Mikä on lumen ja candela - valaisinten ABC

Mikä on lumen ja candela - valaisinten ABC

Tässä oppaassa selitetään valaisinten teknisiä ominaisuuksia, standardeja ja yksiköitä. Tekstiä on paljon, joten opas kannattaa lukea ajan kanssa. Tärkeää on myös tiedostaa, että valon laadusta eivät mitkään numeeriset arvot, mukaanlukien ANSI FL1 -standardin, kerro mitään. Erityisesti paljon valaisinta käytettäessä valon laadulla (valokeilan muoto ja tasaisuus, heijastukset, varjostukset, visuaalinen miellyttävyys jne.) on suuri merkitys.

Kannattaa lukea myös oppaamme Lampun valinta, jossa käymme lampun valintaa käytännön läheisimmistä lähtökohdista.

Yksiköt selitettynä

Watti (W)

Tehon yksikkö. Kertoo kulutetun tai tuotetun tehon. Käytetään usein myös kertomaan kuinka suurta tehoa mm. LED kestää. Esimerkiksi 3W LED kestää 3 Watin jatkuvan tehon, mikäli jäähdytys on hyvin järjestetty.
Hetkellisesti saadaan hyvin kirkas valo, jos annettu maksiteho ylitetään: LED kuumenee voimakkaasti, ja tuhoutuu mikäli tehoa ei alenneta. Tämä on useiden valaisinten lyhytkestoinen boost-toiminto. Erona hehkupolttimoihin LED ei yleensä pimene kokonaan, vaan palaa jatkossa selkeästi himmeämmin. Eli luvattua maksimikirkkautta ei enää saavuteta. Valaisimen teknisissä tiedoissa annettu Wattimäärä ei yleensä kerro kuinka suurta tehoa LEDiin syötetään, vaan ainoastaan LED-valmistajan salliman maksimitehon.  

Voltti (V)

Jännitteen yksikkö. Kaikkien käsivalaisimissa yleisimmin käytettyjen LEDien käyttöjännite on n. 3,7V. Normaalin sormipariston jännite on 1,5V, jolloin kytkemällä 3 paristoa sarjaan saadaan 4,5V, josta hiukan alentamalla vaadittu 3,7V jännite helposti syntyy. Vastaavasti toimitaan, mikäli valaisin käyttää kahta CR123 3V litiumparistoa. Kahden 1,5V pariston jännite, eli yhteensä 3V ei suoraan riitä, vaan se on nostettava jännitemuuntimella hiukan ylöspäin. Tämä on joissain tilanteissa järkevääkin (esim. paino/tilansäästö), mutta valaisimen elektroniikan rakenne tulee hiukan monimutkaisemmaksi, joten tätä ei yleensä näy ihan halvimmissa valaisimissa. Vastaavasti yli kolmesta paristosta ei normaaleissa LED -käsivalaisimissa ole mitään muuta hyötyä kuin pidempi paloaika.

Ampeeri (A)

Sähkövirran yksikkö. Voltti*Ampeeri = Watti.

Lumen(Lm)

Valovirran (luminous flux) yksikkö. Kertoo kuinka paljon valoa valaisin tuottaa kokonaisuudessaan. Yksinkertaistettu esimerkki: Jos valaisin tuottaa 100lm:n valovirran ja valokeila on 180 astetta leveä, on valonvoimakkuus 16 kandelaa (100lm= 16cd *2*π ). Vastaavasti kapealla valokeilalla (5 astetta) 100lm:n valovirta tuottaa 16722 kandelan valonvoimakkuuden (100lm =16722cd*2* π *(1-Cos 2,5). Kapealla valokeilalla saadaan siis samalla valovirralla huomattavasti suurempi valon voimakkuus. Tässä tapauksessa siis yli 1000-kertainen.  Toisin sanoen valovirta (lumenit) voi olla sama, mutta valokeilaa kaventamalla valonvoimakkuus (kandelat) kasvaa suuremmaksi, jolloin valaisimella näkee kauemmas ja samalla käyttökelpoisuus lähietäisyydelle saattaa kärsiä, kun valokeilasta tulee ”pistemäinen puikko”. Huom! Esimerkki olettaa että valon voimakkuus jakautuu tasaisesti koko valokeilan alueelle, käytännössä sellaista valaisinta ei liene markkinoilla, esimerkin tarkoitus on vain havainnollistaa asiaa yksinkertaistetussa muodossa.

Luksi (lx)

Valaistusvoimakkuuden yksikkö. Kappale on luksin valaistuksessa, jos sille lankeaa neliömetrin pinta-alalle lumenin valovirta. lx = lm / m2. Luksin ja lumenin ero on se, että luksit ottavat huomioon pinta-alan, jolle valo tulee. Esimerkiksi 1000 lumenin valokeila 1 neliömetrin alueelle antaa 1000 luksin valaistusvoimakkuuden. Vastaavasti 1000 lumenia 10 neliömetrin alalle on enää 100 luksin valaistusvoimakkuus.

Kandela (Candela, cd)

Valon voimakkuuden eli valovoiman (luminous intensity) yksikkö. Kertoo kuinka paljon valoa tulee tietyssä kulmassa. Hyvin kapeassa valokeilassa valon voimakkuus saattaa olla erittäin korkea. Esim. laserosoittimessa, joka näyttää 1 km:n päähän on valovoima 250000 cd. Siellä missä tarvitaan käsivalaisinta, tällainen valokeila on kuitenkin käyttökelvottoman kapea.

Kaava, josta näkyy valovirran ja valon voimakkuuden riippuvuus toisistaan.
F (lm) = I * 2π* (1-cos(A/2))
A=(avaruus)kulma asteissa
I=valovoima, cd
F= valovirta, lm

ANSI FL1 -standardi

Määrittelee neljä suorituskykyyn ja kaksi luotettavuuteen liittyvää tärkeää ominaisuutta. Standardin avulla voidaan verrata eri valmistajien valaisimia keskenään. ANSI on lyhennys sanoista American National Standards Institute. EU-alueella ei ole harmonisoitua EN-standardia, joten yleisessä käytössä on amerikkalainen ANSI-standardi.

Valon kantama

Ilmoitetaan metreinä alueella, jossa valoa on yli 0,25 lux. 0,25 luxia vastaa sunnilleen täyden kuun loistetta kirkkaana yönä, sen katsotaan olevan riittävästi turvalliseen liikkumiseen. Mitataan valovoimamittarilla (lx), ja tulos saadaan kaavalla √( maksimivalovoima /0.25) = valon kantama.

Valovoima (cd)

Valon maksimikirkkaus valokeilan keskeltä mitattuna. Mitataan kuten kantama. Huom! Ei kerro mitään valokeilan muodosta, laadusta eikä käyttökelpoisuudesta.

Valovirta (lm)

Valon kokonaismäärä, jonka valaisin antaa. Mitataan (spektroradiometrillä) pallossa, jonka halkaisija on vähintään 3 kertaa valolähteen linssin halkaisija. Huom! Ei kerro mitään valokeilan muodosta, laadusta eikä käyttökelpoisuudesta.

Toiminta-aika (paristojen kesto)

Mittaus tehdään kytkemällä valo päälle (valaisimen myyntipakkauksessa toimitettavilla paristoilla jos sellaiset on pakkauksessa), ja mittaamalla maksimi valon voimakkuus 30 sekunnin käytön jälkeen. Mittaus lopetetaan, kun valovoimasta (cd) on 10 % jäljellä. 10% on useimmiten melko paljon, ja se ei ota kantaa siihen onko valaisin silloin vielä käyttökelpoinen vai ei. Käytännössä monet käyttävät valaisimiaan tyhjemmilläkin paristoilla, eli ANSI FL1 lukuja voidaan pitää suhteellisen tiukkoina.

FL1-standardi ei ota mitenkään huomioon valaisimen rakennetta tai ohjausta, miten valolähteen toimintaa hallitaan. Käyttäjälle saattaa olla kuitenkin suuri merkitys, onko valaisin lineaarinen (tasaisesti himmenevä), reguloitu (valon ohjausjännitettä ohjataan ja yleensä tasataan), vai vakiovalonvoimakkuus (kuten reguloitu, mutta antaa saman valovoimakkuuden koko paristojen keston ajan). ANSI FL1 -standardi ei sovellu tasaisesti himmenevän ja reguloidun/vakiovalotehovalaisimen vertailemiseen keskenään, vertailu ei antaisi todellista kuvaa valaisimien suorituskykyjen eroista.

Iskunkestävyys

Valaisin tiputetaan paristot sisällä betonille 1 metrin korkeudelta 6 kertaa. Testi voidaan halutessa tehdä myös korkeammalta. Standarditesti on kuitenkin 1 metri. Kuuden tiputuksen jälkeen valaisimessa ei saa olla näkyviä halkeamia eikä käyttöä hankaloittavia vaurioita.

Vesitiiviys

IP-luokituksen ensimmäinen luku kertoon pölytiiviyden ja toinen vesitiiviyden. X tarkoittaa, ettei ko. arvoa ole mitattu.
IPX4. Roiskevesitiivis valaisin kestää kaikki sääolosuhteet ja mistä tahansa suunnasta tulevan vesisuihkun.
IPX7. Vesitiivis. Kestää lyhytaikaisen veteen upottamisen (30 minuuttia 1 metrin syvyyteen).
IPX8. Vesitiivis. Kestää yli 30 minuutin upottamisen viiden metrin syvyyteen.

Lue tarkemmin IP-luokituksesta.

Huom! Jos merivesi pääsee valaisimen sisään, se on pestävä makealla vedellä ja kuivattava. Myös paristot on syytä vaihtaa.

Ominaisuuksien tärkeysjärjestys riippuu täysin käyttötarkoituksesta. Haasteena valmistajilla on suunnitella tuotteita, joissa edellä mainitut ominaisuudet ovat tarkoituksenmukaisesti tasapainossa ja painotettuna niin, että valaisin on käyttötarkoitukseen sopiva, eikä käyttö muodostu liian kalliiksi käyttäjälle eikä luonnolle.

Kirkkaus vastaan paloaika

Kun energiaa on rajallisesti käytössä, kirkkauden lisääminen lyhentää aina paloaikaa ja päin vastoin. Esimerkki nykyteknologiasta: 100 lumenin valovirta 50 tunnin paloajalla vaatii energiamäärän, johon tarvitaan 75 AAA-paristoa! Lamppua valitessa ei siis kannata katsoa vain lamppujen lumen-arvoja, vaan myös muita tärkeitä ominaisuuksia. Käyttötarkoituksesta riippuen voi korkea lumen-arvo ja lyhyempi paloaika olla tärkeämpiä kuin pitkä paloaika, mutta heikompi lumen-arvo.

Kirkkaampi valo vähentää paloaikaa

Valokeilan muoto

Useimmissa lampuissa on yhdistettynä sekä kapea että leveä valokeila. Leveä valokeila valaisee lähiympäristön ja maaston jalkojen edessä, ja pitkä valokeila valaisee pitkälle tarkasti pienempään pisteeseen. Kapean valokeilan kapeus vaihtelee eri lampuissa, ja useimmissa se on säädettävissä. Pelkkä leveä valokeila löytyy yleensä pienemmistä lampuista, jotka ovat tarkoitettuja esimerkiksi leirikäyttöön, jolloin on tärkeää nähdä mahdollisimman laajalle lyhellä matkalla.

Lampun valokeilan muoto

Valonmäärä/energia

Hehkulamppuaikaan oli käytännössä vain yhdenlainen himmenevä valo, tasaisesti himmenevä eli normaali. LED-tekniikan myötä asiaan on tullut muutos ja saatu elektronisin keinoin luotua reguloituja valon himmennyksiä.

Normaali

Ideaalinen kompromissi paloajan ja kirkkauden suhteen. Pitkä paloaika. Tasaisesti himmenevä valo.

Reguloitu

Reguloinnilla voidaan hallita kuinka valo himmenee. Valo voidaan asettaa himmenemään portaittain tietyin väliajoin tai pitämään jatkuvasti yllä samaa valotehoa koko käyttöajan. Reguloidussa lampussa on aina lyhyempi paloaika kuin reguloimattomassa lampussa. Jatkuvaa valon voimakkuutta kutsutaan myös vakiovalonvoimakkuudeksi (constant lighting), mutta yhtä lailla ominaisuus on saatu aikaan reguloinnilla.

Reaktiivisuus

Lamppu osaa automaattisesti suhteuttaa valotehon ympäristöön nähden. Etuna on aina oikea määrä valoa, ja tämä saavutetaan ilman että omilla käsillä valotehoa säädettäisiin. Todellinen kädet vapaana lamppu! Reaktiivisuudella on mahdollista saavuttaa suurin valonvoimakkuus myös pidemmän ajan päästä.

Kysymyksiä ja vastauksia

Miksi pelkät lumenit eivät kerro koko totuutta?

Pelkkä lumen-arvo kertoo, paljonko valoa valaisimesta kokonaisuudessa saadaan, mutta se ei kerro mitään optiikan laadusta, kuinka kauas valaisimella näkee, kuinka voimakas tuotettu valokeila on. Se ei myöskään kerro valokeilan muodosta, eikä sitä kuinka kauan valaisin tuottaa mainostetun valovirran.

Onko 200 lumenin valaisin 2 kertaa kirkkaampi kuin 100 lumenin valaisin?

Vain siinä tapauksessa, että luvut on mitattu samalla tavalla ja valaisimissa on sama optiikka ja sama ohjauselektroniikka. Silloinkaan tieto lumeneista ei kerro sitä kuinka kauan toinen valaisin on kirkkaampi, järjestys voi muuttua yllättävänkin lyhyen käyttöajan jälkeen.

Kumpi valaisin on käyttökelpoisempi?

Riippuu täysin käyttötarkoituksesta. Valon kantama kertoo huomattavasti enemmän optiikan laadusta.

Onko lumeneilla mitään merkitystä?

Toki, lumen-määrä kertoo, että jos optiikka on kunnossa tulee valoakin varmasti tarpeeksi. Toisaalta pelkkä lumen-arvo ei ole järkevä peruste valaisimen valinnalle, koska lumen-arvo voidaan nostaa korkealle käyttökelpoisen paloajan (ja siis käyttökustannusten) kustannuksella.

Kannattaako valaisin sitten valita valon kantaman perusteella?

Jos tarkoitus on nähdä kauaksi. Tai jos harrastaa nopeatempoista urheilua kuten esimerkiksi suunnistusta tai maastopyöräilyä. Jos tarkoitus on lukea kirjaa tai valaisinta käytetään pääasiassa kävelyvauhdissa eikä pitkälle näkeminen ole tärkeää, tällöin ei välttämättä. Jälleen vastaus riippuu käyttötarkoituksesta.

Miksi optiikka on tärkeä?

ANSI FL1 -standardissa valovirta eli lumenit mitataan uusilla paristoilla niin, että valo kytketään päälle, odotetaan 30 sekuntia ja mitataan 2 minuuttiin asti valaisimen tuottama maksimiarvo. Yleensä valaisin kuumenee, ja silloin LEDin tuottama valovirta heikkenee. Normaalikäyttäjä ei vaihda paristoja 2 minuutin eikä edes 2 tunnin välein. Standardin antama valovirta (lumenit) on enemmänkin teoreettinen arvo, jota ei normaalikäytössä saavuteta. Jälleen hyvä optiikan merkitys korostuu: hyvä valaisin antaa käyttökelpoista valoa reilusti enemmän kuin muutaman minuutin.

Kommentit