Lux
Afgeleide SI-eenheid · grootheid: verlichtingssterkte
01 · Definitie
Verlichtingssterkte is stroom gedeeld door oppervlakte; de luminantie van een verstrooiend oppervlak is de reflectiegraad maal de verlichtingssterkte, gedeeld door pi; één foot-candle is 10,764 lux
Metingen in een raster geven een kaart van de verlichtingssterkte en een gelijkmatigheidsfactor: één waarde onder de lamp zegt niets over wat er in de hoek gebeurt. Zonder zo’n kaart wordt de verlichting niet goedgekeurd.
Vandaar de hoofdeigenschap van de eenheid: een en dezelfde lamp geeft volstrekt verschillende verlichtingssterkten, afhankelijk van hoe hoog zij hangt en waarheen zij schijnt. De stroom neemt af met het kwadraat van de afstand, en een lamp die van één meter naar twee gaat, verlicht de tafel vier keer zwakker. De tweede factor is de invalshoek: schuin invallend licht wordt over een groter oppervlak uitgesmeerd, en de cosinus van die hoek komt rechtstreeks in de berekening. Juist daarom telt men in lichtontwerp geen lampen maar lux op het werkvlak, en geven normen de waarde op tachtig centimeter boven de vloer.
Verlichtingsnormen zijn geen aanbeveling maar een bindende eis: driehonderd lux voor een kantoor, vijfhonderd voor tekenwerk, twintigduizend in het operatieveld. Er wordt gemeten met een luxmeter op de hoogte van het werkvlak, niet onder het plafond.
Op een bewolkte dag onder de blote hemel is het vijfduizend lux, vlak bij het raam tweeduizend, en vier meter daarvandaan nog maar een vijftigtal: een verschil van veertig keer over de lengte van een kamer. Het oog merkt dat nauwelijks, omdat het zich logaritmisch aanpast, en subjectief lijkt de kamer gelijkmatig verlicht. Bouwvoorschriften werken daarom niet rechtstreeks met lux, maar met de daglichtfactor — de verhouding van het licht op een punt tot het licht onder de blote hemel, in procenten.
02 · Omrekening
Voer een verlichtingssterkte in — het blad splitst haar uit per eenheid
De lux is de enige lichttechnische eenheid die bij wet is geregeld: hoeveel licht op een werktafel, een operatietafel en een schoolbord moet vallen, staat in de gezondheidsregels.
De laatste regel van de lijst is geen omrekening maar een schatting: valt het licht op een mat wit oppervlak dat bijna alles terugkaatst, dan is de luminantie van dat oppervlak in candela per vierkante meter ongeveer drie keer kleiner dan de verlichtingssterkte in lux. De exacte factor is de reflectiegraad gedeeld door pi, voor een grijze muur dus vier keer kleiner en voor zwart fluweel bijna nul. De luxmeter meet invallend licht, het oog ziet teruggekaatst licht — vandaar het verschil in gevoel tussen even goed verlichte kamers.
De foot-candle is dezelfde grootheid, betrokken op de vierkante voet: een factor van bijna elf. Phot en nox zijn eenheden van het CGS-stelsel, die men in oudere lichttechnische literatuur tegenkomt.
| Eenheid | Naam | Waarde | Waar het voorkomt |
|---|---|---|---|
| lx | lux, de SI-eenheid | 500 | verlichtingsnormen, lichttechniek |
| klx | kilolux | 0,5 | daglicht, zon |
| mlx | millilux | 500000 | sterrenkunde, schemer |
| lm/m² | lumen per vierkante meter | 500 | berekening uit de stroom van de armaturen |
| fc | foot-candle | 46,45 | VS, Canada, verlichtingsnormen |
| cd/m² | de luminantie van een wit oppervlak | 159,15 | een schatting van wat het oog ziet |
| ph | phot, CGS-stelsel | 0,05 | lichttechniek tot in de jaren zestig |
| nx | nox, een duizendste lux | 500000 | nachtelijke verlichtingssterkte, verduistering |
| meterkaars | de oude naam van de lux | 500 | literatuur van voor 1948 |
| voetkaars | de Russische vertaling van foot-candle | 46,45 | literatuur tot in de jaren zestig |
| lm/ft² | lumen per vierkante voet | 46,45 | de foot-candle geschreven via de stroom |
| lx | lux | 500 | de huidige eenheid |
Een wit blad heeft bij vijfhonderd lux een luminantie van ongeveer honderdzestig candela per vierkante meter — ongeveer als een laptopscherm binnenshuis.
03 · Ordes van grootte
van sterrenhemel tot operatiekamerOmrekenen naar foot-candle en phot
04 · Meetinstrumenten
Waarmee verlichtingssterkte wordt gemeten
Een siliciumfotodiode met corrigerend filter: zonder dat filter zou het instrument infrarode straling zien die het oog niet opmerkt. Het filter past de gevoeligheid aan de ooggevoeligheidskromme aan, en van de nauwkeurigheid daarvan hangt de hele klasse van het instrument af.
De verlichtingscommissie middelde de gevoeligheid van het menselijk oog over het spectrum en kreeg een kromme met haar maximum bij 555 nanometer. Vanaf dat moment waren de lichttechnische grootheden niet meer zuiver natuurkundig: er zit een gemiddelde waarnemer in.
De fotografische verwant van de luxmeter: hij meet hetzelfde licht, maar geeft geen lux, wel een paar «sluitertijd — diafragma». De schaal van belichtingswaarden is logaritmisch, en elke stap betekent een verdubbeling van de verlichtingssterkte — een gewoonte die vanuit de lichttechniek in de fotografie kwam.
Het puntje naast de camera aan de voorkant is dezelfde fotodiode die de schermhelderheid regelt. Luxmeter-apps gebruiken juist die, maar de sensor heeft geen cosinuscorrectie, het glas van het scherm vervormt het spectrum, en de fout loopt gemakkelijk op tot dertig procent.
Voor planten zijn lux nutteloos: de ooggevoeligheidskromme beschrijft het menselijk oog en niet de fotosynthese. Men telt de fotonenstroom in micromol per vierkante meter per seconde, en daarvoor bestaat een aparte sensor.
De lux is de verlichtingssterkte van een oppervlak waarop per vierkante meter een lichtstroom van één lumen valt. De grootheid beschrijft niet de bron maar de plek: hoeveel licht de tafel, de bladzijde, de vloer heeft bereikt.
05 · Schrijfregels
Beide letters klein
De kaarsstandaard werd uiteindelijk vervangen door een definitie via het stralingsvermogen: een monochromatische bron bij 540 terahertz geeft 683 lumen per watt. De lux kreeg als van de candela afgeleide eenheid dezelfde exacte verankering.
Het symbool van de grootheid verlichtingssterkte is een cursieve E. De meest voorkomende fout in catalogi is lux aan een lamp toeschrijven: een lamp heeft lichtstroom in lumen, en lux ontstaan pas op een oppervlak en hangen af van de afstand. Omgekeerd geeft men bij schijnwerpers en zaklampen de lichtsterkte in candela, en soms de verlichtingssterkte op een genoemde afstand — en dan moet die afstand naast het getal staan. Voorvoegsels worden vrij gebruikt: millilux komt voor in de sterrenkunde, kilolux in beschrijvingen van daglicht.
06 · Naburige eenheden
Het symbool van de eenheid zijn twee kleine Latijnse letters, lx, rechtop gezet. De eenheid is niet naar een persoon genoemd maar naar het Latijnse woord voor «licht», daarom staan er geen hoofdletters in. In het Nederlands blijft het meervoud gelijk: vijfhonderd lux.
Van de fiches van Simetrium grenzen aan de lux lumen en candela uit de definitie, foot-candle als Angelsaksische tegenhanger, steradiaal uit de ruimtehoek en watt, waaraan de lichtstroom via de ooggevoeligheidskromme is gebonden.
07 · Historisch deel
Het licht dat men leerde te regelen
Zeven SI-basiseenheden, tweeëntwintig afgeleide met een eigen naam en de eenheden buiten het stelsel waar techniek noch dagelijks leven zonder kan. Elk heeft een eigen blad: definitie, omrekening, instrumenten, schrijfregels. In 18 talen.
Het Internationale Elektriciteitscongres nam de metrische lichttechnische eenheden aan: de lux, de lumen en de phot. De naam komt van het Latijnse lux — licht: een van de weinige in het stelsel die rechtstreeks van een woord komen en niet van een achternaam, zoals de lumen, de radiaal en de katal.
Een melkwitte koepel boven de ontvanger laat het instrument op licht uit elke richting precies zo reageren als een vlak oppervlak zou doen. Zonder die correctie onderschat de luxmeter de bijdrage van zijlicht en zit in een kamer met raam een factor twee mis.
De standaard was een kaars van walschot van een bepaalde dikte, die met een bepaalde snelheid opbrandde, en de verlichtingssterkte werd in foot-candle uitgedrukt. De herhaalbaarheid was slecht: de vlam hing af van de lucht, de pit en het weer in het laboratorium.
Een eenheid met een mens erin
De lux is een zeldzaam geval van een natuurkundige eenheid waarvan de definitie biologie bevat. De lichtstroom volgt uit het wegen van het vermogensspectrum met de ooggevoeligheidskromme, en die kromme werd in de jaren twintig afgeleid uit proeven met enkele tientallen waarnemers die de helderheid van flikkeringen van verschillende kleur vergeleken. De kromme werd gemiddeld, genormaliseerd en is sindsdien nauwelijks veranderd, hoewel bekend is dat bij echte mensen het maximum van de gevoeligheid verschuift en dat de lens met de jaren vergeelt en het blauwe deel van het spectrum steeds slechter doorlaat. Vandaar een praktisch gevolg: twee bronnen met dezelfde verlichtingssterkte in lux kunnen er verschillend uitzien als hun spectra verschillen — een led met een dal in het cyaan en een gloeilamp geven hetzelfde getal op het meetapparaat en een ander gevoel in de kamer. Daarom stellen normen naast de verlichtingssterkte altijd eisen aan kleurtemperatuur en kleurweergave: lux alleen beschrijven het licht niet.
Het oog bedriegt: tussen schemer en middag ligt een factor miljoen
Een mens leest even goed bij vijftig lux als bij vijfduizend, zonder een verschil van honderd keer op te merken: de pupil vernauwt zich en het brein past de waarneming aan. Juist daarom moeten verlichtingsnormen met een getal worden vastgelegd en niet op het oog — de luxmeter ziet wat een mens alleen als «licht genoeg» ervaart. Vandaar ook de gebruikelijke fout bij het kiezen van lampen voor thuis: de kamer lijkt verlicht, terwijl op het werkblad niet eens de helft van de vereiste driehonderd lux valt.
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 18 talen.