Lux
Abgeleitete SI-Einheit · Größe: Beleuchtungsstärke
01 · Definition
Die Beleuchtungsstärke ist der Strom geteilt durch die Fläche; die Leuchtdichte einer streuenden Fläche ist der Reflexionsgrad mal der Beleuchtungsstärke, geteilt durch Pi; ein Foot-Candle sind 10,764 Lux
Messungen im Raster ergeben eine Karte der Beleuchtungsstärke und einen Gleichmäßigkeitsgrad: ein einzelner Wert unter der Lampe sagt nichts darüber, was in der Ecke geschieht. Ohne eine solche Karte gibt es keine Abnahme der Beleuchtung.
Daraus folgt die Haupteigenschaft der Einheit: ein und dieselbe Lampe liefert ganz unterschiedliche Beleuchtungsstärken, je nachdem, wie hoch sie hängt und wohin sie zeigt. Der Strom nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab, und eine von einem Meter auf zwei angehobene Lampe beleuchtet den Tisch viermal schwächer. Der zweite Faktor ist der Einfallswinkel: schräg ankommendes Licht verteilt sich auf eine größere Fläche, und der Kosinus dieses Winkels geht unmittelbar in die Rechnung ein. Genau darum zählt man in der Lichtplanung nicht Lampen, sondern Lux auf der Arbeitsfläche, und die Normen geben den Wert in achtzig Zentimetern Höhe über dem Boden an.
Beleuchtungsnormen sind keine Empfehlung, sondern eine verbindliche Forderung: dreihundert Lux für ein Büro, fünfhundert für Zeichenarbeiten, zwanzigtausend im Operationsfeld. Gemessen wird mit dem Luxmeter in Höhe der Arbeitsfläche, nicht unter der Decke.
An einem bedeckten Tag unter freiem Himmel sind es fünftausend Lux, direkt am Fenster zweitausend und vier Meter davon entfernt nur noch fünfzig: ein vierzigfacher Unterschied über die Länge eines Zimmers. Das Auge bemerkt das kaum, weil es sich logarithmisch anpasst, und subjektiv wirkt der Raum gleichmäßig hell. Baunormen arbeiten deshalb nicht unmittelbar mit Lux, sondern mit dem Tageslichtquotienten — dem Verhältnis des Lichts an einem Punkt zum Licht unter freiem Himmel, in Prozent.
02 · Umrechnung
Geben Sie eine Beleuchtungsstärke ein — das Blatt zerlegt sie nach Einheiten
Das Lux ist die einzige lichttechnische Einheit, die gesetzlich geregelt ist: wie viel Licht auf einen Arbeitstisch, einen Operationstisch und eine Schultafel fallen muss, steht in den Hygienevorschriften.
Die letzte Zeile der Liste ist keine Umrechnung, sondern eine Abschätzung: fällt das Licht auf eine matte weiße Fläche, die fast alles zurückwirft, so ist die Leuchtdichte dieser Fläche in Candela je Quadratmeter etwa dreimal kleiner als die Beleuchtungsstärke in Lux. Der genaue Faktor ist der Reflexionsgrad geteilt durch Pi, für eine graue Wand also viermal kleiner und für schwarzen Samt fast null. Das Luxmeter misst einfallendes Licht, das Auge sieht zurückgeworfenes — daher der Unterschied im Eindruck gleich beleuchteter Räume.
Das Foot-Candle ist dieselbe Größe, auf den Quadratfuß bezogen: ein Faktor von fast elf. Phot und Nox sind Einheiten des CGS-Systems, die in älterer lichttechnischer Literatur begegnen.
| Einheit | Name | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|---|
| lx | Lux, die SI-Einheit | 500 | Beleuchtungsnormen, Lichttechnik |
| klx | Kilolux | 0,5 | Tageslicht, Sonne |
| mlx | Millilux | 500000 | Astronomie, Dämmerung |
| lm/m² | Lumen je Quadratmeter | 500 | Rechnung aus dem Strom der Leuchten |
| fc | Foot-Candle | 46,45 | USA, Kanada, Beleuchtungsnormen |
| cd/m² | die Leuchtdichte einer weißen Fläche | 159,15 | eine Schätzung dessen, was das Auge sieht |
| ph | Phot, CGS-System | 0,05 | Lichttechnik bis in die 1960er |
| nx | Nox, ein Tausendstel Lux | 500000 | nächtliche Beleuchtung, Verdunkelung |
| Meterkerze | der alte Name des Lux | 500 | Literatur vor 1948 |
| Fuß-Kerze | die russische Übersetzung von foot-candle | 46,45 | Literatur bis in die 1960er |
| lm/ft² | Lumen je Quadratfuß | 46,45 | die Aufzeichnung des Foot-Candle über den Strom |
| lx | Lux | 500 | die heutige Einheit |
Ein weißes Blatt hat bei fünfhundert Lux eine Leuchtdichte von etwa hundertsechzig Candela je Quadratmeter — ungefähr wie ein Notebookbildschirm im Zimmer.
03 · Größenordnungen
vom Sternenhimmel bis zum OperationssaalIn Foot-Candle und Phot umrechnen
04 · Messgeräte
Womit die Beleuchtungsstärke gemessen wird
Eine Siliziumfotodiode mit korrigierendem Filter: ohne ihn sähe das Gerät Infrarotstrahlung, die das Auge nicht bemerkt. Der Filter passt die Empfindlichkeit an die Hellempfindlichkeitskurve an, und von der Güte dieser Anpassung hängt die ganze Klasse des Geräts ab.
Die Beleuchtungskommission mittelte die Empfindlichkeit des menschlichen Auges über das Spektrum und erhielt eine Kurve mit dem Maximum bei 555 Nanometern. Von da an waren die lichttechnischen Größen nicht mehr rein physikalisch: in ihnen steckt ein gemittelter Beobachter.
Der fotografische Verwandte des Luxmeters: es misst dasselbe Licht, gibt aber keine Lux aus, sondern ein Paar aus Belichtungszeit und Blende. Die Skala der Lichtwerte ist logarithmisch, und jede Stufe bedeutet eine Verdopplung der Beleuchtungsstärke — eine Gewohnheit, die aus der Lichttechnik in die Fotografie kam.
Der Punkt neben der Frontkamera ist dieselbe Fotodiode, die die Bildschirmhelligkeit steuert. Luxmeter-Apps nutzen genau sie, doch der Sensor hat keine Kosinuskorrektur, das Deckglas verfälscht das Spektrum, und der Fehler erreicht leicht dreißig Prozent.
Für Pflanzen sind Lux nutzlos: die Hellempfindlichkeitskurve beschreibt das menschliche Auge und nicht die Photosynthese. Gezählt wird der Photonenstrom in Mikromol je Quadratmeter und Sekunde, und dafür gibt es einen eigenen Sensor.
Das Lux ist die Beleuchtungsstärke einer Fläche, auf deren jeden Quadratmeter ein Lichtstrom von einem Lumen fällt. Die Größe beschreibt nicht die Quelle, sondern den Ort: wie viel Licht auf dem Tisch, der Seite, dem Boden angekommen ist.
05 · Schreibregeln
Beide Buchstaben klein
Das Kerzennormal wurde endgültig durch eine Definition über die Strahlungsleistung ersetzt: eine monochromatische Quelle bei 540 Terahertz liefert 683 Lumen je Watt. Das Lux erhielt als von der Candela abgeleitete Einheit dieselbe exakte Verankerung.
Das Formelzeichen der Beleuchtungsstärke ist ein kursives E. Der häufigste Fehler in Katalogen ist, einer Lampe Lux zuzuschreiben: eine Lampe hat einen Lichtstrom in Lumen, Lux entstehen erst auf einer Fläche und hängen vom Abstand ab. Umgekehrt gibt man bei Scheinwerfern und Taschenlampen die Lichtstärke in Candela an, mitunter auch die Beleuchtungsstärke in einer genannten Entfernung — dann muss die Entfernung neben der Zahl stehen. Vorsätze werden frei verwendet: Millilux begegnet in der Astronomie, Kilolux in Beschreibungen des Tageslichts.
06 · Benachbarte Einheiten
Das Zeichen der Einheit sind zwei kleine lateinische Buchstaben, lx, in aufrechter Schrift. Die Einheit ist nicht nach einem Menschen benannt, sondern nach dem lateinischen Wort für «Licht», darum stehen keine Großbuchstaben darin. Im Deutschen bleibt der Plural gleich: fünfhundert Lux.
Von den Datenblättern von Simetrium grenzen ans Lux Lumen und Candela aus der Definition, Foot-Candle als angloamerikanisches Gegenstück, Steradiant aus dem Raumwinkel und Watt, an das der Lichtstrom über die Hellempfindlichkeitskurve gebunden ist.
07 · Historischer Teil
Das Licht, das man zu regeln lernte
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und die Einheiten außerhalb des Systems, ohne die weder Technik noch Alltag auskommen. Jede hat ihr eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Geräte, Schreibregeln. In 14 Sprachen.
Der Internationale Elektrikerkongress nahm die metrischen lichttechnischen Einheiten an: Lux, Lumen und Phot. Der Name stammt vom lateinischen lux — Licht: eine der wenigen Einheiten des Systems, die unmittelbar von einem Wort und nicht von einem Namen kommen, wie Lumen, Radiant und Katal.
Eine milchige Kuppel über dem Empfänger lässt das Gerät auf Licht aus jeder Richtung genau so ansprechen, wie es eine ebene Fläche täte. Ohne diese Korrektur unterschätzt das Luxmeter den Anteil des Seitenlichts und irrt in einem Raum mit Fenster um das Doppelte.
Als Normal diente eine Kerze aus Walrat von bestimmter Dicke, die mit bestimmter Geschwindigkeit abbrannte, und die Beleuchtungsstärke gab man in Foot-Candle an. Die Reproduzierbarkeit war schlecht: die Flamme hing von der Luft, vom Docht und vom Wetter im Labor ab.
Eine Einheit mit einem Menschen darin
Das Lux ist ein seltener Fall einer physikalischen Einheit, deren Definition Biologie enthält. Der Lichtstrom ergibt sich, indem das Leistungsspektrum mit der Hellempfindlichkeitskurve gewichtet wird, und diese Kurve wurde in den zwanziger Jahren aus Versuchen an einigen Dutzend Beobachtern gewonnen, die die Helligkeit von Flimmern verschiedener Farbe verglichen. Die Kurve wurde gemittelt, genormt und seither kaum verändert, obwohl bekannt ist, dass bei wirklichen Menschen das Empfindlichkeitsmaximum wandert und die Linse mit dem Alter vergilbt und den blauen Teil des Spektrums immer schlechter durchlässt. Daraus folgt praktisch: zwei Quellen mit derselben Beleuchtungsstärke in Lux können verschieden aussehen, wenn sich ihre Spektren unterscheiden — eine LED mit einer Lücke im Cyan und eine Glühlampe ergeben dieselbe Zahl am Gerät und einen anderen Eindruck im Raum. Deshalb verlangen Normen neben der Beleuchtungsstärke stets auch Angaben zu Farbtemperatur und Farbwiedergabe: Lux allein beschreiben das Licht nicht.
Das Auge täuscht: zwischen Dämmerung und Mittag liegt das Millionenfache
Ein Mensch liest sicher bei fünfzig Lux und bei fünftausend, ohne den hundertfachen Unterschied zu bemerken: die Pupille verengt sich, und das Gehirn stellt die Wahrnehmung nach. Genau deshalb müssen Beleuchtungsnormen als Zahl festgelegt werden und nicht nach Augenmaß — das Luxmeter sieht, was der Mensch nur als «hell» empfindet. Daher auch der übliche Fehler bei der Lampenwahl für zu Hause: der Raum wirkt hell, während auf dem Arbeitstisch nicht einmal die Hälfte der geforderten dreihundert Lux ankommt.
Katalog · Maßeinheiten
Ein Datenblatt für jede Größe
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und die Nicht-SI-Einheiten, ohne die weder Technik noch Alltag auskommen. Jede ein eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Messgeräte, Schreibregeln. In 14 Sprachen.