Candela, Lumen und Lux

Die Helligkeit von Fahrradscheinwerfern wird häufig in Lux angegeben. So richtig überzeugt mich das allerdings nicht.

Sichtbares Licht ist elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm (Nanometer). Je nach Wellenlänge empfinden wir es als blau bis rot. Weißes Licht enthält vor allem grünes Licht und dann noch alle anderen Farben. Das ganze hat das charakteristische Schwarzkörperspektrum. Leuchtmittel versuchen meist das ganze möglichst gut nachzubilden, damit wir Menschen das als weißes Licht wahrnehmen.

Schaut man sich ein komplettes Strahlenbündel von einer Lampe an, dann findet man dort eine gewisse Menge Strahlung. Bei einem modernen Fahrradscheinwerfer mit Matrixspiegel kann das dann so aussehen:

Schaut man sich jetzt die ganze Lichtmenge an, kann man den Strahlungsfluss in der Einheit W (Watt) angeben. Gewichtet man die verschiedenen Frequenzen entsprechend dem menschlichen Sehen, so drückt man es in der Einheit lm (Lumen) aus.

Der Lichtstrom in Lumen ist also das, was aus einer Lampe rauskommt. Es ist unabhängig davon, wie stark das Licht gebündelt ist. Wir können diesen Lichtstrom fokussieren oder aufweiten, der Gesamtstrom bleibt aber gleich.

Die Helligkeit von Taschenlampen wird in Lumen angegeben. Das ergibt auch Sinn.

Nun können wir den Lichtstrom auf den kompletten Raumwinkel aufteilen und ihn auf eine isotrope (in alle Richtungen gleiche) Lichtquelle beziehen. Das entspricht einer Glühlampe:

Die strahlt in alle Richtungen gleich. Wir können also nun den Lichtstrom in W aufteilen auf den Raumwinkel in sr (Steradiant, Raumwinkel) und erhalten so die Lichtstärke in cd (Candela).

Diese Angabe ist aber nur interessant für isotrope Lichtquellen und wenn man keine Möglichkeit hat den Lichtstrom zu fokussieren. Daher ist Lichtstärke in Candela für Fahrradbeleuchtung höchstens für das Rücklicht interessant.

Jetzt werden Fahrradscheinwerfer allerdings in Lux angegeben. Was ist das? Das erhalten wir, wenn wir eine gewisse Zielfläche mit einem gewissen Lichtstrom ausleuchten. Das gibt uns die Beleuchtungsstärke in lx (Lux), was äquivalent zu lm/m² (Lumen pro Quadratmeter) ist. Das Schaubild dazu sieht so aus:

An sich ist die Beleuchtungsstärke in Lux eine feine Sache, um die Helligkeit von Zielflächen anzugeben. Für die Helligkeit eines Schreibtisches oder einer Buchseite ergibt das viel Sinn. Man gibt vor, wie hell ein Arbeitsplatz sein muss.

Aber wie soll das mit einem Scheinwerfer funktionieren? Der Scheinwerfer hat doch gar nicht die Zielfläche mit dabei. Außerdem kann man den verschieden hoch am Fahrrad montieren und unterschiedlich neigen. Die Fläche, die er ausleuchtet ist dann immer unterschiedlich.

Fest ist beim Scheinwerfer nur der Leuchtstrom in Lumen. Die Beleuchtungsstärke in Lux hängt von der Montage ab. Von daher erscheint es mir ziemlich unseriös die Beleuchtungsstärke anzugeben. Aber man macht es trotzdem. Haben die alle keine Ahnung von Physik?

Ich gehe davon aus, dass es irgendwie einen Normaufbau gibt. Also eine Normhöhe, ein Normwinkel und so weiter. Und dann gibt es im Normabstand die Normfläche. Man spezifiziert also den kompletten Aufbau und die Zielfläche. Dann kann man natürlich ausrechnen, wie hell diese ausgeleuchtet ist. Aber Moment! Wenn ich einen Scheinwerfer mit »30 lx« kaufe, wo gelten die dann? Nur in der Mitte dieser Normfläche? Oder überall? Wenn ich jetzt einen Scheinwerfer baue, der in der Mitte gleich hell, am Rand aber heller ist, dann bekommt der die gleiche Lux-Bewertung. Wenn man einen Durchschnitt über eine größere Fläche nimmt, wäre es etwas besser. Aber es ist nicht klar, wie das gemessen wird.

Ich habe versucht einmal in die hier einschlägige StVZO § 67 zu schauen. Dort findet man allerdings nur diese Minimalanforderung:

Fahrräder müssen für den Betrieb des Scheinwerfers und der Schlussleuchte mit einer Lichtmaschine, deren Nennleistung mindestens 3 W und deren Nennspannung 6 V beträgt oder einer Batterie mit einer Nennspannung von 6 V (Batterie-Dauerbeleuchtung) oder einem wiederaufladbaren Energiespeicher als Energiequelle ausgerüstet sein.

Also mindestens 3 W muss das haben. Aber mit den effizienteren Leuchtmitteln ist das ja schon ziemlich hell inzwischen. Aber das ist bemessen an der Leistung des Dynamos, nicht der Scheinwerfer.

Meine Internetsuche gab vor allem Herstellerseiten. Bei Contec schreibt man das hier:

Das Vorderlicht strahlt bestenfalls in hellem Weiß und sollte mindestens eine Lichtstärke von 30 Lux besitzen.

Arg! Die Lichtstärke wird in Candela gemessen. In Lux wird die Beleuchtungsstärke angegeben. Sonst steht da auch nichts interessantes mehr.

Ich habe noch die 10-Lux-Regelung gefunden. Danach muss in 10 m Abstand mit 10 lx ausgeleuchtet werden. Angeblich steht im StVZO irgendwo als Definition dies:

Kernausleuchtungsbereich auf einer frontal angestrahlten Wand in 10 m Entfernung

Aha, was ist denn dieser Kernausleuchtungsbereich jetzt genau? Es ist eine irgendwie definierte Fläche, in der das stattzufinden hat.

Auf der Webseite von E-Bike Pass werden die Unterschied analog zu diesem Blogeintrag erklärt. Sie erklären auch gut, wie man einen Lichtkegel einfach stärker fokussieren kann um eine höhere Beleuchtungsstärke mit gleichem Lichtstrom zu bekommen. Sie leiten damit über, dass eben auch die Form des Lichtkegels wichtig ist. Und dann enden sie mit dieser ernüchternden Feststellung:

Den einen ultimativen Vergleichswert, der etwas über die ausgeleuchtete Fläche und deren Homogenität aussagt, gibt es leider nicht. Deshalb ist die Beurteilung des Fahrradlichts am ehesten im Vergleich von Bildern des Lichtfelds möglich.

Es ist eben ein mehrdimensionales Problem, das man nicht nur in einer Zahl abbilden kann. Es kommt auf den Reflektor an, wie die Beleuchtungsstärke am Ende aussieht. Man braucht also ein Bild um zu sehen, wie eng der Lichtkegel ist um zu wissen, ob die Beleuchtungsstärke geschummelt ist oder nicht.

Aber wenn ich eh ein Bild vom Lichtkegel brauche, dann brauche ich auch erst gar nicht so zu tun, als hätte ich da einen vergleichbaren Wert mit Beleuchtungsstärke und könnte einfach den Lichtstrom in Lumen angeben. Einige Hersteller tun das auch.

Und nun haben wir Hersteller, die die Beleuchtungsstärke in Lux angeben und das mit einer unbekannten Fläche machen. Und andere, die das seriöser als Lichtstrom in Lumen angeben. Vergleichen kann man dann gar nichts mehr. Da fühle ich mich als Verbraucher verarscht und als Physiker enttäuscht über die Menschheit.