Farbspektrum – Was ist Weiß?

Beim testen von sparsamen Beleuchtungsmöglichkeiten bin ich immer wieder über die Aufgabe gestolpert, das Lichtspektrum eines Leuchtmittels zu analysieren. Wie viele Bänder hat die gekaufte Energiesparlampe? Wie stellt die LED ihr weißes Licht zusammen? Wie schneiden die Lampen im Vergleich zu Halogen oder Glühbirne ab?

Das kann man leicht herausfinden, wenn man viel Geld für die Ausrüstung ausgibt aber was ist, wenn man nicht viel Geld dafür investieren möchte? Na, dann baut man sich eben ein Gerät selbst zusammen – passende Bausätze gibt es für wenige Euros smile Mehr dazu hatte ich bereits im letzten Blogbeitrag geschrieben.

Hat man ein passendes Werkzeug, kann man sich das Licht genauer anschauen und das habe ich einfach mal gemacht…

mehr zum Licht, was Farbe mit Weiß zu tun hat und viele Spektren nach dem Klick

Weiß ist bunt

Klar ist, dass weißes Licht nur für unsere Augen weiß erscheint. Tatsächlich setzt sich weißes Licht aus vielen Farben zusammen. Langwelliges Licht erscheint rot, kurzwelliges violett. Schon mal einen Regenbogen gesehen? Das Licht der Sonne wird durch Regentropfen in sein Farbspektrum zerlegt. So ein Regenbogen zeigt ein durchgängiges Spektrum. Rot geht über Orange und Gelb ins Grün und verschwindet über ein paar Nuancen Cyan und Blau im Violett. Wunderschön.

spektro-sonne

Glühbirnen und Halogenlampen haben ebenfalls ein solches komplettes, durchgängiges Farbspektrum. Hier das einer Halogenlampe:

spektro-halo-1

Drei Farben weiß

Um für unsere Augen ein Weiß zu erzeugen, muss man aber kein durchgängiges Farbspektrum haben, das erleben wir jeden Tag. Schaut man nämlich auf ein TFT-Display, so kann man eindeutig sehr viele Farben darstellen, inklusive Weiß. Das schafft so ein Display mit nur drei Farben: Rot, Grün, Blau. Leuchten sie alle gleich stark, erhält man ein Weiß bzw. die Graustufen.

Schaut man sich das Farbspektrum an, so sieht man drei sehr enge Farbänder:

spektro-TFT

Dies ist ein Blick auf meinen iMac aus dem Jahre 2006. Rot und Grün sind klar zu erkennen. Warum es im blauen Bereich so einen breiten Schein gibt, weiß ich nicht. Interessanterweise sieht das Spektrum des TFT in meinem MacBook Pro aus dem Jahre 2009 ganz anders aus… Dazu gibt es vielleicht später einen eigenen Beitrag.

Farben sehen – oder nicht

Alle Dinge um uns herum sind für uns nur deshalb sichtbar, weil Licht von ihnen reflektiert wird. Die Dinge erhalten ihre Farbe, weil die Oberflächen bestimmte Farbanteile absorbieren und andere reflektieren. Erscheint uns etwas rot wenn wir es mit weißem Licht anleuchten, dann absorbiert dieser Gegenstand alle kurzwelligen Farben und wirft nur das rote Spektrum zurück in unser Auge.

Das funktioniert natürlich nur dann, wenn im weißen Licht auch ein roter Farbanteil vorhanden ist. Stellt Euch mal Nachts mit einer blauen Jeans an einen Zebrastreifen, der mit diesem typisch gelben Licht beleuchtet wird. Diese Natriumdampflampen haben überhaupt kein durchgängiges Farbspektrum sondern nur ein einziges schmales Band im Gelb-Orange-Bereich. Der Jeans-Stoff möchte aber nur die blauen Farbanteile reflektieren und genau die gibt es in diesem Licht nicht. Das Ergebnis ist eine schwarze Jeans.

Es ist also für unsere Farbwahrnehmung ungemein wichtig, dass das Licht möglichst in jedem Farbband, also auf jeder Wellenlänge etwas zu bieten hat. Ansonsten können wir nicht sicher sein, dass wir auch wirklich die korrekten Farben sehen.

Das ist übrigens auch der Grund, warum bestimmte Lebensmittel im Licht von billigen (und auch vielen teuren) Energiesparlampen nicht mehr wirklich leuchten, nicht mehr frisch aussehen. Dem Licht fehlen einfach die dafür notwendigen Wellenlängen.

Mehr Bänder

Einige Energiesparlampen haben ihr weißes Licht allein mit Gelb und Blau erzeugt, also mit nur zwei sehr engen Farbbereichen, zwei Bändern. Sieht weiß aus, kann sehr hell sein – aber in diesem Licht wohnen möchte man nicht. Der Rotanteil fehlt komplett und wie sieht dann eine Tomate oder ein Steak in diesem Licht aus? Unsere Haut? Der Holztisch? Malt es Euch selber aus smile

Also baute man Energiesparlampen mit mehr Leuchtstoffen. Man muss Gase/Metalle etc. finden, die in verschiedenen Farben zum leuchten angeregt werden können. Je mehr Bänder man haben möchte, desto aufwändiger wird es und damit auch teurer. Man baute also Lampen, die neben blau und gelb auch rot enthalten. Mag auch sein, dass man statt Gelb in diesem Fall etwas in grün hat leuchten lassen.

Neuere ESL haben noch mehr Einzelbänder aber das Grundsätzliche Problem wird damit nur entschärft, jedoch nicht gelöst. Die Bänder bleiben sehr eng begrenzt, also jede Einzelfarbe ist ganz klar abgegrenzt nur in einem sehr engen Frequenzbereich vorhanden. Zwischen diesen Bändern klaffen große Lücken. Hier mal ein Beispiel einer Megaman ESL in meinem Büro:

spektro-ESL-1Sehr enge Bereich bei Blau/Violett, Blau/Cyan, Grün, Rot sind klar zu erkennen. Diese ESL-R50-Spots von Megaman sind von 2007, gut möglich also, dass ESL inzwischen mehr Farbbänder haben als diese. Eine Osram, die ich 2010 für das Badezimmer gekauft habe, sieht jedenfalls sehr ähnlich aus:

spektro-ESL-osram-1

Der Bereich um Cyan ist etwas stärker ausgeprägt und um Rot-Gelb herum scheint es etwas breiter zu sein – das kann aber auch einfach daran liegen, dass diese Lampe deutlich heller ist als die im Büro und es daher etwas überstrahlt im Gerät.

Was ist mit LED

Nun habe ich mich auf dem Flur für LED entschieden. Insgesamt 9 Halogen-Spots mit 20W habe ich gegen LED-Spots von Samsung mit 3,2W getauscht. Ist gefühlt genau so hell, sehr warme Lichtfarbe, sieht soweit gut aus. Und wie sieht das Spektrum aus?

So:

spektro-samsung-led-2Der Unterschied zur ESL ist überdeutlich. Von tiefem Rot geht es nahezu kontinuierlich bis ins Grün und sogar leicht ins Cyan. Dann gibt es aber eine Lücke bis ein etwas breiterer Blau-Violett-Bereich folgt.

Übrigens: Die LED von LG und Lumitronix, die ich ebenfalls ausprobiert habe, sehen im Spektrum ziemlich genau so aus.

LG:

spektro-lg-led-2Lumitronix:

spektro-lumitronix-led-3Diese aktuellen LED sind den ESL auf jeden Fall vorzuziehen – wobei ich natürlich nicht weiß, ob es inzwischen ESL mit mehr Bändern und besseren Übergängen zwischen den Bändern gibt.

Die Vorteile dieser neueren LED gegenüber der ESL:

  • Farbspektrum ist wesentlich kompletter (wenn auch längst nicht so vollständig wie bei Halogen)
  • Das Licht ist sofort in voller Helligkeit verfügbar, keine Aufwärmphase
  • Kein Quecksilber
  • Aktuelle LED sind noch effizienter und erreichen somit bei noch weniger Watt dieselbe Helligkeit.

Wie geht’s weiter

Das Experiment auf dem Flur hat mich euphorisch werden lassen. Die LED funktionieren dort so gut, dass ich jetzt weiter machen möchte.

  • Vorhandene ESL werde ich Stück für Stück gegen LED tauschen
  • Der 300W Halogen-Deckenfluter soll gegen LED getauscht werden
  • Kleinere Halogen-Lampen bleiben erst einmal (Küchenzeilenbeleuchtung, Badezimmer-/Schlafzimmerspiegelschrank)

Herausforderungen dabei:

  • Im Büro ist eine Lampe mit 3 Fassungen für R50-Spots installiert. Die Glühbirnen-Spots hatten jeweils 40 Watt. Für dieses R50-Format gibt es in dieser Helligkeit aber keine LED. Vermutlich werde ich hier die ganze Lampe austauschen müssen.
  • LED Deckenfluter mit vergleichbarer Leistung wie ein Halogen-Fluter gibt es nicht wirklich bzw. wenn, dann sind es welche in ultramodernem Design zu horrenden Preisen. Ich möchte aber keine Lampe, die auch in einer Zahnarztpraxis nicht auffallen würde und die auch im Angebot erst um 1.000 Euro aufwärts zu bekommen ist. Es wird also auf einen Selbstbau hinaus laufen. In diesem Zusammenhang werde ich mich auch mit dem Dimmen von LED befassen müssen.

Wenn Ihr auch gerade am Umstellen auf LED seid oder schon Erfahrungen gesammelt habt, dann hinterlasst doch einen Kommentar und/oder verlinkt zu Euren Beiträgen im Internet.

 

4 Kommentare zu “Farbspektrum – Was ist Weiß?

  1. Michael

    Hallo Boris,
    ich habe vor Jahren einen Vortrag von Dr. Wunsch aus Heidelberg gehört. Der befasste sich mit dem Einfluss, insbesondere der quecksilberhaltigen ESL, auf die menschliche Gesundheit.

    Unter folgendem Link findest du dazu umfangreiches und sehr lehrreiches Informationsmaterial:

    http://www.lichtbiologie.de

    Insbesondere hier die Downloads:
    http://www.lichtbiologie.de/page18/page18.html

    Viele Grüße

    Michael

  2. LED-Licht am Abend ist keine vernünftige Beleuchtung ist, da das Nahinfrarot und auch das Infrarot fehlt, was aber zur Zellregeneration unbedingt nötig ist! Der sog. „Warmton“ bei solchen Lampen wird nur durch die Zugabe von Gelb erzeugt, Rot ist Fehlanzeige! Das kommt in den meisten Beiträgen zum Licht nicht vor, da es immer nur um Energieeffizienz geht. Die Wirkung von Licht auf unser bioenergetisches System wird meist völlig ausser Acht gelassen. Äusserst einseitige Betrachtung. Insofern ist LED-Licht dem Energiesparlicht zwar sicher vorzuziehen, jedoch kommt seine Qualität, was Farbwiedergabe, Wohlfühlen und gesundheitliche Wirkung betrifft, an eine (Halogen)Glühlampe in keiner Weise ran! Interessante Website hierzu: http://www.gluehbirne.ist.org

  3. Immer mehr Artikel und Fachbeiträge im Internet zeigen, dass das Thema Lichtqualtität als wichtig verstanden wird. Manche Baubiologen sagen: Licht sei als Nahrungsmittel zu sehen. Deswegen will man mehr und mehr zum Vollspektrum von Licht gehen. Obiges Spektroskop hab ich auch eines gebaut. Geht soweit ganz gut. Etwas besser sind die Spektroskope für ca. 40€, die man wie ein kleines Fernrohr ans Auge hält. Wer es genau wissen will, braucht ein Spektrometer. Lösungen gibt es dazu auch schon in Verbindung mit dem Smartphone. Einfach mal nach Smart-Spektrometer googlen.

    Doch ich wollte auf obigen Beitrag von Reinhard eingehen. Lichtqualität allein nur mit Farbwiedergabeindex zu beschreiben genügt nicht. Dieser Index verwendet nur 8 Stichproben aus den Millionen von Farben, welche wir mit dem menschlichen Auge wahrnehmen können.
    Weitere Ansätze mit 14 (Re) oder gar 24 Referenzfarben wie von der europäischen Filmunion vorgeschlagen und unter dem Namen TLCI-2012 bekannt. Siehe Wiki:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Television_Lighting_Consistency_Index
    verschärfen das.
    Will man Natürlichkeit, Sättigung oder gar feststellen wie Licht Bilder beleben kann (Lebhaftigkeit) so vergleichen heute Lichtprofis ganze Farbräume (genannt Gamut).und bilden den Index GAI. Vollständige Ableitung steht hier beschrieben:
    http://www.ledclusive.de/blog/led-shop/gai-gamut-area-index
    Damit wird die Aussage, wann ist Licht natürlich und als Vollspektrum zu sehen endlich einen messbaren Wert.

    • LED-Profi – Du bist ja echt pfiffig :D Bei den letzten Beiträgen habe ich den Link mal entfernt weil ich eigentlich nicht als Werbeplattform missbraucht werden möchte. Mit diesem Beitrag hast Du es aber geschafft :D – Eine tolle Ergänzung und ein spannendes Produkt. Würde das Teil nicht über 1500 Euro kosten… Na die Preise werden über die Jahre sicher etwas in den Keller gehen – würde meinen Spieltrieb schon befriedigen :)

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