Seit es die Menschheit gibt, ist die Dunkelheit für alle Menschen ein Hindernis auf ihrem Weg zum Glück und eine Quelle menschlicher Angst.
Die Erfindung des elektrischen Lichts war ein entscheidender Schritt zur Überwindung der Dunkelheit und befreite die Menschheit vollständig von der Nacht. An diesem Punkt begannen einige Leute über eine Frage nachzudenken: Wie ist die Lichtstärke einzuschätzen?
Die direkteste Methode besteht darin, sich bei der Beurteilung der Lichtstärke auf das menschliche Auge zu verlassen. Dies liefert uns jedoch nur eine Reihe von Adjektiven wie schwach, blass, schwach beleuchtet, hell, blendend usw.
Diese mehrdeutigen Informationen können von Person zu Person unterschiedlich sein, was es uns erschwert, bei Bedarf Vergleiche anzustellen. Daher müssen wir dringend eine quantitative Beschreibung der Lichtstärke bereitstellen, bei der Lichtquellen ihre eigenen Einheiten und Definitionen haben können.
Die erste Definition der Lichtintensität
Vor etwa zweihundert Jahren fanden die Menschen eine Methode, die Lichtstärke grob zu messen: die Fußkerze:
Es handelt sich dabei um die Energiedichte des Lichts, die sich auf einer Oberfläche von einem Quadratzoll sammelt, wenn man eine 30 cm lange (ungefähr ein Pfund schwere) Kerze beobachtet, die horizontal brennt.
Diese grobe Messmethode legte den Grundstein für das “Walöl”, das 1860 mit dem Urban Gas Lighting Act in Großbritannien eingeführt wurde, sowie für spätere Standardlichtquellen wie Pflanzenöllampen und Pentanlampen.
Verbesserungen bei den Leuchteinheiten
Mit der Entwicklung der Wissenschaft konnte sich die grobe Messmethode jedoch nicht an die zunehmende Vielfalt leuchtender Objekte anpassen. So wurde 1948 auf der Neunten Internationalen Konferenz für Maß und Gewicht beschlossen, einen schwarzen Körper bei der Temperatur des Erstarrungspunkts von Platin als Standard für die Lichtstärke zu verwenden, und die Candela wurde als neue Einheit der Lichtstärke festgelegt.
Während der Anwendung stellte sich heraus, dass die vorherige Definition erhebliche Fehler aufwies. Letztendlich wurde auf der 16. Internationalen Konferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1979 beschlossen, die aktuelle neue Definition zu übernehmen. Die neue Definition lautet:
Die Candela ist die Lichtstärke einer monochromatischen Strahlungsquelle, die mit einer Frequenz von 540 x 10^12 Hz in eine bestimmte Richtung strahlt und in dieser Richtung eine Strahlungsintensität von 1/683 W/sr aufweist.
An dieser Stelle dürften viele von Ihnen bereits von den zahlreichen Einheitenbezeichnungen verwirrt sein. Keine Sorge, wir sehen sie uns nacheinander genauer an.
Was ist eine Candela?
Aufmerksamen Lesern mag aufgefallen sein, dass der englische Name für “Candela” derselbe ist wie für “Candle”. Wie bereits erwähnt, wurde früher die Kerzenstärke als Einheit für die Lichtstärke verwendet, später wurde sie auf die Candela (abgekürzt cd) als Einheit standardisiert.
Candela bezeichnet den Lichtstrom (die physikalische Größe der optischen Leistung), der von einer Lichtquelle innerhalb eines Raumwinkels in eine bestimmte Richtung abgegeben wird.
Umrechnungsformel für Kerzenstärke, Lumen und Candela
1 Lichtstärke = 1 Lumen = 1 Candela multipliziert mit Steradiant, d. h. 1 fc = 1 lm = 1 cd * sr
Wir sehen oft eine weitere Einheit der optischen Physik, die genauso häufig auftaucht wie die Candela – das Nit. Welcher Zusammenhang besteht zwischen den beiden?
Was ist eine Nisse?
Ein Nit ist eine spezielle Einheit zur Messung der Helligkeit. 1 Nit = 1 cd/m², daher kann man davon ausgehen, dass ein Nit ein alter Begriff zur Messung der Lichtstärke ist, während Candela pro Quadratmeter (cd/m²) ein neuer Begriff ist.
Was ist der Unterschied zwischen Candela und Nit?
Aus der obigen Formel können wir erkennen, dass die beiden gleichwertig sind. Streng genommen gibt es jedoch Unterschiede zwischen ihnen. Die Candela ist eine Einheit der Lichtintensität, während das Nit eine Einheit der Helligkeit ist.
Darüber hinaus ist die Lichtintensität eine standardisierte, physikalisch definierte Messeinheit, während die Helligkeit lediglich eine subjektive Wahrnehmung des Lichts durch das menschliche Auge darstellt. Vereinfacht gesagt: Lichtintensität lässt sich wissenschaftlich messen, Helligkeit hingegen wird durch die visuelle Wahrnehmung des Lichts erfasst.
Welche Beziehung besteht zwischen Nit und Lumen?
Wenn wir nit erwähnen, erwähnen wir oft Lumen auch. Welche Beziehung besteht also zwischen ihnen? Das Lumen ist die Einheit des Lichtstroms und stellt die Strahlungsleistung dar, die das Auge wahrnehmen kann. 1 Nit entspricht ungefähr 0,093 Lumen pro Quadratfuß.
Um die Beziehung zwischen ihnen besser zu verstehen, betrachten wir ein hypothetisches Beispiel.
Angenommen, es gibt einen Bildschirm mit den Abmessungen 2 x 1,5 Meter, mit einem Bildschirmverstärkungsfaktor von 1,2 und einem gemessenen Lichtstrom von 2000 Lumen. Verwenden Sie dann eine Formel zur Umrechnung von Nit in Lumen:
Nit = Lumen × Bildschirmverstärkung / (Faktor × Bildschirmgröße)
Wir können berechnen, dass das endgültige projizierte Bild 2000 * 1,2 / (0,635 * 2 * 3,1415926 * 2 * 1,5) = wäre. 200,51 Nits.
Wie hilft das Verständnis von Nissen im täglichen Leben?
Wir haben bereits zahlreiche Umrechnungen verschiedener photometrischer Einheiten besprochen, um Produkte mit besserer Leistung, höherer Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit auszuwählen. Da der Markt mit uneinheitlichen Angeboten überschwemmt ist, werben manche Händler mit 8000, 12000 oder sogar 20000 Nits, um Kunden anzulocken, obwohl die tatsächliche Helligkeit oft nicht einmal 5000 Nits erreicht.
Ist ein höherer Nit-Wert besser?
Händler drängen immer wieder auf höhere Nits, aber sind höhere Nits immer besser? Die Antwort lautet: Nein.
Höhere Helligkeitswerte sind zwar besser für den Außeneinsatz geeignet, aber zu hohe Werte können die Wärmeableitung beeinträchtigen. Ein typisches Beispiel aus dem Alltag: Bei hellem Sonnenlicht müssen wir die Bildschirmhelligkeit oft auf Maximum stellen, um eingehende Nachrichten gut lesen zu können.
Kurz darauf beginnt sich das Telefon jedoch zu erhitzen, sodass wir uns entweder einen kühleren Platz suchen oder das Gespräch schnell beenden müssen.
Übermäßig hohe Helligkeitswerte führen daher nur zu höheren Preisen, und im Alltag nutzen wir Geräte nicht über längere Zeiträume mit solch hohen Werten. Dies verkürzt nicht nur die Lebensdauer des Geräts erheblich, sondern kann auch eine Reduzierung der Helligkeit aufgrund von Problemen wie Überhitzung und zu hellen Bildschirmen erforderlich machen.
Was ist der ideale Nit-Wert?
Smartphones: 200 Nits im Innenbereich, 400 Nits im Außenbereich
Bei der Nutzung eines Smartphones in Innenräumen liegt die typische Helligkeit üblicherweise zwischen 200 und 300 Nits, im Freien ist es jedoch in der Regel notwendig, sie auf 400 bis 500 Nits zu erhöhen; andernfalls muss man einen schattigen Platz aufsuchen, um den Bildschirm klar erkennen zu können.
Wer häufig im Freien liest, sollte natürlich auf ein Gerät mit E-Ink-Display umsteigen. Solche Geräte bieten eine hervorragende Lesbarkeit bei hellem Licht und sind sehr energieeffizient.
Computer/Laptops: 200–500 Nits
Computer und Laptops werden üblicherweise in Innenräumen verwendet und benötigen daher keine besonders hohen Helligkeitswerte (Nit), außer beim Spielen. Laut Einschätzungen von Spieleentwicklern bieten Computer oder Laptops mit hoher Helligkeit oder HDR-Displayqualität (High Dynamic Range) bei großen 3D-Spielen ein optimaleres Spielerlebnis.
Fernseher: 200–2000+ Nits
Die meisten Fernseher auf dem Markt sind heute LCD oder Plasmafernseher mit einer Helligkeit von 200 bis 500 Nits. Einige Ultra-High-Definition-Fernseher (4K und 8K) können jedoch 4000 Nits oder mehr erreichen.
Große Außenwerbung: 4000–10000 Nits
Im Gegensatz zu Innenanwendungen werden große Außenwerbungen über längere Zeiträume intensiver Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Ist der Nit-Wert zu niedrig, kann der Inhalt völlig unleserlich werden. Beispielsweise LED-Anzeigen für den Außenbereich auf dem Markt haben über 4000 Nits und einige Outdoor-LED-Displays mit größerem Abstand (wie P10, P16) können sogar 7000 oder 10000 Nits erreichen.
Um jedem das Verständnis der verschiedenen photometrischen Einheiten zu erleichtern, finden Sie hier einige physikalische Formeln, die den Zusammenhang zwischen Einheiten, Lumen und Helligkeit erklären:
Beziehung zwischen Nits, Lumen und Leuchtdichte:
Umrechnung von Nits in Lumen:
Lumen = Nits × Anzeigefläche (in ㎡)
Umrechnung von Lumen in Nits:
Nits = Nits × Anzeigefläche (in ㎡)
Berechnung der Leuchtdichte (in Nits):
Leuchtdichte (in Nits) = Helligkeit (in Nits)/π×(Abstand vom Display)²
Berechnung der Leuchtdichte (in Candela pro Quadratmeter):
Leuchtdichte = Helligkeit (in cd/㎡)×Reflektivität
Ich glaube, dass Sie durch die obige Formelumrechnung ein tieferes Verständnis verschiedener photometrischer Einheiten erlangen können.
