Lumen, lux ja kandela: Valon mittaamisen perusteet

Mikä on lumen ja miksi se on tärkeä?

Lumen (lm) tarkoittaa valovirtaa, eli valonlähteen kaikkiin suuntiin tuottaman valon kokonaismäärää. Kun valaisimen lumen-arvo on mitattu valmiista lampusta, lukema kertoo käytännön kannalta enemmän kuin pelkkä LED-sirun teoreettinen arvo.

Lumen ei kuitenkaan kerro, miten valo jakautuu ympäristöön. Kaksi saman lumen-arvon valaisinta voi näyttää täysin erilaisilta, jos toinen tekee leveän lähivalon ja toinen kapean, kauas suuntautuvan keilan.

Valmiin valaisimen mitattu valovirta jää yleensä LED-sirun teoreettista valovirtaa pienemmäksi. Optiikka, linssi tai heijastin, ohjauselektroniikka ja lämpö vaikuttavat siihen, kuinka paljon valoa pääsee ulos valaisimesta.

Esimerkiksi otsalampun lumen-arvo kertoo kokonaisvalon määrän, mutta ei vielä valokuvion muotoa. Siksi lumen-lukemaa kannattaa lukea yhdessä valokuvion, käyttötarkoituksen ja mittaustavan kanssa.

Mitä lux kertoo pinnalle osuvasta valosta?

Lux (lx) tarkoittaa valaistusvoimakkuutta pinnalla. Määritelmä on yksinkertainen: 1 lx = 1 lm/m², eli yksi lumen neliömetrin alueella.

Lux on käytännöllinen yksikkö silloin, kun halutaan tietää, paljonko valoa osuu työtasolle, lattialle, seinään tai tiehen. Sama valaisin voi tuottaa eri lux-arvon eri etäisyyksillä, koska valo jakautuu laajemmalle alueelle etäisyyden kasvaessa.

Lux vähenee etäisyyden kasvaessa. Kun sama kandela-arvo valaisee kaksinkertaiselta etäisyydeltä, pinnalle osuva lux-määrä putoaa neljäsosaan.

Tämän vuoksi pelkkä lux-lukema ilman mittausetäisyyttä ei ole vertailukelpoinen. Jos lux-arvoa käytetään valaisimien vertailuun, mittausetäisyyden ja mittauskohdan pitää olla tiedossa.

Kandela: valon voimakkuus tietyssä suunnassa

Kandela (cd) tarkoittaa valovoimaa tietyssä suunnassa. Mittaustuloksissa ilmoitetaan huippukandela, eli valokeilan suurin mitattu arvo valitussa suunnassa.

Kandela ei kerro valon kokonaismäärää. Kapea valokeila voi antaa suuren kandela-arvon, vaikka valaisimen lumen-arvo olisi sama kuin leveämmän valokuvion valaisimessa.

Käytännössä kandela auttaa ymmärtämään, miten voimakkaasti valo keskittyy tiettyyn suuntaan. Siksi se liittyy erityisesti valokeilan kantamaan, mutta ei yksin kerro, kuinka miellyttävä tai käyttökelpoinen valaistus on lähellä.

ANSI/PLATO FL 1 -standardin, aiemmin ANSI/NEMA FL 1, mukainen kantama lasketaan huippukandelasta kohtaan, jossa valaistusvoimakkuus putoaa arvoon 0,25 lx. Kaava on d = √(I / 0,25), eli d = 2 × √I.

Esimerkki on laskennallinen, ihanneolosuhteissa: 10 000 cd tuottaa 0,25 lx:n FL 1 -kantamaksi √40 000 = 200 m. Tämä 0,25 lx vastaa suunnilleen täydenkuun valoa, eikä laskennallinen etäisyys tarkoita, että kohde olisi tunnistettavissa tai ympäristö näkyisi hyvin kyseiseltä etäisyydeltä.

Miten lumen, lux ja kandela liittyvät toisiinsa?

Lumen, lux ja kandela kuvaavat samaa ilmiötä eri kohdista valon matkaa. Lumen kertoo, paljonko valoa lähtee valaisimesta, kandela kertoo valon voimakkuuden tietyssä suunnassa ja lux kertoo, paljonko valoa osuu pinnalle.

Yhteys näkyy selvästi valokuviossa. Jos sama lumen-määrä keskitetään kapeaan keilaan, huippukandela kasvaa ja valon kantama pitenee laskennallisesti.

Jos sama lumen-määrä levitetään laajalle alueelle, lähiympäristö valaistuu tasaisemmin, mutta huippukandela jää pienemmäksi. Silloin lux-arvo voi olla hyvä lähellä, vaikka valokeila ei ulotu yhtä pitkälle.

Kandelan voi laskea lux-mittauksesta kaavalla I = E × d² vain tietyissä olosuhteissa. Valonlähteen on oltava pistemäinen mittausetäisyyteen nähden, mittaus tehdään valokeilan akselilta, etäisyyden on oltava selvästi valaisimen päätä suurempi, vähintään 2 m ja mieluiten 10–30 m, pimeässä ilman heijastuksia.

Yleisimmät väärinkäsitykset valon mittaamisesta

Valaisimien ilmoitetut arvot voivat vaikuttaa selkeiltä, mutta yksiköt menevät helposti sekaisin. Vertailu muuttuu luotettavammaksi, kun jokainen lukema liitetään oikeaan mittaustapaan.

• Lumen ei ole sama asia kuin kantama. Lumen kertoo kokonaisvalon, mutta valokuvio ratkaisee, keskittyykö valo kauas vai leviääkö se lähelle.
• Lux ei ole yleinen valaisimen teholukema. Lux kuvaa pinnalle osuvaa valoa tietyssä kohdassa, joten mittausetäisyys vaikuttaa lukemaan suoraan.
• Kandela ei kuvaa koko valaisimen valomäärää. Kandela kertoo valovoiman tietyssä suunnassa, ja mittaustuloksissa ilmoitetaan huippuarvo.
• LED-sirun lumenit eivät ole valmiin lampun lumenit. Valmis valaisin menettää osan valosta optiikassa, ohjauksessa ja lämmönhallinnassa.
• Hetkellinen huippuarvo ei kuvaa aina jatkuvaa käyttöä. Turbotilan arvo voi kestää sekunneista minuutteihin, minkä jälkeen lämpötilan hallinta pudottaa valotehoa.
• 0,25 lx kantama ei tarkoita hyvää näkyvyyttä. Käyttökelpoinen näkeminen vaatii enemmän valoa kuin standardin laskennallinen kantamaraja.

Miksi valon mittaus on tärkeää?

Valaisinvalmistajat ilmoittavat valotehoa ja muita arvoja eri tavoilla. Siksi kahden tuotteen pelkkä pakkauslukema ei aina kerro, kumpi valaisin tuottaa enemmän käytännössä hyödynnettävää valoa.

Vertailun kannalta luotettavin lukema on mitattu valmiista valaisimesta, ei pelkästä LED-komponentista. Mittaustapa kertoo, onko mukana linssi, heijastin, runko ja valaisimen oma elektroniikka.

ANSI/PLATO FL 1 -menetelmä tuo mittauksiin yhteisen pohjan, kun mittaus tehdään määritellyllä tavalla. Täydestä standardin mukaisuudesta ei pidä tehdä oletusta, ellei mittaaja tai valmistaja sitä erikseen ilmoita.

Miten Valostore mittaa todellista valovirtaa

Valostore mittaa valmiiden valaisimien valovirran itse Labsphere FS2 -integroivalla pallolla. Ennen mittausta järjestelmä kalibroidaan ja valaisimen rungon absorboima valo huomioidaan. Valaisin kytketään päälle lyhyesti ennen mittausta.

FL 1 -menetelmää seuraavissa säännöllisissä mittauksissa valovirta luetaan 30–120 sekunnin jälkeen, joten lukema ei perustu vain aivan lyhyeen alkupiikkiin. Valostore testaa yleensä yhden tai kaksi kappaletta kolmen sijasta, joten kyse ei ole täydestä standardin mukaisesta testistä. Tuotekuvauksissa tulos merkitään mitatuksi valovirraksi.

Usein kysytyt kysymykset

Voiko valaisimen valita pelkän lumen-arvon perusteella?

Ei yleensä. Tie- ja lisävalossa valokuvio ja kandela kertovat paljon siitä, miten valo ulottuu eteenpäin, kun taas työvalossa tai lähikäytössä pinnalle tuleva lux ja valon tasaisuus voivat olla ratkaisevampia kuin suurin lumen-lukema.

Miksi kaksi saman lumen-arvon valaisinta näyttää erilaisilta?

Optiikka voi jakaa saman valovirran eri tavalla: yhdellä valaisimella keskikohta on voimakas ja reuna-alue himmeä, toisella valoa on vähemmän keskellä mutta enemmän sivuilla. Vertailussa samoin kuvatuista valokuvioista tai isolux-kuvista saa usein enemmän tietoa kuin pelkästä lumen-luvusta.

Miksi lux-arvo tarvitsee aina etäisyyden?

Lux-arvo on mittauspisteen tulos, ei valaisimen pysyvä ominaisuus. Siksi vertailukelpoinen lux-mittaus ilmoittaa etäisyyden, mittauskohdan ja sen, onko arvo mitattu valokeilan keskeltä vai laajemmalta alueelta.

Mitä eroa on valovirralla ja valovoimalla?

Valovirta ilmoitetaan lumeneina ja se mitataan valmiista valaisimesta tyypillisesti integroivalla pallolla. Valovoima ilmoitetaan kandeloina ja se liittyy valokeilan suuntaan, joten sama valovirta voi tuottaa eri cd-arvon eri optiikalla.

Miksi valmistajan ilmoittama LED-lumen voi olla suurempi kuin mitattu arvo?

LED-sirun arvo perustuu komponenttiin, ei koko valaisimeen. Jos tuotekuvauksessa erotetaan teoreettinen LED-lumen ja mitattu valovirta, käytännön vertailuun kannattaa valita mitattu valovirta, koska se sisältää optiikan, rungon ja elektroniikan vaikutuksen.

Mitä 0,25 lx kantamaraja kertoo käytännössä?

Se kertoo laskennallisen etäisyyden, jossa valaistusvoimakkuus on hyvin matala. Osa valmistajista ilmoittaa etäisyyden 1 lx:n mukaan, jolloin luku on täsmälleen puolet 0,25 lx:n FL 1 -kantamasta; näitä kahta lukua ei pidä vertailla keskenään ilman kriteerin tarkistamista.