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Große Worte - Viel dahinter? Was die Lichttechnik so interessiert

Gestern hatte ich das Buch des Peter Boyce analysiert. Das Bild behalte ich erst mal, damit man sich noch vertiefen kann in das, wofür sich die Lichttechnik nicht interessiert, aber interessieren müsste. Darunter kommt die gleiche Analyse des Tagungsbandes der 20. Gemeinschaftstagung der Lichttechnischen Gesellschaften, die deutsch sprechen. Bei Peter Boyce war das Buch in Englisch geschrieben, ich habe die Begriffe nur übersetzt.

Was interessierte die Lichttechnischen Gesellschaften Europas in dem Jahr, als die Lichttechnik, d.h. die LiTG, 100 Jahre alt wurde. Hier die Analyse

Was wohl? LED (1385 Mal) und OLED (116 Mal). Hingegen scheinen Zufriedenheit (12 x), Komfort (10 x) und Benutzer (8 x) weit weniger Interesse hervorrufen. Aber das dicke Ende kommt noch. Arbeitsschutz (2 x) und Arbeitsleistung (1 x) sind stark unterbelichtet. Die Schichtarbeit, für die sich die Lichttechnik angeblich stark interessiert, findet 1 Mal Erwähnung. Barrierefreiheit (große Politik gesellschaftlich wie im Arbeitsschutz) ist keinem Wert gewesen, zu erwähnen. Behaglichkeit und Annehmlichkeit - Fehlanzeige.

Man feiert 100 Jahre Licht. Keine Technologie hat die Welt mehr verändert als das künstliche Licht, Computer eingeschlossen. Die wären ohne Licht nicht möglich, ebenso wie die Telekommunikation, die weltweit wie in der Antike mit Lichtsignalen funktioniert, allerdings über Glasfaser statt Luft. Und womit beschäftigt sich die Feiergemeinde? Mit Kennlinien von LEDs und ähnlich bahnbrechenden weltbewegenden Einsichten.

Ich denke, wir wissen Bescheid, wenn jemand einen Vortrag hält, um die Bedeutung von Licht für die Arbeit und Gesundheit zu beleuchten.

Große Worte - Viel dahinter? Zu einem Buch zur Lichtergonomie

Ergonomie beschäftigt sich mit allem, was die menschliche Arbeit angeht. Leider haben sich die Ergonomen nicht vorgenommen, sich mir der Beleuchtung zu beschäftigen. Das, auch wenn es kaum eine menschliche Arbeit gibt, die man ohne Beleuchtung erledigen kann. Und selbst wenn man das könnte - Wer will die ganze Zeit im Dunkeln sitzen? Daher gibt es mehr Arbeitsplätze mit Beleuchtung als solche, die unbedingt Beleuchtung zur Arbeitserledigung benötigen.

Ein Professor für Lichttechnik, der langjährige Chefredakteur der renommierten Zeitschrift Lighting Research and Technology, hat sich vorgenommen, die Lücke zu füllen. Sein Buch mit dem Titel "Human Factors in Lighting", Jahrgang 1981, ist vor einigen Jahren in der dritten Fassung erschienen. Human Factors ist der amerikanische Name für Ergonomie, und die Gesellschaften, die sich in den angelsächsischen Ländern mit Ergonomie beschäftigen, heißen Human Factors and Ergonomics Society. Ich habe mir das Buch für 184 € gekauft, weil ich mir tiefere Erkenntnisse davon versprochen hatte.

Das Ergebnis hat mich an den früheren Bundesminister für Wirtschaft Apel erinnert. Sein bekanntester Spruch : Ich denk', mich tritt ein Pferd.

Dass in einem Buch zur Lichttechnik der Begriff Beleuchtung 2616 Mal vorkommt, ist nicht unbedingt verwunderlich. Kann man hingegen verstehen, dass die Gesundheit nur 88 Mal erwähnt wird? Auch gut! Was ist mit Sicherheit? Ihretwegen gibt es in vielen Staaten Normen und sogar Gesetze zur Beleuchtung. Bei der Ergonomie der Beleuchtung spielt die Sicherheit nicht mal die dritte Geige. Aber besser noch die Behandlung von Lesbarkeit. Beleuchtung zu Lesbarkeit steht 2616 zu 10. Wofür macht man eigentlich die Beleuchtung? Soweit ich weiß, hat sie mit Farben und hübschen Formen nicht viel zu tun, aber mit Sehleistung. Und für viele Menschen ist das eng mit der Lesbarkeit verknüpft.

Vielleicht der Architektur wegen? Sie kommt in einem Buch mit 331 800 Wörtern ganze 6 Mal vor. Und einer der drei Grundpfeiler der Architektur gemäß Vitruv, User Experience, ist gänzlich unter den Tisch gefallen. Diesem Schicksal ist Humans Factors (s. Titel des Buchs) knapp entgangen (3 x), Ergonomie auch. Sie wurde ein Mal erwähnt. Mit der Nützlichkeit hat der Autor nicht viel im Sinn. Wozu auch?

Die dunkle Seite des Lichts 2019

Der Cyberlux-Beitrag vom 2009 "Lichtverschmutzung - Die dunkle Seite des Lichts" hat viele Nachfolger gefunden. Hier einige Videos mit Bewegtbildern. Wer lieber liest, kann sich hier weiter informieren. cyberlux oder downloaden.

Die dunkle Seite des Lichts 2013

Corona und Licht - Fragen Sie Ihren Arzt oder Apotheker II

Vor ein paar Tagen hatte ich das Thema Vitamin D und Corona bearbeitet (hier). Die Sache sieht manch Anderer weitaus dramatischer als ich. Allerdings kann man sie nicht dramatisch genug sehen. Denn die Warnung gilt: Wenn man mögliche Folgen eines mangelnden Vitamin D-Spiegels nicht ernst nimmt, kann der nächste Sommer ohne uns kommen.

Heute erreichte mich eine Nachricht von einem Prof. Spitz, der uns von einer Tagung Vitamin D-Update bekannt war (hier). Die Liste der damaligen Themen, bei denen die Rolle von Vitamin D besprochen wurde, war wahrlich imponierend:

  • Krebsvorbeugung (z. B. Brust-, Dickdarmkrebs)
  • – Blutdrucksenkung bei Hypertonie
  • – Reduktion von Diabetes mellitus Typ 1 und 2
  • – Stabilisierung der Herzkraft bei Herzinsuffizienz
  • – Verringerung von Atemwegsinfekten
  • – Stärkung der Muskelfunktion
  • – Schutz der Nervenzellen bei MS

Von besonderer Bedeutung ist der Einfluss von Vitamin D auf das Immunsystem, Herz-Kreislauf-System, den Glucose- und Fettstoffwechsel sowie auf die Zelldifferenzierung und das Zellwachstum. Genau das ist das Thema des Videos von Prof. Spitz in Verbindung mit der derzeitigen Pandemie. Die Impfung, so man sie irgend wann hoffentlich bekommt, hilft gegen Covid-19, Vitamin D ist die Gesundheitspolizei, die unser Körper über Millionen Jahre entwickelt hat. Er zeigt, wie die akuten Atemwegerkrankungen und der Mangel an Vitamin D über die Jahreszeiten korrelieren.

In welchem Maße Vitamin D Opfer von Covid-19 schützen kann bzw. hätte schützen können) läßt sich an einer Studie aus einem Altenheim demonstrieren.

Geschwindigkeit ist (keine) Hexerei - Manchmal teuflisches Zeug

Man stelle sich vor: Man kommt in die Warte eines Kernkraftwerks und alle Anzeigen stehen auf Rot. Das sind nicht 5, nicht 50, sondern auch mal über 10.000. Wenn gefühlt alle aufleuchten, im Fachjargon Weihnachtsbaum, steht nicht ein gesegneter Tag bevor, sondern möglicherweise eine sich anbahnende Katastrophe. Und man durfte nicht handeln, ehe der Fehler von einem Drucker bestätigt wurde. Denn Computer galten als unzuverlässig, mit ihnen ihre Anzeigen auf dem Bildschirm.

Als ich den Alltag in so einem Raum betrachtete, fand ich die Zahl der Alarme einfach zu hoch. Der Betriebsleiter fragte mich, ob ich seine Anlage kennen würde. Ich meinte, nein, aber ich würde die Leute kennen, die solche Anlagen konzipieren. Die würden keine Technik bauen, die minütlich Alarme spuckt. Das gab dem Mann zu denken, und er ließ die Sache untersuchen. Paar Wochen später hatte sich die Zahl der Alarme mehr als halbiert. Wie? Die Ursache war eine Sicherheitsvorkehrung: jeder wichtige Wert wird von drei unabhängigen Sensoren erfasst und gemessen. Wenn diese etwas Unterschiedliches anzeigen, gibt es einen Alarm. So weit, so gut. Aber wieso gab es mehr als doppelt so viele als nötig? Dafür sorgte eine Elektronik, die eine ältere abgelöst hatte. Sie war viel schneller, wie in der Elektronik üblich. Für die vorliegende Aufgabe war sie allerdings zu schnell. Wenn man in einem großen Kessel den Wasserstand misst, wird man nie den gleichen Wert an drei Stellen messen, wenn man in Nanosekunden und Millimeter genau misst. Das Wasser ist nie so ruhig. Anders, wenn man in Sekunden misst oder noch etwas langsamer. So konnte man die angeblichen Fehler halbieren. (Wie man den Rest noch weiter reduzieren konnte, erzähl ich ein andermal.)

In der Lichttechnik haben wir mit einem ähnlich gelagerten Fall zu kämpfen. Hier muss man aber etwas anderes tun, als die Elektronik langsamer stellen. Es handelt sich um die Fluktuation der Lichterzeugung von LED. Während sich Glühlampen nicht allzu schnell um die Wechselspannung scheren, und Leuchtstofflampen zwar viel schneller, aber immer noch langsam genug, reagieren, sind LED verdammt schnelle Elemente. Man kann sie bei Datenraten von bis zu 100 Mbit/s einsetzen. Ihr Licht steigt praktisch trägheitslos an und fällt leider ebenso schnell ab. Und geht dabei auch durch Null, was bei konventionellen Leuchtmitteln nicht möglich ist.

Die Sache ist problematisch in der KfZ-Beleuchtung (hier), aber insbesondere für Leute, die harte Arbeit am Bildschirm verrichten. Ihre Regelung vom Bildschirm (Helligkeit), gesetzlich vorgeschrieben (ArbStättV), funktioniert leider meist wie unten beschrieben. Übrigens, auch für die Beleuchtung ist die Qualität gesetzlich vorgeschrieben.

Die einfachste Helligkeitsregelung, deswegen sehr beliebt bei Herstellern, funktioniert mit An- und Ausschalten der Diode. Die Länge des eingeschalteten Signals zu der des ausgeschalteten ergibt dann die Helligkeit. Daher der Name Pulsweitenmodulation (PWM).

Steuerungen, die das Licht dimmen, müssen schnell genug sein, damit das Auge die dunkle Phase nicht merkt. Die Frage ist, wie schnell. Das hängt davon ab, was man vermeiden will. Flimmern, Flackern, oder … Üblicherweise ging man früher davon aus, dass eine Frequenz oberhalb der Flimmerverschmelzungsfrequenz (FVF) hinreiche. In der Literatur konnte man dafür Werte von 20 Hz bis etwa 50 Hz lesen. Das hängt von vielen Faktoren ab, insbesondere von der Helligkeit und Größe des Objekts. Das Bild rechts zeigt in etwa die Grenze für normale Bildschirme, die bei 71 Hz liegt. Gesunde Menschen mittleren Alters, die unbewegt auf den Bildschirm gucken, mögen damit zufrieden sein. Damit darf sich aber kein Arbeitgeber zufrieden geben. Denn nicht wenige Mitarbeiter setzt man der Gefahr aus, Kopfschmerzen oder Migräne zu bekommen.

(3) Die Helligkeit der Bildschirmanzeige und der Kontrast der Text- und Grafikdarstellungen auf dem Bildschirm müssen von den Beschäftigten einfach eingestellt werden können.

(6) Die Beleuchtungsanlagen sind so auszuwählen und anzuordnen, dass dadurch die Sicherheit und die Gesundheit der Beschäftigten nicht gefährdet werden.

Leider berücksichtigt das Bild zwei Dinge nicht: Alter des Beobachters und Sehaufgabe. Bei jüngeren Menschen kann der Wert bei über 100 Hz liegen.  Und diese sind empfindlicher Gegen Kopfschmerzen. Aber das Entscheidende ist die Sehaufgabe. Guckt ein Mensch stur auf eine Stelle auf dem Bildschirm, merkt er möglicherweise kein Problem. Bewegt sich sein Auge häufig, kommt es zu einem "Stroboskopeffekt". Den kennt man von alten Monumentalschinken mit römischen Kampfwagen, deren Räder sich erst langsam drehen, dann stehen bleiben, dann aber auch noch rückwärts drehen. Will man den Effekt vermeiden, muss sich das Licht sputen, bis zu 1.000 Hz können erforderlich sein. "Für eine wahrnehmungsgerechte Beleuchtung, die mittels PWM gedimmt wird, ist demnach eine PWM-Frequenz um 700 Hz erforderlich." heißt es in einer Arbeit, in der ein Doktorand der Sache auf den Grund gegangen ist.

Wer sich eingehend mit dem Problem befassen will, mag die gelinkte Doktorarbeit lesen (hier): Flimmereffekte von pulsweiten-modulierter LED-Beleuchtung von Dmitrij Polin.  Wer dazu keine Lust hat, sollte sich Monitore oder Beleuchtungen ohne PWM kaufen.