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Warum sind LED Farben so sch….

Oder: Warum sind LED-Farben so wie sie sind?

Das fragt sich manch einer, wenn er eine LED-Leuchte „bei der Arbeit“ sieht. Die Antwort darauf setzt (wie immer) ein wenig Wissen voraus.

Grundsätzlich gilt: TriLEDs machen es erst mal nur marginal besser als 3 einfarbige LEDs. Die TriLEDs verhindern zwar, dass man 3 Farbschatten bekommt, weil die Immissionsquellen auf dem gleichen „Die“ und damit dichter beieinander liegen.

Die LED-Farb„probleme“ kommen aber leider aus einer ganz anderen Richtung:

Farbrichtigkeit der Lichtquelle

Die Hersteller günstiger LED-Scheinwerfer setzen LEDs aus Chargen ein, die einer gewissen Streuung des Farbwertes unterliegen. Den Farbwert konstant zu halten, setzt einen recht hohen Aufwand bei der Herstellung voraus  und das macht eine LED an sich sehr teuer. Des weiteren heißt das implizit, dass der Scheinwerferhersteller LEDs immer vom gleichen LED-Hersteller beziehen muss. Auch dass macht es betriebswirtschaftlich teuer.

Und selbst wenn Du dies einhältst, werden die Dioden beim Hersteller auch noch selektiert. Wenn es den Wert ‚50‘ ideal zu erreichen gilt, wird ‚49‘ bis ‚51‘ als A-Serie betrachtet und entsprechend teuer an Hersteller sehr hochwertiger Produkte geliefert (Wissenschaft, evtl. Lampenedelhersteller).

45‘ bis ‚55‘ ist eine B-Serie für gute Hersteller, alles darunter eine C-Serie für günstigere Hersteller. Und alles darunter ist Ausschuss.

Hieraus resultiert ein weiteres Problem

Je günstiger der Hersteller, desto weiter ist man natürlich vom kalibrierten Wert entfernt. Aber das ganze ist keine Gauß-Glocke, sondern ein Donut. Der B-Hersteller hat nicht nur eine Varianz von ‚10‘ statt ‚3‘, sondern hat in der Mitte auch noch ein Loch, eben ‚49‘ bis ‚51‘, die sind ja beim A-Hersteller.
Für den C-Hersteller ist es entsprechend dramatischer, da dort das Loch noch größer ist. Ma kann sich jetzt damit behelfen, indem man in einer Produktionsserie nur LED mit dem Wert ‚45′ bis ‚48′ und in der nächsten nur diejenigen mit ‚52‘ bis ‚55‘ verarbeitet. Das macht das Mischbild einer Lampe besser, heißt auf der anderen Seite aber auch, dass man eine Lampe aus einer anderen Serie dazu stellt und diese dann garantiert maximal daneben liegt. Daher die übliche Aussage „Du musst die aus einer Serie kaufen“.

Alterung der LED

LED gehen (in der Regel) nicht kaputt, sondern altern. Dabei ändern sie Farbe und Helligkeit. Je nach Hersteller wird eine LED als verbraucht (defekt) angesehen wenn sie z. B. nur noch 50% ihrer Ursprungshelligkeit hat.

Farbreinheit als solches betrachten die meisten Hersteller erst gar nicht. Die LED der einzelnen Farben altern zudem unterschiedlich schnell. De facto hast Du kaum eine Chance einen Scheinwerfer, der bereits 20% seiner Lebensdauer gespielt hat, mit einem anderen zu matchen, der 0% oder 50% seiner Lebensdauer gespielt hat.

Elektronik

Ausgehend von preislichen, technischen und zunehmend patentrechtlichen Problemen mit der Dimmung von LED spielt die Elektronik in der Lampe eine viel größere Rolle, als ein Dimmer bei einer konventionellen Lampe.

Du kennst sicher den Effekt bei konventionellen Lampen, dass Du bei linearer Dimmerkurve den Fader 1/3 hoch schiebst und es passiert nichts. Dann steigt die Helligkeit irgendwie an und auf dem letzten Drittel hast Du die größte Änderung.

Du weißt auch, dass es völlig unterschiedlich ist, wenn Du auf dem gleichen Kanal eine 2kW Stufe und einen CP87-PAR hoch schiebst. Das ist bei LED zum einen noch kritischer, zum anderen abhängig von Alter, Farbe, Array-Anordnung, LED-Hersteller und ganz wichtig: der Betriebstemperatur (wenige Grad machen ca. 50% Effizienzunterschied aus).

Alle diese Parameter werden natürlich nicht überwacht, sondern vom Hersteller der LED-Lampe bei der Entwicklung und Herstellung geschätzt. Also inklusive der Alterung der LED, weitergehend über die erwartete Lebensdauer der Lampe und der damit verbundenen Farbverschiebung und dem Helligkeitsverlust pro Farbe. Der Hersteller kann ja schließlich nicht wissen, ob seine Lampe einen Fußballstation grün, eine Gala blau oder ein Stahlwerk orange färben soll und welche der eingesetzten LEDs mehr beansprucht werden.

Und das ganze ist in einen mehr oder weniger linearen Faderweg von z.B. 8bit abgelegt.

Das kann nicht wirklich ernsthaft funktionieren, dem kann sich der Hersteller nur im Rahmen seines Budgets annähern. Und das schwache Ergebnis siehst Du selbst, wenn Du einen internen Helligkeitsfade bei einer billigen und einer hochpreisigen Lampe abrufst.

Physikalische Basis

Licht kann man nicht sehen, sondern nur die Reflexion des Lichtes an Gegenständen.“

Alter Lehrsatz aus der Optik, der aber immer wieder gerne vergessen wird. Und: LEDs senden ein sehr eng begrenztes Spektrum aus. Eine grüne LED macht halt kein Rot. (Wenn Du damit das Etikett einer Cola-Flasche anleuchtest, ist es nicht rot sondern einfach schwarz). Wenn Du eine Wand anleuchtest, die über das gesamte Spektrum sauber und gleichmäßig reflektiert, wirst Du ein recht gleichmäßiges Licht zurückbekommen, was in etwa dem entspricht, von dem der Lampenhersteller meint es sei weiß. Hervorgerufen dadurch, dass der bunte Lichteindruck aus z. B. einem roten, einem grünen und einem blauen Fleck am Ende dem entspricht, was eine spektrallineare Lichtquelle auch mit der Wand machen würde. D.h. aber noch lange nicht, das auch gelb enthalten ist. Das kann man nämlich auch durch gleichzeitig rot und grün erzeugen. Und braucht es formal auch erstmal nicht, um das gewünschte Farbbild zu erzeugen.

Reale Wände und Gegenstände werfen ein nicht lineares Spektrum zurück (deswegen sind sie ja farbig).
Wenn sich das Fronthuhn Deiner Lieblingsfaschingsband in einen bunten Fummel hüllt, hat der Hersteller die Stofffarbe dadurch erreicht, das nur Teile des eigentlich gleichmäßig weißen Lichtes reflektiert werden. Schade nur, dass Du bei einem LED-Scheinwerfer kein gleichmäßiges Licht zur Verfügung stellst, sondern halt nur einzelne Farben, die sich bei einer nicht vorhandenen gleichmäßig reflektierenden Wand zu weiß mischen würden.

In der Realität legst Du also zwei Farbveränderungssysteme übereinander und betrachtest es mit einem Dritten (Deinem Auge). Von diesen zwei Systemen sind Auge und Scheinwerfer in aller Regel als Einzelsystem bekannt.
Die Verknüpfung daraus zumindest ist errechenbar… Verknüpfen wirst Du es aber mit einer unbekannten, nämlich dem Stoff, der farbigen Kulisse oder was auch immer. Das kann schiefgehen. Deswegen ist es so schwer mit LED weiß zu erzeugen. Und all das wirkt natürlich auf Deine oben genannten Misch-, Dimm-, Alterungs- und sonstige Kurven zurück. Und wenn Du jetzt noch versuchen würdest, das mit einer Kamera einzufangen und über ein nur mäßig kalibriertes Bilddarstellungsgerät wiederzugeben….

Fazit

LEDs (und daraus Scheinwerfer) herzustellen, ist ein Prozess, der technisch und wirtschaftlich zumindest mal anspruchsvoll ist. Oder man ignoriert ihn und sagt „LED machen halt bunt“. Auch das ist legitim.
Vielleicht geht es Dir ja gar nicht darum, eine bestimmte Farbe zu erzeugen, die Du mit irgendwas mischen willst. Sondern einfach nur einen Raum irgendwie mal mittelblau zu machen oder für eine Band eine Matrix aus roten, grünen, gelben und blauen Lichteffekten zu erzielen, die sich im Nebel bunt mischen. Alles super.
Dafür sind LED-Scheinwerfer auch der billigsten Bauart eine echte Waffe (gut, viele können kein rot/orange, aber dann nimmt man halt grün und blau). Hauptsache bunt. Und das ganz ohne Farbfilter schneiden, mit dünneren Kabeln usw.

… LED sind super…

Aber als Frontlicht und zum Beleuchten sparst du Dir ganz viel Stress, wenn Du bei weißen Lichtquellen bleibst oder letztlich ganz viel Geld ausgibst, weil Du nicht 2000 EUR für einen LED-Stick/-Fluter ausgeben musst, um an einen Hersteller zu geraten, der sich um die Probleme zumindest Gedanken gemacht hat. Und diese, auf welche Weise auch immer, mehr oder weniger erfolgreich gelöst hat.

LED-Scheinwerfer, welcher Bauart auch immer, sind bestimmt eine Bereicherung für die Lichttechnik aber bestimmt kein Ersatz für weißes Licht.

Danksagung

Dieser Text wurde erstellt von:
giem Veranstaltungssysteme
Oliver Giem
Im Fischerkamp 25
38108 Braunschweig

www.giem.de


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