Die Helligkeit von Lampen – oder warum Lumen nur die halbe Wahrheit sind…

Redaktion
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Kategorie: Grundlagen, Unterwasserfotografie

Inzwischen hat die LED ihren Platz in der Taucherwelt gesichert und ist aus den aktuellen Tauchlampen nicht mehr wegzudenken.

Aber mit dieser “neuen” Technologie lassen wir uns leichter täuschen als je zuvor. Watt-Angaben zum Vergleich der Helligkeit gibt es nicht mehr und Aussagen ambitionierter Tektaucher wie:
“Die Lampe ist so hell, wie eine 21W HID” helfen auch nicht wirklich weiter. Vorteil für die Lampenhersteller, denn die können nun eine Größe zur Angabe der Helligkeit nutzen, die zwar schön klingt, aber für den Kunden zunächst keine verwertbaren Informationen enthält…

Die Lumen.

Der Großteil der Lampenhersteller zieht die Angabe der Lumen-Zahl für Vergleiche der Lichtstärke heran:
Spot-Hauptlampen mit 1000 Lumen, 6000 Lumen Videolampen und sogar Fernostprodukte mit 10.000 Lumen.

In diesem Beitrag möchte ich erklären warum dich die Angabe zu den Lumen einer Lampe nicht weiterbringen und worauf du hinsichtlich der Unterwasserfotografie achten kannst.

Lumen (lm)

Zunächst solltest du dir bewusst machen, was Lumen eigentlich sind.

Lumen ist tatsächlich die Angabe der Helligkeit über den gesamten Lichtstrom, den ein Leuchtmittel, also eine Glühbirne oder eine LED in ALLE Richtungen abstrahlt.

Glühlampen, wie sie in den klassischen Halogen-Strahlern zum Einsatz kommen, strahlen ihr Licht Kugelförmig ab. Anders ist es bei LEDs. Hier wird das Licht durch die spezielle Bauweise, gerichtet abgegeben. Das heißt in einem Winkel, der deutlich geringer ist, als die 360° einer Halogenlampe.

Um die Lumen einer Lampe zu messen und zu vergleichen müssten die Lampenhersteller ihre Leuchten eigentlich in einer sogenannten Ulbricht-Kugel messen, oder messen lassen. In dieser wird das gesamte Licht, das aus der Lampe austritt, gleichmäßig gestreut. Mit Hilfe eines Sensors, der vor dem Direktlicht aus der Lampe geschützt ist, kann so der gesamte Lichtstrom errechnet werden.

Die Messgeräte und Tests in den Labors sind nicht besonders günstig, weshalb einige Lampenhersteller statt zu messen, ganz unverfroren die maximal möglichen Lumen angeben, die das Leuchtmittel alleine unter Laborbedingungen erreichen kann. Das bedeutet unter Kühlung des LED-Chips und bei einer festgelegten Spannung, die von einem überwachten Generator bereitgestellt wird.

Deshalb liegen die Lumen-Werte bei einigen Herstellern schon 20% über dem, was tatsächlich nach einem Einbau in der Lampe erreicht wird. Weitere Faktoren wie zusätzlich zwischengeschaltete Elektronik, Optiken wie Linsen und Reflektoren oder auch der Akku sorgen dafür, dass niemals 100% der maximal theoretischen Lichtleistung erreicht werden können.

Aber 1200 Lumen lesen sich einfach besser als 960 Lumen…

Die Lichtverteilung ist entscheidend

Lässt du die Lumenangabe unter Laborbedingungen zunächst außen vor, wirst du vielleicht schon festgestellt haben, dass die Lumen als Angabe für die Helligkeit einer Lampe nur bedingt tauglich sind.

Wie schon erwähnt, bezieht sich die Angabe der Lumen auf die Lichtabgabe in jede Richtung. Eine Halogenlampe strahlt in einem Winkel von 360°, daher macht hier eine Angabe der Lichtleistung in Lumen Sinn. Auch bei Videolampen, deren Lichtverteilung besonders breit und gleichmäßig ist, sind Lumen eine nützliche Angabe.

Bei klassischen Tauchlampen hingegen ist ein Abstrahlen des Lichts in jede Richtung denkbar ungünstig.

Mit einer ungerichteten Lichtquelle würdest du dich und deinen Tauchpartner blenden und den Großteil der Lichtleistung verschenken.

Deshalb kommen in Taschen- und Unterwasserlampen Reflektoren zum Einsatz, die das Licht bündeln und in die gewünschte Richtung lenken.

Anders als ein Halogenbrenner strahlt eine LED jedoch schon aus fertigungstechnischen Gründen in einem deutlich kleineren Winkel (ca. 120°). Das kommt dir als Taucher schon entgegen und um den Strahl weiter zu bündeln, werden auch bei den LEDs zusätzliche Reflektoren eingesetzt.

Doch sobald das Licht gebündelt ist und in eine bestimmte Richtung strahlt, ist eine Angabe der Lumen zwar möglich aber nicht mehr besonders aussagekräftig. Deshalb wird in der (professionellen) Lichttechnik eine weitere Größe verwendet, die angibt, wie viel Licht auf eine Fläche von einem Quadratmeter fällt.

Die Einheit Lux (lx)

Um also die Stärke einer Lichtquelle mit einem gezielten Abstrahlwinkel anzugeben, ist eigentlich die Größe Lux besser geeignet. Denn dieser Wert gibt an, wie viel Licht in einem Meter Abstand auf einer Fläche von einem Quadratmeter ankommt.

Prinzipiell ist es möglich, anhand des Abstrahlwinkels und der Lumen im Datenblatt die theoretischen Lux zu errechnen1. Eine Formel findest du im Anhang.

Die Hersteller, die den Lux-Wert mit angeben, messen diesen an Land. Und von Lampe zu Lampe können sich hier gänzlich unterschiedliche Werte ergeben.

Welcher Abstand zur Messung des Lux-Wertes gewählt wird, bleibt dem Lampenhersteller überlassen. Grundsätzlich sollte er aber mit angegeben sein. Der Einfachheit halber beziehen die meisten Hersteller ihre Messwerte auf einen Abstand von einem Meter und das Zentrum des Lichtkegels.

Hier ein Beispiel, wie sehr sich die rechnerischen Werte von den Messwerten an Land unterscheiden. Unter Wasser ist der Lux-Wert nochmals geringer, was an der lichtabsorbierenden Eigenschaft des Wassers liegt.

Alle drei Lampen verwenden eine CREE XM-L2 LED und geben im Datenblatt einen Lichtstrom von 1000 Lumen an. Trotzdem unterscheidet sich, wie du siehst, die Helligkeit jeder Lampe von der anderen.

Gemessen wurden im Zentrum der jeweiligen Lampen folgende Lux-Zahlen:
Lampe 1 (Wide 70°) – 352 lx | rechnerisch 880 lx
Lampe 2 (Spot 10°) – 13251 lx | rechnerisch 41800 lx
Lampe 3 (Spot 8°) – 18580 lx | rechnerisch 65000 lx

Für die realen Messwerte spielen neben dem Abstand und dem Winkel weitere Faktoren eine Rolle. Z.B. die Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung und die Bildung einer Korona außerhalb des angegebenen Abstrahlwinkels.
Nun wird dir vielleicht klar, warum die alleinige Angabe einer Lumenzahl für Tauchlampen nicht besonders aussagekräftig ist. Hier werden sämtliche äußere Faktoren vernachlässigt und es von einer technisch optimalen Leuchte ausgegangen, die das Licht wie gewünscht in einem gleichmäßigen Kegel nach vorn abstrahlt.

Je nach dem wie ungleichmäßig die Korona ausläuft, wird hier Licht erzeugt, das dir nachher beim Tauchen nicht besonders hilfreich ist.
Trotzdem ist auch die Lux-Zahl nicht ein alleiniges Kriterium für die Helligkeit einer Tauchlampe. Diese lässt dich als Taucher aber ungefähr einschätzen, welche Lampe im Zentrum heller ist und weniger Verluste in Form einer Korona erzeugt.

Warum also Lumen-Angaben?

Woran liegt es, dass die Hersteller die Lumen der Lampe angeben, nicht aber die Lux, mit denen eine zusätzliche Einschätzung der Helligkeit möglich wäre?

Aus genau einem Grund: Lux lassen sich bei Spot-Lampen deutlich besser vergleichen als die Lumen. Gleichzeitig werden die Verluste, die in Form einer ungewollten Korona entstehen, vernachlässigt.
Und genau diese Vergleiche wollen einige Hersteller verhindern. Denn so ist der Kunde quasi gezwungen, seine Entscheidung anhand einer nur scheinbar relevanten Größe zu treffen.

Trotzdem ist auch bei den Lux-Werten Vorsicht geboten.
Mit den Lux-Angaben kann für Tauchlampen mit engem Spot relativ einfach eine Entscheidung getroffen werden.
Bei Videolampen hingegen sind die Lux nur bedingt aussagekräftig. Hier kannst du getrost auf die gemessenen Lumen zurückgreifen und zusätzlich auf einen gleichmäßigen Lichtkegel achten.

Es gibt nur wenige Hersteller und Händler, die auf diese Unterschiede hinweisen und gemessene Lux oder Lumenwerte angeben.

FOC TEC | Thor Tauchlampen | Scaleo Tauchlampen | Scubapro

Noch hilfreicher ist es, wenn der Hersteller zusätzlich Bilder der Lichtverteilung der Lampenköpfe zeigt, wie es z.B. die Firma TillyTec tut.

Optimal wäre ein Diagramm zur Lichtverteilung, wie es für jede industriell verwendete Lampe zum Einsatz kommt. Die sogenannte LVK oder Lichtverteilungskurve.
Hier würde sich die Helligkeit und die Gleichmäßigkeit des Lichtkegels wirklich anhand des Datenblatts einschätzen lassen.

Ähnlich verhält es sich, wenn du eine Lampe verwendest. Nur muss hier das Licht erst den Weg von der Lampe bis zum Objekt und wieder zu dir zurücklegen. Das bedeutet: Bei einem Abstand von über zwei Metern wirst du schon bald erste Farbverluste im Bild feststellen können.

Wenn also ein Videolampenhersteller eine Sichtweite mit allen Farben von über 3 Metern verspricht, ist das schlichtweg nicht richtig. Eine Liste verschiedener Videolampen findest du hier.

Wie stark sollte eine Lampe also sein?

Hauptlampen mit Spot bis 10°

Ein Abstrahlwinkel von 10° und einem leicht abflachenden Schein nach außen hin ist zum Tauchen die wohl am besten universell einsetzbare Beleuchtung. Mit dem engen Lichtkegel kann einerseits noch gut kommuniziert und gezeigt werden. Gleichzeitig ist der Schein so breit, dass sich problemlos auch größere Riffbereiche ausleuchten lassen.

Die Leistung sollte hier 1000 theoretische Lumen oder etwa 10.000 gemessene Lux nicht unterschreiten.

Liegen die Werte darunter, ist der Lichtschein tagsüber quasi nicht zu sehen. Diese Leuchten wären höchstens als Backuplampe im Notfall okay. Aber zum entspannten Beleuchten der Unterwasserwelt taugen sie nur bedingt.

Eine Obergrenze gibt es für Tauchgänge am Tag nicht. Hier sollte dir nur klar sein, dass eine hohe Lichtleistung größere oder mehr Akkus erfordert und die Lampen damit schwerer und größer werden. Anders verhält es sich bei Nachttauchgängen. Bei hohen Lichtleistungen und einem engen Abstrahlwinkel sollte die Lampe dimmbar sein. Das entlastet nicht nur deine Augen, weil du den Unterschied zwischen dem Lichtschein und der Dunkelheit um dich herum verringerst, sondern verhindert auch ein versehentliches Verscheuchen von Tieren.

Hauptlampen mit Spot bis 30°

Bei Winkeln bis 30° sind minimal 3000 Lumen-Leuchten mit deutlich hellem Zentrum empfehlenswert. Von diesen Lampen gibt es nur wenige, da dieser Winkel unnötig groß ist und damit Lichtleistung verschenkt. Gleichzeitig ist der Winkel trotzdem noch zu klein um Foto- oder Videoaufnahmen zu beleuchten.

Fotolampen und Videoleuchten

Willst du einen großen Bereich unter Wasser gleichmäßig auszuleuchten ohne unnötiges Bildrauschen zu erzeugen, bedarf es normalerweise mehr als einer Lampe.

Hier ein kleines Rechenbeispiel:
Um mit einer Videoleuchte bei 100° Abstrahlwinkel die gleiche Helligkeit (in Lux) wie bei einer 10° Spotlampe (mit 1000 Lumen) zu erreichen, müsste die Videolampe über 30.000 Lumen haben. Lampen mit 26.000 Lumen gibt es beim Schweizer Hersteller Keldan und kosten knapp 4.000€ pro Leuchte.

Leistungstechnisch kann hier keine andere Empfehlung ausgesprochen werden als so viel wie möglich!
Da bei den Videolampen die Lux-Zahl nur bedingt eine Orientierung bietet solltest du auf ein möglichst gleichmäßiges Leuchtbild achten. Für optimale Ergebnisse solltest du daher besser zwei Leuchten verwenden.
Sollen die Lampen dann noch leistungsstark und farbecht sein, ist wahrscheinlich dein Budget der limitierende Faktor. Willst du also Videos unter Wasser ausleuchten, wirst du um Dauerlicht nicht herumkommen.

In der Fotografie hingegen solltest du, wenn es keinen triftigen Grund gibt, auf LED-Lampen verzichten und stattdessen einen Blitz verwenden. Mehr dazu gibt es im Artikel Blitz oder Lampe

Selbst die schwächsten Unterwasserblitze schaffen es bei einer Leitzahl von 15 immerhin noch auf einen vergleichbaren Wert von etwa 600.000 Lux und das gleichmäßig auf einen Winkel von 100° bei einem Meter Abstand. Das heißt, der Blitz liefert bei maximaler Leistung, innerhalb der Abbrenndauer von 20µs, etwa 1 Mio. Lumen und damit etwa 1000 Mal so viel Licht, wie es eine kleine Handlampe erzeugt.

Schwebteilchen (Backscatter) und Gewässertypen

Nach den beiden ersten Teilen dieses Artikels weißt du nun, warum deine Fotos ohne zusätzliches Licht ab einer gewissen Tiefe deutliche Farbstiche aufweisen werden. Aber warum ist der Farbstich im Meer blau und in den heimischen Seen grün? Und wieso ist die Sichtweite in den verschiedenen Gewässern so unterschiedlich?

Hersteller	Bezeichnung	Winkel	Lumen	Lux	Link
Anchor Divelights	1K Spot	10°	1.000 lm	9.500 lx	https://anchordivelights.com/product/series-1k-handheld-10-spot/
Anchor Divelights	3K Spot	20°	3.000 lm	4.315 lx	https://anchordivelights.com/product/series-3k-handheld-20-spot/
Anchor Divelights	Video 5K	120°	3.900 lm	791 lx	https://anchordivelights.com/product/video-5k-120-wide/
Heser	Backup	6°	240 lm	n/v	https://www.deepstop.de/de/backuplampen/429-die-heser-backup-selected-led.html
Kowalski	Pico XR	12° / 70°	900 lm	n/v	http://unterwasser-fotografieren.de/kowalski-pico-xr/
Mares	EOS 5	10°	620 lm	13.000 lx	http://www.ts-heinemann.com/products/de/Lampen/Mares-EOS-5-LED-Lampe-Tauchlampe.html
Light&Motion	Sola Dive 1200 Spot	12°	1.200 lm

Ich hoffe, ich habe die Technik verständlich erklärt.
Ansonsten freue ich mich über deine Fragen in den Kommentaren.

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26. Juni 2024 Keine Kommentare