{"id":6156,"date":"2009-07-12T17:26:55","date_gmt":"2009-07-12T15:26:55","guid":{"rendered":"http:\/\/www.olino.org\/?p=6156"},"modified":"2015-12-31T16:18:55","modified_gmt":"2015-12-31T15:18:55","slug":"sp-ratio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/articles\/2009\/07\/12\/sp-ratio\/","title":{"rendered":"S\/P ratio"},"content":{"rendered":"

\"lli_bv-high-bay-industrial-led-fixt-48-pcs-cree_s_and_p_spectra_at_1m_distance\"<\/a>Dit artikel legt uit wat de S\/P ratio is. Ik kwam ermee in aanraking toen mij werd uitgelegd dat de standaard manier van meten bij licht afkomstig van straatlampen (gedurende de nacht) niet correct gebeurt! Deze bewering klopt, en men kan maar beter de lampen die gebruikt worden voor nachtverlichting, anders meten \u00e8n designen waardoor er meer effici\u00ebntie, en daarmee besparing, te behalen valt.<\/p>\n

Het plaatje van deze teaser behoort bij een buitenlamp en de S\/P ratio gegeven biedt extra mogelijkheden voor deze lamp. Als je het plaatje niet begrijpt (en je bent nieuwsgierig), lees dan vooral door!<\/p>\n

Update 28 oktober 2013: wil je meer weten over het voordeel te behalen met S\/P ratio dan kijk ook naar dit artikel<\/a>.<\/p>\n

<\/p>\n

Staafjes en kegeltjes in het oog<\/h3>\n

Het menselijk oog maakt gebruik van o.a. staafjes en kegeltjes. De staafjes zijn anders dan de kegeljes, en kennen o.a. ook een andere gevoeligheid. De staafjes blijken gevoeliger dan de kegeltjes.<\/p>\n

Enige kenmerken:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
parameter<\/th>\nStaafjes<\/th>\nKegeltjes<\/th>\n<\/tr>\n
Plaats (ruw)<\/td>\nIn het netvlies (retina) van het oog<\/td>\nIdem. Netvlies ligt achterin het oog, in de doorzichtige massa liggen de staafjes en kegeltjes.<\/td>\n<\/tr>\n
Plaats (preciezer)<\/td>\nRondom de gele vlek, de rest van het netvlies.<\/td>\nHoofdzakelijk, en in grote getale, in de gele vlek (daar waar men de meeste details ziet).<\/td>\n<\/tr>\n
Aantal<\/td>\n120 miljoen<\/td>\n6-7 miljoen<\/td>\n<\/tr>\n
Optimaal lichtniveau (kwalitatief)<\/td>\nLaag (nacht, maanlicht, schemer)<\/td>\nHoog (overdag)<\/td>\n<\/tr>\n
Optimaal lichtniveau (kwantitatief)<\/td>\n< 0.001 cd\/m2<\/sup><\/td>\n> 0.6 cd\/m2<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Gevoeligheid (kwalitatief)<\/td>\nhoog, slecht voor kleuren, geen rood, minder details zichtbaar, diffuus licht<\/td>\nlaag (veel licht nodig), perfect voor kleuren, veel details zichtbaar, direct invallend licht<\/td>\n<\/tr>\n
Gevoeligheid (kwantitiatief)<\/td>\n1700 lm\/W<\/td>\n683 lm\/W<\/td>\n<\/tr>\n
Snelheid (kwalitiatief)<\/td>\nsnel<\/td>\nlangzamer (20 ms trager bij vergelijkbaar lichtniveau)<\/td>\n<\/tr>\n
Overzicht oog<\/td>\n\"rods_cones_eye\"<\/a>Klik op het plaatje voor een vergroting. Afkomstig van deze Engelstalige site<\/a>. Dit plaatje geeft goed aan waar het netvlies en gele vlek (fovea) zich bevinden.<\/td>\n<\/tr>\n
Staafjes en kegeltjes<\/td>\n\"rods_cones\"<\/a>Een tweetal kegeltjes te midden van een hele hoop staafjes.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

De staafjes worden vooral bij laag omgevingslicht gebruikt; bij veel licht werken ze niet. Dus wanneer het gaat om het genereren van licht bij lage omgevingslichtniveaus (nacht, schemer, maanlicht) kan men maar beter optimaal gebruik maken van staafjes.<\/p>\n

De ooggevoeligheidscurves<\/h3>\n

Zoals aangegeven is er een verschil tussen de staafjes en kegeltjes. De ooggevoeligheidscurves geven aan hoe gevoelig beiden zijn voor de verschillende kleuren (of golflengtes) van licht.<\/p>\n

\"s_and_p_spectra\"<\/a><\/p>\n

Gevoeligheidscurves van het menselijk oog<\/em><\/p>\n

Duidelijk wordt dat de staafjes (scotopische lichtomstandigheid) gevoelig zijn voor blauw-groen licht en verder niet gevoelig zijn voor rood. Daarnaast is de gevoeligheid groter, namelijk maximaal 1700 lm\/W en bij de kegeltjes (photopische lichtomstandigheden) is dat 683 lm\/W.<\/p>\n

Dus wanneer men verlichting maakt voor lage lichtomstandigheden (parkeergarages, nachtverlichting) dan is het het effici\u00ebnst om licht te genereren in het scotopische gevoeligheidsgebied. Wit licht in dit gebied wordt koudwit genoemd. Het is te vergelijken met maanlicht, dat is namelijk ook erg koudwit. Het menselijk oog is er in de evolutie geheel op aangepast!<\/p>\n

Visueel nuttig licht<\/h3>\n

Neem een willekeurige lamp. Deze geeft licht met een bepaald spectrum (vermogensspectrum of ook wel kleurspectrum genoemd). En dit spectrum kan men nu wegen tegen de ooggevoeligheidscurves. Alle kleurspectrometers, die hun waardes afgeven in [lux], zijn gecalibreerd op de dag-ooggevoeligheidscurve. Dus de waarde die afgegeven wordt\u00a0 is eigenlijk alleen geldig wanneer dit licht opgevangen wordt door de kegeltjes, en die werken alleen goed bij een voldoende hoeveelheid omgevingslicht.<\/p>\n

Voor lage niveaus van omgevingslicht moet men het spectrum van het licht van de lamp wegen tegen de scotopische ooggevoeligheidscurve, of wellicht een combinatie van beiden (en dit laatste wordt dan een mesopisch lichtniveau genoemd, waarbij zowel de staafjes alsook de kegelties werkzaam zijn)!<\/p>\n

Een publicatie<\/a> die hierop ingaat is afkomstig van ASSIST. Deze werkt met een bepaald stappenplan om te komen tot een vergelijk tussen lampen onderling. Een voorbeeld van vergelijking: er worden al natriumlampen gebruikt voor nachtverlichting, met licht van een een bepaald lichtspectrum, en dit licht is erg geel. Wanneer nu een andere lamp met meer blauw licht wordt gebruikt (betere match met de staafjes), dan is daarvan minder licht nodig (in termen van photopische\/daglicht-niveau’s). Zie hier een summiere uitwerking van het stappenplan.<\/p>\n

1. In deze publicatie word begonnen met het noemen van aanbevolen verlichtingsniveauwaardes op verschillende types openbare wegen (minimale verlichtingssterktewaardes in lux). Men kiest een bepaald gewenst niveau van verlichtingssterkte om mee te beginnen.<\/p>\n

2. Deze verlichtingssterkte in lux wordt omgerekend naar een luminantie in Cd\/m2, wat een helderheid aangeeft. Dit is ook wat het menselijk oog ziet, helderheid. Dus een invallende hoeveelheid lichtenergie per m2 (lux) wordt dan omgerekend naar luminantie (door gebruik te maken van een ingeschatte reflectiefactor). Omdat de oorspronkelijke lux minimumwaardes waardes zijn die men ooit bepaald heeft met meetaparatuur die gecalibreerd is op de photopische ooggevoeligheidscurve, spreekt men bij deze omgerekende luminantie ook over photopische luminantie.<\/p>\n

3. Eenmaal de berekende benodigde (photopische) luminantiewaarde bekend is, weet men dus in welk gebied men zich bevindt (scotopisch (<0.001 Cd\/m2) of meopisch, of photopisch (>0.6 Cd.m2). Als men zich bevindt in ofwel scotopisch of mesopisch niveau, dan dient (een deel van) de hogere gevoeligheid van het menselijk oog meengenomen te worden.<\/p>\n

3a. Hiertoe is een tabel opgenomen die in de eerste rij de gewenste photopische gevoeligheid laat zien. Nu moet men nog de S\/P ratiowaarde weten van het licht van de gekozen lamp. Stel we hadden een hogedruk natriumlamp (high pressure sodium), die blijkt een S\/P ratio te hebben van 0.63. Dat wil zeggen dat er zo weinig groenblauw inzit en zoveel rood dat de staafjes alleen er minder uit zouden halen dan de kegeltjes. De tabel geeft dan de bijbehorende ge-unificeerde luminantie (“unified” luminance).<\/p>\n

3b. Zou ik nu een lamp nemen met een hogere S\/P ratio, dan gebruik ik dezelfde tabel en vind deze eerder gevonden “unified” luminance bij een lagere photopische luminantie. En dat is nu de “winst”. Bij een lamp met een lichtspectrum dat een hoge S\/P ratio oplevert, heb ik zo minder photopische luminantie nodig om te komen tot eenzelfde “unified” luminance!<\/p>\n

3c. Deze nieuwe, lagere photopische luminantie, kan teruggrekend worden naar de bijbehorende lux waarde (weer gebruik makende van een aangenomen reflectiefactor) en dan zal men zien dat er minder aan lux nodig is!<\/p>\n

De relatie van visueel nuttig licht is dus als volgt te leggen: bij lage omgevingslichtniveaus kan een hoge S\/P ratio leiden tot betere uitnutting van de scotopische of mesopische ooggevoeligheidscurve en kan men dus met lagere verlichtingssterkteniveau’s uit!<\/p>\n

Men heeft dus wel de S\/P ratio nodig als waarde.<\/p>\n

De S\/P ratio en de bepaling ervan<\/h3>\n

De lampen door OliNo gemeten krijgen de S\/P ratio als parameter erbij. De volgende grafiek wordt gegeven als voorbeeld.<\/p>\n

\"philips_halogeen_35w_gu10_s_and_p_spectra_at_1m_distance\"<\/a><\/p>\n

Het vermogensspectrum, de gevoeligheidscurves en de resulterende nacht – en dagspectra (laatste op 1 m afstand).<\/em><\/p>\n

Als eerste in blauw het vermogensspectrum van het licht van deze lamp. Deze staat niet afgebeeld op een y-as; het is in deze grafiek een relatieve meting.<\/p>\n

Daarna in streepjeslijn zwart de nacht-ooggevoeligheidscurve (scotopisch). In streepjeslijn rood de dag-ooggevoeligheidscurve (photopisch). Beide staan afgebeeld op de linker y-as.<\/p>\n

De zwarte lijn is het nachtspectrum (scotopisch) wat resulteert wanneer het vermogensspectrum wordt gewogen tegen de nacht-ooggevoeligheidscurve.<\/p>\n

De rode lijn is het dagspectrum (photopisch) wat resulteert wanneer het vermogensspectrum wordt gewogen tegen de daggevoeligheidscurve.<\/p>\n

Het oppervlak onder het scotopische spectrum, gedeeld door het oppervlak onder het photopisch spectrum, levert de S\/P ratio op. Deze is voor de voorbeeldlamp dus 1.25.<\/p>\n

De voorbeeldlamp genomen is een halogeenlamp. Deze heeft veel rood en steeds minder blauw. Omdat de gevoeligheid van de staafjes flink hoger is dan de kegeltjes, komt de S\/P ratio toch nog hoger dan 1 uit. Het moge duidelijk zijn dat lampen met meer koudwit licht, dus meer blauw bevatten, een hogere S\/P ratio zullen hebben en dus beter inzetbaar zijn voor verlichting op lage omgevingsverlichtingsniveaus. Zie NU ook het allereerste plaatje en je zult het begrijpen!<\/p>\n

De toepassing van de S\/P ratio<\/h3>\n

We kunnen nuttig gebruik maken van de S\/P ratio wanneer we een lamp hebben die gebruikt wordt in lage omgevingslichtniveaus. Lampen voor straatverlichting is hiervan een goed voorbeeld. Want wanneer we een lamp hebben met een grote S\/P ratio dan kunnen we de verhoogde gevoeligheid van de staafjes in ons voordeel laten werken, omdat we namelijk minder licht nodig hebben dan dat gemeten zou worden met een op daggevoeligheid gecalibreerde luxmeter. Het stappenplan van ASSIST biedt een mogelijkheid om dit inzichtelijk te maken, maar het kan toch directer en makkelijker.<\/p>\n

Bepaal de gewenste verlichtingssterkte en luminantie<\/strong><\/p>\n

Wat we nodig hebben is een specificatie van welke verlichtingssterkte nodig is. Dit moet worden gehaald uit normen, of aanbevelingen, en altijd gerelateerd naar de applicatie waarin de lamp gebruikt wordt.<\/p>\n

Voorbeeld: Ik grijp weer even terug naar de publicatie<\/a> van ASSIST, waar een tabel instaat met minimale verlichtingsniveaus voor straatverlichting. Gaan we even uit van een lokale straat, met weinig voetgangersverkeer, en een gemiddelde reflectie van 10 % van het oppervlakte van het voetpad, dan komt uit tabel 1 een aanbevolen minimale waarde van 3 lux als verlichtingssterkte die op het pad moet vallen. Bij een reflectie van 10 % en een diffuse reflectie (over \u03c0 sr-1<\/sup>) van het licht door het pad is dit om te rekenen naar een luminantie, en wel als volgt:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Welnu, deze luminantie is de photopische luminantie, dus gemeten tegen de dag-ooggevoeligheidscurve, omdat we vertrokken van een aanbevolen verlichtingssterkte die ook in het photopische gebied gedefinieerd was, dus geldend bij voldoende omgevingslicht.<\/p>\n

Evalueer de luminantie en bepaal de ge-unificeerde luminantie<\/strong><\/p>\n

Wanneer de gewenste luminantie valt in het scotopische (< 0.001 Cd\/m2<\/sup>) ofwel in het mesopische gebied (> 0.001 Cd\/m2<\/sup> en < 0.6 Cd\/m2<\/sup>) dan is het nuttig om de zojuist gevonden luminantie om te rekenen in een ge-unificeerde luminantie. Daarvoor is de S\/P ratio nodig van de lamp. Noot: bij verlichtingsniveaus hoger dan 0.6 Cd\/m2<\/sup> bevinden we ons in het photopische gebied waarbij de S\/P ratio geen voordeel meer biedt en dus waarbij de ge-unificeerde luminantie gelijk is aan de photopische.<\/p>\n

We vertrekken dus van een photopische luminantie en de S\/P factor van de gekozen lamp, en berekenen daarmee de ge-unificeerde luminantie. Dit is te zien als de werkelijke ervaren luminantie (helderheid) door het menselijk oog. De berekening gaat als volgt:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

waar:<\/p>\n

P is the photopische luminantie en<\/p>\n

S is de sotopische luminantie,<\/p>\n

deze laatste is te berekenen met de S\/P ratio:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Wanneer de S\/P ratio > 1 is, dan zal uit deze berekening een Lunified<\/sub> volgen die groter is dan de P. Dit klopt ook wel, we bevinden ons in een scotopisch of mesopisch lichtniveau en eigenlijk is daar de ervaren helderheid of luminantie groter dan dat een photopische meting doet geloven.<\/p>\n

Stel de ge-unificeerde luminantie gelijk aan de gewenste<\/strong><\/p>\n

W hebben dus een Lunified<\/sub> berekend, en in het geval dat de S\/P ratio > 1 is, dan zal deze Lunified<\/sub> groter zijn dan P. Dus eigenlijk hebben we meer luminantie (helderheid) dan noodzakelijk, en dus kunnen we ook met minder toe! En hier zit een eventuele besparing in de aansturing en verbruik van de lamp. Want het gaat tenslotte om de ervaren<\/em> luminantie, en dus moeten we uitgaan van de ge-unificeerde.<\/p>\n

Dus door Lunified<\/sub> gelijk te stellen aan P (de aanbevelingswaarde oftewel de gewenste waarde), zouden we terug moeten redeneren\/berekenen wat dit dan voor de waarde P zou betekenen, en van daaruit weer terugrekenen wat dit aan verlichtingssterkte in lux zou betekenen.<\/p>\n

Gebruik de ASSIST tabel voor de bepaling van P en Ev, via de S\/P en Lunified<\/sub><\/strong><\/p>\n

Nu komt de ASSIST tabel nr 3 in de genoemde publicatie van pas. Omdat de formule om Lunified<\/sub> te bereken niet eenvoudig om te bouwen is tot het berekenen van P uit Lunified<\/sub>, raad ik aan om de tabel te gebruiken die ASSIST al heeft gemaakt, met vele berekende waardes erin.<\/p>\n

Voorbeeld: ik heb een lamp met S\/P ratio van 2.05, en een gewenste P van 0.1 Cd\/m2<\/sup>. Uit de tabel lees ik af dat bij deze twee inputs een Lunified<\/sub> geldt van 0.1568 Cd\/m2<\/sup> (dit had ik ook kunnen berekenen uit de eerder gegeven formule voor Lunified<\/sub>). En omdat ik maar 0.1 nodig heb, ga ik over de rij van mijn lamp met de S\/P ratio van 2.05 naar links totdat de Lunified<\/sub> gelijk is aan 0.1, en lees daarboven af hoeveel P daarbij hoort.<\/p>\n

\"spratio_use_table\"<\/a><\/p>\n

Een gedeelte van tabel 3 uit de ASSIST publicatie, en de manier om te komen tot de werkelijk benodigde P.<\/em><\/p>\n

De linkerkolom laat de S\/P ratio’s zien, en de 1e horizontale rij laat de P waardes zien. Je ziet dat er 40 % reductie gehaald wordt! Er is maar 0.06 Cd\/m2<\/sup>aan P nodig om een Lunified<\/sub> gelijk is aan 0.1 Cd\/m2<\/sup> te hebben, wanneer we een lamp gebruiken met licht dat een S\/P ratio heeft van 2.05 en bij de genoemde lage verlichtingsniveaus!<\/p>\n

Welnu, uit deze 0.06 Cd\/m2<\/sup> aan P kan weer de verlichtingssterkte Ev<\/sub> berekend worden, die dus ook lager uitvalt.<\/p>\n

Mate van besparing<\/h3>\n

De mate van besparing hangt af van:<\/p>\n

De S\/P ratio. Hoe hoger dit getal hoe hoger de mogelijke mate van besparing doordat men meer gebruik kan maken van de hogere gevoeligheid van de staafjes. Uit het spectrum van de lamp is de S\/P ratio te berekenen.<\/p><\/blockquote>\n

Het gewenste omgevingsverlichtingsniveau. Hoe lager dit is (dus hoe meer naar het scotopische lichtniveau) des te meer de staafjes werkzaam zijn en dus des te meer gebruik gemaakt kan worden van de hogere gevoeligheid ervan.<\/p><\/blockquote>\n

Let op het effect van dimmen<\/h3>\n

Het is belangrijk bewust te zijn van de effecten van dimmen van lampen. Als straatlantaarns gedimd worden, dan bepaalt de methode van dimmen of de kleurtemperatuur varieert als gevolg van het dimmen of niet.<\/p>\n

Wanneer het dimmen gebeurt door de amplitude direct te vari\u00ebren, dan heeft dit invloed op de kleurtemperatuur. En dus ook op het spectrum en daarmee ook op de S\/P ratio.<\/p><\/blockquote>\n

Wanneer de methode van dimmen is het pulsbreedtemoduleren van de stroom, dan heeft dit geen invloed op de kleurtemperatuur van het licht van de lamp en blijft de S\/P ratio wat deze is.<\/p><\/blockquote>\n

Overgens kan het effect van dimmen op de S\/P factor gewoon gemeten worden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Dit artikel legt uit wat de S\/P ratio is. Ik kwam ermee in aanraking toen mij werd uitgelegd dat de standaard manier van meten bij licht afkomstig van straatlampen (gedurende de nacht) niet correct gebeurt! Deze bewering klopt, en men kan maar beter de lampen die gebruikt worden voor nachtverlichting, anders meten \u00e8n designen waardoor […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[19],"tags":[268],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6156"}],"collection":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=6156"}],"version-history":[{"count":11,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6156\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":91650,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6156\/revisions\/91650"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6156"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=6156"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=6156"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}