Teil 1: Nachweis des Härtegrads des Lichts
Vom Photon zum Raumlicht
Ein Photon besitzt keine Masse, aber Energie und Impuls, abhängig von seiner Frequenz. Der Lichtstrom einer Lichtquelle in Lumen wird mit der Helligkeitsempfindung des Auges bewertet, deren Maximum bei 555 nm liegt (theoretisch 683 lm/W). Wie geordnet dieser Lichtstrom in den Raum abgegeben wird, bestimmt zuerst das optische System der Leuchte – diffuse Abdeckung oder klare Linse. Diese primäre Lichtmodulation prägt den Charakter des Raumlichts. Sekundäre Lichtlenkung durch Reflexionen macht es nur weicher: Ein gebündelter Strahl zerfällt in viele kleine Lichtpunkte auf einer größeren Fläche, das Licht fällt aus einem größeren Raumwinkel ein.
Messraum und Einflussgrößen
Betrachtet wird die obere Hemisphäre, für die Messung reduziert auf einen Halbraum von 360° × 180° mit 64.800 Messpunkten, horizontal oder vertikal je nach Bezugsfläche. Der Messkopf erfasst ihn in 180 Schritten zu je 1°, weil die Rotationsachse mittig über dem Schattengeber liegt. Einfluss haben:
- der Lichtweitungsfaktor (LwF) der Leuchte,
- Anzahl und Position der Lichtquellen,
- Abstand, Ort und Ausrichtung der Messstelle,
- Messapparatur, Schattengeber, Sensorfläche und Auswertesoftware,
- theoretisch die Messdauer wegen zunehmender Interreflexionen.
Die Strecke D als Maß
Aus den 180 Messschritten wird die Messung mit dem höchsten HgF beziehungsweise der kürzesten Strecke D als führender Wert gespeichert. Bisher – auch in der Masterthesis – galt die höchste Steigung im Übergang zum Kernschatten als Maß. Das wird der Praxis nicht gerecht: Beim Dimmen bleibt die Lichthärte gleich, die Steigung ändert sich aber. Entscheidend ist deshalb die Strecke D, die Summe der Teilstrecken d. Ein kurzes D bedeutet hohen HgF, ein langes D niedrigen.
Teil 2: Masterthesis „Reproduzierbarkeit von Beleuchtungssituationen mit Hilfe des Härtegrades von Licht“
Verfasserin: Clarissa Borgstädt, M. A. – Erstprüfer: Prof. Dr. Roland Greule, Zweitprüfer: Prof. Dr. Robert Mores (HAW Hamburg), Themengeber und Gutachter: Dipl.-Ing. (FH) Markus Felsch.
Demonstrator
Grundlage war die Leuchtdichtemesskamera LMK mobile air aus dem Lichtlabor der HAW Hamburg. Eine Objektivverlängerung mit innenliegender Diffusorfolie als Projektionsfläche, mit schwarzem Molton gegen Streulicht ausgekleidet, sorgt für einen festen Fokus. Ein rotierender Schattengeber über der Messfläche erzeugt die Messbilder, die mit einem Bildauswertungsprogramm, LMK LabSoft und einer Tabellenauswertung analysiert werden. Tests mit einem Lichtsimulationsprogramm ergänzten die Messungen.
Ergebnis und Entwicklungsmöglichkeiten
Die Messbarkeit des Härtegrads wurde mit dieser Methode bewiesen. Für ein Seriengerät denkbar sind eine automatisierte Auslösung der 180 Bilder oder eine Videoaufnahme, ein Mikrocontroller, der das maßgebliche Bild findet und den HgF direkt anzeigt, drahtlose Datenübertragung und eine Positionserkennung, um Messwerte mehrerer Punkte als Raumgrafik auszugeben.
Skala und Planungsgröße
Eine Skala von 0 bis 100 bietet sich an. Ob sie linear oder – entsprechend der Helligkeitswahrnehmung – logarithmisch gestuft wird, müssen weitere Messungen zeigen. Sollwerte kann es nicht einheitlich geben: Büro, Shop, Restaurant und Hotellobby stellen unterschiedliche Anforderungen. Sie setzen eine empirische Bewertung mit Probanden voraus.
Die LiTG-Schrift Heft 35 beschreibt das Modelling als Ausgewogenheit zwischen diffusem und gerichtetem Licht, mit einem Verhältnis von zylindrischer zu horizontaler Beleuchtungsstärke zwischen 0,30 und 0,60 als Indikator. Für Schlagschatten gibt es keine normativen Festlegungen. Quantitative Planungswerte für den Lichtcharakter fehlen also. Die Einführung des HgF als zusätzliche Planungsgröße ist deshalb sinnvoll – etwa für eine kontrastreiche Warenpräsentation mit hohem HgF neben einer geschützten Kundenzone mit niedrigem HgF.
