Lumen und Helligkeitsempfinden
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ASMETEC GmbH – Robert-Bosch-Str. 3 - D-67292 Kirchheimbolanden – Germany FON: +49-6352-75068-0 – FAX +49-6352-75068-29 – www.asmetec.de - www.asmetec-shop.de – [email protected] Lumen und Helligkeitsempfinden Durch die rasante Entwicklung der LED-Lichttechnik werden immer mehr herkömmliche Leuchtmittel durch moderne energiesparende und umweltfreundliche Festkörperlichttechnik ersetzt. Damit muss aber auch ein Umdenken von Lumenwerten in Bezug auf das Helligkeitsempfinden menschlicher Augen erfolgen. Wir sind es seit Mitte des 19. Jahrhunderts im Grunde an die gute alte Glühbirne gewöhnt und können uns relativ schnell vorstellen, wie hell uns eine 100 Watt Glühbirne (korrekt: Glühlampe) erscheint. Die Glühfadenlampe wurde seit ihrer Erfindung natürlich weiterentwickelt und bringt in ihrer modernen Form als Halogenlampe einen Lichtstrom von ca. 22 lm/Watt, eine herkömmliche Glühlampe liegt bei 10-15 lm/Watt. Zur groben Einschätzung, wie hell ein LED-Leuchtmittel ist, kann man die Lumenzahl durch 10 teilen, und erhält in etwa den Vergleich zur herkömmlichen Glühlampe. Bei der Angabe des LED-Lichtstroms in Lumen wird leider allzu häufig übertrieben und Vergleiche zu Glühlampen deutlich höherer Wattzahl gezogen. Die Enttäuschung nach dem Kauf von Billigst-LEDs aus dem Internet, Supermarkt oder Baumarkt ist dann zumeist recht groß. Asmetec besitzt als der wenigen Hersteller in Deutschland eine eigene Lichtmesstechnik mit 3 Ulbrichtkugeln, Goniophotometer, EMV-Messtechnik, Werkstatt ® und Entwicklung. Alle METOLIGHT -Leuchtmittel werden in Kirchheimbolanden elektrotechnisch und lichttechnisch in kalibrierten Messanlagen computergesteuert gemessen. Die Messwerte werden auftragsbezogen gespeichert und sind jederzeit reproduzierbar. Links: Beispiel einer EMV-Messung aus dem Asmetec-Labor Wie hell ist eine LED-Lampe wirklich? Das Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges ist sehr individuell. Jedoch ist uns gemeinsam, dass wir zwischen Tag- und Nachtsehen unterscheiden. „Nachts sind alle Katzen grau“. Dies liegt daran, dass wir auf der Netzhaut unterschiedliche Lichtrezeptoren haben, die je nach Helligkeit aktiviert werden. Bei „normalen“ Lichtverhältnissen (Tageslicht, Leuchtdichte über 3,4 Candela/m²) beginnt das „photoptische Sehen“ bei dem die lichtempfindlichen Zäpfchen im Auge mit maximaler Empfindlichkeit bei blau (ca. 445 nm), grün (ca. 535 nm) und rot (ca. 575 nm) aktiv sind. Die Empfindlichkeiten überlappen sich, wodurch uns ein kontinuierliches aber nicht lineares Sehen im Bereich von ca. 380 - 780 nm möglich ist. Die größte Empfindlichkeit haben unser Augen im gelben Bereich bei ca. 555 nm. (Grafik links: rote Kurve). Beim Nachtsehen (skoptisches Sehen unter 0,034 Cd/m²) treten die lichtempfindlichen Stäbchen der Netzhaut in Aktion mit einer höchsten Empfindlichkeit bei ca. 510 nm und steilerem Abfallen der Empfindlichkeit nach beiden Seiten. (obige Grafik: blaue Kurve).Es fehlt hier ein großer Anteil des sichtbaren Lichts über ca. 570 nm (Rotbereich), weshalb das Farbempfinden deutlich reduziert ist, und somit die „Katzen nachts grau“ erscheinen. Lichtspektren Da das menschliche Auge bei Dunkelheit stärker auf blau-grün-Anteile, bei Tageslicht eher auf die grün-gelben Anteile des Lichtspektrums reagiert ist das Helligkeitsempfinden bei LED-Licht deutlich größer. Der Grund hierfür ist, dass LEDs einen Großteil des Lichts im blauen Bereich um 450 nm abstrahlen, die übrigen Farben des Lichtspektrums werden durch speziell pigmentierte Beschichtungen erreicht. Links: Spektralkurve eine LED in Lichtfarbe tagweiß (ca. 5000 K) Deutlich erkennbar der hohe Lichtanteil im blauen Bereich sowie der große Anteil im gelben Bereich – Das LED-Licht deckt die beiden höchsten Empfindlichkeiten der Zäpfchen und Stäbchen in der Netzhaut des menschlichen Augen optimal ab. Zudem reduziert der hohe Blauanteil die körpereigene Melatoninproduktion – wir bleiben länger aufmerksam und wach. Anders dagegen das Lichtspektrum einer Leuchtstoffröhre oder einer Energiesparlampe: Typisch für diese Leuchtmittel sind die einzelnen schmalbandigen Peaks (hier warmweiße Energiesparlampe). Dazwischen sind völlig dunkle Bereiche, in denen kein Licht ausgesendet wird. Unser Gehirn muss sich die fehlenden Lichtinformationen dazu denken, weshalb dieses Licht uns dunkler erscheint und zudem mit deutlich anstrengenderem Sehen verbunden ist. Links: Lichtspektrum einer herkömmlichen Glühfaden-Glühlampe Geringe Anteile im blau-grünen Bereich, fast linearer Anstieg bis über 780 nm (Messwertgrenze unsere Lichtmessanlage) . Die meiste Lichtenergie strahlt eine Glühlampe oberhalb 700 nm aus, wo unsere Augen kaum noch Licht wahrnehmen und die IR-Wärmestrahlung beginnt. Die ist der Grund, warum das Glühlampenlicht so wenig effizient ist und die Leuchtmittel sehr heiß werden. Irrtum: Lux ist nicht gleich Lux Die obigen Grafiken zeigen zudem deutlich, warum mit einfachen Luxmetern keine reproduzierbare Helligkeit gemessen werden kann. Billige Luxmeter haben nur einen schmalbandigen Sensor. Je nach Sensor und Lichtquelle wird irgendeine Helligkeit im ausgestrahlten Spektrum gemessen. Diese kann in einem Peak-Bereich oder einem Low-Bereich liegen. Ein direkter Vergleich verschiedener Lichtquellen mit unterschiedlichem Spektrum und unterschiedlichen Lichtfarben ist mit solchen Luxmetern nicht möglich. Hierzu muss ein Luxmeter mit einem breitbandigen Pupil-Lumen-Filter ausgestattet sein und zudem das komplette sichtbare Licht von 380 bis 780 nm erfassen. Das Asmetec METOLIGHT TM-209 ist ein preiswertes Luxmeter mit Pupil-Lumen-Filter das korrekte Helligkeit aller Leuchtmittel für sichtbares Licht erfasst und somit einen direkten Vergleich unterschiedlicher Lichtquellen ermöglicht. Pupil-Lumen Während eine moderne LED-Lampe einen Lichtstrom von über 100 lm/Watt liegt eine Glühlampe mit 10-15 lm/W gerade mal bei etwa 1/8 Aber wie oben gesehen ist der reine Lumen-Vergleich nicht die ganze Wahrheit über das Helligkeitsempfinden. Wir kennen alle das dumpf-orange Licht von Natrium-Dampflampen in Straßenleuchten oder in Tunnelleuchten. Obwohl solche Leuchtmittel mit 80 lm/W doch recht effizient erscheinen, liegt die empfundene Helligkeit bei nur ca. 30 lm/W Eine warmweiße breitbandige Lichtquelle erscheint uns weniger hell als eine kaltweiße. Bei einfarbigen Lampen oder Leuchtmitteln mit integrierten Blau-, Grün-, Gelb- oder Rotfiltern können wir die Helligkeit kaum abschätzen. Das „Blaulicht“ von Rettungsfahrzeugen erscheint uns extrem hell, weil die Netzhautstäbchen gerade dort ihre maximale Empfindlichkeit haben (skoptisches Sehen), das gelbe Licht von Großraumfahrzeugen regt die Zäpfchen der Netzhaut (photoptisches Sehen) an, deren max. Empfindlichkeit bei 555 nm liegt. P / S Korrekturfaktoren Zum korrekten Vergleich von Helligkeiten muss der technisch gemessene Lichtstrom mit Helligkeitsempfinden unserer Augen bewertet werden (effektiver Lichtstrom, Einheit: Pupil-Lumen, Ppl) dem Hierzu wurden vom Lawrence Berkley Laboratorium in (LBL) Korrekturfaktoren ermittelt, um verschiedenartige Leuchtmittel so miteinander zu vergleichen, wie es unsere Augen empfinden. Der P/S-Korrekturfaktor erlaubt unter Einbezug des skoptischen Sehens die Umrechnung von Standardlumen in Pupil-Lumen bezogen auf unterschiedliche künstliche Lichtquellen. Der P/S-Korrekturfaktor für LED-Leuchtmittel wurde auf 1,90 festgelegt. Leuchtmittel Glühlampe 100 Watt Leuchtstoffröhre 58 W MIL-Induktionslampe 200 W Quecksilber-Dampflampe 125 W Quecksilber Hochdruck 400 W Natrium-Dampflampe 125 W Halogen-Metalldampf 125 W Wolfram-Halogen 50 W METOLIGHT LED-Röhre 22 W METOLIGHT LED-Röhre 26 W METOLIGHT Highbay 260 W METOLIGHT LED-Spot 5 W METOLIGHT LED-Lampe 10 W METOLIGHT LED-Fluter 50 W METOLIGHT Rasterleuchte 45 W Standard Lumen/W 15 65 90 49 52 80 70 22 110 110 100 70 80 100 80 Lumen Korrekturfaktor Pupil-Lumen 1500 3770 18000 6125 20800 10000 8750 1100 2420 2860 26000 350 800 5000 3600 1,26 0,98 1,92 0,86 0,86 0,30 1,49 1,32 1,90 1,90 1,90 1,90 1,90 1,90 1,90 1890 3695 34560 5268 17888 3000 13037 1452 4598 5434 49400 665 1520 9500 6840 LED-Licht – Gesundheitsaspekte Moderne LED-Leuchtmittel haben ein Lichtspektrum von ca. 405 bis 700 nm. Dies bedeutet, dass LEDLeuchtmittel kein UV-Licht oder IR-Licht ausstrahlen. Die schädliche Wirkung von UV-Licht ist hinlänglich bekannt. Im Internet findet man eine Fülle entsprechender Informationen hierzu. Leuchtmittel auf Basis von Leuchtstoffen oder Metalldampflampen strahlen einen nicht unerheblichen Anteil des Lichts im Bereich unter 400 nm (UV-Licht) ab. Leuchtstoff- und Energiesparlampen haben einen UV-Anteil von ca. 4%. UV-Licht lässt Farben ausbleichen, Kunststoffe verspröden, verursacht Hautänderungen. Sie kennen die Auswirkungen z.B. in Modegeschäften, wo lange ausgelegte Waren deutliche Farbunterschiede zu verpackter Neuware zeigen. Studien belegen auch, dass UV-Licht aus künstlichen Lichtquellen zu Haarausfall führen kann. Diese Gefahren bestehen bei LED-Licht nicht. Der hohe Blauanteil im LED-Lichtspektrum bewirkt die Reduzierung des Melatoningehalts im Blut. Wir bleiben länger aufmerksam und wach, weshalb LED-Beleuchtung am Arbeitsplatz, im Büro, an Maschinenarbeitsplätzen oder Werkbänken nicht nur wegen des helleren Lichts zu besserer Arbeitsqualität beiträgt. Durch das flimmerfreie, blaubetonte Licht ermüden die Augen nicht so schnell und Kopfschmerzen treten seltener auf. METOLIGHT LED-Leuchtmittel entsprechen der photobiologischen Klasse 0 bis 1 (DIN EN62471) wodurch suchergestellt ist, dass die Netzhaut beim direkten Blick in LEDs nicht geschädigt wird (anders als bei Laserlicht, der photobiologischen Klassen 3-4. LED-Leuchtmittel enthalten keine Gefahrstoffe, sind 100% RoHS-kompatibel und leicht recyclierbar. Lichtverschmutzung In Städten können wir kaum noch den Sternenhimmel bestaunen, weil das Licht herkömmlicher Leuchtmittel als Volumenstrahler quasi um die Ecke leuchten kann. Licht wird ungerichtet rundum abgestrahlt, auch dorthin, wo es nicht erwünscht ist. LEDs geben grundsätzlich ein gerichtetes, gebündeltes Licht ab (über die Kanten der LED-Chips). Daher können Leuchtmittel genau so ausgerichtet werden, so dass die auszuleuchtende Fläche vergleichsweise scharfkantig ausgeleuchtet wird. Eine Lichtverschmutzung ist durch das stark gebündelte Licht kaum möglich. ASMETEC GmbH – 67292 Kirchheimbolanden, - www.asmetec-shop.de – [email protected] – Tel: +49-6352-75068-0 – Fax: +49-6352-75068-29 Die vorstehenden Angaben basieren auf dem aktuellen Stand unserer Kenntnisse. Unsere Angaben enthalten keine Zusicherung von Eigenschaften. Die Verwendung unserer Produkte durch unsere Kunden unterliegt den verschiedensten Bedingungen, sodass kein Kunde von der Eigenerprobung der Verwendbarkeit unserer Produkte entbunden ist. Eine Haftung für Folgeschäden ist in jedem Fall ausgeschlossen. Für Schäden, die sich aus der Verwertung unserer Angaben ergeben, haften wir nur, wenn uns Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit nachgewiesen werden kann. METOLIGHT ist eine eingetragene Marke der ASMETEC GmbH Lumen und Helligkeitsempfinden Okt-13, Version 1
