Umgang mit vorhandenem Licht - Energiesparlampen und LED

[beiti]

Ich habe mich schon öfter dahingehend ausgelassen, dass die Energiesparlampenverordnung uns Available-Light-Fotografen das Leben ein Stück schwerer gemacht hat, gerade im Hinblick auf Mischlicht (z. B. wenn man den Weißabgleich auf Energiesparlampen macht, wird einfallendes Tageslicht nicht bläulich, sondern violett).
Aus aktuellem Anlass habe ich mich nun auch mit LEDs beschäftigt, und da scheint die Lage wieder etwas besser zu werden.

Die Tests habe ich alle mit identischer Belichtung und identischem Weißabgleich (Kunstlicht-Festwert) gemacht. Es waren lauter E27-Leuchtmittel mit "Warmlicht". Eingesetzt habe ich sie in einer Reflektorlampe. Um die Einflüsse der Abstrahlcharakteristik möglichst auszuschalten, habe ich jeweils noch eine dicke weiße Diffusorfolie davorgehalten.

Wenn ich es richtig sehe, weicht auf dem Foto die LED-Lampe von Osram farblich nur gering von der Glühbirne desselben Herstellers ab (das Licht der LED ist etwas wärmer, aber driftet nicht ins Rote oder Grüne ab). Die LED mit 10 Watt ist überraschenderweise sogar heller als die Glühbirne mit 60 Watt (Osram behauptet auf der Verpackung, 10 W LED entspräche 60 W Glühbirne).
Wie aufgrund früherer Erfahrungen zu erwarten, tendiert die Energiesparlampe von Obi etwas ins Grünliche. Erstaunt war ich, dass sie trotz 15 Watt deutlich dunkler als die 10-Watt-LED war. Ob das nur an der Alterung liegt, und inwieweit auch die LEDs davon betroffen sind, kann ich mangels Langzeiterfahrung nicht sagen.
Farblicher Ausreißer mit einem extremen Grünstich (den man schon mit bloßem Auge sieht) ist die LED-Lampe in Maiskolbenform, die ich billig bei einem eBay-Anbieter bestellt hatte. Also LED muss nicht gleich LED sein.

Bei Gelegenheit werde ich noch testen, wie sich die Osram-LED in einer Mischlichtsituation mit Tageslicht verhält.

 

[Manni1]

Die Wirkungsgrade der vesch. Energiesparlampen sind offensichtlich sehr unterschiedlich, beiti. Auf die Angaben kann man sich nicht verlassen.

 

[Marlu]

Aufwändiger Vergleich.... gute Arbeit...

Die LED mit 10 Watt ist überraschenderweise sogar heller als die Glühbirne mit 60 W.......

Erstaunt war ich, dass sie trotz 15 Watt deutlich dunkler als die 10-Watt-LED war. Ob das nur an der Alterung liegt, und inwieweit auch die LEDs davon betroffen sind, kann ich mangels Langzeiterfahrung nicht sagen..

die elektrische Leistung (W) sagt nix über die Helligkeit aus....

 

[dwuen]

Die Farbe einer "reinen" LED ist abhängig von der Bandlücke zwischen Leitfähigkeits- und Valenzband des Halbleiters. Je größer der Abstand, desto größer die Energiedifferenz und desto kurzwelliger das abgegebene Licht.

Die LED ist eigentlich auch nur eine umgekehrte Solarzelle. Wenn man an eine Solarzelle eine Spannung anschließt, arbeitet diese als LED. Bei einer Solarzelle wird auch nur der Anteil des Lichts ausgenutzt, der knapp über der Bandlücke liegt. Aus diesem Grund kann eine einschichtige Solarzelle nie über einen bestimmten Wirkungsgrad hinweg kommen, denn es wird nur ein kleiner Teil des Lichtspektrums ausgenutzt.

Zur LED: Eine "reine" bzw. direkte LED gibt also ein präzise einfarbiges Licht ab. Da es physikalisch gesehen kein weißes Licht gibt, kann es auch keine weißen LED geben. Es gibt prinzipiell zwei Möglichkeiten, mit LEDs weißes Licht herzustellen:

1. Man baute eine LED-Leuchte, die aus Einzel-LED-besteht: blau + grün + rot. Diese Einzel-LED lassen sich separat ansteuern. Die LED mischt dann wie bei einem Pixel eines Farbfernsehers bzw. Monitor diese 3 Farben und es entsteht für das Auge der Eindruck, dass jede beliebige Farbe und auch Weiß mit dieser einen LED erzeugbar sind, obwohl es nur 3 ganz schmale Farbbänder gibt. Solche LED sind kompliziert herstellbar und sehr teuer. Es gibt diese samt Ansteuerung in guten Elektronikgeschäften oder Baumärkten zu kaufen, im Internet allemal.

2. Viel billiger ist eine LED, die ein UV-Licht abgibt. Ähnlich wie bei einer Energiesparlampe bzw. Leuchtstoffröhre wird dieses UV-Licht in sichtbares Licht umgewandelt, indem das UV-Licht auf einen Fluoreszenzstoff strahlt.
Die Farbe dieser LED-Lampe ist dann wie bei den Leuchtstofflampen abhängig vom Gemisch des Fluoreszenzstoffes. Das Lichtspektrum enthält mehrere Einzelpeaks und kein kontinuierliches Spektrum wie eine Glühlampe. Einfältige Unwissende regen sich darüber auf, dass Energiesparlampen nur grellweißes Licht abgeben, aber das ist eben das Wissen auf Mac-Niveau. Es gibt Energiesparlampen in allen "weißen" Farbtönen inklusive warmweiß. Es ist alles nur eine Frage des Mischungsverhältnisses des Fluoreszenzstoffes. Bei einer weißen LED ist das genau so.

Zum Wirkungsgrad einer weißen LED:
Es gibt eine Reihe von Faktoren, z.B. die Qualität des Fluoreszenzstoffes. Der Wirkungsgrad hängt aber auch von der Generation ab:
1. Generation: Jede LED besitzt ein eigenes Gehäuse und zwei Anschlussdrähte. In einer LED-Lampe sind dann z.B. 18 Einzel-LED verbaut. Der Wirkungsgrad bzw. die Lichtausbeute pro Watt ist in etwa wie bei einer Energiesparlampe, also etwa 5 bis 6 mal heller als eine Glühlampe gleicher Watt-Zahl. Diese LED-Lampen sind sehr funzelig, weil aufgrund der recht großen Einzel-LED nur wenige Einzel-LED in einer Lampe sein können und die Gehäuse der Einzel-LED viel Licht verschlucken (meist 1 bis 2 Watt).
2. Generation: SMD-Bauelemente: Die LED besitzen kein Gehäuse und keine Anschlussdrähte mehr und sind deshalb viel kleiner und heller. In einer Lampe können deshalb mehr Einzel-LED untergebracht werden. Die besseren LED-Lampen im Handel, z.B. für 6 ... 8 Watt entsprechen dieser Generation. Die Lichtausbeute liegt bei etwa 6 bis 8 (mal heller als eine Glühlampe). Diese LED-Lampen sind also teilweise heller als Energiesparlampen gleicher Watt-Zahl.
3. Generation: Gibt es in D nur in extremen Einzelfällen. Oberklasse-Autos haben diese z.T. schon für das Abblend- und Fernlicht, aber man kann diese LED-Leuchten schon seit Jahren in Hongkong im Internet kaufen und auch Conrad hatte schon mal ein oder 2 Typen im Angebot. Diese LED-Leuchten entsprechen einem elektronischen Schaltkreis, d.h. je mehr Einzel-LED auf diesem Schaltkreis, desto heller der LED-Schaltkreis. So gibt es z.B. LED-Schaltkreise mit einer Leistngsaufnahme von bis zu 200 Watt frei zu kaufen. Die Lichtausbeute ist etwa 10, d.h. diese 200 Watt entsprechen in Lumen einer Glühlampe von 2000 Watt und 14 Stück davon entsprechen in der Helligkeit einem Flakscheinwerfer. Die Lichtausbeute pro Watt ist also etwa doppelt so hoch wie bei einer Energiesparlampe.

Da LEDs nur mit einer Gleichspannung von wenigen Volt betrieben werden können, z.B. 3 V, muss jede LED-Lampe eine entsprechende Vorschaltelektronik besitzen, die 230 V Wechselstrom in 3 V Gleichstrom umwandelt. Diese Vorschaltelektronik ist die Schwachstelle einer LED-Lampe. Sie bestimmt sehr stark den Wirkungsgrad mit und vor allem die Lebensdauer. Aktuelle LED-Lampen werben mit einer Lebensdauer von 25000 bis 40000 Brennstunden (Glühlampe: 1000 h). In der Praxis ist die angegebene Lebensdauer wie bei den Energiesparlampen sehr viel geringer, als angegeben, weil die Vorschaltelektronik bei schon kleinen Netzschwankungen des Geist aufgibt. Eigenheimbesitzer sind da besser dran als Mieter, denn die können in ihrem Schaltschrank entsprechende Spannungsstabilisierungsbaugruppen einbauen lassen, was die Lebensdauer fast aller elektrischen Geräte erheblich vergrößert.

Zum Einsatz in der Fotografie:
Eine LED-Lampe ist nicht wie jede andere. Ich hatte schon die 2 Grundtypen beschrieben. Aber auch jede LED mit Fluoreszenzstoff (ca. 99 % der weißen LED) ist in jeder Bauform anders, denn je nach Mischung der Fluoreszenzstoffe ist jedes Spektrum anders, obwohl es das Auge u.U. nicht unterscheiden kann, die Digitalkamera macht es aber. In Zukunft wird der automatische Weißabgleich in der Kamera bzw. der Weißabgleich in der Bildverarbeitung erweitert werden müssen. Das ist jedoch kompliziert, da jede andere Bauform einer LED-Lampe ein anderes Spektrum hat. Eigentlich müsste eine DSLR in Zukunft ein Messgerät erhalten, mit dem das Linien-Spektrum einer LED-Lampe gemessen und damit der Weißabgleich angepasst werden kann.

 

[beiti]

@dwuen
Danke für die ausführlichen Erläuterungen!

Ich glaube, ich brauche jetzt ein Spektrometer...

 

[burkhard2]

Zum Einsatz in der Fotografie:
Eine LED-Lampe ist nicht wie jede andere. Ich hatte schon die 2 Grundtypen beschrieben. Aber auch jede LED mit Fluoreszenzstoff (ca. 99 % der weißen LED) ist in jeder Bauform anders, denn je nach Mischung der Fluoreszenzstoffe ist jedes Spektrum anders, obwohl es das Auge u.U. nicht unterscheiden kann, die Digitalkamera macht es aber. In Zukunft wird der automatische Weißabgleich in der Kamera bzw. der Weißabgleich in der Bildverarbeitung erweitert werden müssen. Das ist jedoch kompliziert, da jede andere Bauform einer LED-Lampe ein anderes Spektrum hat. Eigentlich müsste eine DSLR in Zukunft ein Messgerät erhalten, mit dem das Linien-Spektrum einer LED-Lampe gemessen und damit der Weißabgleich angepasst werden kann.

Nicht mal die Messung des Spektrums hilft hier wirklich weiter, denn Lampen mit starken Peaks im Spektrum sorgen schnell dafür, dass zwei Farben, die bei Tageslicht für die Kamera (oder das Auge) unterscheidbar sind, plötzlich gleich aussehen – da kann ein nachträglicher Weißabgleich nichts ausrichten.
Bei Beitis Beispielfotos sieht man den Effekt, wenn man sich die Patches für helle Haut und Orange anschaut – die sind bei der billigen LED-Lampe auch nach Weißabgleich sehr ähnlich. Weiße LEDs, die ihr Licht aus roten, grünen und blauen LEDs mischen, wären in dieser Beziehung der GAU.

Bei Lampen mit halbwegs gleichmäßigem Spektrum tritt der Effekt weniger auf – es lohnt sich also, zur Beleuchtung Lampen mit Farbwiedergabeindex nahe 100 zu nehmen – der Farbwiedergabeindex bezieht sich zwar aufs Auge und nicht auf die Kamera, aber so grundverschieden sollten die Ergebnisse nicht sein. Von der Kameraseite her würde nur ein Sensor mit vier (oder mehr) statt drei verschiedenen Farbfiltern die Situation verbessern.

L.G.

Burkhard.

 

[SuperTex]

Wissen auf Mac-Niveau.

Jau. Besser kann man dein Sammelsurium an Halbwissen nicht beschreiben.

 

[wolframklein]

Hallo,
brauchst dir doch nur das Histogramm z.B. einer fotografierten Graukarte der einzelnen Farben am PC anzuschauen.
Dabei habe ich bei "Foto-Sparlampen" keine Auffälligkeiten im Spektrum entdecken können.

Ich habe auch mit LED (SMD) Lampen gute Erfahrungen gemacht.
Zumindest im Video sind keine Auffälligkeiten zu entdecken.

Ich finde nur das dein Vergleich mit auf Glühlampenlicht eingestelltem WB etwas hinkt.
Du musst schon für jede Lampensorte einen Abgleich machen.
Gut, in .RAW geht das wunderbar nachträglich in der Software.

Gruß
Wolfram

 

[beiti]

Hallo,
brauchst dir doch nur das Histogramm z.B. einer fotografierten Graukarte der einzelnen Farben am PC anzuschauen.
Dabei habe ich bei "Foto-Sparlampen" keine Auffälligkeiten im Spektrum entdecken können.

Das Histogramm ist kein Spektrogramm, sondern gibt nur die Helligkeitsverteilung der Farben wieder, die aus der Verrechnung von Rot-, Grün- und Blaukanal der Kamera entstanden sind.

Du musst schon für jede Lampensorte einen Abgleich machen.

Das hilft mir gar nichts, wenn ich Lichtsorten mischen muss.

 

[burkhard2]

Hallo,
brauchst dir doch nur das Histogramm z.B. einer fotografierten Graukarte der einzelnen Farben am PC anzuschauen.
Dabei habe ich bei "Foto-Sparlampen" keine Auffälligkeiten im Spektrum entdecken können.

Aus dem Histogramm kannst du keine Rückschlüsse auf das Spektrum der Wellenlängen ziehen.

Wenn man bei Beitis Beispielen den Weißpunkt (oder auch Weiß-, Grau- und Schwarzpunkt) manuell setzt, ganz erhebliche Abweichungen bei der Wiedergabe der Farben gibt – und das, obwohl die Farbbeispiele auf der ColorChekcer-Karte sicher besonders metameriestabil sind.

L.G.

Burkhard.

 

[wolframklein]

Das Histogramm ist kein Spektrogramm, sondern gibt nur die Helligkeitsverteilung der Farben wieder, die aus der Verrechnung von Rot-, Grün- und Blaukanal der Kamera entstanden sind.

Das hilft mir gar nichts, wenn ich Lichtsorten mischen muss.

Beim Histogramm erkennst du ob ein Farbbereich eine gleichmäßige Verteilung aufweist.

Bei Mischlicht kannst du auch nur ein Kompromiss finden:
Entweder du suchst dir ein "annehmbares" Mittelmaß,
oder du entscheidest dich dafür den WB von einer Lichtquelle zu verwenden.
Beides ist natürlich meist nicht optimal.

Gruß
Wolfram

 

[burkhard2]

Beim Histogramm erkennst du ob ein Farbbereich eine gleichmäßige Verteilung aufweist.

Nein, das geht prinzipiell nicht. Die Filter der Kamera sind extrem breitbandig, für ein Histogramm, auf dem du Spikes erkennen willst, brauchst du schmalbandige Filter (5 - 10 nm). Man kann eine Digitalkamera natürlich mit Hilfe eines Gitterfilters oder einer Prismenanordnung zum Spektrometer machen, letztlich gab es hier bei der Technik eine Diskussion dazu.

Wenn du, wie angegeben, eine Graukarte fotografierst und ein Histogramm anschaust, siehst du unabhängig von der Lichtquelle in jedem Farbkanal nur eine Spitze (je weniger Rauschen, desto steiler).

L.G.

Burkhard.

 

[wolframklein]

Gut,
ist natürlich keine wissenschaftliche Methode, FÜR MICH hat es bis jetzt ausgereicht.

Wenn ich sehe wie ein Histogramm nach der Bearbeitung eines .JPEG`s aussieht dürfte es zur Beurteilung für den Hausgebrauch reichen....
Ob es im Bild wirklich auffällt wenn eine Farbe einen keinen Spike aufweist...
Bis jetzt hat sich, auch bei Produktfotos, niemand über fehlende Farbechtheit beschwert.
Da dürfte der Einfluss durch Kalibrierung des Monitors, Schwankungen beim Druck... viel höher sein.

Gruß
Wolfram

 

[beiti]

Ein Histogramm sagt rein gar nichts über die Spektralverteilung der verwendeten Lichtquelle, sondern es zeigt die Farbverteilung im Motiv. Das ist auch sehr wichtig, aber was völlig Anderes.

 

[schubbser]

.... entsprechende Spannungsstabilisierungsbaugruppen einbauen lassen, was die Lebensdauer fast aller elektrischen Geräte erheblich vergrößert.

Kannst das mal bitte erläutern.
Einerseits müssen die Hersteller von Elektrogeräten ihre Geräte so konzipieren, dass diese im normalen Stromnetz auch mit kurzzeitigen Peaks zurechtkommen, ohne Schaden zu nehmen. Andererseits ist mir keine derartige "Stabilisierungsbaugruppe" bekannt die das von Dir gewünschte machen kann.

 

[schubbser]

Ein Histogramm sagt rein gar nichts über die Spektralverteilung der verwendeten Lichtquelle, sondern es zeigt die Farbverteilung im Motiv. Das ist auch sehr wichtig, aber was völlig Anderes.

Osram hatte früher in den Katalogen (Papieform und PDF) größtenteils die Sprektralverteilung der Leuchtmittel abgebildet.
Teilweise tun sie das auch heute noch. Unter http://www.osram.de/osram_de/produk...hen-kolbenformen/led-star-classic-a/index.jsp müsste Deine Osram Birne zu finden sein. Unter Grafiken.... findet man auch Diagramm zum Spektrum. Früher waren die Diagramme wesentlich schöner

Bezüglich der Maiskolben-Lampe würde ich fast meinen, dass der Mais da noch nicht reif genug war

 

[Berlin]

Bitte Löschen

 

[burkhard2]

Wenn man ein neutrales Motiv (Vorlage für Weißabgleich) fotografiert
sollte das Histogramm ein Spektrum zeigen, jedenfalls so gut aufgelöst
wie die Osram-Spektren

Nein, ein (RGB- oder Intensitäts-)Histogramm, wie es in der EBV oder bei den DSLRs angezeigt wird, ist etwas ganz anderes. Beim Histogramm steht auf der x-Achse ein Helligkeitswert, beim Spektrogramm eine Wellenlänge. Selbst beim HSL/HSB/HSV-Histogramm steht im H-Kanal keine Wellenlänge, sondern ein Farbwinkel, das ist etwas ganz anderes.

L.G.

Burkhard.

P.S. "Histogramm" ist natürlich ein ganz allgemeiner Begriff für eine Diagrammart, ein Spektrum kann man auch als Histogramm darstellen, ich nehme mal an, du meinst "Histogramm" in dem engeren Sinne, wie er meist in der Fotografie gebraucht wird.

 

[Berlin]

Ja, ja mein Histogramm enthält für Rot, Grün und Blau nur je einen Balken, ich
habe meinen Text schon gelöscht
Ich werde alt

 

[SuperTex]

Kannst das mal bitte erläutern.
Einerseits müssen die Hersteller von Elektrogeräten ihre Geräte so konzipieren, dass diese im normalen Stromnetz auch mit kurzzeitigen Peaks zurechtkommen, ohne Schaden zu nehmen. Andererseits ist mir keine derartige "Stabilisierungsbaugruppe" bekannt die das von Dir gewünschte machen kann.

dwuen schreibt auch sonst ziemlich Unausgegorenes:

Da LEDs nur mit einer Gleichspannung von wenigen Volt betrieben werden können, z.B. 3 V, muss jede LED-Lampe eine entsprechende Vorschaltelektronik besitzen, die 230 V Wechselstrom in 3 V Gleichstrom umwandelt. Diese Vorschaltelektronik ist die Schwachstelle einer LED-Lampe. Sie bestimmt sehr stark den Wirkungsgrad mit und vor allem die Lebensdauer. Aktuelle LED-Lampen werben mit einer Lebensdauer von 25000 bis 40000 Brennstunden (Glühlampe: 1000 h). In der Praxis ist die angegebene Lebensdauer wie bei den Energiesparlampen sehr viel geringer, als angegeben, weil die Vorschaltelektronik bei schon kleinen Netzschwankungen des Geist aufgibt. Eigenheimbesitzer sind da besser dran als Mieter, denn die können in ihrem Schaltschrank entsprechende Spannungsstabilisierungsbaugruppen einbauen lassen, was die Lebensdauer fast aller elektrischen Geräte erheblich vergrößert.

Erstens betreibt amn LEDs aus Effiziensgründen in Serie, da können dann auch 100V Spannung pro Stran rauskommen. Zweitens gibt es spezielle Schaltregler-ICs, die den LED-Strom(!) konstant halten und einen weiten Eingangsspannungsbereich aufweisen.

Und das was man in den "Schaltschrank" einbauen könnte, sind Überspannungsableiter, die aber nur einen Teil eines Überspannungsschutzkonzepts darstellen, das idR aus Grob-, Mittel- und Feinschutz besteht.