Lumen, lux og nits forklaret: beregn LED-lysboksens lysniveau

Når man taler om, hvorvidt en lysboks er “lys nok”, blandes flere forskellige lysenheder ofte sammen: lumen, lux, candela og nits. De hænger sammen, men beskriver ikke det samme.

For en LED-lysboks er denne forskel vigtig. Et modul med høj lysstrøm kan stadig give grafik, der virker svagt belyst, hvis spredningsvinklen er forkert, stoffets lystransmission er lav, boksen er for dyb eller for lav, eller LED'erne er uhensigtsmæssigt placeret. Denne guide forklarer den praktiske beregningsmetode bag lysboksens lysniveau, så du kan drøfte specifikationer med mindre gætteri.

Kort overblik

• Lumen (lm) beskriver den samlede synlige lysstrøm fra en lyskilde.
• Candela (cd) beskriver lysintensiteten i en bestemt retning.
• Lux (lx) beskriver belysningsstyrken: lumen, der rammer hver kvadratmeter af en overflade.
• Nits (cd/m²) beskriver luminansen: hvor lys overfladen fremstår for en betragter eller et kamera.
• For en lysspredende lysboksfront er et groft skøn: luminans ≈ belysningsstyrke x lystransmission / pi.

Den sidste formel er kun et skøn. Ægte SEG-stof, akrylplader eller trykt grafik er ikke perfekte matematiske diffusorer. Det bedste resultat opnås stadig ved at teste det faktiske materiale med et luxmeter eller en luminansmåler.

1. Lumen: samlet lysstrøm

Lysstrøm, målt i lumen, er den samlede mængde synligt lys, en kilde udsender. Hvis et LED-modul er angivet til 1000 lumen, fortæller tallet, hvor meget synligt lys der forlader LED'erne og optikken under testbetingelserne.

Lumen alene fortæller dog ikke, hvor meget lys der når frem til det trykte stof. Noget lys kan gå tabt i linsen, blive absorberet af rammen, blive reflekteret inde i boksen eller blive blokeret af grafikken. Derfor kan to LED-lysboksmoduler med omtrent samme lysstrøm fungere forskelligt i den samme ramme.

Ved lysboksprojekter er lumen nyttige til at anslå systemets samlede lysstrøm, men bør vurderes sammen med spredningsvinkel, modulafstand, boksdybde og målinger på overfladen.

2. Candela: lys i én retning

Lysintensitet måles i candela. Den beskriver, hvor meget lysstrøm der koncentreres i en bestemt retning. Den grundlæggende sammenhæng er:

I = F / Ω

Her er I lysintensiteten i candela, F lysstrømmen i lumen, og Ω rumvinklen i steradianer.

Dette er især vigtigt for retningsbestemte LED-moduler. En smal optisk linse kan koncentrere mere lys i den nyttige retning og dermed hjælpe kantbelyste moduler med at sende lyset længere hen over stofgrafikken. En bredere linse kan hjælpe med at blande lyset i en kortere eller dybere boks, men lyset når muligvis ikke lige så langt hen over et stort kantbelyst panel.

Læs mere i vores guide til linsevinkler i LED-lysbokse.

3. Lux: lys, der rammer grafikken

Belysningsstyrke, målt i lux, beskriver, hvor meget lys der rammer en overflade. Den enkle arealformel er:

E = F / A

Her er E belysningsstyrken i lux, F lysstrømmen i lumen, og A det belyste areal i kvadratmeter.

Hvis 2000 lumen fordeles jævnt over 2 kvadratmeter, er den gennemsnitlige belysningsstyrke cirka 1000 lux. I en virkelig lysboks er fordelingen sjældent perfekt. Kanter, hjørner og midte kan give forskellige måleresultater. Derfor er en test med 9 eller 25 målepunkter mere nyttig end en enkelt måling i midten.

Vores test af lysboksens ensartethed med 25 målepunkter viser, hvorfor linsevinkel, stofafstand og måleposition kan ændre resultatet.

4. Nits: overfladens synlige luminans

Luminans måles i candela pr. kvadratmeter, også kaldet nits. Det er den værdi, der ligger nærmest det, man normalt mener med “lysstyrke”, når man ser på en lysboksfront.

For en ideel diffust reflekterende overflade kan luminansen tilnærmes som:

L = ρE / π

Her er L luminansen i cd/m², ρ reflektansen, og E belysningsstyrken.

For bagbelyst eller kantbelyst stofgrafik er lystransmission vigtigere end refleksion. Et praktisk skøn er:

L ≈ T x E / π

Her er T diffuserens eller det trykte stofs effektive lystransmission. Hvis stoffet slipper mindre lys igennem, kræves der en højere indvendig belysningsstyrke for at opnå samme synlige luminans.

En praktisk formel for lysboksens lysniveau

Til planlægning kan du vende formlen om:

Nødvendig indvendig belysningsstyrke ≈ ønsket luminans x π / lystransmission

Anslå derefter den nødvendige LED-lysstrøm:

Nødvendig LED-lysstrøm i lumen ≈ ønsket luminans x π x areal / (lystransmission x optisk udnyttelsesgrad)

Den optiske udnyttelsesgrad tager i praksis højde for lys, der går tabt inde i boksen. Den afhænger af rammens reflektans, linsens effektivitet, LED'ernes placering, grafikmaterialet og hvor meget lys der faktisk når den nyttige overflade.

Eksempel: beregning for en LED-lysboks på 2 m x 1 m

Antag, at en stoflysboks har:

• Grafikareal: 2 m x 1 m = 2 m²
• Ønsket overfladeluminans: 700 cd/m²
• Effektiv lystransmission gennem stoffet: 35%
• Anslået optisk udnyttelsesgrad: 60%

Den anslåede LED-lysstrøm bliver:

700 x 3.14 x 2 / (0.35 x 0.60) ≈ 20,900 lumen

Det betyder ikke, at alle lysbokse på 2 m x 1 m kræver præcis 20,900 lumen. Det betyder, at projektet bør testes omkring dette niveau og derefter tilpasses stoffets tæthed, rammens dybde, betragtningsmiljøet, modulafstanden og spredningsvinklen.

Derfor er afstand og vinkel vigtige

En forenklet optisk model bruger en ideel punktlyskilde over en plan flade. I dette tilfælde afhænger belysningsstyrken i et punkt af afstanden og vinklen. En almindelig formel er:

E = I cosθ / r²

Her er I lysintensiteten, θ vinklen mellem det indfaldende lys og overfladens normal, og r afstanden fra kilden til punktet.

Hvis kilden er direkte over fladen i højden L, og punktet ses i vinklen α fra den lodrette akse, er r = L / cosα. Det forenklede resultat bliver:

E = I cos³α / L²

Det forklarer, hvorfor lysniveauet i lysbokse ofte falder mod hjørnerne eller de fjerneste kanter. Lyset bevæger sig længere og rammer i en mindre gunstig vinkel. Bedre optiske linser, mere passende afstand og belysning fra to sider kan mindske dette fald.

Hvis dit display har mørke hjørner, kan denne relaterede artikel hjælpe: Sådan afhjælper du mørke hjørner i en lysboks.

Lumen, lux og nits: almindelige fejl

• Fejl 1: kun at købe efter watt. Watt beskriver strømforbruget, ikke den synlige luminans. LED-effektivitet, optik og placering afgør, hvor meget nyttigt lys der når grafikken.
• Fejl 2: at sidestille lumen med overfladens luminans. Lumen angiver lyskildens lysstrøm, ikke den færdige lysboksfronts luminans.
• Fejl 3: kun at måle i midten. En lys midte kan stadig skjule mørke kanter eller synlige striber. Mål flere punkter.
• Fejl 4: at se bort fra grafikken. Hvidt stof, trykt stof, tæt trykfarve og dobbeltsidet grafik transmitterer lys forskelligt.
• Fejl 5: at bruge samme modulafstand i alle bokse. En lav kantbelyst ramme og en dybere bagbelyst boks kræver forskellige opbygninger.

Sådan måler du en lysboks korrekt

For at få en mere pålidelig måling af lysniveauet skal du måle den færdige konstruktion frem for kun at teste et fritliggende LED-modul.

• Brug den faktiske rammedybde og det faktiske grafikmateriale.
• Lad LED-systemet varme op inden målingen.
• Mål i et gitter, f.eks. med 9 eller 25 punkter, ikke kun i midten.
• Registrer afstanden fra LED'erne til stoffet.
• Registrer, om opbygningen er kantbelyst, bagbelyst eller belyst fra to sider.
• Mål belysningsstyrken med et luxmeter og den synlige overfladeluminans med en luminansmåler, når det er muligt.
• Kontrollér både det gennemsnitlige lysniveau og ensartethedsforholdet.

Valg af LED-moduler til beregningen

Når det ønskede lysniveau og grafikarealet er kendt, bliver modulvalget mere konkret. Det rigtige produkt afhænger af belysningsretningen:

• Til generelle lysboksprojekter kan du starte med Booth Lights LED-lysboksmoduler.
• Til lave eller kantbelyste rammer kan du se kantbelyste LED-lysskinner.
• Til direkte bagbelysning bag grafikken kan du bruge bagbelyste LED-moduler.
• Til komplet udstillingsbelysning omkring messestanden kan du se LED-messelamper.

Hvis du er usikker på, hvilken opbygning du skal bruge, er guiden til valg mellem kantbelysning og bagbelysning det bedste næste skridt.

Det vigtigste at huske

For LED-lysbokse kan lysniveauet ikke beskrives med ét tal. Lumen beskriver lyskilden, lux beskriver lyset, der rammer overfladen, og nits beskriver den belyste fronts synlige luminans. En brugbar beregning skal omfatte areal, stoffets lystransmission, optiske tab, afstand, spredningsvinkel og modulafstand.

Derfor anbefaler Booth Lights at betragte lysniveauet som et resultat af hele systemet og ikke kun som en produktangivelse. Start med den ønskede overfladeluminans, anslå den nødvendige lysmængde, vælg den rette modultype, og bekræft resultatet med faktiske målinger, før designet opskaleres.