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Wie lange dauert der Tag mit der amerikanischen Sonne?

Zu meiner großen Überraschung ist seit Jahren der meist geklickte Artikel in diesem Blog "Wie lange dauert die Nacht?". (hier) Eine an sich dämliche Frage. Jeder weiß es doch! Oder? Wenn einer aber etwa ein Jahr seines Lebens am Äquator verbracht hat, viele am 30º Breitengrad, noch mehr am 50º, um dann im arktischen Winter zu landen, klingt die Frage so dämlich nicht. Der Artikel entstand am 16.12.2010 in Tromsø, 69° 39′ 6.58″ N um Mitternacht. Damals nannte ich die Frage nur dumm. Um diese Zeit ist in aller Welt gleich nur die Mondphase. Sehen tut man aber selbst den Mond von jedem Ort aus anders.

So richtig dämlich klingt es, wenn einer fragt, wie lange der Tag der Chronobiologen dauern soll, den sie uns verschreiben wollen (z.B. hier). Ich habe vorgestern geschrieben, dass sie >250 lx M-EDI am Tag für alle vorschreiben wollen. Wie man von Lux auf melanopische M-EDI kommt, habe ich gestern dargestellt (hier). Wie man weiß, wird in Lux die Beleuchtungsstärke beschrieben. Und die ist vergänglich. Knipst man das Licht aus, ist es 0 lx egal wie es vorher war. Nicht so das circadian wirksame Licht. Sie wirkt verdammt lange nach. Bis etwa einen Tag. Nimmt man nicht nur die circadiane, sondern die circannuale Wirkung, kann die Wirkung etwa ein Jahr dauern. Circa. Damit sich das Ganze nicht so bierernst anhört, habe ich versucht, den Vorgang mit der Intelligenz der Möhre zu erklären (hier). Woher weißt die, wann sie wachsen und blühen soll?

Die schöne neue Lösung der Chronobiologen, die sie mit Erkenntnissen aus der Schlafforschung und Depressionstherapie begründen, erinnerte mich an die Amerikanische Nacht. Das ist ein Film von François Truffaut mit der bezaubernden Jacqueline Bisset, der eben diese, die Amerikanische Nacht erläutert. Sie ist eine Technik der Filmaufnahme, die auch Day-for-Night heißt. Dazu sagt Wikipedia "Die Filmszenen wirken meistens künstlich, besonders durch noch vorhandene harte Schatten …"

Der Anlass der Erinnerung war das Buch American Sunshine von Daniel Freund, in dem dargestellt wird, wie die Menschen versuchten, den Tag im Innern der Häuser einzufangen. Als es dann nicht gelang, erfanden Lichttechniker die Amerikanische Sonne. Im Haus sollte die gesamte Strahlung der Sonne simuliert werden, um gesundes Licht zu erzeugen. Ende 1950 war damit Schluss. So kam man auf die Idee, dass man die Natur überhaupt nicht mehr brauche. Man könne unterirdisch bauen und das Licht mit Schläuchen dahin befördern, wo es leuchten soll (hier oder da oder dort). Noch 1989 hat der Vorsitzende des Normenausschusses Innenraumbeleuchtung gesagt, man könne Tageslicht im Innenraum in Qualität und Quantität besser simulieren. (Zweiflern an dieser Aussage sei gesagt, ich besitze ein Video davon aus dem ZDF Archiv mit seinem Gesicht.)

Im Jahr 2021 soll die circadiane Rhythmik des Menschen etwa so geregelt werden:

Der gute Mensch bekommt seine 250 lx ab 6:00 Uhr bis 19:00 Uhr. Danach folgt die Vorbereitung auf den Schlaf mit maximal 10 lx, aber EDI. Um 22:00 ist Schluss. Kommt mir bekannt vor. Den Rhythmus hatte ich in der Jugendherberge und beim Militär. Später ist er mir in einem Gewerkschaftsheim begegnet, wo der Klassenkampf geübt wurde.

Allerdings habe ich nach diesem Schema präzise gesagt 2 Tage im Jahr gelebt. Am 21.03. und am 23.09. haben wir Äquinoktien weltweit. Auf Deutsch Tag-und-Nacht-Gleiche. Und die Sonne geht an diesen Tagen überall auf der Erde fast genau im Osten auf und im Westen unter. Das ist aber alles. Nicht einmal der Begriff Tag-und-Nacht-Gleiche stimmt. Am Äquator ist es etwa 13 Stunden hell, 11 Stunden dunkel. Je weiter man in den Norden kommt, desto länger dauert die Dämmerung. Von wegen 6 Monate Tag und 6 Monate Nacht am Nordpol. Das gilt nur dann, wenn man als Nacht die Zeit versteht, in der die Sonne nicht über den Horizont guckt. Also direkt vom Tag in die Nacht fallen? Das dauert am Äquator ca. 25 Minuten täglich. Am Nordkapp dauert die Dämmerung schlappe 2,5 Monate.

An jedem anderen Tag des Jahres außer den Äquinoktien dauert der Tag länger oder kürzer. Nur nicht der circadiane Tag. Dort herrscht immer mel-EDI > 250 lx. Und bleibt so. Ob sich das mit den Vorstellungen vom dynamischen Licht verträgt? Nicht? Dann lassen wir die mel-EDI mal 500 sein und mal 150. Dann haben wir auch die Dynamik simuliert.

Wer bewusst lebt, weiß, dass sie/er im Sommer viel früher aufsteht als im Winter, wenn er/sie denn darf. Kleine Kinder quaken auch sonntags früh im Bett, während man die Jugendlichen zum Frühstück aus dem Bett prügeln muss. Deswegen hat manche deutsche Schule sogar die Schulzeiten geändert. Der circadiane Rhythmus hält sich an den circannualen, allerdings nach Altersstufen getrennt.

Kann es sein, dass der circadiane Tag den Weg geht, den der künstliche Tag mit American Sunshine gegangen ist?

Wie circadian wirksam ist mein Licht?

 

Seit letztes Jahr kann man die circadiane Wirkung von einem Licht mit dem simulierten Tageslicht vergleichen. Damit man sich nichts Neues merken muss, wird Lux in Lux umgerechnet, allerdings in melanopische. Zum Schreiben muss man den Word-Formeleditor verwenden. Wer das nicht kann, hat fortan keine Ahnung von Licht. Vom melanopischen.

Die Umrechnung von Lux (visuell) in M-EDI (Melanopic Equivalent Daylight Illuminance) erfolgt auf der Basis der Farbtemperatur. Eine Lampe mit 2700K (Glühlampe, LED) ergibt etwas unter 50 melanopische Lux. Die Kurven zeigen für 4 LEDs das Ergebnis der Umrechnung. Das bedeutet, dass 100 lx von der jeweiligen Lampe erzeugt dem Skalenwert entsprechend viel circadiane Wirkung zeigt. So wirkt L. 1 bei 4000K wie 75 lx Tageslichtäquivalent.

Wenn man 100 lx (visuell) auf einem Blatt Papier sieht, weiß man wie hell es etwa ist (25,477 cd/m2). Was sieht man aber, wenn man die 75 melanopische Lux auf das Blatt schickt? Dasselbe. Die melanopischen Lux wirken nur, wenn sie ins Auge gehen. Etwas problematisch?

Seit Prometheus gucken sich die Menschen beleuchtete Objekte an bzw. sie beleuchten Objekte, die sie sehen wollen. Auf die Idee, das Auge zu beleuchten, um die circadianen Rhythmen des Menschen zu ändern, ist man viel später gekommen. Bis dato galt Licht direkt von der Lampe zum Auge als Blendung. Mal sehen, wie viele Menschen es schaffen, noch in diesem Jahrzehnt den Sinn der Sache zu verstehen.

Wenn Sie also der Wissenschaft folgend über 250 lx M-EDI an Ihrem Arbeitsplatz haben, fühlen Sie sich frischer und wohler. Aber nur am Vormittag. Wenn dasselbe nachts kommt, können Sie anschließend nicht mehr schlafen. Theoretisch! Also die Lampe runterregeln auf 2500K (schön rötlich). Irgendwie kommt mir das bekannt vor.

Gesundes Licht kann der Mensch nur im Sitzen empfangen

 

Gestern hatte ich über einen wichtigen Artikel berichtet, der demnächst erscheint. Hier sei nur eine der Anforderungen angeführt:

  • mindestens 250 lx "melanopic EDI" am Auge vertikal in 1,2 m Höhe

Warum eigentlich in 1,2 m Höhe? Bei mir befindet sich etwa dort die Brust - kurz darüber - und der Bauchnabel - kurz darunter. Aber 1,2 m Höhe? Des Rätsels Lösung liefert die Ergonomie. In (etwa) 1,2 m Höhe befinden sich die Augen einer "kleinen" Frau, wenn sie nicht zusammengesackt an dem Tisch sitzt. Die Augen des "großen" Mannes befinden sich 15 cm höher bei 135 cm. Die Beleuchtung soll exakt ins Auge gehen, d.h. horizontal einfallen. Mathematisch korrekt ist aber der Begriff Vertikalbeleuchtungsstärke. Dass dies eher zu Problemen führen kann, hatte ich hier dargelegt. Heute geht es aber um die Praxis.

Die Ergonomie hat durch einen Jahrzehnte währenden Kampf geschafft, dass immer weniger Leute sitzend arbeiten. Sitzen macht nämlich krank. So befinden sich die Augen des "großen" Mannes in 173,5 cm Höhe. Das sind mehr als 50 cm über 1,2 m. Da unsere Arbeitsräume eine Höhe von 2,50 m aufweisen dürfen, befinden sich die Leuchten nur 76,5 cm über den Augen. Da müssen sie aber bündig eingebaut sein. Wenn Aufbauleuchten verwendet werden, sind sie nur 65 cm über den Augen gelagert. Bei 2-Komponentenbeleuchtung, die ansonsten als "gesund" gilt, ist der Abstand zwischen Auge und Leuchte eher Glückssache. Bei Stehleuchten muss man zuweilen einen Kopfschutz vorsehen (kein Scherz).

Was man auch alles tun mag, Beleuchtung für Arbeitsplätze wird, seit es Normen gibt, auf die sog. Horizontalbeleuchtungsstärke geplant. So gibt es bei mehr als 40 Millionen Arbeitsplätzen keine 100.000, die man bewusst für andere Lichteinfallsrichtungen geplant haben könnte (so z.B. Regallager). Arbeitsräume werden fast ausschließlich von der Decke beleuchtet.

Und der Lichtplaner, der da eine Vertikalbeleuchtungsstärke von "melanopisch" >250 lx erzeugen kann, wird Kandidat für den Nobelpreis für Physik. Bzw. der Nachweis, dass er das könnte, könnte den Anlass für die Abschaffung des Preises geben.

Für alle, denen theoretische Überlegungen ein Graus sind, habe ich als Hilfe ein reales Bild aus einem realen Büro beigefügt. Nur die Gesichter gehören nicht zu den Personen. Datenschutz. Woher kommen waagrechte Lichtstrahlen, die in die Augen der drei gehen?

Ergo: Wer gesundes Licht empfangen will, muss sitzen. Gesund ist das aber nicht.

Tipp: Gehen Sie mittags etwa 10 Minuten draußen spazieren. Dann haben Sie genug melanopisches Licht und frische Luft dazu.

 CIE definiert Lichtqualität - Was verstehen die Leute unter Qualität?

Die jetzt vorliegende Definition von Lichtqualität entspricht dem Qualitätsbegriff in der Normung. Der sagt im Prinzip aus, dass kein Betrachtungsgegenstand eine absolute Qualität hat, sondern immer in Bezug auf Anforderungen. Manche davon sind gestellt, so z.B. ein Schild auf der Autobahn muss nachts aus XXX m Entfernung ablesbar sein. Andere sind impliziert. So wird niemand ernsthaft annehmen, dass die Beleuchtung dieses Schilds extra gegen Regen geschützt werden muss. Im Klartext: Eine Beleuchtung muss die Anforderungen für eine Anwendung erfüllen, für eine andere nicht. Gutes Licht bemisst sich an der Güte dieser Erfüllung. Wie man durch ergonomische Überlegungen zu gutem Licht kommt, hatte ich in einem Buch dargelegt.

Wer von Gutem Licht ohne Bezug auf eine Anwendung spricht, spricht nicht von Qualität, sondern von der Beschaffenheit. Eine Beleuchtung kann viele Merkmale aufweisen, die den Benutzer überhaupt nichts angehen, aber trotzdem wichtig sein können. So hatten z.B. die Lampen, die in Hotels eingesetzt wurden, die doppelte Lebensdauer der üblichen Allgebrauchslampen. Der Hotelgast merkt nichts davon. Denn die Anforderung, dass die Lampe wenig Wartung benötigt, ist für das Hotelmanagement interessant. Es kann also mehrere Qualitäten geben. Dies hatte ein Kollege schon vor 20 Jahren thematisiert in CyberLux (hier). Wie man zu einer Lichtqualität auf der Basis menschlicher Bedürfnisse kommen kann, hat Heinrich Kramer auch damals dargelegt (hier)

Um festzustellen, ob Menschen beim Begriff "Lichtqualität" eher an Qualität i.S. der CIE-Definition denken, oder eher an Beschaffenheitsmerkmale, habe ich einfach nach dem Wort gegurgelt (heißt zwar gegoogelt, der Duden musste das Wort aber streichen, weil Google dagegen war). Unten steht das Ergebnis. Die Reihenfolge ergibt sich aus den Einstellungen meines Browsers und hat daher keine Bedeutung.

Die nebenstehende Aufzählung macht wenig Hoffnung auf eine schnelle Besserung. Die meisten verstehen wohl eine gute bzw. exzellente Beschaffenheit. Das ist nicht weiter verwunderlich. Denn die normative Nutzung des Begriffs ist zwar schlüssig und richtig. Allerdings nur in der Qualitätswissenschaft. Im Alltagsgebrauch benutzen die meisten Menschen das Wort Qualität alternativ in zwei Bedeutungen. Das Dumme ist, dass keine davon falsch ist. Das wussten bereits die Schöpfer des Begriffs qualitas in der Antike.

Der Qualitätsbegriff ist noch vor Sokrates entstanden. Sokrates hat ihn benutzt, hat aber nie die Absicht gehabt, etwas zu schreiben. Auch nicht zur Qualität. Schriftlich taucht Qualität erst bei Platon (427 - 347 v. Chr.) auf. Platon zog aus der vorsokratischen Spezifizierung eines Gegenstandes die Konsequenz, von Objekt definierenden Merkmalen auf das ihn qualitativ Bestimmende zu schließen. Also zwischen der merkmalsfixierten allgemeinen Beschaffenheit und dem qualitativ Bestimmten zu unterscheiden. Platons Differenzierung zwischen der qualitativen Beschaffenheit und dem qualitativ Bestimmten ist für die antike Bedeutung des Qualitätsbegriffs grundlegend.

Aristoteles (384 - 322 v.Chr.) hat den Qualitätsbegriff weiter entwickelt. Das Gleiche taten auch Epikur von Samos, Zenon von Kition und Plotin. So war der Begriff Qualität bereits zu Beginn unserer Zeitrechnung festgelegt. Und eindeutig zweideutig.

In der Ergonomie wird Qualität i.S. der Gebrauchstauglichkeit, bzw. Usability definiert. Das ist ein eingeschränkter Begriff und berücksichtigt nur die Nutzung. Ein Gegenstand hat keine Usability an sich, sondern nur in Bezug auf einen Nutzungskontext. Man kann dieses Konzept auf die Beleuchtung anwenden, indem die Anforderungen, die die Beleuchtung erfüllen soll, aus der Sicht des Nutzers definiert werden. Zu diesem Zweck muss aber der Nutzungskontext gefunden werden, der aus Nutzern, Umgebung, Architektur, Arbeit u.a. besteht.

Bislang ging die Lichttechnik den umgekehrten Weg, Sie verschrieb bestimmte Beschaffenheiten für die Beleuchtung fast völlig ohne Berücksichtigung eines Nutzungskontexts. So wurden z.B. Längen von Lampen, die in Büros benutzt wurden, ohne die Modulmaße der Büroarchitektur festgelegt. Beleuchtungsnormen und Baunormen werden erst in jüngster Zeit abgestimmt, obwohl es keine Bauten ohne Beleuchtung geben dürfte. Derzeit wird sogar die Beleuchtungsstärke an der Decke einer Arbeitsstätte normativ vorgegeben.

Wenn man den Qualitätsbegriff ernst nimmt, wird man erst die Bedürfnisse des Menschen ermitteln und die entsprechenden Merkmale der Beleuchtung verliehen müssen. Angesichts der links zu sehenden Vorstellungen verschiedener Gruppen, Organisationen oder Menschen, wird das ein lange währendes Projekt. Die Lichttechnik muss sich häuten.

An ihren Worten soll man sie erkennen - CIE definiert Lichtqualität

Vor ein paar Tagen hatte ich nach einer vergeblichen Recherche im Netz behauptet, CIE kenne nur Quantität, aber keine Qualität (hier). Das war kein Zufall. Vielmehr suchte ich gezielt danach, weil man mir berichtet hatte, dass das Internationale Wörterbuch der Beleuchtung seit 1938 zum ersten Mal Qualität definieren würde. Ich guckte am 4. Februar nach. Fehlanzeige. Gestern habe ich es gefunden.

Damit hat sie 108 Jahre nach ihrer Gründung sich an das international übliche Vokabular der Qualitätswissenschaft angeschlossen. Qualität ist in der Normung schon immer als "fit for purpose" behandelt worden. Bisschen nacharbeiten muss man die Definition allerdings . Denn "lighting" ist nur nach den Interessen der Beleuchter definiert:

Wo liegt das Problem? Licht ist unsichtbar, bis es auf Materie trifft. Es fliegt im Universum ewig geradeaus, es sei denn, es wird von einem schwarzen Loch geschluckt. Nach Einstein kann man es vom rechten Weg abbringen, wenn man eine große Masse in seine Bahn stellt. Ansonsten bleibt Licht unsichtbar. In der umbauten Umwelt muss Licht auf Architektur treffen. So formt Licht Architektur, die ansonsten auch unsichtbar bleibt. Ergo: Nach 108 Jahren sieht man die Welt immer noch einäugig.

Und unsere wunderbare Natur, die sonnenverwöhnten Strände und Wiesen, unsere Städte weisen keine Lichtqualität auf, weil die bestimmt keine Anwendung von Licht trifft.