Lumen
Afgeleide SI-eenheid · grootheid: lichtstroom
01 · Definitie
De lumen is de lichtstroom die een bron van één candela uitzendt binnen een ruimtehoek van één steradiaal. De grootheid beschrijft al het licht dat de bron naar buiten geeft, los van de richting waarin het gaat.
Het waren lumen die op de verpakking van lampen de watt vervingen, toen leds het vermogen tot een zinloze maat voor helderheid maakten: een gloeilamp van zestig watt en een led van acht geven dezelfde achthonderd lumen. De volledige meting van de lichtstroom vraagt om licht uit alle richtingen — een bron die gelijkmatig alle kanten op schijnt, straalt binnen vier pi steradiaal, dus 12,57 keer meer lumen dan haar lichtsterkte in candela. Een schijnwerper met dezelfde lichtsterkte maar een smalle bundel geeft tientallen keren minder lichtstroom, en aan één getal op de doos is hij niet van een lamp te onderscheiden.
De watt zegt hoeveel het apparaat opneemt, de lumen hoeveel licht het teruggeeft. Een lamp van tachtig watt uit de Sovjettijd scheen zwakker dan een huidige van tien: het vermogen groeide, het lichtrendement stond stil.
Een gloeilamp geeft ongeveer dertien lumen per watt, een halogeenlamp twintig, een tl-lamp zestig, een moderne led honderdtwintig tot tweehonderd. De theoretische grens voor wit licht met aanvaardbare kleurweergave ligt rond driehonderd, en de absolute grens, voor monochromatisch groen, is 683 lumen per watt — en dat is geen technische beperking meer maar de definitie van de candela. Het verschil tussen gloeilamp en led laat zich eenvoudig verklaren: een gloeiende draad straalt bijna alle energie uit in het infrarood, dat het oog helemaal niet ziet.
De bovengrens van de schaal is de Zon: 3,6·10²⁸ lumen. Daarvan bereikt op het middaguur ongeveer honderdduizend lux de aarde, en geen lamp die daarmee twist.
02 · Omrekening
Voer een flux in — de fiche splitst haar uit naar eenheden
Omrekenen naar candela kan alleen met het voorbehoud over de ruimtehoek, en daarom rekent de tabel voor gelijkmatige straling in alle richtingen. De watt in de laatste regel zijn niet het vermogen van de lamp, maar de stralingsstroom bij de golflengte van de grootste ooggevoeligheid.
Lumen alleen zijn niet genoeg om een lamp te kiezen: twee bronnen met dezelfde lichtstroom verschillen in kleurtemperatuur en kleurweergave-index. Tweeduizend zevenhonderd kelvin geeft het warme gele licht van een gloeilamp, zesduizend het koude daglicht; een kleurweergave-index onder tachtig betekent dat de kleuren in de kamer vertekenen en dat eten en huid onnatuurlijk ogen. Het Europese etiket eist alle drie de getallen op de verpakking, maar meestal valt alleen de lichtstroom op.
| Eenheid | Naam | Waarde | Waar het voorkomt |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, SI-eenheid | 800 | lumen, SI-eenheid |
| klm | kilolumen | 0,8 | kilolumen |
| Mlm | megalumen | 0 | megalumen |
| mlm | millilumen | 800000 | millilumen |
| cd·sr | candela per steradiaal — precies hetzelfde | 800 | candela per steradiaal — precies hetzelfde |
| lm·h | lumenuur: hoeveelheid licht, lichtstroom maal brandtijd | 800 | lumenuur: hoeveelheid licht, lichtstroom maal brandtijd |
| W(LED) | watt van een led: hoeveel hij voor deze lichtstroom zou opnemen | 5,71 | watt van een led: hoeveel hij voor deze lichtstroom zou opnemen |
| W(inc) | watt van een gloeilamp — een gewoonte uit de vorige eeuw | 61,5 | watt van een gloeilamp — een gewoonte uit de vorige eeuw |
| HK | Hefnerkaars: de Duitse standaard op amylacetaat | 88,9 | Hefnerkaars: de Duitse standaard op amylacetaat |
De factor vier pi geldt alleen voor gelijkmatige straling in alle richtingen.
03 · Ordes van grootte
van controlelampje tot vuurtorenhonderden en duizenden: kamerlamp, bureaulamp, autokoplamp
04 · Meetinstrumenten
Waarmee de lichtstroom wordt gemeten
Een holle bol met een witte diffuse coating: het licht van de lamp erin wordt duizenden keren teruggekaatst, en de verlichtingssterkte op de wand wordt evenredig met de totale lichtstroom, onafhankelijk van de richting waarin de lamp scheen. Het standaardinstrument voor certificering van lampen, met een doorsnede van twintig centimeter tot drie meter.
De detector trekt langzaam over een bol om de bron heen en legt de lichtsterkte in elke richting vast; de lichtstroom volgt uit integratie. De meting duurt uren, maar geeft het volledige stralingsdiagram — zonder dat valt geen armatuur te ontwerpen.
Het ontleedt het licht in een spectrum en weegt elke golflengte met de ooggevoeligheidskromme. De enige manier om de lichtstroom zonder systematische fout te meten bij bronnen met smalle lijnen — leds en ontladingslampen, waar het filter van een gewone fotometer de kromme niet nauwkeurig genoeg volgt.
In de definitie van de lumen zelf zit de ooggevoeligheidskromme verstopt — de gemiddelde gevoeligheid van het oog, in de jaren twintig opgenomen bij enkele tientallen waarnemers. Daarom kunnen twee lampen met hetzelfde getal op de doos er verschillend uitzien: de lichtstroom is gelijk, het spectrum niet.
Een speciaal uitgezochte gloeilamp met gestabiliseerde stroom, waarvan de lichtstroom door een nationaal instituut is gewaarmerkt. Ermee worden bollen en fotometers geijkt, en zelf veroudert ze: de opgegeven levensduur wordt in tientallen branduren gemeten, waarna herkeuring nodig is.
05 · Schrijfregels
Beide letters klein, en niet te verwarren met de lux
Het symbool van de eenheid zijn twee kleine Latijnse letters, lm, rechtop gezet. De naam komt van het Latijnse lumen — licht, en daarom staan er geen hoofdletters in. In het Nederlands blijft het meervoud gelijk: achthonderd lumen.
Het symbool van de grootheid is een cursieve Griekse Φ. De lumen beschrijft de bron, de lux het verlichte oppervlak: een lamp in lux uitdrukken betekent de afstand weglaten, en dus niets zeggen. Bij zaklampen en schijnwerpers publiceren fabrikanten graag «ANSI-lumen» — de lichtstroom gemeten volgens de Amerikaanse methode met een vastgelegde opwarmtijd; het zijn dezelfde lumen, maar de beproevingsvoorwaarden staan erbij, en juist dat maakt de getallen vergelijkbaar. Een valkuil apart zijn «lumen aan de diode» tegenover «lumen uit het armatuur»: diffusor en reflector slikken tien tot dertig procent.
Bij projectoren schrijft men «ANSI-lumen»: dezelfde lumen, maar gemeten volgens een vaste methode met negen punten op het scherm. Getallen zonder de vermelding ANSI kun je beter niet vergelijken — de fabrikant mag ze meten zoals het hem uitkomt.
06 · Naburige eenheden
De lumen staat tussen de candela en de lux: de candela zegt hoe fel de bron één kant op schijnt, de lumen hoeveel licht ze in totaal geeft, de lux wat daarvan het oppervlak heeft bereikt.
lichtsterkte in de richting
de hele lichtstroom van de bron
wat het oppervlak heeft bereikt
Van de fiches van Simetrium grenzen aan de lumen candela en steradiaal uit de definitie, lux als lichtstroom per oppervlak, foot-candle in de Angelsaksische praktijk, en watt, waaraan de lichtstroom door de ooggevoeligheidskromme is gebonden.
07 · Historisch deel
Van de kaars naar het getal op de doos
Als Duitse standaard diende de Hefnerlamp, die amylacetaat verbrandde met een pit van precies vastgelegde doorsnede. Ze gaf ongeveer negen tiende van de nieuwe candela, maar hing zo sterk af van luchtvochtigheid en luchtdruk dat de uitkomsten naar normale omstandigheden moesten worden herleid.
Het Internationale Elektrotechnische Congres voerde de lumen in samen met de lux en de phot. De naam komt van het Latijnse lumen — licht; dezelfde stam werd ook in de optica gebruikt, waar lumen de doorsnede van een buis aanduidt.
Ernaast leefde ook een eenheid van lichthoeveelheid — het lumenuur, de lichtstroom maal de brandtijd. Zo rekende men het verbruik van gas- en petroleumlampen: niet de helderheid, maar hoeveel licht de lamp op een avond had gegeven.
Richard Ulbricht stelde een holle bol met diffuse coating voor, waarin het licht wordt teruggekaatst tot het zijn richting volledig kwijt is. Het meten van de lichtstroom, dat eerder een rondgang om de bron vergde, kwam neer op één aflezing.
Het Europese etiket eiste dat de lichtstroom groter werd gedrukt dan het vermogen: watt zeiden niets meer over helderheid toen een led zes keer meer licht per watt ging geven. De koper moest een nieuw getal leren — achthonderd lumen in plaats van de vertrouwde zestig watt.
Het getal 683, geërfd van een kaars
De factor 683 lumen per watt in de definitie van de candela lijkt willekeurig — en dat is hij ook. Hij werd in 1979 zo gekozen dat de nieuwe candela zo nauw mogelijk aansloot bij de oude, die was vastgelegd via de straling van platina bij de stollingstemperatuur, en die op haar beurt was afgestemd op een nog oudere kaars. Elke stap behield de aansluiting, en zo leeft in de fundamentele definitie van een SI-eenheid de herinnering aan een pit en aan amylacetaat. Sinds 2019 is de lumen exact aan de watt gebonden: de factor is tot constante verklaard, net als de lichtsnelheid of de lading van het elektron. Maar exact blijft alleen het verband met monochromatische straling bij 540 terahertz — voor elke werkelijke bron wordt de lichtstroom berekend door het spectrum te wegen met de ooggevoeligheidskromme, en die beschrijft een gemiddelde waarnemer die in de natuur niet bestaat. Vandaar de nauwkeurigheidsgrens van de fotometrie: de beste nationale standaarden geven de lumen weer met een onzekerheid van ongeveer twee tienden van een procent — vijf ordes slechter dan de elektrische eenheden.
Die 683 zijn het maximum voor monochromatisch licht bij 555 nanometer, waar het oog het gevoeligst is. Voor wit licht ligt de grens lager, rond 350 lumen per watt: een deel van het spectrum is nodig voor het wit, maar het oog ziet het bijna niet.
Catalogus · meeteenheden
Een fiche voor elke grootheid
Zeven SI-basiseenheden, tweeëntwintig afgeleide met een eigen naam en de eenheden buiten het stelsel waar techniek noch dagelijks leven het zonder stelt. Elk heeft haar eigen blad: definitie, omrekening, instrumenten, schrijfregels. In 26 talen.
Afgeleide SI-eenheden met een eigen naam
het lumenblad staat openSI-basiseenheden
in amber — de candela waaruit de lumen is opgebouwdDe lichtstroom in andere notaties
Taal van de fiche
26 talen. Het symbool lm is internationaal, de gewoonte in kleurtemperatuur niet: in Noord-Europa en Amerika houdt men van warm licht van 2700 K, in Azië van koud daglicht, en de aanbevelingen in de vertalingen houden rekening met het plaatselijke gebruik.