Licht und Gesundheit

Ganz sicher nicht. Die Bilder zeigen es. Man sieht Licht in Farben, und Farben sieht man im Kontrast. Das wissen alle, die sich mit Licht und Farbe beschäftigen. Warum versucht aber die oberste Etage der lichttechnischen Vereine der Welt einen Standard zu schaffen, der die vorteilhaften Wirkungen von Licht allein betrachten will?

Der Himmel weiß warum. Ich ahne es nur. Ein ThinkTank, oder sagen wir mal bescheidener, ein Beratungsunternehmen hat denen eingetrichtert, Licht sei nicht nur zum Sehen da. Es hätte viele andere Wirkungen. Das haben zwar schon die Alten Römer gewusst. Aber deren Licht war ein anderes. Wie denn das? Ist die Sonne damals im Westen aufgegangen? Sie denkt nicht daran, sich die Mühe zu machen, um Menschen zu überraschen. Die geht zwar jeden Tag etwas später auf, wenn es Winter wird, und früher, wenn es gen Sommer geht. Aber alles bleibt beim Alten und so steuert die Sonne die Lebensläufte von Tier und Pflanze. Der Wolf wie der Spinat wissen, wann es Tag wird oder Nacht. Menschen nicht mehr. Sie haben das künstliche Licht erfunden.

Und so künstlich wie das Licht ist, ist auch seine Definition. Licht ist, was eine Sehempfindung hervorruft. Und Tageslicht? Derjenige Teil der globalen Strahlung, der eine Sehempfindung hervorruft. Und diesen Teil der Sonnenstrahlung hat weder der Wolf, noch der Spinat, noch jemals ein Mensch für sich allein erlebt. Die Weisheit, was Tageslicht sein soll, steht in einem Wörterbuch der Lichttechnik, und das schon lange. Kommt aber nie ans Tageslicht, denn dummerweise guckt da niemand hinein, weil es davon nur wenige Exemplare weltweit gibt. Jetzt schreibt man einen Standard, damit es jeder lernt.

Nur dumm, dass selten jemand etwas lernen will, was ihm seine Gene anders erzählen. Jede Körperzelle besitzt mehrere innere Uhren, die sich am Lauf der Sonne orientieren. So arbeitet die Leber zwar im Tagesrhythmus, aber zeitverschoben zum Magen. Wer es wissen will, was das bedeutet, kann mal die Alkoholration, die nachts bei ihm zur Erheiterung führt, zum Frühstück einnehmen. Da Milliarden von Zellen jeweils mit inneren Uhren ein ziemliches Chaos bedeuten, gibt es einen Masterclock, der im Gehirn sitzt. Und den steuert die Sonne.

Biologen, die sich mit dem Thema beschäftigen, haben herausgefunden, dass man den Tagesrhythmus mit nächtlichen Lichtbeigaben ändern kann. Eigentlich ist die Erkenntnis so neu auch nicht. Jeder, der nachts durch ein Licht geweckt wird, braucht eine Menge Zeit, um wieder einzuschlafen. Am nächsten Tag ist sein Körper zuweilen aus dem Ruder gelaufen bzw. fühlt sich an wie gerädert. Und ob man sich gestört fühlt durch ein Licht so um 22:00 Uhr, hängt von der Jahreszeit ab. Im Sommer ist um diese Zeit Abend bei uns, später Nachmittag am Nordkapp und tiefe Nacht in den Tropen. Nicht umsonst ist der Artikel "Wie lange dauert die Nacht" (hier), den ich vor zehn Jahren mitten in der Polarnacht in Tromsø geschrieben hatte, der meistgelesene in diesem Blog. Wie sich die Jahreszeiten auf unseren Masterclock auswirken, wissen die Biologen hingegen nicht so genau. Sie heißen nämlich Chronobiologen und beschäftigen sich vornehmlich mit dem, was ein Chronometer anzeigt, mit der Tageszeit. Was der Kalender anzeigt, die Jahreszeit, bleibt hingegen unterbelichtet. Kein Wunder, ein Forschungszyklus würde ja 365-mal so lang sein wie bei der Tageszeit.

Anders als Chronobiologen, die sich mit Körperrhythmen allgemein beschäftigen, also circadian, circannual, ultradian, infradian etc., haben sich die Lichttechniker auf die circadiane eingeschossen. Das ist sicher lohnend. Ändert man die circadiane Rhythmik entgegen den biologischen Gegebenheiten, z.B. durch eine Schichtarbeit, stört man die Gesundheit. Ergo: man kann - könnte? - biologisch wirksames Licht produzieren, das das Gegenteil bewirkt, also gesund macht. Das ist keine Theorie mehr, man benutzt es seit langem in der Therapie, auch in der Psychiatrie.

Darf man etwas, was in der Therapie wirksam ist, auf gesunde Menschen anwenden? So etwa Antibiotika? Gott verhüt's. Es reicht, wenn die Hühner das Zeug fressen und mit auf die Pfanne bringen. Aber es gibt tausend andere Dinge zwischen Therapie und gesunder Prophylaxe, so etwa Vollkornbrot oder rohes Gemüse. Ob man die zum Stärken des Zahnbetts nimmt oder zur Linderung einer Erkrankung, ist egal. Es nützt. So könnte man durch Einwirken auf den circadianen Rhythmus mit Licht positive Effekte hervorrufen. Die Gretchenfrage ist, kann man das auch? Und: wenn man mit künstlichen Mitteln eine circadiane Wirkung hervorruft, was sagt der längerfristige Rhythmus, der circannuale, dazu?

Davon will die Lichttechnik nichts hören. Mir hat ein internationaler Experte offiziell geschrieben, ich müsse in einem normativen Werk das Wort circarhythm* in circadian ändern. Seitdem ist der Experte bei mir abgemeldet. Wer Licht allein ohne die Materie, die es sichtbar macht, beurteilen möchte, handelt gegen jede Erfahrung in der Physik und auch in der Psychologie. Man versucht, den lichten Tag nachzuahmen. Fragt sich aber nicht, welchen. Vor allem drückt man sich vor der wahren Gretchenfrage: was machen wir mit der Nacht, die die Menschen zum Tage gemacht haben?

*Circarhythm umfasst Körperrhythmen, die etwa - daher circa - den physikalischen entsprechen. Aber halt nur etwa. Zeitgeber synchronisieren diese auf die exakten Zeiten. So der circadiane Rhythmus auf 24-h durch die Sonne. Bei circannual fällt mir der Synchronisator nicht auf Anhieb ein. Vielleicht Weihnachten?

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"Der SVM-Wert ist ein Kennwert für hochfrequentes Flimmern. Ein Teil der LED-Produkte (ALED und OLED) muß einen Höchstwert einhalten (nur netzspannungsbetriebene Produkte und unter diesen auch nicht alle). Während die 2019er Verordnung für die Zeit ab dem 1. September 2021 einen Höchstwert von 0,4 vorsieht, soll dieser zunächst 0,9 betragen und zum 1. September 2023 auf 0,4 sinken." So lese ich gerade in den Mitteilungen der EU zum Flimmern.

Geht man so mit einer Technologie um, die seit 25 Jahren Zukunft bedeutet? Wenn man in den Verlautbarungen stöbert, findet man Lustiges. So wird gesagt, dass die LED keine ideale Technologie sei sondern eine reale. Sie hätte nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile. Eigentlich muss man so etwas dem gemeinen Volk nicht erzählen. Jeder weiß, dass alles Vor- und Nachteile hat. Nur bestimmte Experten scheinen die Vorteile zu beleuchten und die Nachteile im Dunkeln zu lassen. Und in der Fachpresse kann man nur vergebens nach Nachteilen von LED suchen.

War da was? Was ist überhaupt Flimmern? Etwas, was Jahrzehnte lang nicht existierte … In den Lehrbüchern stand zu lesen, dass das menschliche Auge nur niedrige Frequenzen wahrnehmen könne. Da das Licht mit 50 Hz betrieben werde und sich daher mit 100 Hz ändere, wäre es nicht möglich, ein Flimmern wahrzunehmen. Dabei haben bestimmt alle, die so einen Unsinn schrieben, in der Schule den Physikversuch mit Glimmlampen erlebt. Guckt man darauf, sieht man etwa stehendes Licht. Bewegt man den Kopf dabei, sieht man die Sinuskurve der Wechselspannung.

Da Menschen im Büro immer mit gesenktem Kopf still und ruhig sitzen, können sie also kein Flimmern empfinden. Auch als ein böser Mensch nachwies, dass etwa die Hälfte (!) der Kopfschmerzen, die man nur bei der Arbeit hat und nicht zu Hause (hier), dem Flimmern zu verdanken ist, blieb die "Lighting Community" bei der Vorstellung. Erst als die elektronischen Vorschaltgeräte für alle verfügbar wurden, durfte man von Flimmern reden. Dabei wurden schon in der Urzeit der Lichttechnik Methoden zur Vermeidung von Flimmern angeboten (hier). Jetzt geht es plötzlich nicht, das Flimmern zu reduzieren. Da müsste man manche LED-Lampe vom Markt nehmen, weil sie flimmert.

Gott verhüt's! Lampen vom Markt nehmen, weil sie flimmern? Wenn man 1985 so gedacht hätte, wäre die Kompakt-LL nie auf den Markt gekommen. Sie flimmerte nicht nur, sondern lief im Laufe von 24 Stunden zur Höchstform auf - will sagen, die Lampe brauchte 24 Stunden, bis sie stabil leuchtete. Später sollte sie Karriere machen als Energiesparlampe. Die Karriere war bekanntlich sehr kurz. Umso nachhaltiger ihre Wirkung auf das Design von Leuchten. Leider kann man diese nur noch in Entwicklungsländern bewundern, in denen Menschen nicht die Kosten für LED-Produkte aufbringen können. Bei uns trifft es nicht alle, sondern diejenigen, die beim Kauf davon an preiswert denken. Billig ist das richtige Wort.

Wo liegt das Problem? Wie in diesem Blog bereits häufig dargestellt (z.B. hier und da), sind LED keine Lampen sondern ultraschnelle Laserdioden. Zu diesem Zweck wurden sie auch weiterentwickelt und werden benutzt. Man kann damit auch Beleuchtung ohne Flimmern machen, wenn man sie z.B. mit Gleichstrom betreibt oder mit einer hohen Frequenz. Dies ist nicht immer möglich bzw. mit Kosten verbunden. eine Sparmöglichkeit ist die Modulation der Pulsweite. Die garantiert aber nicht nur billigere Lösungen, sondern auch Flimmern. Wie schlimm das werden kann, lassen diese Zahlen sprechen: Als Bildschirme richtig flimmerten, was man mit dem bloßen Auge erkennen konnte, fühlten sich 10% der Benutzer davon bei der Arbeit gestört. Bei modernen, geprüften Bildschirmen, sind es 35%. Und das obwohl die Bildschirme bei ruhigem Blick überhaupt nicht flimmern. Sie stören beim Blickwechsel, z.B. beim Suchen auf dem Bildschirm. Deswegen gehören Monitore mit PVM eher auf den Schrotthaufen denn auf den Arbeitsplatz. Ob ein günstiges Objekt nicht deswegen günstig ist, weil der Hersteller gespart hat, merkt man nicht.

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Bekanntlich kostet das Tageslicht nichts. Deswegen scheint es so, dass es auch nichts Wert ist. So jedenfalls wenn man die gängige Praxis beurteilt, dass bei jeder Gebäudesanierung das Tageslicht irgendwie auf der Strecke bleibt. Vor einigen Jahren hatte Jacobiak eine Studie veröffentlicht, die dies in Zahlenwerte gepackt hatte. Grund ist, dass man versucht, Gebäude energetisch zu verbessern und dabei mal Fenster verkleinert, mal noch eine Lage Fensterscheibe hinzufügt. Was kaum jemand weiß, ist dass die neuen Fassaden das Licht nicht nur dämpfen, sondern auch noch qualitativ verschlechtern. Hinter manchem Super-Glas wird die Farbwiedergabe grottenschlecht.

Das Märchen, dass himmlische Licht nichts kostet, verdanken wir natürlich einer Milchmädchenrechnung. Und da wo manches Milchmädchen zu Hause ist, und die Kühe keine gute Farbwiedergabe brauchen, weil alle blau sind, habe ich eine interessante Studie gefunden, die den Wert des Tageslichts auf eine unschlagbare Art und Weise nachweist: Mehrwert für Häuser und Wohnungen, getrennt nach Mietobjekten und Kaufobjekten. Der Auftraggeber war kein Mäzen, sondern eine Firma, die Dachfenster verkauft. Da ich mehrere davon verbaut habe, brauche ich die Studie eigentlich nicht zur eigenen Überzeugung.

Die Untersucher haben in der Schweiz Objekte evaluiert, die durch mehr als nur notdürftige Luken ein schönes Aussehen bekommen hatten. Was sind die Nutzer bereit, dafür zu zahlen? Hier zur Ansicht die Tabelle für Einfamilienhäuser, die sich sehen lassen kann. wer mehr wissen will, und genauer, kann hier weiterlesen.

Häuser in der Schweiz sind kostbar. Wenn man mehr Tageslicht hinein lässt, werden sie kostbarer. Und Mieter und Häuslebauer lassen sich das Tageslicht was kosten.

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Nachdem ich mich daran gewöhnt hatte, dass man bei "circadianen" Beleuchtung ruhiger, aber auch sehr viel leistungsfähiger werden soll, so etwa 35% bessere Lesegeschwindigkeit durch besseres Licht, fand ich einen Artikel in Licht (Heft 9/2020), das viel nüchterner klingt: "Gleiche Leistung bei weniger Anstrengung". Ich wunderte mich allerdings über die Umstände der Untersuchung, über die berichtet wurde. Man hatte kognitive Leistungen in unterschiedlichen Lichtsituationen und zu unterschiedlichen Tageszeiten untersucht. Ich las "241 lx" "128 lx" und "54 lx" als Beleuchtungsstärke.

Nach einer Weile löste sich das Rätsel der krummen Zahlen und der geringen Werte. Es soll sich um eine Helligkeit von 500 lx handeln. So steht es im Organ der LiTG. Da der Artikel keinen Autor hat, kann man das noch durchgehen lassen. Denn neuerdings werden Artikel auch mal von Robotern geschrieben. Was die Lux-Zahlen aber angeht, habe ich keine Möglichkeit gefunden, diese mit Word zu tippen, deswegen hier ein gescanntes Bild. Für alle, die sich wundern, was Angaben mit Index und Potenz bedeuten sollen, hier die gute Nachricht: künftig werden wir bei allen lichttechnischen Angaben Ähnliches erleben. Es ist so einfach zu verstehen, dass man sich wundert, warum man bislang nicht darauf gekommen ist. E steht wie immer für Beleuchtungsstärke, allerdings bezieht sich diese auf das Tageslichtäquivalent der CIE D65 und hat daher relativ wenig mit der Beleuchtungsstärke zu tun, die für Helligkeit sorgt. V steht für vertikal, die 500 lx gelten für horizontal (aber nicht für Helligkeit) und lux ist nicht Lux, weil ein Luxmeter nicht 128 anzeigen wird, sondern 500. Die 128 lux sind nämlich melanopisch. Daher der Index mel. Wie man zu melanopisch kommt? Frage Sie Ihren Lichtplaner. Der muss es wissen. Ob er weiß, warum das Tageslichtäquivalent nichts Äquivalentes für das Sonnenlicht bedeutet, kann ich nicht garantieren.

Und diese Größen werden so berechnet:

Wenn Sie wissen wollen, was k_mel ist, müssen Sie diese Formel auflösen

Man wird natürlich fragen dürfen, was ein Mensch von soundsoviel mel hat? Fangen wir mit den 500 lux an. Dazu steht in Licht "entspricht der gängigen EU-Norm zur künstlichen Beleuchtung von Innenräumen auf der Arbeitsoberfläche." Anscheinend werden Studien aus Deutschland von Google Translate übersetzt. Eine EU-Norm zur künstlichen Beleuchtung von Arbeitsoberflächen wird es hoffentlich nie geben. Diese 500 lx dürfen laut Norm nie unterschritten werden. Also ist die Studie grenzwertig. Oder?

Erst grenzwertig scheint die Präzision, mit der manche Forscher die Ursache der Wirkung berechnen. Die wird Circadianer Stimulus genannt und mit CS abgekürzt. Circadianer Stimulus bedeutet, dass das Licht nicht nur die Beamtenpalme im Zimmer beleuchtet, sondern auch noch den Körperrhythmen zum Aufschwung verhilft. Und dieser wird, wie im gleichen Heft an anderer Stelle beschrieben, so berechnet:

Man hat bei der beschriebenen Studie etwas getan, was noch nie der Fall war, nämlich die Leistung unter der "gängigen" Arbeitsplatzbeleuchtung ermittelt. Offenbar ändert sich diese nicht bei unterschiedlichen und auch optimalen Lichtbedingungen, aber die "Leistungsanstrengung" mächtig. Nämlich um 2%. Das scheint wenig, aber kumuliert sich über Jahrzehnte "Als Momentaufnahme ist das Ergebnis nicht kritisch zu sehen, da die Effekte etwa 2% ausmachen. Da wir statischen Lichtbedingungen aber über Jahrzehnte unseres Arbeitslebens ausgesetzt sind, kumulieren sich diese kleinen Effekte zu relevanten Faktoren. Sie sind dann eine Frage der Ergonomie." Eigentlich wollen die Lichttechniker vermeiden, dass sich die Ergonomie mit Licht auseinandersetzt. Mir liegt ein offiziell-böser Brief vor, dass ich das auch als Leiter des zuständigen internationalen Ausschusses nicht darf.

Die Sache erinnert an die Kurve der Leistung des Menschen, die mit der Beleuchtungsstärke steil zunimmt, allerdings zwischen 300 lx und 1000 lx schlappe 1.5% und die Ermüdung nimmt 0,2 % ab. Wow! Wie haben die vor 70 Jahren Ermüdung so präzise gemessen, wo sie die Beleuchtung gerade mal mit dem feuchten Finger messen konnten? Und Ermüdung auf 0,2% genau? Scherz beiseite, dieses Bild hat es sogar in die Psychologiebücher geschafft. Dort kann man lesen, dass Beleuchtungsstärken über 1000 lx zu vermeiden sind, da dann die Ermüdung steil ansteigt. (Wer des Rätsels Lösung erfahren möchte, bitte hier lesen).

Wer die Studie unverhunzt lesen möchte, kann das hier tun: Influence of common lighting conditions and time-of-day on the effort-related cardiac response, Johannes Zauner et. al. Man sollte sich dabei nicht wundern, dass die experimentell gezeigten Effekte klein sind, denn man ist bei solche Experimenten froh, irgend etwas nachzuweisen. Das liegt nicht am Experiment, sondern am Experimentieren. Und an der Komplexität der Lichteinflüsse auf den Menschen. Man muss sich eher wundern, wenn deutsche Schulkinder durch blaues Licht plötzlich intelligenter werden als die von Burkina Faso - jedenfalls nach Pisa-Maßstäben.

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LUXI - Technik, die begeistert in kurzen Clips präsentiert - 6. Lichtwoche München

LUXI - das ist eine Veranstaltung, bei der Licht gelobt wird. Der Licht-Preis geht nicht an den, der die größte Halle am gleichmäßigsten ausgeleuchtet hat, sondern an den, der Licht formt. Hier in lockerer Folge die Werke, die für den Nachwuchspreis eingereicht worden sind. wer mehr über die Veranstaltung und ihre Geschichte wissen möchte, wird hier fündig. Was die Presse von Luxi hält, kann man hier erfahren. (zu den alten Pressespiegeln bitte nach unten scrollen).

Der Preis wird während der Lichtwoche München vergeben, die seit 2015 stattfindet. Für Leser diese Blogs ist das Jahr auch als das UNESCO Internationales Jahr des Lichts bekannt. Die Teilnahmebedingungen kann man hier lesen.