Lichtlexikon - SEKTOR4

Licht - was ist das eigentlich - wie wirkt es - wie setzen wir es ein?
Die Sonne
Die Sonne ist einer von Millionen Sternen im All, sie ist die Quelle aller Energien auf der Erde und die wichtigste Lichtquelle. Sie strahlt in einem breiten Spektrum ihre Energie ab, ein Teil dieses Spektrums nehmen wir mit unserem Auge als Licht wahr. Ohne Licht bleibt alles im Dunkeln unsere Umgebung ist unsichtbar. (Licht nehmen wir an seiner Reflektion an Oberflächen wahr.)
Tag-Nacht Rhythmus (Circadiane Rhythmik)
Die Circadiane Rhythmik ([circa] lat. ungefähr / [dies] lat. der Tag) beschreibt das innere biologische Verhalten von Lebewesen über den Tag-Nacht-Rhythmus. Der Wach-Schlaf-Rhythmus, Körpertemperatur, Herzfrequenz, Blutdruck, etc. hängen von ihm ab.

Der Mensch verbringt immer mehr Zeit in Gebäuden wo die Beleuchtungsstärken meist zwischen 200-500 Lux liegen. Wir verbringen immer weniger Zeit unter freiem Himmel wo selbst bei bewölktem Himmel Beleuchtungsstärken von bis zu 10'000 Lux herrschen. Bei klarem Himmel und direkter Sonneneinstrahlung werden sogar bis 100'000 Lux erreicht. D.h. wir leben für unser circadiane System den ganzen Tag in der Nacht. Gleichzeitig verlängern wir unseren Tag mit künstlichem Licht, was es für die «innere Uhr» stark erschwert den biologischen Rhythmus synchronisieren zu können.
Die Auswirkungen dieses Verhaltens (vorallem mangelndes Tageslicht) können Schlaf- und Essstörungen, Antrieblosigkeit und Depressionen auslösen. In Regionen, wo vorallem im Winter, lange Dunkelphasen herrschen, wird diesen Phänomenen mit Lichttherapie entgegen gewirkt. Die Patienten halten sich für einige Minuten bis Stunden unter einer starken Lichtquelle (2'500-10'000 Lux) auf. Der Patient muss dabei nicht direkt in die Lichtquelle sehen, jedoch muss das Licht auf die Netzhaut fallen können.
Das Auge
Das Auge ist das Sinnesorgan welches zur Wahrnehmung elektromagnetischer Strahlung (Licht) dient. Die für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängen liegen zwischen 380nm und 780nm (Nano Meter = 1 Milliardstel Meter)
Stäbchen und Zäpfchen auf der Netzhaut sind die Lichtsensoren unseres Auges, mit den Stäbchen wird ein Hell-/Dunkel-Sehen ermöglicht, mit diesen sehen wir vorallem Nachts und in der Dämmerung, bei wenig Licht.
Die Zäpfchen sind viel weniger Lichtempfindlich und werden am Tag oder bei ausreichend hellen Lichtverhältnissen eingesetzt, sie nehmen Farbinformationen wahr.

Die Zäpfchen können in drei Rezeptor-Typen unterschieden werden, der erste Typus ist im rotwelligen Bereich bei einer Wellenlänge von 563nm am empfindlichsten, der zweite Typ im grünen Bereich mit einem Reaktionsmaximum bei 534nm, der dritte Farbrezeptortyp bei der Wellenlänge von 420nm, blau.
Licht in der Architektur
Natürliches Licht
In der Architektur wird hauptsächlich Sonnenlicht eingesetzt, d.h. Gebäude und Räume werden idealerweise nach dem Sonnenlauf ausgerichtet. Es ist die effizienteste Methode einen Raum zu erhellen. Sonnenlicht hat jedoch den entscheidenden Nachteil, nur in geringem Masse kontrollierbar zu sein, da es von Jahreszeit und Witterung abhängt und nur über einen Teil unseres Wach- und Arbeitszyklus verfügbar ist.
Kunstlicht
Das erste "Kunstlicht" wurde von unseren Urahnen in Form von Feuern, Fakeln und später dann Kerzen und Öllampen geschaffen. Ein höheres Beleuchtungsniveau und eine ausgefeiltere Beleuchtung wurde erst mit der Erfindung von Gaslampen die via ein Gasleitungssystem betrieben wurden und später mit elektrischen Lampen und der Elektrifizierung von Gebäuden, möglich.
Seit der Industrialisierung des künstlichen Lichts ist es möglich Architektur und deren Raumwirkung viel weitergreifend zu beeinflussen, es können verschiedenste Stimmungen Tages- und Jahreszeitunabhängig im selben Raum geschaffen werden, es ist möglich einen Raum auf verschiedenste Arten zu zeigen und zu Inszenieren.
Lichtdesign
Licht zum Sehen, Hinsehen oder Ansehen
Beim Designen mit Licht kann grundsätzlich unter drei Arten der Beleuchtung unterschieden werden.
Licht zum Sehen
Damit unser Auge eine Sehaufgabe problemlos erfüllen kann, z.B. den Raum wahrnehmen oder Personen und Objekte in diesem, d.h. Komunikation und Arbeit möglich ist, ist eine ausreichende Grundhelligkeit nötig, je nach Umgebung und Sehaufgabe sind verschiedene Beleuchtungstärken zwischen 150 Lux und 1500 Lux nötig.
Licht zum Hinsehen
Sollen Raumflächen oder Objekte in einer Umgebung hervorgehoben werden spricht man von einem Akzentlicht. Es werden einzelne besonders wichtige Elemente im Raum viel stärker (heller) als deren Umgebung beleuchtet.
Licht zum Ansehen
Manchmal soll Licht selber wahrgenommen werden, als dekoratives Element das zur stimmungsvollen Atmosphäre eines Raums beiträgt. Lichtreflexe, Lichttexturen, oder ein Lichtstrahl. Oder als Informationen vermittelndes Element wie z.B. Projektionen.
Lichtquellen
Lichtquellen werden in verschiedene Abstrahlungscharakteristiken unterschieden. Die Form, bzw. das Gehäuse (Reflektoren, Diffusor, etc.) der Lichtquelle bestimmen wie das Licht im Raum verteilt wird. Beim Design einer Beleuchtung gehören diese Faktoren zu den entscheidensten Grundkriterien.
Punktlichtquelle
Punktlichtquellen sind Leuchtenquellen mit kleiner leuchtender Oberfläche, die ihr Licht in alle Richtungen abgeben. z.B. Glühbirnen ohne Diffusoren, oder die Sonne selbst. Beleuchtete Objekte werfen harte Schatten. Die Gefahr das Auge zu blenden ist wahrscheinlich.
Gerichtete Lichtquelle / Strahler
Lichtquellen die Ihr Licht innerhalb eines angegebenen Winkels abgeben, werden als Strahler bezeichnet. Meist wird dazu ein entsprechender Reflektor eingesetzt. Beleuchtete Objekte werfen vorwiegend harte Schatten. Ausserhalb des Leuchtkegels wird kein Licht abgegeben. Strahler eignen sich somit zur Hervorhebung von Objekten also der Schaffung von Akzenten im Raum. Blendung kann mit geeigneter Positionierung und Ausrichtung vermieden werden. Mit einer zusätzlichen Optik können Lichttexturen, Lichtbilder, usw. projiziert werden.
Flächenlicht
Lichtquellen mit grosser Leuchtfläche geben diffuses Licht ab, Hell-/Dunkelkontraste werden abgeschwächt, Schatten werden weich. Typisch ist hier eine Lichtdecke oder der (bewölkte) Himmel. Die Umgebung wird homogen beleuchtet. Es kann ein grosser Lichtstrom ohne Blendung in den Raum gebracht werden.
Konturlicht
Soll eine Objektform oder eine Raum- oder Gebäudekante markiert oder betont werden, wird ein Konturlicht eingesetzt. Meistens wird dazu Neon oder LED als Leuchtmittel verwendet.
Betonung der raumbegrenzenden Flächen
Die raumbegrenzenden Flächen (Wände, Boden, Decke) können mit Anordnung und Ausrichtung, sowie den Eigenschaften der Lichtquellen (Strahler, Fluter, Lichtbänder, Leuchtdecken, etc.) betont oder in den Hintergrund gerückt werden. Dies bestimmt die Wirkung eines Raumes stark. Angestrahlte Flächen wie Wände, Decke oder Boden treten in den Vordergrund und werden stärker wahrgenommen.
Der Raum kann je nach gewählter Lichtstruktur, in seinen Dimensionen unterschiedlich wahrgenommen werden.
Er kann dabei optisch gedehnt oder verkürzt werden, hoch oder niedrig, leicht oder nüchtern, aufgeklärt oder surreal, etc. wirken.
Objektbeleuchtung
Mit der Positionierung und Ausrichtung der Lichtquelle werden verschiedene physiologische und psychologische Wirkungen erzielt. Jede Lichtrichtung erzeugt einen eigenen Charakter oder Effekt. Das beleuchtete Objekt wird «Inszeniert». Meistens werden verschiedene Lichtrichtungen gleichzeitig gewählt und entsprechend der gewünschten Wirkung, unterschiedlich stark gewichtet.

Seitenlicht
Obenablicht
Untenauflicht
Gegenlicht
Indirektbeleuchtung
Reflexionen & Spiegelung
Glasflächen an Gebäudefassaden oder Vitrinen in einer Ausstellung benötigen besonders hohe Beachtung im Umgang mit Licht. An Glasflächen treten Reflexionen (Spiegelungen) hoher Leuchtdichten auf. Werden zwei Räume durch eine Glasfläche getrennt (Innenraum/Aussenraum, Austellungsraum/Vitrine) spiegelt sich der jeweils hellere Raum in dieser.
Die Sicht vom dunklen in den hellen Raum ist möglich. Die Sicht vom hellen in den dunklen Raum ist erschwert, das Spiegelbild des hellen Raums bzw. der Lichtquellen ist sichtbar.
Leuchten und Flächen mit hohen Leuchtdichten sollten so angeordnet werden, dass sich deren Spiegelung nicht im Sichtfeld befinden.
Brillanz
Als Brillanz bezeichnet werden Lichtreflexe die durch glänzende Oberflächen oder materialinterne Reflexionen oder Brechung der Lichtquelle entstehen. Der Glanzeffekt eines Materials wird hervorgehoben, das Material erscheint dadurch perfekter, sauberer und edler. Glas und Edelsteine Funkeln.
Schatten / Modellierfähigkeit von Licht
«Wer Licht plant, muss auch Schatten planen». Die Abwesenheit von Licht ist Schatten.
Die Schattigkeit ist das Mass für die Modellierfähigkeit einer Beleuchtung und macht das räumliche Erfassen eines Gegenstands erst möglich.
Die Schattigkeit wird als Verhältnis der vertikalen Beleuchtungsstärke zur horizontalen Beleuchtungsstärke am selben Raumpunkt definiert.
Idealerweise sollte dieses Verhältnis 0.3 betragen.
Weiche grossflächige Schatten entstehen z.B. durch den Einsatz von regelmässig angeordneten Leuchten mit grossen Leuchtflächen. Deren Licht kann zum Teil von den Wänden reflektiert werden und so die Schattigkeit verbessern.
Lichtplanung
Leuchtmittel
Es wird grundsätzlich zwischen drei Arten von Leuchtmitteln unterschieden; Temperaturstrahler, Entladungslampen und Lumineszenzleuchtmittel.

Temperaturstrahler sind Leuchtmittel die ihr Licht durch Erhitzen eines Glühwendels erzeugen. Dazu gehören Glühbirnen und Halogenleuchtmittel.

Entladungslampen sind Leuchtmittel, bei denen Licht durch elektrische Entladung in Gasen oder Metalldämpfen erzeugt werden.
Dazu zählen Leuchtstofflampen, Neonröhren, Halogen-Metalldampf, Natrium- und Quecksilberdampflampen.

Elektrolumineszenzleuchtmittel erzeugen ihr Licht direkt durch Anlegen einer Spannung an Halbleitermaterialien.
Dazu gehören LED's und organische LED's (OLED)
Farbtemperatur
Die Farbtemperatur entspricht bei Temperaturstrahlern annähernd der tatsächlichen Temperatur der Lampenwendel in Grad Kelvin [°K] (0°C = 273°K). Die angegebene Kelvin Temperatur ist die Temperatur, bei der ein schwarzer Körper, der die ideale Strahlungsquelle darstellt, Licht einer vergleichbaren Farbe abgibt.
Bei Entladungslampen (Leuchtstofflampen, etc) und Lumineszenzleuchtmitteln (LED) wird die ähnlichste Farbtemperatur angegeben.
Farbwiedergabequalität Ra
Unter Farbwiedergabe versteht man die Qualität der Wiedergabe von Farben unter einer Lichtquelle.
Der Grad der Farbverfälschung gegenüber der (theoretisch) idealen Lichtquelle wird durch den Farbwiedergabeindex Ra beziehungsweise die Farbwiedergabestufe angegeben.
Entscheidend für die Qualität der Farbwiedergabe ist das eingesetzte Leuchtmittel. Temperaturstrahler wie Glühlampen haben (bei tieferen Farbtemperaturen) sehr gute Farbwiedergabe-Eigenschaften, während Leuchtstofflampen mit verschiedenen Farbtemperaturen in verschiedenen Qualitätsstufen erhältlich sind.
Die Farbwiedergabe hängt von der Farbtemperatur ab. Jede Farbtemperatur kann den Idealwert Ra = 100 haben. Das bedeutet, dass die Farben in der für diese Temperatur typischen Weise wiedergegeben werden. Zum Beispiel kann eine Glühlampe trotz Ra = 99 blaue Farbtöne nur gedämpft wiedergeben. Wird eine feine Farbnuancierung bei Blautönen verlangt, muss eine Lichtfarbe mit höherer Farbtemperatur gewählt werden.
Lichtstrom - Lumen [lm]
Der Lichtstrom ist die Strahlungsleistung (Lichtmenge) die von einer Lampe oder einer Leuchte abgegeben wird. Alle anderen photometrischen Größen wie Lichtstärke, Beleuchtungsstärke, Lichtausbeute, etc. lassen sich vom Lichtstrom ableiten.
Lichtstärke - Candela [cd]
Die Lichtstärke beschreibt die Strahlungsleistung (Lichtmenge) die von einer Lampe oder einer Leuchte in einer bestimmten Richtung (Raumwinkel) abgestrahlt wird. Sie wird hauptsächlich von lichtlenkenden Teilen wie Reflektoren und Linsen beeinflusst.
Die räumliche Verteilung der Lichtstärke von Lampen und Leuchten wird von den Herstellern in Form einer Lichtstärke-Verteilungskurve (LVK) angegeben.
[Candela] lat. für Wachslicht
Leuchtdichte - [cd/m²]
Die Leuchtdichte bezeichnet den Helligkeitseindruck einer selbstleuchtenden (bzw. hinterleuchteten) oder beleuchteten Oberfläche.
Bei beleuchteten Flächen hängt die Leuchtdichte von der Materialbeschaffenheit (Reflektion und Farbe) ab.
Eine weisse Oberfläche erzeugt unter der gleichen Beleuchtung eine höhere Leuchtdichte als eine schwarze.

Eine sehr grosse Leuchte (Leuchtwand, Leuchtdecke) hat an Ihrer Oberfläche eine sehr viel kleinere Leuchtdichte, als eine kleine Leuchte (schmales Lichtband, Downlight mit Diffusor, etc.) damit sie den Raum gleich hell beleuchtet.

Umso grösser die lichtabgebende Fläche (meist Leuchtenabdeckung oder Diffusor) einer Leuchte ist, um so höher darf der Lichtstrom (Lichtmenge) der die Leuchte abgibt sein, ohne dabei zu blenden.
Beleuchtungsstärke - Lux [lx]
Die Beleuchtungsstärke beschreibt die Menge des Lichtstroms, der auf eine gegebene Fläche trifft. Sie ist das Verhältnis aus Lichtstrom zu Fläche.
Beispiel: Fällt ein Lichtstrom von 1 Lumen gleichmässig auf 1 Quadratmeter Fläche, so ergibt sich eine Beleuchtungsstärke von 1 Lux.
1lm / 1m²=1Lux
Die für eine Sehaufgabe erforderlichen Beleuchtungsstärken sind in Vorschriften und Empfehlungen aufgeführt.
Restaurant 200 lx
Büroarbeit lesen/schreiben 500 lx
Labor 500-750 lx
Zahnarzt / Operationsumgebung 5'000-10'000lx
Lagerräume 50-100 lx
Verkehrswege für Personen 50 lx
Lichtausbeute [lm/W]
Die Lichtausbeute ist das Verhältnis von abgegebenem Lichtstrom zu aufgewendeter Leistung und hat die Einheit Lumen/Watt (lm/W)
Verschiedene Leuchtmittel wandeln elektrische Leistung unterschiedlich effizient in Licht um; je grösser der Lichtstrom pro eingesetzter Leistung, um so höher die Effizienz.
Typische Lichtausbeute von Leuchtmitteln:
Kerze: 0,1 lm/W
Glühbirne: 5-15 lm/W
Halogenglühbirnen:15-20 lm/W
LED's (weiss): 15-130 lm/W
Neon: 50-60 lm/W
Fluoreszenzröhren (T8): 60-90 lm/W
Fluoreszenzröhren (T5): 80-105 lm/W
Quecksilberdampflampe (HME): 30-60 lm/W
Halogen-Metalldampflampen (HIT): 70-100 lm/W
Natriumdampf-Hochdrucklampen (HS): 150 lm/W
Natriumdampf-Niederdrucklampen (HST): 180 lm/W
Blendung
Blendung ist der Sammelbegriff für die Verminderung der Sehleistung oder die Störung der Wahrnehmung durch hohe Leuchtdichten oder Leuchtdichteunterschiede einer visuellen Umgebung.
Unterschieden wird zwischen der physiologischen Blendung, bei der eine objektive Verminderung der Sehleistung vorliegt und der psychologischen Blendung, bei der eine subjektive Störung der Wahrnehmung durch das Missverhältnis von Leuchtdichte und Informationsgehalt des betrachteten Bereichs entsteht.
Die Blendung kann durch die Lichtquelle selbst verursacht werden (Direktblendung) oder durch Reflexion der Lichtquelle entstehen (Reflexblendung).
Wirkungsgrad von Leuchten
Der Leuchtenwirkungsgrad gibt auskunft über die Effizienz mit der eine Leuchte den Lichtstrom in eine gewollte Richtung lenkt.
Eine nacktes Leuchtmittel hat einen Leuchtenwirkungsgrad von 100%, da keine Lichtabsorbierenden Teile wie Gehäuse, Diffusoren oder Reflektoren die Abstrahlung mindern. Da meistens aber Lichtlenkende Teile nötig sind, wird der eigentliche Wirkungsgrad einer Leuchte schlechter.
Der Wirkungsgrad wird in % angegeben.
SEKTOR4 GmbH
Im Auftrag unserer Kunden entwerfen und gestalten wir Licht und Leuchten, Produkte und Innenarchitektur.

Unser umfangreiches Arbeiten vom Entwurf bis zur Herstellung ermöglicht uns ein breites Wissen für eine zielstrebige Realisation vom Konzept übers Engineering bis zum Projektmanagement. Gemeinsam mit dem Kunden eine Entwicklung voranzutreiben, fasziniert uns in jedem Projekt von Neuem.

«Objekt» befasst sich vorwiegend mit Produktgestaltung und Industrial-Design,
«Raum» mit Lichtplanung und Innenarchitektur.
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