S/P-Verhältnis – Der Unterschied von Tagsehen zu Nachtsehen

Wie „blind“ sind wir bei Nacht und was hat das mit einem S/P-Verhältnis zu tun?

oder was macht unser Auge im Dunkeln und wie nehmen wir nachts Lichtquellen war.

Ziel des Artikels ist ein Verständnis für das S/P-Verhältnis (engl. S/P-Ratio) von Leuchtmitteln zu bekommen.

Eigentlich sind wir Menschen in der Nacht alles andere als blind. Das Auge arbeitet bei schwachem Licht sogar wesentlich empfindlicher. Jedoch anders empfindlich.

Doch erstmal etwas Theorie und ein paar Begriffe:

Das menschliche Auge verwendet zwei verschiedene Rezeptoren:

  • Zapfen für Tagsehen (Photopisches Sehen) –> Davon haben wir ca. 7 Millionen. Diese sind sind durch weitere Eigenschaften in der Lage Farben zu erkennen.
  • Stäbchen für Nachtsehen (Skotopisches Sehen) –> Das Auge hat davon ca. 120 Millionen, jedoch farbunempfindlich.

Unsere obigen Rezeptoren sind in der Lage Lichtenergie im Wellenlängenbereich von 380nm bis 780nm wahrzunehmen. Doch nicht jede Wellenlänge mit der gleichen Empfindlichkeit.

Rechtsstehende Grafik zeigt drei Kurvenverläufe:S/P-Ratio anschaulich dargestellt.

  • Grüne Kurve: Empfindlichkeitsverlauf der Zapfen für Photopisches Sehen mit Maximum bei 555nm
  • Blaue Kurve: Empfindlichkeitsverlauf der Stäbchen bei Nachtsehen (Skotopisches Sehen) mit Maximum bei 507nm.
  • Schwarz Kurve stellt den typischen Verlauf einer Natriumdampflampe dar, wie diese heute noch viel bei Straßenleuchten eingesetzt werden.

 

Wird nun z.B. ein Straßenzug mit diesem Leuchtmittel beleuchtet, so zeigt ein Luxmeter, welches auf die Empfindlichkeit der grünen Kurve eingestellt ist, eine relativ hohe Beleuchtungsstärke. Das menschliche Auge jedoch, welches nachts, also bei schwachen Lichtverhältnissen mit den Stäbchen „sieht“ kann die hohe LIchtenergie oberhalb von ca. 550nm kaum mehr wahrnehmen und „tappt im Dunkeln“.

Andere Leuchtmittel wie z.B. LEDs zeigen eine vollständig andere spektrale Verteilung und unterstützen auch den Spektralbereich von ca. 450nm bis 550nm. Somit ist es möglich mit Auswahl der Leuchtmittel bei gleicher Lichtenergie und hineingesteckter elektrischer Leistung ein ganz anderes, besseres Helligkeitsempfinden beim Menschen zu bewirken.

Grundsätzlich ist die Sehempfindlichkeit nachts, gemäß skotopischem Sehen bei kaltweißem Licht höher. Beste Ergebnisse erzielt man mit kaltweissen LEDs (siehe auch untenstehende Tabelle)


Zurück zum S/P-Verhältnis.

Mittels eines Lichtspektrometers wird die Intensität der Lichtes in Abhängigkeit der Wellenlänge ermittelt und wahlweise mit der „grünen“ V-Lambda-Kurve,  bewertet. Das gleiche Spektrum wird im zweiten Schritt mit der Empfindlichkeitskurve des Nachtsehens bewertet. Die zwei ermittelten Werte im Quotient ergeben das sogenannte S/P-Verhältnis.

Dieser besagt das Verhältnis eines gemessenen Luxwertes im Vergleich zur Empfindung bei Nachtsehen.

Beispiele:

  • S/P-Verhältnis 0,5 (NAV-Straßenlampe) –> 25 lx gemessen –> skotopische Wahrnehmung nur 12,5 lx
  • S/P-Verhältnis 1,9 (Kaltweisse LED) 25 lx gemessen –> skotopische Wahrnehmung 47,5 lx (Leistung kann reduziert werden)

Moderne Messtechnik, wie das Lighting Passport als Spektrometersensor-Ergänzung zu einem Smartphone lassen mit der entsprechenden App das S/P-Verhältnis und viele andere lichttechnische Parameter auf einfache Art und Weise schnell ermitteln.

 

Lampentyp Typische Werte für S/P-Verhältnisse
soweit aus Recherchen bekannt
Mit Lighting Passport gemessen
Kaltweisse LED (6000K) 2 1,9
Neutralweisse LED (4160K) 1,7
Warmweisse LED (3000K) 1,2 1,2
Leuchtstofflampe (5140K) 1,8
Leuchtstofflampe (4900K) 1,7
Halogenlampe (2870K) 1,4 1,4
Glühlampe (2600K) 1,3
Natrium Niederdruckdampflampe (1880K) 0,5 0,5
Natrium Hochdruckdampflampe (1850K) 0,2 0,3
Sonnenlicht (5260K), Theoretisch 2,2

Tabelle zeigt die recherchierten, sowie gemessenen Werte in Abhängigkeit des Lampentyps und Farbtemperatur.
Zusätzlich wurde auch das Spektrum der Sonne erfasst, dessen Lichtspektrum rein theoretisch uns auch mit den Stäbchen (skotopisches Sehen) nachts gut sehen lassen würde.

 

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Siehe auch:

Tag- und Nachtsehen bei Strassenbeleuchtung.de

Interessantes, kurzes Youtube-Video mit anschaulicher Erklärung der Funktionen von Zäpfchen und Stäbchen im Auge:

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