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====== Lichttechnische Größen ======

Für einen Lichtdesigner ist es wichtig, die verschiedenen Bewertungsgrößen von Scheinwerfern für Bühne,\\  Film und Fernsehen zu kennen und zu verstehen. Nur dann ist es möglich, den "richtigen" Scheinwerfer\\
in Typ und Anzahl für unterschiedliche Beleuchtungsaufgaben definieren und auswählen zu können.

{{:dreh:licht:lichttechnik_1.jpg|}}

===== Lichtstrom =====
Durch die Bewertung der physikalischen Strahlungsleistung (Watt) mithilfe der [[dreh:licht:lichttechnische_groessen:knowledge|wellenlängenabhängigen Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges]] entsteht als neue Größe der Lichtstrom. Alle weiteren lichttechnischen Größen sind mit dem Lichtstrom verknüpft. Der Lichtstrom ist die von einer Lichtquelle in allen Richtungen insgesamt abgestrahlte Lichtleistung.\\

Formelzeichen: **Φ**(Phi)\\
Einheit: Lumen\\
Zeichen: lm\\

Ein Profilscheinwerfer wie zum Beispiel ein in den HdM-Studios eingesetzter Robe Profile T1 strahlt wie andere Scheinwerfertypen auch, niemals in alle Richtungen des Raumes Licht ab. Das Scheinwerfergehäuse, Linsensysteme und andere einschränkende Bauteile begrenzen den Lichtaustritt in eine bestimmte Richtung. Um also an eine von der Abstrahlrichtung abhängige möglichst genaue Lumen-Zahl heranzukommen, werden mit einem [[dreh:licht:lichttechnische_groessen:knowledge|Photogoniometer]] alle Lichtstärken aus den diversen Richtungen des Lichtes gemessen und zu einem Lumen-Wert integriert. An diesem Punkt wird der Raumwinkel wichtig, in den das erzeugte Licht eines Scheinwerfers abgestrahlt wird.


===== Raumwinkel =====
Der Raumwinkel ist ein Maß für den Lichtkegel, in den ein Scheinwerfer sein Nutzlicht abstrahlt. Der Raumwinkel ist das Verhältnis der Größe einer beleuchteten Fläche zum Quadrat des Abstandes zwischen Lichtquelle und Fläche.\\

Formelzeichen: **Ω** (Omega)\\
Einheit: Steradiant\\
Zeichen: sr\\

**Ω = A/r2**

A: beleuchtete Fläche (Kugelkalotte)in m2\\
r: Abstand scheinwerferbeleuchtete Fläche in m\\

Im Beispiel eines Robe Profile T1 werden die photogoniometrischen Messwerte für unterschiedliche Zoom-Einstellungen und Entfernungen getrennt angegeben. Verschiedene Zoomwerte und variierende Abstände zum Scheinwerfer ergeben natürlich unterschiedlich große Raumwinkel, in denen das Nutzlicht unterschiedlich abgestrahlt wird. Bei Scheinwerfern mit multispektralen LED-Engines kommt hinzu, daß sich die Messwerte abhängig vom Wert der eingestellten Farbtemperatur/CCT unterscheiden.\\

==== Beam angle 7° - Minimal Zoom ====
{{:dreh:licht:lumen_a_t1.png|Lumenwerte für Minimal Zoom; 7 Grad Beam Angle}}

==== Beam angle 49° - Maximal Zoom ====
{{:dreh:licht:lumen_b_t1.png|Lumenwerte für Maximal Zoom; 49 Grad Beam Angle}}

===== Lichtstärke und Lichtverteilungskurve =====

Die Lichtstärke ist das Verhältnis des Lichtstromes, der in einem kleinen Raumwinkel abgestrahlt wird, zur
Größe dieses Raumwinkels.\\

Formelzeichen: I\\
Einheit: Candela\\
Zeichen: cd (lm/sr)\\

**I = Φ/Ω**

Die Lichtstärke ist ein Maß für die Lichtausstrahlung einer Lichtquelle in einer bestimmten Richtung. Die von einem Scheinwerfer abgestrahlte Lichtstärke hängt vom Abstrahlungswinkel γ (gemessen gegen die Bündelachse) ab. Zur vollständigen Kennzeichnung des Scheinwerfers wird daher die Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) angegeben, die nach DIN 5037 Teil 4 in einem rechtwinkligen Koordinatensystem dargestellt wird. Die Lichtstärkeverteilung bei Stufenlinsen- oder Profilscheinwerfern variiert abhängig von der jeweiligen Zoomposition.\\

Hier wieder zwei Beispiele der LVK eines Robe Profile T1:\\

**Beam angle 7° - Minimal Zoom**  {{:dreh:licht:lvka_t1.png?300|LVK Beam angle 7°}}

**Beam angle 49° - Maximal Zoom** {{:dreh:licht:lvkb_t1.png?300|LVK Beam angle 49°}}

==== Maximale Lichtstärke ====
Die maximale Lichtstärke, die sich beim Nennlichtstrom der Lampe einstellt, ist das Maximum der Lichtstärkeverteilung, das die Bündelachse kennzeichnet.\\

==== Halbstreuwinkel und Bündelung ====
Zur Kennzeichnung der Bündelung von Beleuchtungsscheinwerfern wird der Halbstreuwinkel γ 0,5 verwendet.
Der Halbstreuwinkel ist derjenige Winkelbereich, in dem die Lichtstärke gleich oder größer als 50% der Maxi-
mallichtstärke ist. Die Angabe der Bündelung – z.B. »engbündelnd« – stellt kein Werturteil für einen Scheinwerfer dar. Sie ist eine anschauliche Vereinfachung für die Praxis.

==== Nutzlichtstrom ====
Der Nutzlichtstrom ΦN ist der Lichtstrom des Scheinwerfers, der in dem Raumwinkel abgestrahlt wird, der dem
Halbstreuwinkel entspricht. Er wird immer für den Nennlichtstrom der im Scheinwerfer verwendeten Lampe
angegeben.

{{:dreh:licht:lvk.png?400|}}

===== Beleuchtungsstärke und Beleuchtungsstärkediagramm =====

Die Beleuchtungsstärke ist das Verhältnis des Lichtstromes, der auf eine beleuchtete Fläche fällt, zur Größe
der beleuchteten Fläche.\\

Formelzeichen: E\\
Einheit: Lux\\
Zeichen: lx (lm/m²)\\

**E = Φ/A**

Die Beleuchtungsstärke ist ein Maß für das auf eine Fläche auftreffende Licht!\\
Für die Praxis hat sich das sog. »Beleuchtungsstärke-Diagramm« bewährt, welches die in der Bündelachse gemessene Beleuchtungsstärke E (Lux) sowie den zugehörigen Lichtkreisdurchmesser (m) in Abhängigkeit von der Entfernung r(m) angibt.\\
In der folgenden Tabelle sind bei dem ARRI Orbiter die Beleuchtungsstärkewerte für verschiedene Abstände und wieder in Abhängigkeit der Farbtemperaturen angegeben.\\

**Orbiter mit Open Face Optic 60°**

{{:dreh:licht:orbiter_daten.png|}}

Man erkennt, daß die Beleuchtungsstärkeverteilung z.B. eines Stufenlinsenscheinwerfers ortsabhängig ist. Um den Lichtstrahl in seiner räumlichen Ausbreitung zu definieren, werden die Begriffe **Field Angle** (Halbwertswinkel) und **Beam Angle** (Zehntelstreuwinkel) eingeführt. An den Grenzen dieser Winkel beträgt die Lichtstärke die Hälfte oder ein Zehntel der maximalen Lichtstärke.\\
Im folgenden sieht man die Lichtverteilungen eines LED-Stufenlinsenscheinwerfers Cameo F1 sowohl in der Spot- als auch der Flood-Stellung:

{{:dreh:licht:lvk_beleuchtungsstaerke.png|}}

Ein weiteres Beispiel zeigt die Beleuchtungsstärkeverteilung einer linearen LED-Bar Tetra 2 von Robe Lighting. Diese LED-Bars besitzen ebenso eine Zoom-Funktion mit einem 11:1 Zoom-Verhältnis (4º-45º).

{{:dreh:licht:tetra_2.png?600|}}

In den grafisch dargestellten Lichtverteilungen finden sich wieder die Begriffe **Field Angle** (Halbwertswinkel/1/2 peak) und **Beam Angle** (Zehntelstreuwinkel/1/10 peak) für die minimale und maximale Zoomposition. An den Grenzen dieser Winkel beträgt die Lichtstärke wieder die Hälfte oder ein Zehntel der maximalen Lichtstärke.\\

{{:dreh:licht:tetra_photometric_2.png|}}
{{:dreh:licht:tetra_photometric_4.png|}}

Was in diesem Fall zu beobachten ist, daß sich die Beleuchtungsstärkeverteilungen bei mehrfarbigen LED-Engines abhängig von den Einzelfarben unterscheiden. Die photometrischen Angaben zum maximalen Licht-Output solcher LED-Scheinwerfer beziehen sich immer auf die gleichzeitige Ansteuerung aller farbigen Einzel-LEDs, in unserem Beispiel also R+G+B+W:

==== Minimal Zoom: ====
{{:dreh:licht:tetra_photometric_1.png|}}
==== Maximal Zoom: ====
{{:dreh:licht:tetra_photometric_3.png|}}


Das **photometrische Entfernungsgesetz** beschreibt folgendes Phänomen: Die Beleuchtungsstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von der Lichtquelle ab. Im Zusammenhang mit den lichttechnischen Größen lässt sich dieses Gesetz mathematisch einfach herleiten.\\
  - E = Φ/A (Beleuchtungsstärke)
  - Φ = IxΩ (Lichtstrom)
  - Ω = A/r² (Raumwinkel)
  - **E = Φ/A = IxΩ/A = IxA/(Axr²) = I/r²**

Die Beleuchtungsstärke (E) ist definiert als der auf eine Fläche (A) auftreffende Lichtstrom (Φ) (siehe Formel 1). Der von einer Lichtquelle in diese Richtung abgegebene Lichtstrom (Φ) ist das Produkt aus Lichtstärke (I) und dem Raumwinkel (Ω) (siehe Formel 2). Der Raumwinkel (Ω) lässt sich aus dem Quotienten der beleuchteten Fläche (A) und dem Quadrat der Entfernung r zur Lichtquelle bestimmen (siehe Formel 3).
Ersetzt man nun den Lichtstrom aus Formel 1 durch das Produkt aus Lichtstärke und Raumwinkel und anschließend den Raumwinkel durch den Quotienten aus beleuchteter Fläche und dem Quadrat der Entfernung erhält man die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit zur Entfernung zur Lichtquelle (siehe Formel 4).