Das Lumen darf nicht mit demLux verwechselt werden, der Einheit derBeleuchtungsstärke, die angibt, wie viel Licht pro Zeitspanne und pro Fläche auf dieser auftrifft (umgangssprachlich die „Helligkeit“ an einem beleuchteten Ort).
Der Lichtstrom ist einephotobiologische Größe. Er entspricht derStrahlungsleistung, berücksichtigt aber zusätzlich, dass das menschliche Auge für Licht unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich empfindlich ist:. Der Faktor, der die Empfindlichkeit des Auges beschreibt, ist dasphotometrische Strahlungsäquivalent. Für die Strahlungsleistung verwendet man die MaßeinheitWatt und für den Lichtstrom das Lumen.
Das Lumen ist überK(λ) an das Watt gekoppelt. Es ist
„[…] definiert, indem für das StrahlungsäquivalentKcd der monochromatischen Strahlung der Frequenz 540·1012 Hz der Zahlenwert 683 festgelegt wird, ausgedrückt in der Einheit lm W−1 […]“[1][2]
Spektrales photometrisches Strahlungsäquivalent für Tagsehen K(λ) und für Nachtsehen K′(λ)
Dieser Normierungsfaktor von 683 lm/W ist ein willkürlich festgelegter Wert. Er wurde so gewählt, dass das 1979 so definierte Lumen möglichst gut mit seiner früheren Definition übereinstimmte. Die für diese Definition gewählte Frequenz von 540 THz entsprichtgelbgrünem Licht einer Wellenlänge von 555 Nanometern. Bei dieser Wellenlänge ist das menschliche Auge fürTagsehen am empfindlichsten.[3] Zum roten und blauen Ende des Farbspektrums hin sinkt der Wert vonK jeweils ab und erreicht an den Rändern des sichtbaren Bereichs den Wert Null. Im Regelfall wird dem Auge ein Gemisch elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen angeboten, die unterschiedlich stark zum Helligkeitseindruck beitragen.K ist dann das gewichtete Mittel („Durchschnitt“) derHellempfindlichkeitskurveV(λ). Für das Wellenlängengemisch des Tageslichts istK ≈ 125 lm/W.
Bei sehr geringer Helligkeit (genauer:Leuchtdichte) sind im menschlichen Auge andere Sehzellen aktiv. In diesem Fall gilt dann das photometrische Strahlungsäquivalent fürNachtsehen,K′(λ). Im Übergangsbereich zwischen Tagsehen und Nachtsehen (Dämmerungssehen) wird zwischenK(λ) undK′(λ)interpoliert (siehe hierzuPhotometrisches Strahlungsäquivalent).
Die Empfindlichkeit des menschlichen Auges beim Nachtsehen ist beiλ = 507 nm maximal und dort deutlich größer als für Tagsehen.[4] Beiλ = 555 nm ist die Empfindlichkeit ungefähr gleich;[5] daher hat man fürK′(λ) dieselbe Normierung festgelegt:[5]K′(555 nm) =K(555 nm) = 683 lm/W.
Ein Lichtstrom von 1 lm bei einer Wellenlänge von 555 nm entspricht einemPhotonenstrom von 4,1·1015 Photonen pro Sekunde.[6][7]
Die Einheit Lumen wurde 1894 vonAndré-Eugène Blondel vorgeschlagen und 1896 auf dem Internationalen Elektrikerkongress in Genf angenommen.
Photometrische Größen und Einheiten waren zunächst über standardisierte Lichtquellen wie dieHefnerlampe definiert, die in einem breiten Frequenzband Licht ausstrahlten. Aus messtechnischen Gründen wurden nicht Lichtströme, sondernLichtstärken (Lichtstrom durchRaumwinkel) durchvisuelle Photometrie verglichen. Seit 1946 war die Einheit der Lichtstärke, dieCandela, über einenSchwarzen Strahler definiert[8] (zunächst unter der Bezeichnung „Neue Kerze“[8] und ab 1948 als „Candela“[9]). Die Candela wurde als separate Basiseinheit in das SI aufgenommen.
Die heutige Definition von Candela und Lumen ist seit 1979 gültig,[5] in ihrer heutigen Formulierung allerdings erst seit derRevision des SI durch die 26.Generalkonferenz für Maß und Gewicht, die am 20. Mai 2019 in Kraft trat.[10] Vor 2019 galt die Regel, dass alle Maßeinheiten von denSI-Basiseinheiten abgeleitet werden mussten, sofern sie nicht selbst solche waren. Die referierte Basiseinheit war in diesem Fall die Candela. Dadurch musste die Definition des Lumen komplizierter formuliert werden.
Als die Einheiten 1979 neu definiert und an dasWatt angebunden wurden, plädierte das zuständige internationale Gremium (Comité Consultatif de Photométrie et Radiométrie (CCPR)) dafür, dass das Lumen die Candela als SI-Basiseinheit ersetzen sollte.[11][12] Um die Zustimmung zur Neudefinition der photometrischen Einheiten insgesamt nicht zu gefährden, wurde jedoch davon Abstand genommen.
BeiLeuchtmitteln ist der Zahlenwert in Lumen ein Maß dafür, wie viel Licht ein Leuchtmittel abgibt. Laut EG-Verordnung 244/2009 muss diese Angabe auf den Leuchtmittelverpackungen dominant sein.[13] Der Zahlenwert in Watt hingegen gibt an, wie viel elektrische Leistung aufgenommen („verbraucht“) wird. Als Orientierungshilfe darf zusätzlich die Leistungsaufnahme einer lichtstrom-äquivalenten herkömmlichen Glühlampe angegeben werden („entspricht einerGlühbirne mit xx W“), wobei die Umrechnung gesetzlich vorgegeben ist.[13]
DieLichtausbeute – das Verhältnis „Lumen zu Watt“ – ist somit ein Maß für den Wirkungsgrad eines Leuchtmittels; das nennt manLampenwirkungsgrad.
„ANSI-Lumen“ ist eine umgangssprachliche Bezeichnung im Zusammenhang mit der technischen Spezifikation vonProjektoren. Dabei handelt es sich nicht etwa um eine spezielle lichttechnische Einheit, sondern es sagt aus, dass der Lichtstrom (umgangssprachlich „die Helligkeit“) des Projektors in der Einheit Lumen gemäß einer Messvorschrift ermittelt wurde, die vomAmerican National Standards Institute (ANSI) entwickelt wurde.[14]
Zur Vorbereitung der Messung ist der Projektor so einzustellen, dass vor einem weißen Hintergrund ein fünf Prozent graugetöntes Feld von einem zehn Prozent graugetönten Feld zu unterscheiden ist, also zwei sehr helleGrautöne. Die Projektionsfläche wird dann in drei Spalten und drei Reihen geteilt und derMittelwert derBeleuchtungsstärke (in Lux) aller neun Felder ermittelt. Dieser Mittelwert multipliziert mit der Projektionsfläche ergibt die „ANSI-Lumen“:[15]
Die Angaben der meisten Hersteller von Projektoren beziehen sich auf die normgerechten Maximaleinstellungen, die für die Praxis nur selten optimal sind. Die bei optimaler Einstellung erreichten Lichtströme liegen teilweise deutlich darunter.
Das Lumen wurde alsliu-ming in dieChinesische Sprache übernommen und nicht, wie man erwarten sollte, alslu-men. Dadurch haben die verwendeten Schriftzeichen (流,liú – „fließen“ und明,míng – „hell, leuchtend“) nicht nur phonetisch, sondern auch inhaltlich eine passende Bedeutung.
↑Die standardisierte Kurve der physiologischen Lichtempfindlichkeit hat ihr Maximum bei exakt 555 nm. Licht der Frequenz 540 THz hat in Luft die Wellenlänge 555,016 nm.
↑Richard J. C. Brown et al.Report of the CCU/CCQM Workshop on “The Metrology of Quantities Which Can Be Counted”Metrology 2023, 3(3), Abschnitt 2.3.4, S. 309–324;doi:10.3390/metrology3030019,
↑abComité International des Poids et Mesures – Procès verbaux des séances. 2e série. XX série, 1947,S.119–121 (bipm.org [PDF]).: Der Wortlaut befindet sich auf Seite 125-127 des PDF-Dokuments (französisch) Resolution der CIPM von 1946. BIPM, abgerufen am 12. März 2021 (englisch).
↑Comité International des Poids et Mesures – Procès verbaux des séances. 66e session. 2e série, 1977,S.5–6 (bipm.org [PDF]). (7,4 MB): „Recommandation P 3 (lumen comme unité de base avec une définition en fonction du watt) est celle qui a la préférence de la majorité du CCPR.“ Das CCPR (Comité Consultatif de Photométrie et Radiométrie) ist das zuständige Beratungsgremium desInternationalen Komitees für Maß und Gewicht (CIPM). Der Wortlaut der Empfehlung P 3 befindet sich auf Seite 143 desselben Dokuments.
↑Die entsprechende Norm IT7.227-1998 wurde bereits im Juli 2003 vom ANSI zurückgezogen und findet sich dort nicht mehr. Gültig sind hingegen die praktisch identischen Normen derInternational Electrotechnical Commission (IEC) sowie die DIN EN 61947-1.
