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LICHTQUALITÄT

Eine einfache Antwort auf die Frage „Was ist gutes Licht?“ kann nicht so einfach gegeben werden.

Licht sind elektromagnetische Wellen, die sichtbar sind. Es kann sehr verschiedene Wirkungen auf den Menschen entfalten. Um Lichtquellen wie z.B. Leuchten und Leuchtmittel vergleichen und bewerten zu können sind daher verschiedene Kriterien entwickelt worden. Neben den physikalischen Möglichkeiten Licht zu definieren, gibt es diejenigen Angaben, die die Wirkung des Lichtes auf den Menschen beschreiben.

Die wichtigsten sind: Helligkeit, Farbe und Farbwiedergabe.

 

HELLIGKEIT

Wie viel Licht als angenehm empfunden wird, hat mit der Stimmung zu tun, die der Mensch jeweils erwartet. Ob wir ruhen, angeregt arbeiten oder entspannt erholen wollen, entscheidet über die Helligkeit, die die jeweilige Umgebung haben sollte. Für eine Leuchte ist jeweils entscheidend, dass das Licht, das direkt von der Leuchte ins Auge fällt nicht zu grell ist, also nicht blendet. Je kleiner der Lichtaustritt, je größer die Lichtmenge der Leuchte ist und je flacher das Licht uns anstrahlt, desto größer die Blendung. Leuchten, die viel Licht spenden, sollten also von oben nach unten strahlen.

 

FARBE

Licht ist nahezu immer ein Mischmasch aus elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen. Licht von nur einer Wellenlänge ist sogenanntes monochromatisches Licht, also Licht einer reinen Farbe. Wir kennen diese Lichtfarben als Regenbogenfarben. Alle anderen Farben, auch die Lichtfarbe „Weiß“ sind Mischungen. Da der Mensch im Prinzip nur rote, grüne und blaue Sensoren für Farben im Auge hat, nimmt er auch nur diese wahr. Alle vom Menschen wahrgenommenen Farben könnten also aus diesen drei reinen Farben gemischt werden, auch die Lichtfarbe „Weiß“. Dies wird bei Bühnenshows, Eventbeleuchtungen und Architainment auch meist so gemacht. Die Farbe des Lichtes wird als X­­­­- und Y-Wert auf einer Fläche definiert (CIE-Diagram), wobei die reinen Farben (monochromatische oder Regebogenfarben) auf der gebogenen Linie amRand liegen.

Farbtafel

Lichtfarbe „Weiß“: Der Mensch sieht kein absolutes „Weiß“. Wäre das so, so würden wir immer einen Farbstich, also ein „irgendwie weiß“ aber doch ins Bunte abgleitende sehen, da sich die Beleuchtungssituation ständig ändert; auch und gerade in der Natur. Unser Sehapparat gleicht die vorgefundene Lichtsituation ab, nimmt quasi den Durchschnitt alles gesehenen Lichtes als weiße Mitte an und adaptiert Flächen, die wir als weiß erwarten als weiß. So ist der Schnee auf dem Gletscher weiß, ein Blatt Papier im Park ebenso weiß, wie spät abends bei Kerzenschein, auch wenn physikalisch komplett andere, faktische Werte gemessen werden können. Trotzdem können wir feststellen, dass es Licht gibt, das besser geeignet ist den Eindruck „Weiß“ zu erzeugen als anderes. Das kommt daher, dass natürliches Licht nahezu immer von sogenannten Planckschen Strahlern kommt: das sind Strahler, die alle Lichtfarben abstrahlen, nicht nur wenige Lichtfarben wie z.B. rot, grün und blau. Ihr sogenanntes Lichtspektrum hat also keine Löcher. Planksche Strahler erzeugen Licht, indem sie einfach so heiß sind, dass die Energie die sie abstrahlen nicht nur als Wärme empfunden wird, sondern als Licht sichtbar ist. Glühlampen, offenes Feuer und die Sonne sind solche Plancksche Strahler. Obwohl auch Plancksche Strahler unterschiedliche Lichtfarben, also unterschiedliche „Weiß“ haben können, sind sie trotzdem ähnlich. Daher wurden die Lichtfarben der Lichtquellen, die Plancksche Strahler sind, als „Weiß“ definiert. Die unterschiedlichen Weißfarben werden in der Temperatur angegeben, die die Plankschen Strahler haben, die diese Weißfarbe abstrahlen. Die Sonne hat im strahlenden Bereich eine Temperatur von ca. 6000°K (0°K=−273,15°C) und daher hat das Sonnenlicht grob die Weißfarbe 6000°K. Unter der Atmosphäre ändert sich dies je nach Sonnenstand etc. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird dieser physikalischen Temperaturangabe entgegen gerade Licht mit einer hohen Farbtemperatur als „kalt“, Licht mit einer niedrigen Farbtemperatur (Kerze z.B. 1500°K) dagegen als „warm“ bezeichnet.

Alle Farben der Planckschen Strahler werden zusammen als „Planckscher Lokus“, „Black-Body-Curve“ oder „Kurve der Schwarzen Strahler“ bezeichnet. Um Lichtsituationen vergleichbar zu machen, wurden einige der Farben als „Weißpunkte“ definiert. Leuchtmittel, die „weißes“ Licht erzeugen, werden in ihrer Lichtfarbe mit der Angabe der „Farbtemperatur“ charakterisiert. Die Lichtfarbe von Leuchtmitteln (insbesondere Leuchtstoffröhren, HCI etc.) wird heutzutage mittels einer dreistelligen Zahl angegeben, z.B. 832, wobei die letzten beiden Stellen die Farbtemperatur in Hunderten angibt, z.B. 832 entspricht 3200°K.

Farbtafel mit Planckschem Lokus, Weißpunkten und Farbtemperatur

Nun erzeugen moderne, sparsame Leuchtmittel, wie z.B. Leuchtstoffröhren, Gasentladungsleuchten oder LEDs, ihr Licht nicht durch Hitzeentwicklung, um möglichst wenig Verluste durch Abwärme zu produzieren. Diese Leuchtmittel haben in ihrer Lichtwirkung zwei Nachteile. Zum einen liegen ihre Lichtfarben nicht (exakt) auf der Black-Body-Curve. Wenn solch ein Licht mit anderem Licht vermischt wird, fallen die Farbabweichungen, z.B. ein grüner Farbstich, deutlich ins Auge. Zum anderen besitzt ihr Lichtspektrum nicht alle Farben gleichermaßen, einige Lichtfarben und Wellenlängenbereiche sind unterrepräsentiert. Auch wenn das menschliche Auge das Licht so als annähernd weiß wahrnimmt, ist die Lichtqualität geringer. Insbesondere wenn Gegenstände angeleuchtet werden, können diese z.T. deutliche Farbveränderungen aufweisen. Im Bereich von Lebensmitteln ist das menschliche Auge natürlicherweise besonders empfindlich gegenüber solchen Farbveränderungen. Diese unterschiedliche Eignung zum Reproduzieren von Farbe wird als Farbwiedergabeindex angegeben

 

FARBWIEDERGABE

Die Lichtqualität von Leuchtmitteln wird durch den Farbwiedergabeindex oder auch CRI (Color Rendering Index) bestimmt. Dieser gibt an, mit welcher Qualität Farben von angestrahlten Flächen wiedergegeben werden d.h. wie natürlich Farben im Licht der Lampen erscheinen. Je höher der Farbwiedergabeindex Ra, desto natürlicher und angenehmer werden die Farben vom menschlichen Auge empfunden. Die Farbwiedergabe eines Leuchtmittels wird im Vergleich zu einem Plankschen Strahler der äquivalenten Farbtemperatur gemessen, wobei dem Planksche Strahler das Maximum mit Index 100 zugewiesen ist. Glühlampen als nahezu ideale Planksche Strahler erreichen einen sehr guten CRI von knapp 100, während Leuchtstofflampen bei bis zu 93 liegen und LEDs bis zu 95 erreichen. Gängige Leuchtmittel liegen im Bereich von CRI 80-90, wohingegen eine Lampe mit einem Farbwiedergabeindex unter 80 als schlecht gilt und nicht in Aufenthalts- und Verkaufsräumen eingesetzt werden sollte. Die dreistellige Zahl, welche die Lichtfarbe von Leuchtstoffröhren und anderen Leuchtmitteln angibt, beinhaltet an der ersten Stelle den Farbwiedergabeindex. Eine Leuchtstoffröhre mit der Lichtfarbe 832 hat z.B. einen Farbwiedergabeindex von über 80. Das Testverfahren benutzt nach DIN 6169 bis zu 14 Farbtafeln, der Index a bei Ra besagt, dass nur die ersten acht Tafeln Verwendung fanden.

Testfarben nach DIN 6169

Da das Testverfahren für die Überprüfung von Gasentladungslampen (wie z.B. Leuchtstoffröhren) entwickelt wurde, kann es nur bedingt auf neuartige Leuchtmittel wie z.B. LEDs. OLEDs angewendet werden. Neue Testverfahren werden daher gerade entwickelt.

Ein weiteres Problem des Farbwiedergabeindex ist, dass es sich auf die Angabe bei Neuwertigkeit des Leuchtmittels bezieht. Gerade bei LEDs wandert jedoch der Farbort bei schlechter Qualität der LED oder Leuchtenkonstruktion während des Betriebs (Temperatur bzw. Alterung) deutlich. Es entstehen Farbstiche und schlechtere Farbwiedergaben.

 

ZUSAMMENFASSUNG

Lichtqualität setzt sich aus verschiedenen Faktoren zusammen, die aufeinander abgestimmt sein müssen. Helligkeit und Lichtfarbe hängen eng zusammen: helles Licht wirkt bei geringer Farbtemperatur unangenehm gelblich / rötlich, wohingegen schummeriges Licht mit hoher Farbtemperatur von Mittel- / Nordeuropäern als fahl und unwirtlich kalt empfunden wird. Die Lichtfarbe selber kann sowohl farbstichig sein, und / oder aber einen schlechten Farbwiedergabeindex aufweisen. Bei der Auswahl der Leuchten und Leuchtmittel ist auf Qualität zu achten, da die Angaben der Werte im Betrieb oder während der Betriebszeit abweichen können.