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Glanzleiche - Oder vom Elend des Physikers beim Umgang mit Empfindungen

Wasser tut’s freilich
höher jedoch steht die Luft,
am höchsten das Licht!
Arnold Rikli

03.10.2025

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Blendung und „natürliche“ Farben - Das waren die Themen der letzten beiden Blogs. Doch die Beschreibung von Erscheinungen, mit denen der Techniker nicht gerade meisterhaft umgehen kann, ist damit nicht komplett. Erst richtig schwierig wird es, wenn man den Begriff oder die Erscheinung Glanz dazu nimmt.

Aber zuerst zu dem „Techniker“. Dieser ist ein Mensch, der einen Beruf ausübt, dessen Name vom griechischen Wort techne stammt. Und die heißt so viel wie Kunst, Gewerbe, Geschick, List, Betrug. Nicht eines davon, sondern alle zusammen. List und Betrug darf man allerdings nicht im Sinne des Strafrechts nehmen, sondern im Sinne von Geschick. Der Techniker überlistet Natur, Materialien, Naturgesetze u.ä., um etwas zu erzielen. So kann ein Mensch fliegen, ohne dass ihm Flügel wachsen.

Wenn der Techniker mit Glanz umgehen soll und dabei gewissenhaft objektive Größen benutzen, handelt er als Physiker, dessen Welt viel regelhafter ist als die des Technikers. Dies musste ich in meinen jungen Jahren tun, und die Sache war bitter ernst. Die Menschen, die am Computer arbeiteten, hatten Probleme mit den Augen, die sie auch heute haben, aber damals schimpften sie mehr. Also musste ich die sog. visuellen Probleme der Menschen ermitteln und Lösungen dafür finden. Diese wurden nicht in den Sand geschrieben, sondern in Normen, die heute 50 Jahre danach immer noch ihre Wirkung entfalten.

Eine meiner Diagnosen war, dass die Bildschirme glänzten. Ergo schrieb ich in den Normenentwurf, die dürfen nicht glänzen. Nun bestand die Arbeitswelt nicht nur aus glänzenden Bildschirmen. Wenn die nicht glänzen dürfen, warum dürfen andere? Also schrieb ich in den Normenentwurf, dass alle Teile des Arbeitsplatzes aus matten Oberflächen bestehen müssen. Die Vorstellung musste ich nicht einmal selbst entwickeln. Sie stand in der Beleuchtungsnorm DIN 5035 und verbot den Glanz schon vor über 50 Jahren.

Ein Mitglied unseres Normenausschusses nahm dann diesen Entwurf in seinen Betrieb und legte ihn seinen Büroorganisatoren vor. Deren Meinung war verheerend: eine Welt ohne Glanz. Matt wie platt.

Die besagten Herren waren noch gnädig. Große Computerfirmen gingen dagegen aggressiv vor. Sie hatten aber mit Zitronen gehandelt, denn dafür, dass Bildschirme glänzen sollen, gab es keine Begründung. Also floss die Idee in Normen, später in Sicherheitsregeln und ganz zuletzt in Arbeitsschutzvorschriften wie die EU-Richtlinie für die Arbeit mit Bildschirmen von 1990. Auch der Bundesarbeitsminister verschreibt den Betrieben in der ASR A6 (Bildschirmarbeit) von 2024: „Grundsätzlich sind an Bildschirmarbeitsplätzen Bildschirme mit entspiegelten (matten) Displays und matten Gehäuseoberflächen zu verwenden.“ Er lässt nur wenige Ausnahmen zu.

Die fehlende Begründung für glänzende Bildschirme kam später, als Computer auch Videos abspielen konnten. Auf matten Bildschirmen sahen schicke Filme gar nicht so schick aus. So bauten unbotmäßige Computerhersteller Laptops mit glänzenden Bildschirmen. Denn man kann nicht dauernd das Display wechseln, wenn man mal Büroarbeit macht und mal einen Porno einzieht.

Das Problem besteht bis heute, aber mit anderen Begründungen. Der technische Fortschritt hat zu Monitoren geführt, die weniger glänzen als die Vorschrift erlaubt. Aber Handys lassen sich schwer verkaufen, wenn ihre Displays tot aussehen. Da diese aber das ganze Gesicht vom Handy ausmachen, glänzen die dummen Dinger um die Wette. So auch mein iPhone, wenn es als Display für meine Drohne dienen soll, die bei Kaiserwetter den Berliner Wannsee ablichten will. Da ich kaum noch was sehe, haut die Drohne manchmal ab. Sie kommt eine halbe Stunde später reumütig wieder, wenn ihr Akku leer ist. Ob das sich auch ukrainische Drohnenpiloten leisten können? Zum Teufel mit dem Glanz, wenn mein Leben auf dem Spiel steht.

Die Probleme mit dem Glanz waren vermutlich vor meiner Geburt schon bekannt gewesen. Ich habe Farbe studiert bei einer der wenigen Koryphäen, denen es gelungen ist, ein Farbsystem aufzustellen (Anm.: Es war nicht Goethe). Sein wichtigstes Werk im Bereich der Farbsystematik ist das DIN-Farbsystem DIN 6164 (auch bekannt als DIN-Farbenkarte oder DIN-Farbenatlas). Er war Physiker und Farbmetriker und gilt als einer der führenden Vertreter der Farbwissenschaft in Deutschland im 20. Jahrhundert. Auch ihn wurmte die Frage des Glanzes, weil der Glanz nicht nur die vor dem Bildschirm stört. Er zerstört die Farben. Egal, wie ein Objekt aussieht, rot, grün oder lila, der Glanz ist fast immer weiß oder farblos.

Unter unserem Lehrer versuchten mehrere Kollegen, fast alle Ingenieure, eine Dissertation zu dem Thema zu schreiben. So entstand die Bezeichnung Glanzleiche. Die ist nicht ein optisch präpariertes Opfer in einem Tatort, sondern eine Doktorarbeit, von der man bereits zu Beginn sagte, dass die nichts wird.

Warum aber, wenn eine Arbeit von einer begnadeten Koryphäe betreut wird und von intelligenten Menschen ausgeführt? Die Gründe habe ich im Kapitel Warum sich die Forschung auf der Stelle dreht ausführlich erklärt. In diesem Kapitel geht es um Blendung, bei deren Erforschung man sich seit 120 Jahren die Zähne ausbeisst. Darin wird auch erklärt, dass Glanz eine Blendung ist. Er verhindert, dass man Dinge so sieht, wie sie sind. Weder ein Mensch noch eine Kamera können unter einer glänzenden Stelle erkennen, was darunter liegt. Und Blendung ist immer etwas, was das Erkennen erschwert. Glanz ist eine Form der Blendung, die man aber nicht so nennt. Das aus gutem Grund, denn Blendung klingt negativ, Glanz ist aber …?

Das Teuflische ist, dass der Glanz zu den vier Eigenschaften gehört, die uns das Erkennen eines physikalischen Objekts vollständig erklären: Helligkeit, Farbe, Glanz und Form. Hiervon wird nur die Form nicht von Physikern oder Technikern behandelt. Die anderen drei lernt man, wenn man Lichttechnik oder Farbenlehre studiert. Dummerweise hängen Farbe und Helligkeit eng zusammen. Und Glanz wird erheblich von der Form bestimmt. Und dies in Tateinheit mit Farbe. Die Kugeln rechts stammen übrigens von einer wissenschaftlichen Studie, die genauer ist als die in der Lichttechnik, aber nichts damit zu tun hatte.

 

Somit kann man Glanz als eine Erscheinung sehen, die uns das Sehen ermöglicht und aber auch erschwert bis unmöglich macht. Ob wir dies positiv oder negativ sehen, hängt von uns und unserer Situation ab und nicht von den physikalischen Eigenschaften. Bei manchen Dingen liegen positiv und negativ nur Millimeter auseinander, so z.B. auf schönen Frauengesichtern, wo positiv (Lipgloss) von negativ (glänzende Nasenspitze) eng beieinander liegen.

Es gibt auch Fälle, wo die Störung des Sehens den Gesamteindruck prägt und somit deren Beseitigung die Gesamterscheinung zerstört. So benutzt der Fotograf Catchlights, um den Augen Tiefe, Ausdruck und "Leben" zu verleihen. Ohne diesen Glanz wirken die Augen oft matt, leer oder „tot". Dasselbe gilt für Exponate in Galerien, die mit einer Scheibe geschützt werden müssen. Wenn diese mattiert ist, sind die Bilder tot. Portraitfotografen setzen Catchlights, wenn ein Gesicht ohne solche aufgenommen worden ist. Man kann den Effekt nachstellen, indem man Gesichter mit Glanzpunkten bearbeitet und diese entfernt.

Das Ganze hat selbst einen prägenden Effekt auf Wissenschaft und Technik. Der Glanz von Oberflächen hat einen signifikanten Einfluss auf Wissenschaft und Technik, insbesondere in den Bereichen Materialwissenschaft, Optik und Messtechnik. Möbel, Stoffe, Bekleidung, Kunstdruck und nicht zu vergessen Autos.

Wenn eine Sache so wichtig ist, müsste es von Fachleuten auf dem Gebiet nur so wimmeln. Dem ist nicht so. Die Szene wurde über mehrere Jahrzehnte von Richard S. Hunter (1906–1991) beherrscht, der schon in den 1930ern eine prägende Persönlichkeit war. Er war der Gründer des Unternehmens Hunter Associates Laboratory, Inc. (HunterLab), das weltweit Glanz- und Farbmessgeräte herstellt und damit maßgeblich zur Verbreitung seiner Messstandards beigetragen hat. Aber er war zuvor am National Bureau of Standards (NIST) tätig, wo er seine Methode entwickelte. Dazu gehörte auch ein Farbraum, der seinen Namen trägt: Hunter L, a, b Farbraum.

Hunter gelang es, die menschliche Wahrnehmung auf die Messung zu übertragen. Seine Geräte zielten darauf ab, die visuelle Wahrnehmung des menschlichen Auges (speziell im Hinblick auf kleine Farbunterschiede und Glanzeffekte) objektiv zu quantifizieren. Damit wurden HunterLab-Geräte zu einem unverzichtbaren Werkzeug, um die Produktkonsistenz über Lieferketten hinweg zu gewährleisten.

Hunter war keine Glanzleiche. Er hatte im Dezember 1927 seine Karriere als "Minor Laboratory Apprentice" (kleiner Laborlehrling) begonnen beim National Bureau of Standards (NBS), heute bekannt als NIST. Als wir zu Beginn des 21. Jahrhunderts eine vom Arbeitsminister beauftragte Studie zu Oberflächen von IT-Produkten durchführten (Einfluss von optischen Oberflächeneigenschaften von IT-Produkten auf Benutzer, BAUA Forschungsbericht Fb1066, 2006), war Hunter der Lieferant der meisten Erkenntnisse auf dem Gebiet. Und er war einer der Autoren der Studie, die Anlass für diesen Forschungsbericht war.

So konnten wir getrost schreiben:
„Maßgeblich für die Empfindung ist aber nicht die physikalische Verteilung des Lichts, sondern dessen situationsabhängige Beurteilung:

  • Glanz wird absichtlich erzeugt, um das Erscheinungsbild eines Gegenstands mit Leben zu erfüllen;
  • Glanz wird vermieden, um einen Gegenstand ungestört betrachten zu können.

Hunter hatte bereits 1936 zutreffend geschildert, dass es nicht nur einen Glanz gäbe, sondern viele:

  • Spiegelglanz": Helligkeitsempfindung in Verbindung mit gerichteter Reflexion auf einer Fläche (Original: specular gloss)
  • „Kontrastglanz": Helligkeitsempfindung infolge relativ unterschiedlicher Helligkeit von spiegelnden und diffus reflektierenden Teilen der Fläche (Original: contrast gloss)
  • „Bildschärfeglanz": Empfundene Schärfe der reflektierten Objekte (je schärfer, desto störender) (Original: DOI gloss (DOI: distinctness of image))
  • Haze" (ohne Übersetzung, könnte Dunst oder Eintrübung heißen): Haloartig empfundener Schleier in der Nähe der spiegelnden Stelle
  • „Sheen" (ohne Übersetzung, könnte Schein oder Schimmer heißen): Glanzerscheinung auf matten Oberflächen unter streifendem Lichteinfall bzw. -ausfall
  • „Absence-of-texture gloss" (ohne Übersetzung, könnte Strukturlosigkeit heißen): Empfundene Gleichmäßigkeit und Strukturlosigkeit (einer ansonsten mit Struktur versehenen Fläche).

Nicht jeder Physiker kapituliert vor dem Elend, Empfindungen messen zu müssen. Es dauert manchmal halt lange …

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Licht ohne Schatten

31.08.2025

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Der Volksmund sagt: Wo viel Licht ist, ist auch viel Schatten. Das ist nicht physikalisch gemeint, sondern symbolisch. Er will sagen, dass jeder Mensch, so perfekt er auch scheinen möge, eben seine Schattenseiten hat. Ob die Aussage auch für die Physik gilt?

Licht, das uns das Sehen ermöglicht, kann man nicht sehen. Es fliegt so lange geradeaus, bis es in die Nähe einer großen Masse kommt, so nach Einstein, die seine Bahn biegt. Ansonsten lässt es sich nur durch undurchsichtige Objekte bremsen und erzeugt dann Schatten. Licht und Schatten sind somit untrennbar miteinander verbunden. Wenn ein Scheinwerfer, müsste eigentlich Lichtwerfer heißen, auf einen Menschen gerichtet wird, ist es hinter ihm voller Schatten. Der Theaterbeleuchter, vor Edison noch Komödien-Lichtputzer genannt, versteckt die Schatten unsichtbar vor dem Publikum hinten in den Tiefen der Bühne.

Leider hat nicht jeder Beleuchter so viel uneinsehbaren Raum wie auf der Theaterbühne, um den Schatten zu verstecken. Man muss andere Wege finden, wenn die Zuschauer alles sehen können, auch die Schatten. So etwa wie bei diesem Bild. Die angestrahlte Dame hat mehrere Jahrtausende voll im Dunkeln verbracht. So wie hier dargestellt, hätte sie noch weiter in der Pyramide bleiben dürfen. Aber sie sollte zum Star des Neuen Museums zu Berlin werden. So wurde ihre Beleuchtung zum künstlerischen Akt. Als die “Beleuchterin” der Büste, die Lichtplanerin Gabriele von Kardoff, diesen Akt auf dem Global Professional Lighting Design Convention in Oktober 2009 beschrieb, glich der Saal einem Volksauflauf. Fast alle über 1000 Teilnehmenden hatten ihn gestürmt und bis in die letzten Lücken gefüllt. (Mehr zu Frau Kardoff hier)

Weniger künstlerisch ging es indes bei der Beleuchtung von Sportarenen zu. Einst sah man auf dem Fußballfeld jeden Feldspieler mit vier Schatten als Krake übers Feld laufen. Nur die Tormänner warfen ihren Schatten nach vorn. Schuld waren die vier Masten, die an vier Ecken des Stadions herumstanden. Heute sind die Schatten weg bei den Erstligastadien, die ein Dach rundherum haben. Die vielen Scheinwerfer am Dach lassen dem Schatten keine Chance. Wenn Licht aus allen Richtungen kommt, verschwindet der Schatten.
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Leider kann man sich an der Schattenfreiheit im Büro nicht so erfreuen. Denn dort sitzt der Mensch mitten in der Beleuchtung. Daher bedeutet die Schattenfreiheit, besser gesagt, Schattenarmut, eine Orientierungslosigkeit. In den großen Büros hat die Beleuchtungstechnik dem Licht seine wichtigste Eigenschaft genommen, die Richtung. Dabei hatten die Macher der Büros bereits in den 1920ern Angst vor der Schattenlosigkeit und lehnten deswegen die Indirektbeleuchtung direkt ab. Lesbar in den Büchern von Leffingwell, dem großen Protagonisten des Office Management (Leffingwell, W.H.: Scientific Office Management, A.W. Shaw Company, 1917). Die Mär hat über ein Jahrhundert überlebt und sich bis heute hartnäckig gehalten. Man kann es hier lesen: "Der Vorteil von indirekter Beleuchtung liegt in der Erzeugung von gleichmäßigem, blendfreiem Licht, das als angenehm empfunden wird. Ein möglicher Nachteil liegt in der verminderten Schattenbildung, die zu einer verunklärten Raumwahrnehmung führen kann." Wenn man in dem rechts abgebildeten Raum sitzt, wüsste ich, was zu einer verunklärten Raumwahrnehmung führt. 

Was sich Leffingwell hat so alles einfallen lassen, habe ich hier zusammengefasst (Erbschaft der 1920er Jahre – Wo Sie heutiges Wissen bestimmt). Er hatte u.a. herausgearbeitet, dass Indirektbeleuchtung ohne Blendung sei. Was stimmt. Was weniger stimmt, ist die Wirkung der Schattenlosigkeit. Unter einer solchen Beleuchtung wird der Mensch nicht geblendet, aber er wird blind. Wenn man einen Menschen in eine strukturlos helle Umgebung steckt, wird ihm zunächst unwohl. Nach einer Weile kann er ohnmächtig werden. Polarforscher, die in weiten Schneefeldern reisten, wurden schneeblind, während die Kollegen, die im Packeis unterwegs waren, wo auch unendlich weiße Felder waren, damit keine Probleme hatten.
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Das böse Spiel spielen die Gehirnwellen. In einem weißen Raum ohne Konturen, der visuell monoton ist, kommt es zu einem Zustand der sensorischen Deprivation, der die Gehirnwellen stark beeinflusst. Normalerweise passt sich das Gehirn ständig an neue Reize an, aber in einer solchen Umgebung fallen die externen Signale weg.

Wenn Sie in einen solchen Raum eintreten, dominieren anfangs die Beta-Wellen, die mit einem wachen, konzentrierten Zustand verbunden sind. Wenn das Gehirn jedoch keine neuen visuellen Reize erhält, schaltet es schnell auf einen entspannteren, nach innen gerichteten Zustand um. Dies führt zu einem Anstieg der Alpha-Wellen (8–13 Hz). Diese Wellen treten typischerweise auf, wenn die Augen geschlossen sind oder sich das Gehirn in einem entspannten, meditationsähnlichen Zustand befindet.

Der Mangel an externen Reizen kann paradoxerweise dazu führen, dass das Gehirn eigene, spontane neuronale Signale generiert, um die Stimulation aufrechtzuerhalten. Diese internen "Entladungen" können als visuelle, akustische oder taktile Halluzinationen wahrgenommen werden.

Kein Wunder, dass Maler, Fotografen oder Innenraumarchitekten versuchen, einen harmonischen Stand zwischen dem ruhigen und dem anregenden Zustand zu erreichen. Mein früherer Kollege Dr. Fred Häger forschte lange Jahre daran und schrieb 1975 eine Dissertation darüber. Leider ist davon nichts mehr übrig geblieben als eine Leerformel: “Die Beleuchtung sollte weder zu gerichtet sein, da dies zu harten Schatten führt, noch zu diffus, da sonst der Modellierungseffekt vollständig verloren geht und eine sehr langweilige Lichtumgebung entsteht. Mehrere Schatten, die durch gerichtete Beleuchtung aus mehr als einer Position entstehen, sollten vermieden werden, da dies zu einem verwirrenden visuellen Effekt führen kann.” (DIN EN 12464-1).

Das ist sehr dumm. Oder auch nicht. Denn die Regel erlaubt es dem Gestalter, mit Licht und Schatten zu spielen, bis er seine gute Lösung erreicht. In der guten alten Zeit hieß es noch, Lichtrichtung und Schattigkeit wären ein lichttechnisches Gütemerkmal, was sie tatsächlich sind. Es wurde aber nur gesagt, dass eine “mittlere” Schattigkeit gewünscht wäre, was man an dem Verhältnis der an einem Punkt herrschenden Beleuchtungsstärke zu der “zylindrischen” in 1,20 Höhe (Augenhöhe im Sitzen) misst. Leider gibt es kaum einen Menschen, der eine zylindrische Beleuchtungsstärke messen kann, weil ihm die Instrumente fehlen. Sollte einer diese kaufen, wird er an etwas scheitern, was er nicht kaufen kann, Zeit. Einen Arbeitsraum voll zu vermessen, dauert eine halbe Nacht.

Wer eine Beleuchtung den geltenden Normen entsprechend realisieren möchte, muss sich an die acht Anforderungen halten, die die Norm EN 12464-1 für jeden Arbeitsplatztyp stellt. Ob ihm dann noch Zeit und Muße verbleiben, Licht und Schatten zu optimieren, mag jeder selbst beurteilen.

Dieser Beitrag sollte die Bedeutung des Schattens herausstreichen, der angesichts der Diskussion um Licht vergessen wird. Dass ich nicht aufzeigen konnte, wie man richtig handelt, ist eigentlich ein gutes Zeichen. Das gibt den Kreativen Freiheiten wie z.B. beim Schneiden von Schriften. Es ist bislang niemandem gelungen, aufzuzeigen, wie man eine gute Schrift macht und wie man misst, dass sie gut geworden ist. Dennoch blüht und gedeiht die Typographie seit dem 15. Jahrhundert. 

 

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Beleuchtungsstärken reichen nicht, weil …

28.03.2024
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Meine letzten Blogs haben sich um einen fundamentalen Fehler in der Normung der Beleuchtung gedreht, die Vorgabe der Lichtqualität über Beleuchtungsstärken. Dabei habe ich mich darüber amüsiert, dass man Helligkeit erzeugen will, indem man Beleuchtungsstärken in allen vier Richtungen zu den Wänden vorgibt und dazu noch eine in Richtung Decke. Machbar ist es schon, aber praktisch in allen Arbeitsstätten kommt das Licht aus der Decke, auch wenn man mit Stehleuchten indirekt beleuchtet. Vertikalbeleuchtungsstärken an den Wänden sind daher Rechenkonstrukte. Und Licht in die Deckenrichtung zu schicken braucht es Lichtquellen anderswo.

Um den Unsinn zu dokumentieren, was dadurch entstanden ist, dass nur das Licht auf der Arbeitsebene zählt, habe ich das Bild rechts oben präsentiert. Kein Highlight der Lichtarchitektur. Was würde aber passieren, wenn man davon ausgeht, dass die neue Arbeitsebene der Bildschirm ist? Funktionell gesehen, braucht man an den meisten Arbeitsplätzen keine Sehleistung. Ergo? Was dann entstünde, sieht man unter dem Bild eines modernen Büros. Modern ist es auch. Will da etwa jemand arbeiten?
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Wo liegt der Unterschied? Im Prinzip existiert kein Unterschied. Das erste Bild zeigt, was passiert, wenn man die horizontale Fläche bevorzugt, weil dort angeblich die Sehaufgabe zu finden ist. Die Ausleuchtung des Raumes entsteht zufällig. Das zweite Bild zeigt die wahre Sehaufgabe, die Computerbildschirme, und überlässt die Beleuchtung des restlichen Raumes wieder dem Zufall. In beiden Fällen ist der Missetäter die funktionelle Denkweise. Seit wann hat man wissen müssen, dass dies falsch ist?

Wann das entsprechende Wissen im Ausland entstanden ist, kann ich nicht präzise sagen, Aber bei uns war das entweder 1961 oder 1962. Da hat Bodmann zwei Papiere veröffentlicht, das eine in Lichttechnik (Bodmann, H.-W.: Kriterien für optimale Beleuchtungsniveaus. Lichttechnik, 1961). Darin hat er Versuche beschrieben, ein Beleuchtungsniveau auf der Basis der Sehleistung im Büro zu ermitteln. Sein Entsetzen muss groß gewesen sein, denn man brauchte nach diesem Papier nur ein paar Lux zum Lesen. Nur wenn man dunkle Schrift auf noch dunklerem Papier lesen muss, braucht es etwas um 50 lx. Bodmann aber empfahl 400 lx, mit der Begründung, dass die Menschen eine helle Umgebung bräuchten.

Bodmann war damals Laborleiter bei Philips, bevor er Professor in Karlsruhe wurde. Etwa 35 Jahre später habe ich ihn bei einem Kongress öffentlich mit den Aussagen von 1961 konfrontiert. Er sagte nüchtern, die Aussagen wären noch gültig. Das Einzige, was ich 2024 korrigieren würde, wäre dass es nicht 400 lx sein muss. Man könnte auch 300 lx oder 2000 lx empfehlen, so sie realisierbar wären. Hauptsache man erzeugt ein Gefühl der Helligkeit. Der später etwa ab 1970 entstandene Fehler besteht darin, dass man den Bedarf an Licht mit angeblichen funktionellen Erfordernissen begründete. Diese sind für industrielle Arbeitsplätze z.T. noch vorhanden, aber für Büros ergeben sich daraus viel geringere Werte als solche, die man mit einer angenehm hellen Umgebung begründen kann.

Etwa 10 Jahre nach Bodmann sollte Prof. Dietert Fischer die Sache noch einmal aufgreifen (Faximile der betreffenden Aussage rechts, ebenfalls in Licht erschienen). Was einer der Großen der Lichtforschung weitere 20 weitere Jahre danach von der Sache hielt, sagt der Titel seines Papiers deutlich aus: "Illuminance Selection Based on Visual Performance - and Other Fairy Stories" (Von der Bestimmung von Beleuchtungsstärken nach Sehleistung – und andere Märchen). Kaum zu glauben, dass im Jahre 2024 viele kluge Köpfe daran  arbeiten, das Märchen diesmal in eine globale Norm zu gießen. Eigentlich historisch gesehen richtig. In jedem Märchen steckt ein Körnchen Wahrheit. Das Problem ist, sie herauszufinden.

Wann- 

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Gnadenlos global
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09-03-2024

Einer nicht vermeidbaren Verschwörungstheorie zufolge hat alles, was um uns herum länger Bestand hat, eine wissenschaftliche Basis beziehungsweise einen Erfahrungshintergrund. So sind die Tasten auf einer Computertastatur angeblich nicht zufällig so komisch verteilt, dass die wichtigsten Buchstaben wie A oder E mit dem falschen Finger (A mit dem linken kleinen Finger) bedient werden. Vielmehr sei die Verteilung auf die Sprache zurückzuführen. Wäre dem so und hätte ein Linguist die Buchstaben über die Tastatur verteilt, hätte er das E (17,40% aller Buchstaben in deutschen Texten) bestimmt nicht dorthin gepackt, wo man es heute findet,  und das zweithäufigste Zeichen (N 9,78%) ganz woanders. In Wahrheit hat die Verteilung der Buchstaben auf einer deutschen Tastatur nur wenig mit der deutschen Sprache zu tun. War es vielleicht der Erfahrungshintergrund? Auch nicht.

Bei dem Sachgebiet Licht und Beleuchtung wollte die wissenschaftliche Basis die CIE, die internationale Vereinigung der Gesellschaften für Lichttechnik, besorgen. Den Erfahrungshintergrund sollten die örtlichen, besser gesagt nationalen, Gesellschaften in die Praxis bringen, weil diese die nationalen Traditionen und Besonderheiten viel besser kennen. So hatte die IEC, International Electrical Commission, es vor über einem Jahrhundert vorgesehen. Und die IEC ist seit ihrer Gründung die mächtigste Standardisierungsorganisation der Welt, heute mächtiger als gestern.
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Mein letzter Beitrag für den Februar hieß noch "100 Jahre V(λ)-Kurve - Das Jahrhundert des messbaren Lichtes" und handelte davon, wie die Lichttechnik die Kurve kriegte, die einen weltweiten Handel mit Licht ermöglichte. Man konnte also Licht messen. Wie einen Sack Reis, der in China genauso viel wiegt wie in Lampukistan, einem Bundesstaat von Fantasien. Gibt es einen Grund dafür, dass der Reis in New York anders wiegt als in Singapur? Garantiert nicht. So war die V(λ)-Kurve konsequent und normierte diverse Vorstellungen zu Licht, die überall gelten. In April feiern wir ihren hundersten Geburtstag.

Dumm nur, dass der Sack Reis nichts von seinem Wert einbüßt, wenn man das Wichtigste an seinem Gewicht weglässt, die Richtung. Diese ist zwar an jedem Ort der Erde diametral unterschiedlich, da sie zum Erdmittelpunkt zeigt, aber der Unterschied ist irrelevant. Wir merken nichts davon, wenn ein Sack Reis in Berlin genau in die entgegengesetzte Richtung fällt als auf Rarotonga. Galaktisch gesehen ist das wahr. Aber das ist uns egal. Bei uns zeigt die Schwerkraft in die Richtung der Füße, egal wo wir stehen. Licht aber gehorcht nicht der Schwerkraft und geht seine Richtung. Auch wenn die meisten, die Licht ohne Richtung planen, das nicht mehr wahrhaben wollen.

Die Denke der Standardisierung half äußerst erfolgreich, Maße und Maßsysteme über den gleichen Kamm zu striegeln. Das Ergebnis, das Internationale SI-System, gilt global. Ich meine, fast global. Denn drei wichtige Staaten haben es nicht übernommen: Myanmar, Liberia und die USA. Bei Licht war man indes nicht der gleichen Meinung. Misst man quasi-globale Einheiten wie die Lichtstärke, so benutzt man eine SI-Einheit, die Candela. Regelt man Dinge, die in San Francisco genauso gesehen werden können oder gar müssen wie in Posemuckel, sorgte die Hüterin der V(λ)-Kurve, die CIE, mit Regeln für Jedermann dafür, dass alle wissen, wovon sie reden. Sie hatte mit ihrem Wörterbuch der Lichttechnik, gepflegt seit 1938, sogar für die gleiche Wortwahl zum gleichen Sachverhalt gesorgt. Es gab dieses in vier Hauptsprachen. Vorbei seit 1987, als die letzte Version erschienen ist: Da war die CIE noch eine Tochter von IEC. Seit 2011 kennt die CIE nur die englische Version von jedem Begriff. Echt global ist immer noch electropedia, das viel größere Wörterbuch der Elektriker, das jeden Begriff in 14 Sprachen auflistet.

Vollkommen lokal waren aber die Normen für die Beleuchtung von Arbeitsstätten. Bei uns hießen die DIN 5035, weil die erste davon im Jahre 1935 erschienen war. In anderen Ländern arbeitete man andere Regeln aus. Sehr konsequent - denn trotz weltweiter Verständigung sehen die Arbeitsstätten in verscheidenen Ländern zuweilen recht unterschiedlich aus, wie die Arbeit selbst. Einheit in Vielfalt!
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Die Einigkeit bzw. Einheitlichkeit bekam einen Knacks in 1989, als die deutsche Lichttechnik meinte, eine internationale Norm zu Beleuchtung müsste verhindert werden. Diese - seit 1999 sogar deutsche Norm DIN EN ISO 9241-6 - ist zwar keine Beleuchtungsnorm. Das war aber egal. Es stand da etwas zur Beleuchtung drin. Und das darf nicht sein. Ergo? Man tut sein Bestes. Es wurden drei Vorhaben parallel aufgeschient: DIN 5035-7 (deutsch), EN 12464 (europäisch) und ISO 8995 (international).  Die Idee war, irgendeines wird schon klappen. Die Hoffnung trog nicht und tragischerweise wurden alle drei Realität.

So saß man in der Tinte, denn die drei Werke waren, obwohl von fast gleichen Leuten verfasst, unterschiedlich. Uns gelang es, die DIN 5035-7 abzuschießen, weil zwei deutsche Normen mit widersprüchlichen Aussagen - DIN 5035-7 und DIN EN 12464 - keine Möglichkeit sind, sondern eine Unmöglichkeit. So blieb die europäische Norm übrig, obwohl das Gebiet, auf dem sie gilt, im Indischen Ozean anfängt (20° 52‘ 44.04 S, Insel Reunion) und am Nordkap noch nicht aufhört (Norwegen gehört zu CEN). Norwegen selbst hört nämlich in Spitzbergen auf (78° 11′ N). Im Osten fängt das Geltungsgebiet im Kaukasus an (43° 4′ O, die Türkei ist Mitglied im CEN) und hört im Westen in Französisch Guayana auf (52° 19‘ 48 W). ISO 8995 galt überall und nirgendwo. Niemand hat sie angewendet. Und das global!

Was hat dieses riesige Gebiet mit Licht zu tun? Nichts, wenn man die Augen verschließt und ausschließlich über künstliches Licht sinniert. Auch wenn es niemand glauben will, die Ausgabe von EN 12464 für Außen sollte nachts gelten. Als ich den Ausschuss fragte, wo denn nachts wäre und vor allem wann, wurde es peinlich. In Cayenne dauert der Tag fast immer etwa 12 h. Hingegen bleibt die Sonne im Isfjord in der Polarnacht vom 26. Oktober bis 15. Februar vollständig unter dem Horizont. Es ist also Nacht (siehe WIE LANGE DAUERT DIE NACHT?). Was ist mit der Version von EN 12464, die in Arbeitsstätten gilt? Die sagt im Geltungsbreich "Die Beleuchtung kann durch Tageslicht, künstliche Beleuchtung oder eine Kombination aus beidem erfolgen." Ich würde gerne den Lichtplaner sehen, der diese Freiheit im Geltungsgebiet der Norm realisiert (20° 52‘ 44.04 S bis 78° 11′ N und 43° 4′ O bis 52° 19‘ 48 W)
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Was das bedeutet, hat eine Lichtplanerin aus einem extrem langen Land (Chile, Paulina Villalobos) dargestellt. Das Land, in dem sie Beleuchtung plant, beginnt in den Tropen und endet kurz vor der Antarktis. Das obige Bild von ihr zeigt, welchen höchsten Winkel die Sonne einnehmen kann (maximales Azimut). Der niedrigste ist naturgemäß waagrecht - wenn die Sonne gerade untergeht. Zwischen diesen Winkeln liegt der Lichteinfall durch das Tageslicht. Das elektrische Licht ist berechenbar. Es kommt fast immer von oben.

Wie rechnet man nun diese beiden Teile einer Beleuchtung aus, um die Beleuchtungsstärke nach EN 12464 zu bestimmen? Dazu bitte dieses symbolische Bild genauer ansehen.

Kann man das überhaupt? Kaum wenn man an die zu beabsichtigenden Wirkungen denkt. Soll die Beleuchtung senkrecht orientierte Objekte beleuchten (z.B. Gesichter, Wände, Stellwände), wird das Tageslicht immer bedeutsamer sein. Will man eine Akte auf dem Tisch beleuchten, überwiegt zum größten Teil des Tages eine ordentlich geplante elektrische Beleuchtung. Wie man auch rechnet, das Ergebnis trägt die Handschrift eines legendären weiblichen Wesens aus den Schweizer Alpen, des sprichwörtlichen Milchmädchens.

Wer das nicht glaubt, kann sich einen Büroraum im Athen und in Helsinki angucken, über die vier Jahreszeiten fotografieren und das Ergebnis vergleichen. Auch wenn alle Fotos bei Tage gemacht werden, unterscheiden sich die Bilder buchstäblich wie Tag und Nacht. Und das liegt garantiert nicht an der Kamera. Den Unterschied macht die Außenwelt. Und diese ist noch viel unterschiedlicher als Athen bis Helsinki.
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Der Tageslichtquotient ist das Verhältnis der Horizontalbeleuchtungsstärke im Meßpunkt und im Freien. Weiß die Natur, dass man Licht horizontal messen muss?

Was spielt die Horizontalbeleuchtungsstärke für eine Rolle beim Sehen ?

Die Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Beleuchtungsstärke unter Berücksichtigung des Tageslichts sind schon in Deutschland immens (Ausdehnung ca. 800 km in der Nord-Süd-Richtung), in den Grenzen des Geltungsgebiets der Norm ziemlich unmöglich. Wie soll man einen Arbeitsraum in der Arktis mit einem auf dem Äquator vergleichen? Und das ist bei der Aufstellung einer globalen Beleuchtungsnorm erst die halbe Miete. Denn mittlerweile haben Mediziner herausgefunden, dass die so bestimmte Beleuchtung die Gesundheit der Menschen gefährdet: "Der Lichteinfall ins Auge übt wichtige Einflüsse auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden aus, indem er die Tagesrhythmen [der Hormone] und den Schlaf, ebenso wie kognitive und neuroendokrine Funktionen verändert. Vorhandene Beleuchtungen genügen diesbezüglichen Anforderungen nicht." (Original hier)
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Demnach sollte in der gesamten Wachzeit zwischen 06:00 Uhr und 19:00 Uhr die Beleuchtungsstärke am Auge über 250* lx liegen. Wenn sich der Körper auf den Schlaf vorbereiten soll, also zwischen 19:00 Uhr und 22:00 Uhr, darf sie nicht mehr als 10 lx betragen. Die ganze Nacht muss es dann dunkel sein.

Die Sache mit der Nacht hatte ich oben erklärt. Was noch fehlt ist die Saison. Diesem Regime können Menschen, die am Äquator leben, schon folgen, so sie abends weder arbeiten wollen noch irgendeine soziale Aktivität entfalten. Bereits nördlich des Mittelmeers, also in der Türkei und in Griechenland bis Spanien, wird es schwer. Denn am Abend um 19:00 Uhr herum finden dort die intensivsten sozialen Aktivitäten im Freien statt (italienisch Piazza). Außerdem kommt der Tag vor 06:00 Uhr morgens und ist um 19:00 abends immer noch da. Es sei denn, es ist Winter. Die Mittel- und Nordeuropäer werden die Sache noch skeptischer Sehen. In Deutschland (Hamburg) geht die Sonne um 04:50 Uhr auf, und der Tag dauert 17,05 Stunden (Sommersonnenwende). So geht die Sonne erst 21:53 Uhr unter. Der chronobiologisch korrekte Tag steht also nur auf dem Papier.

*) Die geforderte Beleuchtungsstärke ist in sog. Tageslichtäquivalenten und beträgt ein Vielfaches der visuellen Lux. Wie man visuelle Lux in melanopische umrechnet, wird hier erklärt.
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Wenn das nur alles wäre! Will man den Forderungen der Medizin folgen, bedeutet das den Abschied von der Basis aller Beleuchtungsnormen, die mehr oder weniger auf der Horizontalbeleuchtungsstärke beruht haben. Die Wirkung dieser ist exakt Null: Wenn Licht von der Decke nach unten geht, dringt es nicht ins Auge ein und kann daher keine "melanopische" Wirkung auslösen. Wer eine melanopische Wirkung auslösen will, schickt das Licht einfach waagrecht. So einfach ist das allerdings nicht, wenn die Leuchten an der Decke sitzen.  Also brauchen wir einen Richtungswechsel.

Leider stehen zwei Dinge dem im Wege: Lichtquellen in der Sehrichtung bedeuten auch Blendung. Und man will nichts von der "Lichtqualität" zurücknehmen, die man allerdings vergessen hatte zu definieren. (hier oder da) So etwa 90 Jahre lang. Und dem waagrecht fliegenden Licht - aka Vertikalbeleuchtungsstärke - stehen in Arbeitsstätten insbesondere zwei physikalische Objekte im Wege: die Akustikpaneele und die Bildschirme. Die ersteren sind Notbehelfe, weil Menschen bei der Arbeit auch Lärm erzeugen, aber ihre Ruhe brauchen. Und die Bildschirme mögen ganz und gar nicht, dass sie beleuchtet werden. Sie erzeugen ihr Licht selbst. Kommt Fremdlicht von der Beleuchtung darauf, verlieren sie Kontrast oder Farbe, meistens beide.

Wer in Sachen Licht und Beleuchtung neue Regeln einführen will, kämpft gegen vier mächtige Gegner, die leider keine Windmühlen sind, sondern physikalische bzw, physiologische Realitäten.
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Derzeit sitzen viele weise Köpfe daran, auch diese in eine globale Norm zu pressen. Die heißt ISO/CIE 8995 und soll global gelten und Folgendes erreichen:

  • Neues Wissen über die gesundheitliche Wirkung des Lichts einarbeiten.
  • Altes Wissen, die nachweislich zu einer Gefährdung der Gesundheit geführt haben soll, beibehalten.
  • Tagsüber die Beleuchtung um ein Vielfaches erhöhen.
  • Nachts den Menschen das Arbeiten ermöglichen, obwohl das Licht dann ihre Gesundheit gefährdet.

Die Sache hat allerdings gleich fünf fundamentale Schönheitsfehler

  • Der vorgegebene Tag existiert in unseren Breitengraden bestenfalls paar Mal im Frühling und im Herbst
  • Ein erheblicher Teil der Arbeitskräfte leistet Nacht- und Schichtarbeit, ein noch größerer Teil verbringt den Abend vor dem Fernseher, im Theater, bei Freunden oder in Lokalen.
  • In Deutschland bereiten sich allenfalls Kleinkinder ab 19:00 Uhr auf den Schlaf vor.
  • Die Bildschirme, die man gerne abends benutzt (Fernseher, Computer, Tablets), produzieren fast genauso viel Licht wie die Beleuchtung am Tage.
  • Man muss die vorhandene Beleuchtung tagsüber um ein Mehrfaches erhöhen.

Vor einer Standardisierung der Beleuchtung über Länder- und Kulturgrenzen hinweg hatte ein guter Freund, der ehemalige Präsident der LiTG, Prof. Gall gewarnt. Nicht etwa leise, sondern vor der größten Versammlung von Fachleuten in Europa. Er kannte sich nicht nur auf dem Fachgebiet sehr gut aus, sondern auch in der gesamten Geschichte des Fachs. So hat er mit Zitaten von früheren Kollegen wie Lax, 1928, Arndt, 1938, Köhler 1952, Hentschel, 1975, Kramer 1998, belegt, warum es Sinn macht. am Althergebrachten zu bleiben, was gar nicht alt klingt. Normen und Richtlinien zur Lichttechnik zu internationalisieren macht Sinn, dasselbe mit Regeln zu Beleuchtung zu betreiben, ist eher Wahnsinn. Als feiner Mensch hat Gall dies nicht so brutal ausgedrückt, aber ziemlich deutlich gesagt. Deswegen hänge ich sein Papier aus dem Jahr 2003 an: “Chancen und Risiken internationaler Vereinheitlichung von Beleuchtungsnormen”. Aufruf hier.

Würde Gall leben, würde er vermutlich sagen : "Leute, bitte…"

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Lichtqualität reloaded - Zum wievielten Mal eigentlich?
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12.02.2022

Zum wievielten Mal eigentlich? Ich meine die Wiederholungen der Kolumnen zur Lichtqualität. Vorhin habe ich diesen Beitrag dazu gefunden aus dem Jahre 2014 mit drei Verweisen auf noch ältere. In Februar 2022 ist das Thema aber erstaunlich aktuell, weil der Begriff Lichtqualität pünktlich zum 1.1.2021 offiziell definiert wurde. Zwar etwa mit 100 Jahren Verspätung, aber immerhin. Man konnte vor einem Jahrhundert doch  nicht wissen …?

Die Entschuldigung gilt nicht. Man wusste sogar vor 200 Jahren, dass Lichtqualität wichtig war. Oder auch vor 500. Künstliches Licht war eine der ersten Technologien der Menschheit beim Erwachen aus dem Koma der Eiszeit. Die erste bekannte Öllampe ist etwa 17.000 Jahre alt. Im Vergleich dazu: Das größte "lebende Ding", Great Barrier Reef, hat seine letzte Form vor 6.000 Jahren gefunden. Der Nil ist etwa vor 12.000 Jahren entstanden. Das größte lebende Wesen, das etwa 30% der Waldfläche des Planeten umfasst, der Boreale Wald, fast gleichzeitig mit dem Nil. Und die Jahreszahl der Sintflut unterscheidet sich kaum davon. Denn alle drei Ereignisse hängen miteinander zusammen.

Die Erfinder der Energieeffizienz waren nicht etwa Ökologen oder Naturliebhaber. Es waren die Lichtmacher. Der Fachbegriff heißt Lichtausbeute, und er war allen Lichtmachern ein Begriff, lange bevor er zum Begriff wurde. Die Lichtausbeute ist das Maß für die Effizienz der Lichterzeugung. Diese als Fachbegriff haben Lichttechniker festgelegt, aber er ist viel älter als die (elektrische) Lichttechnik. Und die Lichtqualität? Diese haben deutsche Lichttechniker präzise im Jahr 1935 als Norm veröffentlicht. Sie haben es vorgezogen, von Gütekriterien zu sprechen. Eigentlich Jacke wie Hose, weil Güte Qualität bedeutet. Aber man war besser als die späteren Qualitätswissenschaftler. Denn das Wort Qualität enthält zwei Begriffe, die Gütekriterien hingegen haben genau das festgelegt, was gemeint war.

So gesehen müsste alles in Butter sein - oder in Lichtqualität glänzen. Leider ist dem nicht so. Und das hat seine Ursachen.

Gemeint ist das Thema des abgebildeten Artikels, Flimmern - neuhochdeutsch auch flicker genannt. Es war Thema für die erste lichttechnische Norm von 1935. Kein Problem für die Glühlampe, und keins für die Leuchtstofflampe mit elektronischem Vorschaltgerät. Aber … beide pasee'! Die EU hat beide in Raten verboten.

Der Fortschritt kam mit der Energiesparlampe. Was das ist? Kennt doch jeder, dessen Gedächtnis älter ist als 10 Jahre. Das war die Kompaktleuchtstofflampe, 1973 einem Ingenieur von General Electric erfunden. Nicht zufällig und nicht für irgend einen undefinierten Zweck: Es war 1973, als die Welt noch in Schockstarre war wegen der ersten (offiziellen) Energiekrise, besser gesagt, Ölkrise. So musste eine Lampe her, die weniger Energie brauchte als Edisons Birne. Für Freunde heißt die Lampe FCL. Und ihre Fassung trug die Bezeichnung E 27, E wie Edison.

Es dauerte etwa 12 Jahre, bevor das Ding mit dem Energiesparen ernst machen konnte. Bis dahin, im Jahre 1985, konnte sie nämlich eine der Gütekriterien für Beleuchtung, niedergeschrieben 1935, nicht erfüllen. Die zeitliche Gleichmäßigkeit, sprich Flimmerfreiheit, war nicht gegeben. Um ihr Licht zu messen, mussten wir sie 24 Stunden betreiben, weil sie halt instabil war. Wenn das das einzige Problem wär. Sie spuckte das Netz voll Blindstrom (hier weiter lesen), so dass man nicht weiß, ob sie wirklich Energie gespart hat. Und die Lampe dachte nicht daran, hell aufzuleuchten, wenn einer „Fiat Lux“ ruft oder den Schalter drückt. Je nach Preis musste man mehr oder länger warten, bis Licht wird. Egal, bevor die Energiesparlampe hat Energie sparen können, kam die Ablösung. LED. Zuvor durfte man über die Energiesparlampe als Umweltverschmutzung reden (hier). Dann zog die EU den Stecker und verbot am 1. September 2021 ihren Hoffnungsträger für die energieeffiziente Beleuchtung wegen mangelnder Energieeffizienz (hier). Wer in diesem Blog etwas herumsucht, findet schnell heraus, dass ich die Lampe von vornherein verboten fand.

Eigentlich eine geniale Idee, LED ein technisches Element, das völlig ungeeignet ist zum Beleuchten, zum Beleuchten zu benutzen. Im Laufe der letzten 25 Jahre hat man ihm diverse Eigensinnigkeit ausgetrieben. Aber gegen seine Funktionsweise kann man nicht angehen. Denn ein LED-Element ist eine Diode, und eine Diode lässt Strom in einer Richtung durch. Also müsste man die LED mit Gleichspannung betreiben, wie übrigens Edison für alle Beleuchtung hat vorschreiben wollen. Um seinem Konzept Nachdruck zu verleihen, hat er sogar den elektrischen Stuhl erfunden und einen Elefanten hinrichten lassen - mit Wechselstrom (hier). Es hat nicht sollen sein. Edison verlor den Stromkrieg, und die Welt bekam Wechselstromnetze. Brauchen tun wir aber eher Gleichstromnetze für Computer, Server, Router und eben für LED.

Da wir fast nie die geeigneten Netze haben, flimmern die LED. Denn sie sind ultraschnelle Schalter und gehen ständig ein und aus. Technisch gesehen ist es kein Problem, LED so zu betreiben, dass sie nicht flimmert. Es handelt sich weitgehend um eine Preisfrage. Eigentlich sollte dies kein Kriterium sein, denn Flimmern ist eine Gesundheitsgefahr für alle Menschen, sogar unerträglich für manche. Zudem kann es in bestimmten Arbeitsumgebungen eine tödliche Unfallgefahr darstellen (Stroboskopeffekt). Wer aber annimmt, dass die EU in solchen Fällen konsequent handelt, liegt - sagen wir mal nett - daneben. So hat sie beim Falle der Energiesparlampe eine Technik bevorzugt, die ein seit Jahrzehnten verbotenes Umweltgift benutzt, obwohl die verbotene Technik, die Glühlampe, ohne sie auskam. Das Problem Quecksilber will sie aber langsam angehen, so nach einer Mitteilung des Umweltbundesamtes vom 11. Januar 2022 (hier umfangreiche Infos zu Licht & EU-Politik zur Energieeffizienz). Wer sich dafür interessiert, seit wann und wie oft in diesem Blog das Thema Quecksilber behandelt wird, muss nur die Kategorie "Quecksilber" wählen. Der erste Beitrag ist am 23.02.2009 erschienen, also genau vor 13 Jahren (hier). Beim Thema Flimmern war ich weniger zimperlich, es findet sich über die Jahre in vielen Beiträgen, so z.B. hier, da und dort. Etwas drastischer hier, zumindest der Titel "Probleme, die wir ohne LED nicht hatten - SVM muss besser werden, aber langsam".

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