Was ist Licht?
Als Auftakt in die Serie LED Beleuchtung für die Süsswasseraquaristik steht die Klärung von Grundlagen.
Unser natürlicher Lichtspender ist die Sonne. Sie sendet elektromagnetische Strahlung in einem breiten Spektrum (Wellenlängenbereich) aus.
Für uns sichtbar ist nur ein kleiner Teil dieser Strahlung, nämlich der mit einer Wellenlänge von etwa 380 bis 780 Nanometer (Kürzel nm). Wie das Wort Wellenlänge schon aussagt, handelt es sich tatsächlich um eine Längenangabe. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter.
Je kürzer die Wellenlänge des Lichtes ist, umso mehr Energie hat es. Das ist später wichtig, wenn es um das Eindringverhalten von Licht in Wasser geht, denn energiereiches Licht durchdringt Wasser besser als energiearmes.
Das für uns sichtbare Tageslicht hat ein kontinuierliches Spektrum, das heisst die Lichtintensität nimmt über den Wellenlängenbereich kontinuierlich zu- und dann wieder ab. Das Spektrum weist keine Lücken auf.
Diese spektrale Zusammensetzung des Tageslichtes ist typisch für einen thermischen Strahler. Es gibt auch künstliche Lichtquellen, die thermische Strahler sind: Beispielsweise Kerze und Glühbirne (glühender Draht!). Wir empfinden dieses Licht deshalb als besonders angenehm und natürlich (siehe auch später bei Farbwiedergabeindex), weil es dem der Sonne so ähnlich ist.
In der Süsswasseraquaristik wurden bisher vorwiegend Leuchtstofflampen als Lichtquelle eingesetzt. Das Licht dieser Gasentladungslampen wird durch deren Füllgase bestimmt. Man unterscheidet 3- beziehungsweise 5-Banden Röhren und Vollspektrenröhren.
Als Beispiel einer 5-Banden Röhre: Die Dennerle Amazone Day T8:
Die Firma JBL vertreibt Vollspektrenröhren, hier die Lichtfarbe Tropic:
Der Farbeindruck einer Lichtquelle auf das menschliche Auge wird als Lichtfarbe bezeichnet. Eine Kerze beispielsweise spendet ein “warmes“ Licht, eine Xenonlampe erzeugt „kühle“ Farben. Zur Definition der Lichtfarbe oder Lichtfarbtemperatur wird die Farbe, die ein schwarzer Körper (planckscher Strahler) bei einer bestimmten Temperatur hat, herangezogen.
Das heisst: der schwarze Körper strahlt bei 1800 Kelvin (entspricht 1527°C) ein rotes Licht aus, bei 16000 Kelvin (15727°C) ein blaues Licht (das Spektrum des Lichtes ist dabei kontinuierlich, da es sich um einen thermischen Strahler handelt).
Verschiedene Lichtquellen haben auch unterschiedliche (typische) Farbtemperaturen:
- 1500K – Kerze
- 2000K – Natrumdampflampe
- 2200K – 40 Watt Glühlampe
- 2800K – 100 Watt Glühlampe
- 3000K – Halogenlampe
- 5000K – Morgensonne, Abendsonne
- 5500K – Sonne am Vor- und Nachmittag
- 6500-7500K – Bedekcter Himmel
- 7500-8500K – Nebel
- 9000-12000K – Blauer Himmel, kurz vor Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang (blaue Stunde)
Beleuchtete Gegenstände erscheinen uns umso natürlicher, je ähnlicher das Spektrum der Lichtquelle dem der Sonne ist (schwarzer Strahler). Ausgedrückt wird dies durch den Farbwiedergabeindex (englisch: Color rendering Index, CRI). Der Farbwiedergabeindex ist nicht von einer bestimmten Farbtemperatur abhängig, sondern nur davon, wie perfekt das Spektrum eines schwarzen Strahlers (gleicher Farbtemperatur) von der Lichtquelle nachgebildet wird. Manche Hersteller geben statt des Farbwiedergabeindexes die Farbwiedergabestufe eines Leuchtmittels an. Der Zusammenhang ist in der Tabelle dargestellt:
| Farbwiedergabestufe | Farbwiedergabeindex | Farbwiedergabeeigenschaft |
| 1A | >90 | Sehr gut |
| 1B | 80 – 89 | Sehr gut |
| 2A | 70 – 79 | Gut |
| 2B | 60 – 69 | Gut |
| 3 | 40 – 59 | Genügend |
| 4 | <39 | Ungenügend |
Die (genormte) Messung des allgemeinen Farbwiedergabeindex RA wird mit 8 Testfarben durchgeführt. In der folgenden Tabelle sind bekannte Leuchtmittel und deren Farbwiedergabeindex aufgelistet. Allgemein gilt: Je höher der Farbwiedergabeindex eines Leuchtmittels ist, desto „natürlicher“ werden die Farben der beleuchteten Dinge wiedergegeben.
Bisher ging es ja um die Qualität des Lichtes. Interessant ist aber natürlich auch wie hell eine Lichtquelle ist!
Die Helligkeit eines Leuchtmittels wird als Lichtstrom oder Lichtleistung definiert. Es ist die gesamte Lichtmenge, die von einem Leuchtmittel in alle Richtungen abgestrahlt wird (Einheit: Lumen). Bei der Messung der Lichtleistung wird die Empfindlichkeit des menschlichen Auges mitberücksichtigt: Wir “sehen” grünes Licht wesentlich besser, als beispielsweise blaues und rotes!
Das heisst, dass beispielsweise doppelt so viel Licht (Photonen) mit einer Wellenlänge von 500 nm notwendig ist, um auf unserer Netzhaut den gleichen Helligkeitseindruck zu erzeugen wie Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm!
Also ist die Lichtleistung eines Leuchtmittels eine spektral gewichtete Messgrösse. Direkt miteinander vergleichen kann man sinnvollerweise nur die Lichtleistung von Leuchtmitteln, deren Lichtqualität (spektrale Zusammensetzung) ähnlich ist. Problematisch ist das insofern, als unsere Aquarienpflanzen das Licht wesentlich anders “sehen” als wir. Grüne Pflanzen interessiert vor allem Licht, mit dem Photosynthese betrieben werden kann. Ausserdem kann man “tricksen”, indem man dem Leuchtmittel einen deutlichen Grünpeak verpasst. Dies erhöht die Lumenleistung! Dazu später mehr.
Die Beleuchtungsstärke EV bezeichnet die Lichtleistung eines Leuchtmittels bezogen auf die bestrahlte Fläche (Ev = Lichtstrom pro Quadratmeter; Einheit: lux = Lumen pro Quadratmeter). Anders ausgedrückt trifft die Beleuchtungsstärke eine Aussage darüber, wie viel Licht in beispielsweise 50 cm Abstand vom Leuchtmittel noch auf einer Fläche von einem Quadratmeter ankommt (Die Beleuchtungsstärke ist eine Empfängergröße).
Die Beleuchtungsstärke wird mit einem Messgerät direkt gemessen. Die messbare Beleuchtungsstärke auf einer Fläche wird umso geringer, je weiter die zu beleuchtende Fläche von der Lichtquelle entfernt ist und je stärker die Lichtquelle streut (z.B. Leuchtstoffröhre strahlt im 360° Winkel ab, LED strahlt das Licht in einem relativ kleinen Winkel ab). Deshalb ist es bei einem Vergleich von Leuchtmitteln wichtig, die Beleuchtungsstärke bei einer festen Distanz (Lichtquelle zu beleuchteter Fläche) zu vergleichen.
Um die Effizienz von Leuchtmitteln vergleichen zu können, wird der Wirkungsgrad oder die Lichtausbeute η berechnet: Die Lichtausbeute berechnet sich aus dem von einer Lichtquelle freigesetztem Lichtstrom pro eingesetzter Leistung (Einheit: Lumen pro Watt).
Leuchtmittel, die besonders natürlich wirken (hohe Farbwiedergabestufe), sind meist weniger effizient als besonders helle Leuchtmittel. Licht ist also nicht gleich Licht- da gibt es viel zu beachten!
Im nächsten Beitrag wird der Unterschied von LED zu Leuchtstoffröhren erklärt.
Vielen Dank für den sehr interessanten Beitrag! …bin schon jetzt sehr gespannt auf Ihren nächsten Beitrag und kann kaum darauf warten 🙂
Guten Morgen
Besten Dank für Ihr positives Feedback.
Der zweite Teil wird ca. Ende Woche aufgeschaltet.
Ihr Zoo Roco Team – Therese Schumacher