Pupil Lumens (Plm) und Lumen – das ist der Unterschied

Unterschiedliche Lichtquellen sind deutlich schwieriger miteinander zu vergleichen als zunächst angenommen. Dieser Tatsache trägt die neue Einheit Pupil Lumens (Plm) für das effektive Lumen Rechnung. Fakt ist, dass die Helligkeit des Lichts auch von dessen Farbe abhängt. Weißes bläuliches Licht erscheint heller als warme Lichtfarben. Dem ist die Wissenschaft auf den Grund gegangen und hat eine neue Einheit entwickelt.

Vermutlich haben Sie es schon selbst einmal beobachtet, dachten aber, dass mit den Angaben der Leuchtstärke etwas nicht stimmt. Zwei Lichtquellen, die den gleichen Lichtstrom aussenden, können für das Auge unterschiedlich hell erscheinen. Vielfach machen Lichtquellen die objektiv einen geringen Lichtstrom aussenden einen helleren Eindruck. Daraus ergeben sich neue Perspektiven.

Nachts sind alle Katzen grau

Das alte Sprichwort drückt eine Eigenart des menschlichen Auges aus, die bisher beim Vergleich der Lichtstärke nicht beachtet wurde. Dies ändert sich durch die Angaben des Effektivlumen (Pupil Lumens).

rote Mohnblüterote Blüte bei Dunkelheit

Eine schöne rote Blume wirkt bei Nacht nicht dunkler, sondern grau. Es scheint, dass die Farbe daraus verschwunden ist.

Die Farbe von blauen Blüten ist dagegen auch bei schlechten Lichtverhältnissen noch gut wahrnehmbar, oft sogar deutlicher als im hellen Licht. Dies liegt am Aufbau des menschlichen Auges. Die durch die Linse eindringenden Lichtreize treffen auf die Netzhaut. Dort befinden sich Stäbchen und Zapfen, die diese Reize empfangen und als elektrische Impulse an das Gehirn weiter geben.

Menschen haben drei verschiedene Zapfentypen auf der Netzhaut, den S-Typ (Blaurezeptor), den M-Typ (Grünrezeptor) und den L-Typ (Rotrezeptor). Die Rezeptoren sprechen erst ab einer bestimmten Lichtstärke an. Sie sorgen für kontrastreiches und farbiges Sehen. Dabei sprechen die Blaurezeptoren noch bei recht geringem Lichteinfall an, während die Rotrezeptoren kein Licht mehr empfangen können. Die Stäbchen sind für das photopische Sehen (Tagsehen) verantwortlich.

Die Stäbchen können auch auf schwaches Licht reagieren. Sie unterscheiden aber nicht nach Farben, daher erscheint bei Dunkelheit alles Grau. Das skotopische Sehen (Nachtsehen) liefert weniger kontrastreiche Bilder. Da die Stäbchen am Rand der Netzhaut vermehrt zu finden sind, sehen Menschen bei Dunkelheit in der Peripherie besser als im Zentrum. Diese Zellen nehmen blaugrünes Licht (Wellenlänge 500 nm besonders intensiv wahr.

Dieses biologische Phänomen wurde bisher beim Vergleich der Leuchtstärke nicht berücksichtigt. Meist sehen die Menschen sowohl photopisch als auch skotopisch. Dies führt dazu, dass Menschen Licht mit einem hohen blauen Anteil als intensiver und heller sehen, als gelbliches Licht. Die Einheit Lumen berücksichtigt lediglich die Intensität in der Gesamtheit, während die Einheit Pupil Lumens (Plm) die unterschiedliche Farbwahrnehmung mit einbezieht.

Berechnung von Effektivlumen

In Abhängigkeit der Zusammensetzung des Lichts werden verschiedene Faktoren ermittelt, um jeweils rechnerisch zu erfassen, wie ein ausgesendeter Lichtstrom von Menschen wahrgenommen wird. Basis bleibt nach wie vor Lumen, um die Stärke des Lichtstroms anzugeben. Durch Multiplikation des Lichtstroms in Lumen mit dem ermittelten Faktor (P / S Korrekturfaktor) ergibt sich die effektive Lichtstärke, die in Plm angegeben wird.

Je nach Farbe des Lichts kann das Effektivlumen größer oder kleiner sein als der ausgesendete Lichtstrom in Lumen. Dies macht sich im Alltag bemerkbar. In vielen Städten wurden beispielsweise Natriumdampflampen für die Straßenbeleuchtung eingesetzt, da diese einen höhere Lichtausbeute je Watt als Leuchtstoffröhren haben. Das gelbe Licht ermöglicht keine Farbwahrnehmung und Konturen werden unscharf erkannt. Die hohe Lichtausbeute von 70 Lumen/Watt bei den Hochdrucklampen und 165 Lumen/Watt bei den Niederdruckleuchten nützt wenig, denn die wahrgenommene Helligkeit ist deutlich niedriger der P / S Korrekturfaktor beträgt nur 0,38. Das Licht reicht in den Straßen nicht aus, um Gefahren rechtzeitig zu erkennen.

Leuchtmittel Farbe Lumen je Watt P / S Korrekturfaktor Plm je Watt
Glühbirne 100 Watt warmweiß 14-16 1,26 17 - 20
Halogenlampe 50 Watt neutralweiß 21-23 1,32 27 - 30
Natriumdampflampe 125 Watt gelb 78-82 0,38 30 - 31
LED 25 Watt bläulich-weiß 85-100 1,9 161 - 190

 

Extrem kaltes oder blaues LED-Licht sehen Menschen als deutlich heller, als es nach dem ausgesendeten Lichtstrom erscheinen sollte. Umgekehrt erscheint starkes gelbes Licht als dunkel.

Bedeutung für die Praxis

Plm gibt deutlich genauer an, wie hell ein Leuchtmittel wahrgenommen wird. Daher ist diese Einheit aussagekräftiger. Trotzdem sind die Angaben des Lichtstroms in Lumen im Privatbereich bei der Innenbeleuchtung oft ausreichend. Bei den LED Leuchtmitteln sind die die Möglichkeiten die Farben des Lichts zu ändern durch die Farbtemperatur und durch den Farbwiedergabeindex stark eingeschränkt. Aus diesem Grund ist auch Lumen ein verlässlicher Wert, sofern die Leuchtmittel den Vorschriften (Ra > 80) entspricht und sie die gleiche Farbtemperatur aufweisen. Kaltweißes Licht wird grundsätzlich heller wahrgenommen als warmweißes.

Im industriellen Bereich und bei der Außenbeleuchtung ergeben sich neue Ansätze. Die Anforderungen an die Farbwiedergabe sind geringer, außerdem besteht die Möglichkeit über farbiges statt weißes Licht für Helligkeit zu sorgen. Lampen mit einem hohen Blauanteil sorgen bei gleichem Lichtstrom (Lumen) für deutlich helleres Licht als Leuchtmittel, die in diesem Bereich kaum Strahlung emittieren. Dies ermöglicht die Entwicklung besonders sparsamer Leuchtmittel. Der Effektivlichtstrom liegt deutlich über dem Lichtstrom. Die Angabe in Plm ist unverzichtbar für den Vergleich der Helligkeit.

Die neue Einheit Plm sorgt für mehr Klarheit, wie hell ein Leuchtmittel tatsächlich ist. Obwohl es noch keine Vorschriften gibt, dass auch diese Maßzahl zu nennen ist, geben viele Hersteller schon heute die Helligkeit nicht nur in Lumen (lm) sonder auch in Pupil Lumens (Plm) an.