Die Lumen-Falle: Wie Lichtstrom-Werte hinter’s Licht führen

by Wolfgang Messer | 23.2.2013 18:14

Wie viel Helligkeit liefert eine (LED-)Lampe oder Leuchte insgesamt? Beziffert wird das mit einer Lumen-Zahl für den Lichtstrom. Klingt nach einer eindeutigen physikalischen Einheit, ist aber in Wirklichkeit nur ein virtueller Durchschnittswert für die subjektive Wahrnehmung des Lichts und wird häufig missbraucht.

Ulbricht-Kugel
Blick in eine geöffnete, große Ulbricht-Kugel[1], mit der unter anderem der Lichtstrom eines in der Mitte aufgehängten Leuchtmittels gemessen wird. (Foto: Swoolverton@Wikimedia Commons[2], bearbeitet, Lizenz: CC by-sa 3.0[3])

Eigentlich ist das kein LED-spezifisches Thema; es betrifft Lichtquellen jeder Art. Weil aber eine Watt-Angabe allein kaum noch als Anhaltspunkt für die Leistung der immer weiter verbreiteten, modernen, stromsparenden Beleuchtung taugt, sind andere Werte wichtiger geworden: Lichtstärke[4] beispielsweise oder Farbtemperatur[5], Farbwiedergabeindex[6], Abstrahlwinkel[7] – und vor allem der „Lichtstrom“[8] mit der Einheit „Lumen“[9], abgekürzt „lm“.

Lumen-Vergleichstabelle kleinDiese Angabe für die Gesamthelligkeit sehen Sie etwa in Tabellen, bei denen herkömmliche „Glühbirnen“ verschiedener Leistungsstufen mit LED-Lampen verglichen werden (rechts die offizielle EU-Gegenüberstellung).

Solche vermeintlichen Gleichsetzungen sind allerdings nicht ganz korrekt. So schafft eine normale 60-Watt-Glühlampe tatsächlich höchstens 700 und keine 806 Lumen. Eine EU-Verordnung[10] schreibt jedoch für „rundstrahlende“ LED-Leuchtmittel vor, dass sie mindestens 14% mehr Lichtstrom liefern müssen als die in der Werbung zum Vergleich genannten herkömmlichen „Birnen“.

Mit realen Bedingungen hat das wenig zu tun, weil LED-Lampen in der Regel das Licht stärker bündeln und deshalb über einen gewissen Raumwinkel sogar heller leuchten können als altertümliche Glühlampen – selbst wenn sie weniger Lumen haben.

Eigen-Banner-03-15[11]

Das virtuelle „Durchschnitts-Auge“

Diese Lichtstärke (Lichtstrom pro Raumwinkeleinheit) ist aber ein anderes Thema[12]; hier soll’s nur um den Lichtstrom gehen. Er soll der Maßstab für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Gesamthelligkeit einer Lichtquelle sein und wird mit speziellen Messgeräten und/oder rechnerisch ermittelt. Und da baumelt schon der erste Fallstrick: Das menschliche Auge gibt es nicht – jedes der rund 14 Milliarden Augen auf der Erde guckt aus biologischen und physikalischen Gründen anders.

Was tun Wissenschaftler in solchen Fällen? Sie basteln sich der Einfachheit halber aus verschiedenen Untersuchungen einen virtuellen „Durchschnitt“ und entwickeln daraus eine Norm. Sonst wird’s zu unübersichtlich. Beim Lichtstrom gilt deshalb seit einigen Jahrzehnten die „V-Lambda-Kurve“[13] für das durchschnittliche Helligkeitsempfinden verschiedener Lichtwellenlängen[14] am Tag, in Deutschland auch als „DIN 5031“ bekannt und in dieser Grafik rot gezeichnet:

V-Lambda-Kurve
Das durchschnittliche Helligkeitsempfinden über das Lichtwellenspektrum zwischen ca. 380 und 780 Nanometer beim Tag- (rote Kurve) und Nachtsehen (blaue Kurve). (Grafik: HHahn@Wikimedia Commons[15], Lizenz: GNU[16])

Massive Vorteile für Grün-Gelb

Zusätzlich zu den Kurven für das tag- und nachtadaptierte Auge („Purkinje-Effekt“[17]) gibt’s noch eine dritte für das „Dämmerungssehen“; die offizielle Lichtstrom-Berechnung bezieht sich aber nur auf das Tagsehen[18]. Außerdem beschränkt sie sich auf den klitzekleinen Bereich des „schärfsten Sehens“[19] in der Mitte des Auges. Was drumherum passiert, wird nicht berücksichtigt. Ausgehend von dieser Kurve, wurden genormte, gelbliche Farbfilter für Messgeräte sowie eine komplizierte Formel zur rechnerischen Ermittlung des Lumenwertes entwickelt.

Was sofort auffällt, sind die steilen Flanken links und rechts sowie der hohe Gipfel der roten Linie (1,0 auf der vertikalen Achse des Diagramms) im Bereich von Grün-Gelb. Ein Lumen entspricht dem Lichtstrom eines idealen, 1,464 Milliwatt starken 555-Nanometer-Emitters mit 100prozentiger Effizienz. Für exakt diese Farbe/Wellenlänge ist das tagadaptierte Auge am empfänglichsten, während etwa im hellroten Teil des Spektrums nur rund 10 Prozent dieser maximalen Empfindlichkeit erreicht werden. Für LED-Produzenten heißt das: Rot strahlende Module brauchen mindestens zehnmal so viel Leistung wie grün-gelbe, um als gleich hell wahrgenommen zu werden und somit die identische Lumenzahl zu erreichen.

Lumen-Maximierung mit fiesen Tricks

Schlaue Billigheimer in asiatischen Hinterhof-Klitschen nutzen diesen Effekt für die Produktion von LED-Lampen mit sagenhaften Lumen/Watt-Effizienzwerten[20]. Sie „tunen“ einfach ihre Chips mit entsprechenden Beschichtungen[21] auf maximale Strahlung im Gelb-Grünbereich und holen mit diesem fiesen Trick viel Lichtstrom aus wenig Leistung und geringen Selbstkosten. Farbtemperatur und Farbtreue des Lichts spielen bei dieser Lumen- und Profitmaximierung höchstens eine untergeordnete Rolle. Das Ergebnis gibt’s nicht nur bei einschlägig bekannten „eBay-Shops“ und sieht beispielsweise so aus:

Casalux-Winkel
Die ziemlich unangenehme Lichtfarbe einer ehemals von ALDI vertriebenen „Casalux“-LED-Leuchte[22] mit starker Betonung des gelb-grünen Spektralbereichs. Der Farbwiedergabeindex wurde verschwiegen und liegt wohl kaum über CRI/Ra 70. (Foto: W. Messer)

Seriöse LED-Hersteller mit Premium-Anspruch haben es beim Schwa.. Lumenvergleich deutlich schwerer. Angenehme, „warm-weiße“ Lichtfarben um 2700 Kelvin und anständige Farbwiedergabeindex-Werte über CRI/Ra 80 werden nämlich regelmäßig mit höheren Entwicklungs- und Produktionskosten sowie mit geringerer Lichtstrom-Ausbeute bezahlt. Wer als Kunde demnach beim LED-Kauf nur auf die Preise, Lumen- und Lumen/Watt-Werte schaut, der könnte ganz schön hinter’s Licht geführt werden.

Mehr zum Thema:

LED-Helligkeit: Lumen sagen nur die halbe Wahrheit [23]

LED-Licht: Der Schein kann trügen [24]

Auf Treue achten – auch bei LED-Lampen [25]

Blog-Leserfrage (15): Lumen, Lux und Candela mit der Gartenbrause erklären?[26]

LED-Lampen und das Winkel-Dilemma [27]

Beitrag teilen:
Facebooktwittergoogle_pluslinkedinmailFacebooktwittergoogle_pluslinkedinmail
Folge mir bei ...
twittergoogle_plusyoutubetwittergoogle_plusyoutube
Links/Quellen:
  1. Ulbricht-Kugel: http://de.wikipedia.org/wiki/Ulbricht-Kugel
  2. Swoolverton@Wikimedia Commons: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Luminance_Chamber.jpg
  3. CC by-sa 3.0: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.de
  4. Lichtstärke: http://fastvoice.net/2012/03/07/led-helligkeit-lumen-sagen-nur-die-halbe-wahrheit/
  5. Farbtemperatur: http://fastvoice.net/2012/06/06/led-licht-der-schein-kann-trugen/
  6. Farbwiedergabeindex: http://fastvoice.net/2012/02/19/auf-treue-achten-auch-bei-led-lampen/
  7. Abstrahlwinkel: http://fastvoice.net/2013/02/12/led-lampen-und-das-winkel-dilemma/
  8. „Lichtstrom“: http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtstrom
  9. Einheit „Lumen“: http://de.wikipedia.org/wiki/Lumen_%28Einheit%29
  10. EU-Verordnung: http://fastvoice.net/2012/08/07/keine-eu-messvorgaben-wie-schaltfest-sind-led-lampen/
  11. [Image]: http://www.fastvoice.de
  12. ein anderes Thema: http://fastvoice.net/2012/03/07/led-helligkeit-lumen-sagen-nur-die-halbe-wahrheit/
  13. „V-Lambda-Kurve“: http://de.wikipedia.org/wiki/V-Lambda-Kurve
  14. Lichtwellenlängen: http://de.wikipedia.org/wiki/Licht
  15. HHahn@Wikimedia Commons: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LuminosityCurve1.svg
  16. GNU: http://de.wikipedia.org/wiki/GNU-Lizenz_f%C3%BCr_freie_Dokumentation
  17. „Purkinje-Effekt“: https://de.wikipedia.org/wiki/Purkinje-Effekt
  18. Tagsehen: http://de.wikipedia.org/wiki/Photopisches_Sehen
  19. klitzekleinen Bereich des „schärfsten Sehens“: http://de.wikipedia.org/wiki/Fovea_centralis
  20. Lumen/Watt-Effizienzwerten: http://fastvoice.net/2013/01/28/wie-effizient-ist-led-beleuchtung/
  21. Beschichtungen: http://fastvoice.net/2012/03/05/wie-leds-zum-gluhlampen-ersatz-werden/
  22. „Casalux“-LED-Leuchte: http://fastvoice.net/2011/09/13/casalux-led-leuchten-aldi-lasst-lumen-sucher-im-dunkeln/
  23. LED-Helligkeit: Lumen sagen nur die halbe Wahrheit : http://fastvoice.net/2012/03/07/led-helligkeit-lumen-sagen-nur-die-halbe-wahrheit/
  24. LED-Licht: Der Schein kann trügen : http://fastvoice.net/2012/06/06/led-licht-der-schein-kann-trugen/
  25. Auf Treue achten – auch bei LED-Lampen : http://fastvoice.net/2012/02/19/auf-treue-achten-auch-bei-led-lampen/
  26. Blog-Leserfrage (15): Lumen, Lux und Candela mit der Gartenbrause erklären?: http://fastvoice.net/2015/02/09/blog-leserfrage-15-lumen-und-candela-mit-der-gartenbrause-erklaeren/
  27. LED-Lampen und das Winkel-Dilemma : http://fastvoice.net/2013/02/12/led-lampen-und-das-winkel-dilemma/

Source URL: http://fastvoice.net/2013/02/23/die-lumen-falle-wie-lichtstrom-werte-hinters-licht-fuhren/