Lumen
Satuan turunan SI · besaran: fluks cahaya
01 · Definisi
Lumen adalah fluks cahaya yang dipancarkan oleh sumber dengan intensitas satu kandela ke dalam sudut ruang satu steradian. Besaran ini melukiskan seluruh cahaya yang diberikan sumber ke luar, tak peduli ke mana ia diarahkan.
Lumenlah yang menggantikan watt pada kemasan lampu, ketika dioda pemancar cahaya membuat daya menjadi ukuran kecerahan yang tak bermakna: lampu pijar enam puluh watt dan dioda delapan watt memberi delapan ratus lumen yang sama. Pengukuran fluks secara utuh menuntut cahaya dikumpulkan dari segala arah — sumber yang bersinar merata ke segala penjuru memancar ke dalam empat pi steradian, artinya 12,57 kali lebih banyak lumen daripada kandela intensitas cahayanya. Lampu sorot dengan intensitas sama tetapi berkas sempit memberi fluks puluhan kali lebih kecil, dan dari satu angka di kotak ia tak dapat dibedakan dari lampu biasa.
Watt mengatakan berapa banyak alat itu makan, lumen mengatakan berapa banyak cahaya yang ia beri. Lampu delapan puluh watt zaman Soviet bersinar lebih lemah daripada lampu sepuluh watt sekarang: dayanya bertambah, efikasinya diam di tempat.
Lampu pijar memberi sekitar tiga belas lumen per watt, halogen dua puluh, neon enam puluh, dioda masa kini seratus dua puluh sampai dua ratus. Batas teoretis untuk cahaya putih dengan renderasi warna yang dapat diterima ada di sekitar tiga ratus, sedangkan batas mutlak, untuk hijau monokromatik, adalah 683 lumen per watt — dan itu bukan lagi kendala teknis melainkan definisi kandela. Beda antara pijar dan dioda mudah dijelaskan: filamen yang membara memancarkan hampir seluruh energinya di inframerah, yang sama sekali tak dilihat mata.
Ujung atas skala adalah Matahari: 3,6·10²⁸ lumen. Dari jumlah itu yang sampai ke permukaan bumi pada tengah hari sekitar seratus ribu lux, dan tak ada lampu yang membantahnya.
02 · Konversi
Masukkan fluks — lembar ini akan menguraikannya menurut satuan
Konversi ke kandela hanya mungkin dengan catatan tentang sudut ruang, karena itu tabel menghitung untuk pancaran merata ke segala arah. Watt pada baris terakhir bukan daya lampu, melainkan fluks radiasi pada panjang gelombang kepekaan mata tertinggi.
Lumen saja tidak cukup untuk memilih lampu: dua sumber dengan fluks sama berbeda dalam suhu warna dan indeks renderasi warna. Dua ribu tujuh ratus kelvin memberi cahaya kuning hangat lampu pijar, enam ribu memberi cahaya siang yang dingin; indeks renderasi di bawah delapan puluh berarti warna-warna di kamar akan melenceng, dan makanan serta kulit tampak tidak wajar. Label Eropa menuntut ketiga angka ada di kemasan, tetapi yang biasanya tertangkap mata hanyalah fluks.
| Satuan | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, satuan SI | 800 | lumen, satuan SI |
| klm | kilolumen | 0,8 | kilolumen |
| Mlm | megalumen | 0 | megalumen |
| mlm | mililumen | 800000 | mililumen |
| cd·sr | kandela per steradian — persis hal yang sama | 800 | kandela per steradian — persis hal yang sama |
| lm·h | lumen-jam: kuantitas cahaya, fluks sepanjang waktu menyala | 800 | lumen-jam: kuantitas cahaya, fluks sepanjang waktu menyala |
| W(LED) | watt sebuah dioda: berapa yang ia makan untuk fluks ini | 5,71 | watt sebuah dioda: berapa yang ia makan untuk fluks ini |
| W(inc) | watt lampu pijar — kebiasaan dari abad lalu | 61,5 | watt lampu pijar — kebiasaan dari abad lalu |
| HK | lilin Hefner: standar Jerman dengan amil asetat | 88,9 | lilin Hefner: standar Jerman dengan amil asetat |
Faktor empat pi hanya berlaku untuk pancaran merata ke segala arah.
03 · Orde besaran
dari lampu indikator ke mercusuarratusan dan ribuan: lampu ruangan, lampu meja, lampu depan mobil
04 · Alat ukur
Dengan apa fluks cahaya diukur
Bola berongga dengan lapisan putih penyebar: cahaya lampu di dalamnya dipantulkan ribuan kali, dan iluminansi pada dindingnya menjadi sebanding dengan fluks total, tak peduli ke mana lampu tadi menyorot. Ini alat baku untuk sertifikasi lampu, dengan garis tengah dari dua puluh sentimeter sampai tiga meter.
Detektor perlahan mengelilingi sumber sepanjang permukaan bola dan mencatat intensitas cahaya ke tiap arah; fluks diperoleh dengan pengintegralan. Pengukuran memakan waktu berjam-jam, tetapi memberi kurva sebaran cahaya yang lengkap — tanpa itu luminer tak dapat dirancang.
Ia menguraikan cahaya menjadi spektrum dan membobot tiap panjang gelombang dengan kurva kepekaan mata. Satu-satunya cara mengukur fluks tanpa galat sistematis pada sumber bergaris sempit — dioda dan lampu lucutan, tempat penapis fotometer biasa tidak mengikuti kurva dengan cukup tepat.
Di dalam definisi lumen sendiri tersembunyi kurva kepekaan — kepekaan rata-rata mata, yang diambil pada tahun 1920-an atas beberapa puluh pengamat. Karena itu dua lampu dengan angka sama di kotak bisa tampak berbeda: fluksnya sama, spektrumnya tidak.
Lampu pijar pilihan khusus dengan arus yang distabilkan, fluksnya disahkan oleh lembaga nasional. Dengannya bola dan fotometer dikalibrasi, sementara ia sendiri menua: umur yang dinyatakan diukur dalam puluhan jam menyala, sesudah itu perlu pemeriksaan ulang.
05 · Aturan penulisan
Kedua hurufnya kecil, dan jangan dikacaukan dengan lux
Lambang satuan ini dua huruf Latin kecil, lm, dengan huruf tegak. Namanya berasal dari bahasa Latin lumen — cahaya, karena itu tak ada huruf besar di dalamnya. Dalam bahasa Indonesia bentuknya tidak berubah setelah angka: delapan ratus lumen.
Lambang besaran ini adalah Φ Yunani miring. Lumen melukiskan sumber, lux melukiskan permukaan yang disinari: memberi angka lux pada sebuah lampu berarti tidak menyebut jarak, yaitu tidak mengatakan apa-apa. Pada senter dan lampu sorot, pabrikan gemar mencantumkan «lumen ANSI» — fluks yang diukur dengan metode Amerika dan waktu pemanasan yang ditetapkan; lumennya sama saja, hanya kondisi ujinya disebutkan, dan justru itulah yang membuat angkanya dapat dibandingkan. Jebakan tersendiri adalah «lumen di keluaran dioda» versus «lumen yang keluar dari luminer»: penyebar dan reflektor memakan sepuluh sampai tiga puluh persen.
Pada proyektor ditulis «lumen ANSI»: lumen yang sama, hanya diukur dengan metode baku pada sembilan titik di layar. Angka tanpa keterangan ANSI tak layak dibandingkan satu sama lain — pabrikan boleh mengukurnya sesuka hati.
06 · Satuan tetangga
Lumen berdiri di antara kandela dan lux: kandela mengatakan seberapa kuat sumber bersinar ke satu arah, lumen mengatakan berapa banyak cahaya yang ia beri seluruhnya, lux mengatakan berapa dari itu yang sampai ke permukaan.
Di antara lembar-lembar Simetrium bertetangga dengan lumen kandela dan steradian dari definisi, lux sebagai fluks per luas, foot-candle dalam praktik Anglo-Amerika, dan watt, tempat fluks cahaya diikatkan lewat kurva kepekaan.
07 · Bagian sejarah
Dari lilin ke angka di kotak
Standar Jerman dahulu adalah lampu Hefner, yang membakar amil asetat dengan sumbu bergaris tengah yang ditetapkan ketat. Ia memberi sekitar sembilan persepuluh kandela baru, tetapi bergantung pada kelembapan dan tekanan udara sedemikian rupa sehingga hasilnya harus dikembalikan ke keadaan normal.
Kongres Kelistrikan Internasional memperkenalkan lumen bersama lux dan fot. Namanya diambil dari bahasa Latin lumen — cahaya; akar yang sama dipakai juga dalam optika, di sana lumen berarti rongga dalam sebuah tabung.
Di sampingnya hidup pula satuan kuantitas cahaya — lumen-jam, yaitu fluks dikali lama menyala. Begitulah dahulu dihitung pemakaian lampu gas dan minyak tanah: bukan kecerahannya, melainkan berapa banyak cahaya yang diberikan lampu sepanjang satu malam.
Richard Ulbricht mengusulkan bola berongga berlapis penyebar, tempat cahaya dipantulkan sampai kehilangan arah sepenuhnya. Pengukuran fluks, yang dahulu menuntut orang mengelilingi sumber sepanjang bola, menyusut menjadi satu kali pembacaan.
Label Eropa menuntut fluks cahaya dicetak lebih besar daripada daya: watt berhenti mengatakan apa pun tentang kecerahan sejak dioda mulai memberi enam kali lebih banyak cahaya per watt. Pembeli terpaksa menghafal angka baru — delapan ratus lumen alih-alih enam puluh watt yang terbiasa.
Angka 683, warisan dari sebatang lilin
Koefisien 683 lumen per watt yang berdiri dalam definisi kandela tampak sewenang-wenang — dan memang sewenang-wenang. Ia dipilih pada 1979 supaya kandela baru berimpit setepat mungkin dengan kandela lama, yang didefinisikan lewat radiasi platina pada suhu pembekuan, sedangkan yang lama itu sendiri disesuaikan dengan lilin yang lebih tua lagi. Setiap langkah menjaga kesinambungan, dan pada akhirnya di dalam definisi dasar sebuah satuan SI masih hidup kenangan tentang sebuah sumbu dan amil asetat. Sejak 2019 lumen terikat pada watt secara tepat: koefisien itu dinyatakan sebagai tetapan, seperti laju cahaya atau muatan elektron. Namun yang tetap tepat hanyalah hubungan dengan radiasi monokromatik pada 540 terahertz — untuk sumber nyata mana pun fluks dihitung dengan membobot spektrum memakai kurva kepekaan mata, dan kurva itu melukiskan pengamat rata-rata yang tidak ada di alam. Dari sinilah batas ketelitian fotometri: standar nasional terbaik pun mereproduksi lumen dengan ketidakpastian sekitar dua per seribu — lima orde lebih buruk daripada satuan listrik.
Angka 683 itu adalah nilai maksimum untuk cahaya monokromatik pada 555 nanometer, tepat di mana mata paling peka. Untuk cahaya putih batasnya lebih rendah, sekitar 350 lumen per watt: sebagian spektrum diperlukan demi keputihan, tetapi mata hampir tidak melihatnya.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan sehari-hari. Masing-masing punya lembarnya: definisi, konversi, alat, aturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
lembar lumen sedang terbukaSatuan dasar SI
dengan warna ambar — kandela, penyusun lumenFluks cahaya dalam tulisan lain
Bahasa lembar
36 bahasa. Lambang lm bersifat internasional, kebiasaan soal suhu warna tidak: di Eropa Utara dan Amerika orang menyukai cahaya hangat 2700 K, di Asia cahaya siang yang dingin, dan saran dalam terjemahan memperhatikan kebiasaan setempat.