierten Primär-Farbsignale nach Durchlaufen der Gamma-korrektur. DerZusatz»gammakorrigiert«wird in diesem Fachbuch weggelassen.

Bezeichnungen:

• Primär-Rotsignal Ur
• Primär-Grünsignal Ug
• Primär-Blausignal Ub

Jedes der drei Primär-Farbsignale kann je nach Farbe der aufgenommenen Bildstelle alle Werte zwischen 0 V und Umax = 1 V annehmen. Bei der Aufnahme einer unbunten Bildstelle sind die drei Primär-Farbsignale durch entsprechenden Abgleich der Farbfernseh-Kamera gleich groß. Ist die Bildstelle weiß, dann gilt UR = UG = UB = Umax = 1 V

Die Primär-Farbsignale können auf den Wert Umax = 1 V normiert werden.

Aus den (gammakorrigierten) Primär-Farbsignalen oder einer speziellen Aufnahme-Röhre gewonnene Spannung, die, entsprechend dem Bildinhalt-Signal beim Schwarz-Weiß-Fernsehen, das Steuern der Leuchtdichte bewirkt.

Bezeichnung: Uy
oder normiert auf Umax = 1 V;  Y = Uy/1V

Spannungen, die als Differenz eines (gammakorrigierten) Primär-Farbsignals und des Leuchtdichte-Signals in einer Matrix gewonnen werden.

Bezeichnungen: (UR-UY) (UG-Uy) {UB-UY)

oder normiert auf Umax = 1 V:

• (R-Y) = (UR-UY) / 1V
• (G-Y) = (UG-UY) / 1V
• (B-Y) = (UB-UY) / 1V

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Geometrische Summe aus zwei Farb-Differenzsignalen oder zwei anderen die Farbart kennzeichnenden Komponenten. Beim Verwenden der Farb-Differenzsignale (Ur-Uy) und (Ub-Uy) gelten folgende Zusammenhänge:

Das nicht reduzierte Primär-Farbart-Signal ist eine theoretische Größe, die mit ihrem Betrag bei gegebener Leuchtdichte die Farbsättigung und mit ihrem Winkel gegen eine Bezugsrichtung den Farbton kennzeichnet.
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Zwei Farb-Differenzsignale, die zum Vermeiden von Übermodulation reduziert sind. Üblicherweise werden die Farb-Differenzsignale (Ur-Uy) und (Ub-Uy) reduziert.

Geometrische Summe aus den zwei reduzierten Farb-Differenzsignalen oder zwei anderen die Farbart kennzeichnenden reduzierten Komponenten. Beim Verwenden der reduzierten Farb-Differenzsignale 0,88 • (Ur-Uy) und 0,49 • (Ub-Uy) gelten folgende Zusammenhänge:

Das Primär-Farbart-Signal ist eine theoretische Größe, die mit ihrem Betrag bei gegebener Leuchtdichte die Farbsättigung und mit ihrem Winkel gegen eine Bezugsrichtung den Farbton kennzeichnet. |P| ist gleich der Zeigerlänge des Farbart-Signals bei Quadratur-Modulation mit unterdrücktem Farbträger.

Signal, das nach Modulation des Farbträgers mit den zwei reduzierten Farb-Differenzsignalen oder zwei anderen die Farbart kennzeichnenden reduzierten Komponenten bei Quadratur-Modulation mit unterdrücktem Farbträger entsteht. Das Farbart-Signal besteht z. B. aus zwei zeitlich um 90° gegeneinander phasenverschobenen Komponenten, deren Zeiger in Richtung der (Ur-Uy)- bzw. der (Ub-Uy)-Achse liegen.

In diesem Fachbuch werden nur die Beträge (Zeigerlängen) des Farbart-Signals bzw. der Komponenten des Farbart-Signals verwendet. Das ist nicht besonders gekennzeichnet.

Die Länge des Farbart-Signal-Zeigers stimmt mit dem Betrag des Primär-Farbart-Signals überein, die Zeigerlänge der Komponenten des Farbart-Signals mit den zugehörigen reduzierten Farb-Differenzsignalen.

Dem Bildträger des Senders aufmoduliertes Gesamtsignal, bestehend aus

1. Farbart-Signal,
2. Bildinhalt-(Leuchtdichte-)Signal,
3. Austast-Signal und den
4. Synchronisier-Signalen.

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An sich kann die Kenntnis der Technik des Schwarz-Weiß-Fernsehens wohl als bekannt vorausgesetzt werden. Dennoch ist es zweckmäßig, hier kurz auf das Prinzip des Schwarz-Weiß- Fernseh-Verfahrens einzugehen und auf die Besonderheiten hinzuweisen, die auch für das Farb-Fernsehen wesentliche Bedeutung haben.

In Bild 1.01 ist im Prinzip dargestellt, wie das dem Bildträger des Senders aufzumodulierende Schwarz-Weiß- Gesamtsignal (das BAS-Signal) gewonnen wird. Dieses Gesamtsignal setzt sich zusammen aus dem

• B-Signal, dem Bildinhalt-Signal, das im Zusammenhang mit dem Farb-Fernsehen das Leuchtdichte-Signal ist, dem
• A-Signal, dem Austast-Signal, nämlich der Folge der Austast-Impulse, die beim Farb-Fernsehen mit denen des Schwarz-Weiß-Fernsehens übereinstimmen und dem
• S-Signal,dem Synchronisier-Signal,d. h. der FolgederSynchronisier-lmpulse, die beim Farb-Fernsehen von denen des Schwarz-Weiß-Fernsehens geringfügig abweichen können.

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A-Signal und S-Signal können häufig als Einheit betrachtet werden. Deshalb spricht man oft vom AS-Signal, als der Summe aus dem A-Signal und dem S-Signal.

Alle zum Erzeugen des AS-Signals erforderlichen Einzelblöcke sind sowohl in Bild 1.01 wie auch in den ihm entsprechenden weiteren Blockschaltplänen der Sendeseite bei den verschiedenen Farbfernseh-Verfahren zu einem einzigen Block zusammengefaßt. Dieser liefert beim Schwarz-Weiß-Fernsehen nur das AS-Signal und beim Farb-Fernsehen zusätzlich den Farbträger.

In der Fernseh-Kamera wird das wiederzugebende Bild mit dem Objektiv auf eine Fläche projiziert, die der lichtempfindlichen Schicht eines photographischen Films entspricht. Diese Fläche muß mit einem Elektronenstrahl zeilenweise abgetastet werden. Dazu gehören in der Fernseh-Kamera die Zeilen- und Halbbild-Ablenkung, ebenso wie dies für die Wiedergabe auf dem Bildschirm der Fernseh-Bildröhre notwendig ist.

Der Augenblickswert der Ausgangsspannung, die das B-Signal darstellt, wird in jedem einzelnen Zeitpunkt von der Leuchtdichte des in diesem Zeitpunktes abgetasteten Bildpunktes bestimmt.

Die übrigen in Bild 1.01 eingetragenen Blöcke finden sich - abgewandelt - in den Blockschaltplänen der Farbfernseh-Sendeeinrichtungen wieder. In ihnen handelt es sich bei der Fernseh-Kamera um eine Ausführung, die die zur farbigen Wiedergabe erforderlichen Signale liefert und bei dem mit Summenbildung bezeichneten Block um eine Schaltung, in der das B-Signal, das AS-Signal sowie das F-Signal, das die Farbigkeit der Wiedergabe übermittelt, zusammengefaßt werden.

In Bild 1.01 führt der Signalweg zwischen dem Ausgang der Fernseh-Kamera und dem Block, in dem die Signale zum Bilden des Gesamtsignals zusammengefaßt werden, über einen Block, der mit Gamma-Korrektur bezeichnet ist.

Der Zusammenhang zwischen der Leuchtdichte Ba (Aufnahme) des von der Fernseh-Kamera oder dem Filmabtaster aufgenommenen Bildpunktes und der Leuchtdichte Bw (Wiedergabe) des auf dem Bildschirm der Fernseh-Bildröhre wiedergegebenen Bildpunktes soll linear sein. Falls dies nicht zutrifft, werden die Abstufungen zwischen Weiß und Grau bei der Wiedergabe verfälscht.

Nichtlinearitäten ergeben sich insbesondere in der Aufnahme-Kamera und in der Fernseh-Bildröhre.

In dem Zusammenhang

Bw = cges • Bay (cges - reine, d. h. unbenannte Zahl)

ist der Exponent "gamma" von 1 verschieden. Je nach Typ der Aufnahmeröhre und der Fernseh-Bildröhre liegt gamma zwischen 0,5 und 2,2. Eine einwandfreie Wiedergabe setzt gamma = 1, d. h. einen linearen Zusammenhang zwischen Ba und Bw voraus.

Der in Bild 1.01 mit Gamma-Korrektur bezeichnete Block dient dazu, den Zusammenhang zwischen aufgenommener Bildpunkt-Leuchtdichte Ba und wiedergegebener Bildpunkt-Leuchtdichte Bw so abzuwandeln, daß gamm in etwa 1 wird.

Für die Modulation einer Schwarz-Weiß-Fernseh-Sendung steht nach der Gerber-Norm, bei der 625 Zeilenperioden je Bildperiode und Negativmodulation für das Leuchtdichte-Signal verwendet werden und die außer in der Bundesrepublik Deutschland auch in anderen europäischen Ländern zugrunde gelegt ist, das Frequenzband zwischen 0 MHz und 5,5 MHz zur Verfügung.

Für das BAS-Signal dürfen dabei an sich alle Frequenzen dieses Bandes ausgenutzt werden. Hierzu schreibt die Gerber-Norm vor, daß die Modulationsspannung für jede Frequenz des Frequenzbereiches zwischen 0 MHz und 5,0 MHz den vorgegebenen Höchstwert erreichen darf, daß sie aber zwischen 5,0 MHz und 5,5 MHz abgesenkt werden muß. Innerhalb des hiermit gekennzeichneten Bereiches sind jeder beliebige Wert und jede beliebige Frequenz der Modulationsspannung zulässig.

Bild 1.02 zeigt demgemäß die Grenzlinie aller Spektren des BAS-Signals, wie sie für Schwarz-Weiß-Fernsehen nach der Gerber-Norm in Betracht kommt.

Man beachte, daß es sich in Bild 1.02 nicht um das Spektrum eines bestimmten Signals, sondern, wie erwähnt, nur um eine Grenzlinie handelt.

Das jeweils momentan auftretende Spektrum eines BAS-Signals hat wegen der periodisch wiederkehrenden Synchronisier- und Austast-Impulse einen bestimmten Grundcharakter und variiert im übrigen mit dem Inhalt des jeweils durchlaufenen Zeilen-Abschnittes.

Mit jedem einzelnen momentan auftretenden Spektrum beansprucht das BAS-Signal von dem ganzen mit der Grenzlinie und den Achsen in Bild 1.02 eingegrenzten (dort schraffierten) Bereich insgesamt immer nur einen kleinen Teil.

Während in Bild 1.02 für das Spannungsverhältnis ein logarithmischer Maßstab benutzt ist, zeigt Bild 1.03 die Grenzlinie des BAS-Signals mit einem linearen Maßstab für das Spannungsverhältnis.

Bekanntlich wird die Amplitude der Sender-Hf-Spannung mit dem BAS-Signal in der Weise moduliert, daß nur das obere Seitenband voll entsteht und daß das untere Seitenband bis auf einen Rest unterdrückt wird. Bild 1.04 zeigt die hierzu gehörende Grenzlinie des Hf-Spektrums. Bezüglich Bild 1.04 muß wiederum betont werden, daß es sich um eine Grenzlinie des Spektrums handelt. Die tatsächlich auftretenden Spektren liegen jeweils innerhalb der Grenzlinie, füllen aber von der innerhalb der Grenzlinie liegenden Fläche immer nur sehr kleine Bereiche aus.

Das mit dem Bild- bzw. Zeileninhalt gegebene Leuchtdichte-Signal wechselt ständig. Es ändert sich dennoch von Zeile zu Zeile im allgemeinen nur wenig. Dies bedeutet für das Leuchtdichte-Signal einen in gewissem Ausmaß zeitlich periodischen Verlauf. Dessen Periodendauer stimmt wegen der zeilenweisen Abtastung des Bildes mit der Dauer einer Zeilenperiode überein.

In weit höherem Grade ist das aus dem Leuchtdichte-Signal und den zwischengeschalteten Impulsen bestehende Gesamtsignal (das BAS-Signal) periodisch: Die Zeilen-Synchronisier-Impulse überragen im Mittel das den Bild- bzw. Zeileninhalt darstellende Signal beträchtlich. Dadurch tritt der periodische Charakter des BAS-Signals noch stärker hervor.

Eine exakt periodische, jedoch zeitlich nicht sinusförmige verlaufende Spannung besteht aus zeitlich sinusförmig verlaufenden Teilspannungen, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz des nicht sinusförmigen Verlaufes sind.

Beim Fernsehen handelt es sich um zwei Grundfrequenzen, nämlich um die Zeilen-Frequenz fz = 15.625 Hz und außerdem um die Bild-Frequenz fB = 25 Hz.

Wären die Zeilen-Synchronisier-Impulse allein vorhanden, so käme das einem Linienspektrum gleich, von dessen Anfang in Bild 1.05 ein kleiner Ausschnitt dargestellt ist.

Als Linienspektrum bezeichnet man ein Spektrum, in dem nur einzelne, einander nicht unmittelbar benachbarte Frequenzen vertreten sind.

In dem zu den Zeilen-Synchronisier-Impulsen gehörenden Linienspektrum nehmen die Scheitelwerte mit zunehmender Frequenz wellenförmig ab. Die Hüllkurve dieser Wellen ist ungefähr den Vielfachen der Zeilen-Frequenz umgekehrt proportional.

Dies wird mit Bild 1.06 veranschaulicht. Darin ist, abhängig von der Frequenz, in logarithmischem Maßstab das Verhältnis der Scheitelwerte der Hüllkurve des Linienspektrums zum Scheitelwert der Synchronisier-Impulse aufgetragen. Man sieht, daß die Scheitelwerte der Hüllkurve für höhere Frequenzen sehr klein ausfallen. In dem unten an Bild 1.06 angefügten Maßstab ist die Frequenz in Vielfachen der Zeilen-Frequenz ausgedrückt.

Berücksichtigt man außer den Zeilen-Gleichlauf-Impulsen auch noch die Halbbild-Gleichlauf-Impulse, so gehört zu jeder Linie des Spektrums nach Bild l.06 zusätzlich ein von den Halbbild-Impulsen herrührendes Linienspektrum, so wie es in Bild 1.07 gezeigt wird.

Diesem Spektrum überlagert sich schließlich das Spektrum des Leuchtdichte-Signals, das wegen der Halbbild-Abtastung wieder ein Linienspektrum ist.

Zusammenfassend kann festgestellt werden:

Das Spektrum des BAS-Signals zeigt Häufungen in der Umgebung jedes ganzzahligen Vielfachen der Zeilenfrequenz (Bild 1.08). Der in Bild 1.06 dargestellte Zusammenhang zwischen dem relativen Signalspannungswert und der Frequenz gilt auch ohne erhebliche Abweichungen für das BAS-Signal bei beliebigem Bildinhalt.

Die im Spektrum auftretenden breiten, wenig ausgenutzten Lücken (Bild 1.08) sind für das gebräuchliche Schwarz-Weiß-Fernsehen uninteressant. Sie spielen aber für das Farb-Fernsehen eine recht wichtige Rolle.

Bild 1.09 zeigt den Blockschaltplan des Schwarz-Weiß-Fernseh-Empfängers. Er wurde so entworfen, daß er in der dafür gewählten Anordnung der Blöcke und der Verbindungsstriche später zu den Blockschaltplänen der Farbfernseh-Empfänger ergänzt werden kann.

Man erkennt in Bild 1.09 oben links die Antenne, die an den Abstimmteil (Tuner) angeschlossen ist. An dessen Ausgang liegt der Bild-Zf-Verstärker, der hier zwei Demodulatoren steuert. Normalerweise findet man in Schwarz-Weiß-Fernseh-Empfängern nur einen Demodulator, der dann gleichzeitig das Videosignal und den modulierten Tonträger liefert. In dem hier gezeigten Blockschaltplan sind dagegen im Hinblick auf die später beschriebenen Blockschaltpläne der Farbfernseh-Empfänger zwei Demodulatoren eingezeichnet. An den einen Demodulator ist dann der Tonteil, an den anderen der Video-Verstärker angeschlossen.

In einem größeren Abstand vom oberen Teil des Blockschaltplanes werden im unteren Teil des Bildes 1.09 der Ablenkteil und die Fernseh-Bildröhre mit den Ablenkspulen veranschaulicht.

Gegenüber den für Schwarz-Weiß-Fernseh-Empfänger üblichen Blockschaltplänen zeigt Bild 1.09 noch einige Besonderheiten: Zunächst ist hierin zwischen den beiden Abstimmteilen für UHF und VHF nicht unterschieden, da diese Unterteilung keine prinzipielle Bedeutung hat.

Außerdem wurde für den Video-Verstärker ein besonders großes Rechteck eingetragen. Damit ist angedeutet, daß der Video-Verstärker im Farbfernseh-Empfänger umfangreicher ist.

Die große Lücke zwischen dem oberen und unteren Teil des Schaltplanes bringt zum Ausdruck, daß dazwischen im Blockschaltplan des Farbfernseh-Empfängers die für die Farbwiedergabe erforderlichen Blöcke liegen.

Außerdem gehören zum Farbfernseh-Empfänger eine spezielle Farbfernseh-Bildröhre, eine erweiterte Horizontal-Endstufe und Ergänzungen der Ablenkeinrichtungen.

Die in Bild 1.09 eingetragenen Blöcke bzw. Teile sind jedoch im Farbfernseh-Empfänger grundsätzlich ebenso vorhanden und haben dieselbe Bedeutung wie im Schwarz-Weiß-Fernseh-Empfänger.
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Wie die Bezeichnung »Schwarz-Weiß« andeuten soll, ist die Wiedergabe beim Schwarz-Weiß-Fernseh-Empfänger "unbunt".

Die Stellen größter Leuchtdichte nimmt man als Weiß wahr. Die Stellen, bei denen die Leuchtdichte Null ist, sehen schwarz aus. Dazwischen liegen Abstufungen vom hellsten bis zum dunkelsten Grau.

Das macht den Eindruck, als handle es sich bei dem Bildschirm der Fernseh-Bildröhren für das Schwarz-Weiß-Fernsehen um einen Leuchtstoff, der zu weißem bzw. unbuntem Leuchten angeregt wird.

Einen beim Aufprall des Elektronenstrahls weiß bzw. unbunt aufleuchtenden Leuchtstoff gibt es jedoch nicht. Die von aufprallenden Elektronen zum Leuchten angeregten Stoffe strahlen ihr Licht nur in eng begrenzten Wellenlängenbereichen aus. Daher leuchten diese Stoffe z. B. beim Auftreten eines Elektronenstrahls entweder gelb oder rot oder grün oder blau oder in einer dazwischenliegenden Farbe auf.

Ein von dem menschlichen Gesichtssinn als weiß bzw. unbunt wahrgenommenes Leuchten umfaßt stets Lichtstrahlungen mit erheblich voneinander abweichenden Frequenzen (bzw. Wellenlängen).

Daß eine als weiß wahrgenommene Lichtstrahlung eine Mischung aus Lichtstrahlungen verschiedener Wellenlängen ist, kann man beispielsweise aus dem Auftreten des Regenbogens entnehmen:

Der farbig erscheinende Regenbogen entsteht daraus, daß das weiß wahrgenommene Sonnenlicht in den Regentropfen - entsprechend seinen Wellenlängen - verschieden abgelenkt bzw. reflektiert wird.

Der Regenbogen ist demnach eine, ihren Wellenlängen gemäß zerlegte, weiße Lichtstrahlung.

Das Sonnenlicht und mit ihm auch allgemein das Tageslicht haben Bandspektren. In diesen sind einzelne Frequenzen nicht nennenswert herausgehoben. Weißes Licht solcher Art mit Leuchtstoffen zu erzeugen, ist praktisch nicht möglich. Glücklicherweise kann man weißes Licht aber bereits damit gewinnen, daß man zwei dafür passend verschieden farbige Lichtstrahlungen gemeinsam auf das Auge einwirken läßt.

Die Bilder 1.10 und 1.11 veranschaulichen dies. Natürlich müssen bezüglich der Lichtstrahlungen, die in ihrer Gesamtheit als weiß wahrgenommen werden sollen, bestimmte Bedingungen erfüllt sein.

So muß es sich bei nur zwei Farb-Lichtstrahlungen um zwei Komplementärfarben handeln (z. B. um ein bestimmtes Blau und ein bestimmtes Gelb oder um ein bestimmtes Grün und ein bestimmtes Violett). Außerdem müssen diese zwei Farb-Lichtstrahlungen selbstverständlich in ihrer Intensität passend aufeinander abgestimmt sein.

Indem man diese Zusammenhänge ausnutzt, mischt man für den Bildschirm der Schwarz-Weiß- Fernseh-Bildröhre gelb und blau leuchtende Leuchtstoffe im passenden Verhältnis miteinander.

Wird dieses Leuchtstoff-Gemisch mit dem Elektronenstrahl zum Leuchten angeregt, so leuchten zwar nach wie vor die einen Partikelchen blau und gleichzeitig die anderen Partikelchen gelb auf. Man nimmt aber das gesamte Leuchten dennoch als weiß bzw. unbunt wahr. Bei genauem Betrachten des Bildschirm-leuchtens kann man das gelbe und blaue Aufleuchten deutlich erkennen.

Würde es sich in diesem Fachbuch um das Schwarz-Weiß-Fernsehen handeln, so bestünde keine Notwendigkeit, in der hier gewählten Ausführlichkeit auf das Entstehen des weißen Leuchtens einzugehen.

Das ist aber deshalb zweckmäßig, weil beim Farb-Fernsehen das gemeinsame Aufleuchten verschiedenfarbiger Punkte eine große Rolle spielt. So erkennt man jetzt schon, daß beim gemeinsamen Aufleuchten verschiedenfarbiger kleiner, dicht nebeneinander liegender Punkteeines Bildschirmes, die leuchtende Stelle als weiß bzw. unbunt oder gegebenenfalls als farbig wahrgenommen werden kann.