Kategorie: Beleuchtung

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Phantome, die unser Wissen beherrschen VIII

Daten-Yoga: Wir biegen uns die Zahlen
so zurecht, bis sie entspannt aussehen
Anonymus

In dieser Reihe beschreibe und kommentiere ich Wissen, das man gerne als “überkommen” bezeichnet. Das negative Urteil stimmt aber nicht immer. Ähnlich häufig darf man das Wissen überliefert oder tradiert bezeichnen. Dieses Urteil fällt eher neutral aus. Manchmal handelt es sich dabei um Grundwissen, das man besser nicht in Frage stellt.

Allgemeiner Farbwiedergabeindex Ra

Der klassische Farbwiedergabeindex CRI/Ra basiert auf nur 8 blassen Testfarben und einem veralteten Farbraum. Er bildet reale Farbwahrnehmung schlecht ab, besonders gesättigte Farben wie Rot (R9). Moderne Lichtquellen wie LEDs können dadurch trotz hohen CRI schlechte Farbwiedergabe haben.

Neue Methoden wie IES TM‑30‑20 mit 99 Testfarben, Rf (Fidelity) und Rg (Gamut) liefern wesentlich präzisere und realistischere Ergebnisse. TM-30 zeigt realitätsnahe und differenzierte Ergebnisse – wichtig für Museen, Handel, Architektur und LED-Technik. Dennoch bleibt CRI in vielen Normen, einschließlich ISO/CIE 8995-1:2025, weiterhin vorgeschrieben. Das Phantom kann man eher als Zombie beschreiben.

Zur Geschichte des Phantoms

Den genauen Zeitpunkt, an dem das Phantom geboren wurde, kann ich nicht angeben. Aber es ist feststellbar, wann die Bedeutung einer guten Farbwiedergabe erkannt wurde. Es war Matthew Luckiesh, der postulierte, dass die menschliche Wahrnehmung auf das Tageslicht angewiesen wäre, weil nur das Tageslicht die Farben gut wiedergeben könne. Das war im Jahre 1926.

Es dauerte eine gute Weile, bis ein offizielles Verfahren entstand. Dessen Geburtsstunde kam 1965, als die erste offizielle Empfehlung für ein Verfahren zur Messung und Kennzeichnung der Farbwiedergabe veröffentlicht wurde. Damals wurde das Verfahren entwickelt, um die neuen[1] Leuchtstofflampen mit klassischen Glühlampen und dem Tageslicht vergleichbar zu machen. Die Methode (CIE 13) entwickelte sinnvollerweise die CIE, um eine weltweit gültige Basis zu erstellen.

Dass man sich damit so viel Zeit lassen konnte, war der Glühlampe zu verdanken, die große Bereiche dominierte, bis die Leuchtstofflampe sie in der Arbeitswelt ablöste. Zuvor galt die Farbwiedergabe der Glühlampe als "natürlich".  Sie sieht ja dem Sonnenuntergang ähnlich aus. Dass es in der Natur viele andere Lichtfarben gibt, ändert nichts an der Tatsache, dass man der Glühlampe Naturnähe nachsagt.

Die heute verwendete Methode (CIE 13.2) stammt aus dem Jahr 1974. Die Version von 1974 ist im Wesentlichen das, was wir heute noch als Standard verwenden. Dabei wurden die Testfarben präzisiert, auf denen die Berechnung des Ra-Wertes basiert.

Wie die Methode (nicht) funktioniert

Da es keine „absoluten“ Farben geben kann, beruht die Methode immer auf einer Referenzlichtquelle mit einem bestimmten Spektrum, die ausgewählte Farbmuster beleuchtet. Man legte fest, dass eine Lampe immer mit einer "idealen" Lichtquelle derselben Farbtemperatur verglichen wird (die war z. B. eine Glühlampe bei 2700 K).

Man wählte aus naheliegenden Gründen zwei Referenzlichtquellen, die Glühlampe und das Tageslicht. Wenn eine Testfarbe unter der neuen Lampe genau so aussah wie unter der Referenz, gab es 100 Punkte. Jede Abweichung führte zu einem Punktabzug.

Während man die Glühlampe sehr gut mit ihrer Farbtemperatur kennzeichnen kann, ist es mit dem „Tageslicht“ nicht so einfach. Wenn man über die Farbwiedergabe (CRI) spricht, ist das "Tageslicht" nicht einfach nur Sonnenschein, sondern eine mathematisch präzise definierte Referenzlichtquelle.

Dieses Tageslicht war zunächst die Normlichtart C. Das war eine echte Lampe mit einem speziellen Blaufilter. Wenn man die Wiedergabe von Farben mit dieser Normlichtart zur Grundlage macht, kann man die Bezeichnung Tageslicht gleich vergessen. Denn das Spektrum der Normlichtart C endete bei 380 nm, wo für die CIE Licht beginnt. Es entsprach auch nicht der natürlichen Strahlungsverteilung des Himmels.  Wer Farben bei diesem künstlichen Tageslicht betrachtet, wird nicht selten den falschen Eindruck bekommen, weil das Un-Licht (UV-Strahlung) fehlt. Diese gehört aber zur Farbwiedergabe vieler Objekte (Textilien, Papier, Wandfarben, Makeup), weil deren Farbwirkung erheblich von optischen Aufhellern bestimmt wird. Deswegen musste die CIE wider die eigene Definition des Lichts handeln und ein neues Tageslicht festlegen, die Reihe DXX. Hierbei steht D (=daylight) für Tageslicht und XX für die Farbtemperatur (D65 = Tageslicht mit der Farbtemperatur 6504 K). Die in 1964 eingeführten Spektren der neuen Tageslicht(er) sehen so aus. Was man sehr deutlich erkennt, ist, dass die Lichtkurve (V(λ)-Kurve) in allen Fällen das Licht im kurzwelligen Bereich (links bis 450 nm) sehr schlecht bewertet. Was dieses Bild aber (fast) verschweigt, ist in der Abbildung darunter hervorgehoben, die UV-Strahlung unter 380 nm.

Die hier abgebildete Strahlung erzeugt den Effekt der optischen Aufheller, ohne den eine Farbprüfung keinen Sinn macht.

Die Farbwiedergabequalität, die mit dem Index R gekennzeichnet wird, wird nicht etwa durch einen Vergleich eines bekannten Objektes, z.B. eines Orientteppichs, unter dem Referenzlicht und der zu prüfenden Lampe bestimmt. Das wäre viel zu unwissenschaftlich. Obwohl der Orientteppich aus farbechten Fasern besteht, die ihre Farbtreue über Jahrhunderte bewiesen haben, wird mit einem Satz von 8 Prüfmustern (R1 … R8) aus dem Munsell-Farben-Spektrum rechnerisch geprüft.

Um von einem wirren Spektrum (unten, rechts) zu einer sauberen Zahl wie Ra = 83 zu kommen, brauchte man 1965 ein mehrstufiges Rezept. Zuerst berechnete man für jede der acht Testfarben, wie stark sie sich unter der Testlampe im Vergleich zur Referenz verschiebt. Man nutzt dafür den CIE 1960 UCS-Farbraum. Danach wurde diese Verschiebung in eine Punktzahl zwischen 0 und 100 umgewandelt. Die Formel lautet:

Ri = 100 - 4,6 • ΔEi

Wobei ΔEi aus dem Farbraum[1] berechnet wird. Wie kommt man aber auf den Faktor 4,6? Das ist der "Skalierungsfaktor". Die CIE hat diesen Wert so gewählt, dass eine damals handelsübliche Standard-Leuchtstofflampe (Typ "Warmweiß") genau einen Wert von 50 erhält. Man wollte eine Skala konstruieren, die für den Nutzer intuitiv sein soll.[2]

Danach rechnet man die Werte für die 8 Testfarben zusammen und mittelt. So entsteht der CRI-Wert, den man 2026 auf jeder Lampenverpackung liest. Denn CRI ist eine relevante Größe, die auch im Marketing eine große Rolle spielt. Deswegen muss der entsprechende Wert angegeben werden. Die Energiekennzeichnungsverordnung (EU) 2019/2015 macht die Angabe von Ra oder CRI zur Pflicht. Der Hersteller ist gesetzlich verpflichtet, den genauen CRI-Wert in die europäische Produktdatenbank (EPREL) einzutragen. Über den QR-Code auf der Packung muss dieser Wert für dich als Verbraucher jederzeit abrufbar sein.

Die oben angegebene Berechnungsmethode nach 8 Testfarben ist aber längst Geschichte.

Das ist der Moment, in dem die Mathematik auf die physikalische Realität trifft. Um zu verstehen, warum das 1965er-System heute "schwitzt", muss man sich ansehen, wie unterschiedlich diese Lampen ihr Licht zusammenmischen. So sieht z.B. das Spektrum einer Lampe im Vergleich mit echtem Tageslicht aus, deren Farbwiedergabeindex besser ist als in allen Beleuchtungsnormen gefordert. Das Spektrum der Lampe hat mehr Lücken als Fleisch.

Frühere Leuchtstofflampen (Halophosphat-Lampen) funktionierten wie ein schlechtes Orchester, das nur drei Töne spielt, aber behauptet, eine Sinfonie zu spielen. Deren Spektrum bestand aus extrem hohen, schmalen Spitzen. Zwischen diesen Spitzen gab es riesige Lücken. Wenn eine der acht Testfarben genau in eine solche Lücke fiel, sah sie unter der Lampe völlig grau oder verfälscht aus. Die Hersteller optimierten ihre Gase und Leuchtstoffe oft genau so, dass sie die acht Testfarben (R1–R8) der CIE perfekt trafen, während andere Farbtöne dazwischen völlig vernachlässigt wurden.

Ein Experte, der die Leute gut kannte, die die 8 Testfarben aussuchten, sagte seinerzeit: “Da habt ihr aber ganz gut hin- und hergeschoben, bis eure Lampen nicht drittklassig wurden.”

Da die acht CIE-Testfarben von 1965 allesamt eher blasse Pastelltöne sind, bemerken sie das Fehlen von sattem Rot kaum. Eine Lampe kann also einen CRI von 85 haben, aber die Tomaten in der Küche sehen trotzdem blass und unappetitlich aus, weil das gesättigte Rot im Spektrum einfach fehlt. Das waren die 8 Testfarben von 1965.

Ich denke, ein Blick auf #6 Himmelblau genügt, mit was für einer Gesamtqualität man rechnen konnte. Man merkte schnell, dass die Pastelltöne wie Altrosa oder Fliederviolett nicht ausreichten, um die Qualität von Lichtquellen für gesättigte Farben oder spezielle Objekte (wie Haut oder Pflanzen) zu bewerten. Die acht Standardfarben von 1965 wurden mathematisch so gewählt, dass sie den gesamten Farbkreis abdecken sollten, aber sie sind alle wenig gesättigt. So musste 1974 nachgebessert werden. Es kamen vier gesättigte Farben hinzu, zu denen man noch die Hautfarbe (R13  nachgestellt nach europäischem Teint (Munsell 5 YR 8/4)) und Blattgrün R14 addierte. So ganz nach Frühling sieht das gewählte Blattgrün nicht aus. Die letzte Testfarbe, Blattgrün, zeigt deutlich, was diesem System gefehlt hat. Es gibt selten eine Farbe, die unsere Umwelt prägt. Eine Lampe konnte also volle 100 Punkte bekommen, ohne dass sie Blattgrün wiedergeben konnte.

Wo die Methode krankte

Die Methode 1965 krankte zum einen daran, dass zwei unterschiedliche Lichtquellen (Normlichtart A und Normlichtart C/D65 einen Höchstwert von 100 erreichen konnten. Dies lesen bis heute viele so, dass die Zahl 100 eine Prozentzahl wäre. Und eine 100-prozentige Farbwiedergabe? Perfekt! Es kann nicht besser gehen. Ein Ra = 100 heißt nur, dass jemand berechnet hat, dass die 8 Testfarben gut wiedergegeben werden sollen. Beleuchtungen mit der Glühlampe und D65 ergeben sehr unterschiedliche Farbumgebungen. Aber für beide gilt CRI = 100.

Die Berechnung wird meines Wissens nicht nachgeprüft. Obwohl ich im Laufe meiner Karriere viele Jahre im Lichtlabor verbracht habe, vier Semester Farbenlehre studiert und im Farblabor gearbeitet habe und rund einem Drittel der großen Namen der Branche persönlich begegnet bin, habe ich nie einen Menschen erlebt, der den Farbwiedergabeindex für eine Lampe berechnet.

Die Angabe von Zahlenwerten, die mit 100 enden, suggeriert, dass es sich um eine Art Skala handele, die sich von der simplen Nominalskala unterschiedet. Eine Nominalskala kategorisiert die Objekte der Betrachtung (z.B. in Rot, Grün, Blau). Folgt diese Kategorisierung einem Wertesystem, spricht man von einer Ordinal-Skala. Bei dem Beispiel von Rot, Grün und Blau kann man die Einordnung nach der Wellenlänge des Lichts vornehmen und die Aufzählung als Blau (kürzeste Wellenlänge), Grün und Rot (längste Wellenlänge) aufsetzen.Beide Skalenformen rechtfertigen eine Angabe von Zahlen nicht, weil diese in die Irre führen. Skalen mit echten Zahlenwerten sind zum einen Intervall-Skalen, bei denen der Abstand zwischen Punkten (1 und 2 oder 3 und 4) gleich ist. Das gilt z.B. für die Celsius-Skala für Temperaturen. Eine Differenz von 2 °C bleibt stets gleich.

Die höchste Skalenform ist die Verhältnisskala. Sie hat einen echten Nullpunkt und immer gleiche Abstände. Sie kann positive wie negative Werte einnehmen, wie bei Höhen. Da man bei einer Farbwiedergabe einen negativen Index nicht deuten kann, erwartet man einen Nullpunkt. Dies stimmt leider nicht, CRI kann auch – 44 betragen (Natriumdampflampe). Warum man je einen CRI von 0 berechnen sollte, wüsste ich nicht, außer dass die Lampe kein Licht abgibt. Eine Kerze hat einen CRI von fast 100, obwohl man bei Kerzenschein blaue Socken kaum von schwarzen unterscheiden kann. Eine Lampe kann einen stolzen CRI von 90 haben, aber eine Tomate trotzdem braun aussehen lassen, weil das wichtige R9 (gesättigtes Rot) nicht Teil der Berechnung ist. Man hat sich nur darauf geeinigt, bei 0 die Grenze für die Vermarktung zu ziehen, weil „CRI - 40“ im Baumarkt schwer zu verkaufen wäre.

Der CRI bestraft jede Abweichung von der Referenz – egal in welche Richtung. Eine LED, die Obst knackiger aussehen lässt als das echte Sonnenlicht, kriegt einen schlechteren CRI als eine LED, die Farben einfach nur stumpf wiedergibt. Schlicht gesagt: Die Skalenqualität des Farbwiedergabeindexs ist sehr fragwürdig. Wenn es nur dabei bliebe! Obwohl die CIE bereits 1964 ihre Normlichtart C ohne UV-Anteil abschaffen musste, weil Produkte, deren Farbe unter diesem Standardlicht geurteilt wurde, nicht allzu viel Ähnlichkeit mit ihrer Farbe unter realen Bedingungen hatten, wird auch heute noch der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra von 1965 mit 8 Testfarben angegeben. D.h., das Testen von Produkten wie Autos oder Textilien findet unter dem Einfluss von UV-Licht statt. Die Fähigkeit von Lampen, Farben wiederzugeben, gibt man aber wie am ersten Tag ohne UV an.

Zu guter Letzt: die Benutzung des Wortes Tageslicht für eine fiktive Normlichart. Erstens gibt es mehrere Normlichtarten, deren Name mit D wie daylight anfängt. Zweitens – und das ist schlimmer – schließt die Definition des Tageslichts durch die CIE die Tageslicht genannten Normlichtarten aus: Licht bedeutet (e-ilv Begriff 17-21-013) Strahlung in dem Spektralbereich der sichtbaren Strahlung (= optische Strahlung, die in der Lage ist, eine Sehempfindung direkt hervorzurufen). Tageslicht bedeutet (e-ilv Begriff 17-29-105) Teil der globalen Sonnenstrahlung, die in der Lage ist, eine Sehempfindung hervorzurufen.

Somit wird als Tageslicht etwas definiert, das in der Natur nicht existiert. Dieses Tageslicht entspricht nicht der Normlichtart, die als Tageslicht angegeben wird.

Das „wahre“ Tageslicht wird im normalen Leben Tageslicht genannt, wo man natürliche Strahlung wahrnimmt. Bei Gebäuden gilt dies auf beiden Seiten von Fenstern. Überall, wo man Innenräume mit natürlicher Strahlung beleuchtet, wird sie Tageslichtbeleuchtung genannt. In Wirklichkeit handelt es sich im Innenraum um sehr stark gefiltertes Licht. Während der allgemeine Glaube herrscht. Glas sei lichtdurchlässig, also transparent, ist die Situation sehr intransparent, ohne dass relevante Leute wie Architekten dies immer merken. Das untere Bild zeigt die Filterwirkung von einigen Gläsern im Vergleich mit einer einfachen Verglasung. Eine Verglasung, die das Licht nur schwächt, aber farblich unbeeinflusst lässt, würde eine horizontale Gerade ergeben. Dies entspricht etwa der einfachen Verglasung, die rund 90% des Lichts hineinlässt. Alle anderen abgebildeten Gläser sind nicht farbneutral.

Nach dem Standard ISO/TR 9241-610 kann die Verglasung von Gebäuden im Minimum die Lichtmenge um 8% reduzieren. Maximalwerte für verschiedene moderne Gläser liegen zwischen 69% und 29%. Hierbei wird das Licht so gefiltert, dass CRI maximal 97 beträgt, d.h. die Verglasung reduziert die Güte der Farbwiedergabe etwas. Die Reduktion kann bis CRI = 77 erfolgen. Eine Lampe mit dieser Qualität der Farbwiedergabe darf in der EU nicht für Innenräume verkauft werden. Das bedeutet schlicht, dass das natürliche Tageslicht in Innenräumen nicht nur in der Größenordnung von etwa 1% ihrer natürlichen Intensität ankommt, sondern auch spektral erheblich verfälscht werden kann.

Hierbei ist noch nicht berücksichtigt, dass das Glas mittlerweile die gesamte UV-Strahlung wegfiltert. D.h., ein schönes Weiß, das erst mit Hilfe von optischen Aufhellern erzeugt wird, sieht man in Innenräumen nicht mehr. Es sieht aus, als wäre der Gilb drin.

Fazit und Aussichten

Das hier besprochene Phantom verdient eigentlich die Bezeichnung Zombie, zumal seine Fehler bereits in den 1970ern erkannt worden waren. Obwohl Korrekturen erfolgten (CIE 13.2 1974  und CIE 13.3 1995) blieb es bei der Größe Ra, die nunmehr in der neuesten Beleuchtungsnorm der CIE ISO/CIE 8995-1:2025 für die Beschreibung der Farbwiedergabe herangezogen wird. Da die Überarbeitung dieser Norm über 20 Jahre gedauert hat, die letzte Version war 2002, wird es keine baldige Änderung geben.

CIE hat 2017 mit CIE 224 CIE Technical Report Colour Fidelity Index for Scientific Use eine verbesserte Methode vorgelegt. Allerdings soll sie nur für „wissenschaftliche“ Anwendung gelten, was immer das sein mag. Zuvor hatte die US-amerikanische IES mit IES TM-30-15 Method for Evaluating Light Source Color Rendition, Illuminating Engineering Society eine Alternative vorgelegt. Danach folgten aber noch IES TM-30-18 Method for Evaluating Light Source Color Rendition, 2018 und IES TM-30-20 Method for Evaluating Light Source Color Rendition, 2019.

Diese plötzliche Eile hat viel mit der LED als Leuchtmittel zu tun. LEDs haben ein völlig anderes Spektrum als Glühlampen. Sie können bei den 8 Standardfarben super abschneiden, aber bei gesättigten Farben (besonders Rot, bekannt als R9) kläglich versagen. Auf der anderen Seite können LED sehr gute Spektren erreichen, ohne dafür an Effizienz einzubüßen.[1] Mit IES TM-30-15 kam der Gamechanger. Das war kein simpler Index, sondern ein komplexes System mit 99 Testfarben statt nur 8, einem neuen Fidelity Index Rf, der den Unterschied zwischen Licht und Referenzlicht angibt. Hinzu kam noch ein Rg wie Gamut, der beschreibt, wie intensiv oder gesättigt die Farben unter einer Lichtquelle erscheinen. Der Gamut ist die Gesamtheit aller Farben, die ein System (eine Lampe, ein Monitor oder ein Drucker) darstellen kann. Rg > 100: Die Farben wirken gesättigter und kräftiger. Ein Apfel sieht unter diesem Licht „roter“ aus, als er eigentlich ist. Das wirkt oft brillant und attraktiv. Rg <100: Die Farben wirken blasser oder „entsättigt“. Das Licht wirkt flach und lässt Oberflächen oft etwas grau oder leblos erscheinen.

Somit haben wir eine Methode, die nicht nur angibt, ob die Farbe “richtig” ist. Bei hoher Fidelity und einem Gamut von 100 werden die Farben “naturgetreu” wiedergegeben, was z.B. für Museen oder Kleidung wichtig ist. Bei Gamut über 100 wirken Farben frisch und lebendig. So etwas lässt die Obstauslagen im Supermarkt oder modische Artikel in Boutiquen anziehender erscheinen. LEDs mit einem Gamut-Wert unter 90 lassen die Farben müde und gräulich wirken. Die findet man häufig in Büros, bei denen sich die Lichttechnik nicht gerade viel Mühe macht.

Die letztere Methode (IES TM-30-20) soll die Zukunft bedeuten. Sie wurde 2020 aktualisiert, die besagte Beleuchtungsnorm ISO/CIE 8995-1 von 2025 hat sie noch nicht wahrgenommen.

Merkmal CRI (CIE 13.3) IES TM-30-20
Anzahl Testfarben 8 (Pastelltöne) 99 (reale Objekte, Natur, Haut)
Farbraum Veraltet (1964) Modern und präzise (CAM02-UCS)
Aussagekraft Nur Genauigkeit Genauigkeit + Sättigung + visuelle Grafik
LED-Optimierung Mangelhaft (R9-Problem) Exzellent für moderne LED-Spektren

[1] Bei Leuchtstofflampen war die Güte des Spektrums mit einem höheren Energieverbrauch für den gleichen Lichtstrom verbunden. So konnte eine Beleuchtung mit einem Vollspektrum bis 60% mehr Energie bei der gleichen Beleuchtungsstärke verbrauchen wie eine vergleichbare Dreibandenlampe.

[1] Ein Farbraum ist im Grunde ein mathematisches Koordinatensystem, das dazu dient, Farben messbar und vergleichbar zu machen. In diesem Raum wird jeder Farbe eine Adresse zugewiesen. Die meisten Farbräume basieren auf drei Achsen (Dimensionen), da das menschliche Auge drei Arten von Farbrezeptoren hat. Je nachdem, wie man diese Achsen definiert, entstehen unterschiedliche Modelle. Manche dieser Modelle sind technikorientiert. In der Wissenschaft ist der Farbraum wahrnehmungsorientiert und unabhängig von der Technik.

[2] So ganz intuitiv wurde die Skala dennoch nicht. Da musste man etwas nachhelfen. So gilt der Bereich CRI 90 – 100 als 1A. CRI zwischen 80 und 89 wurde 1B genannt, damit die Dreibandenlampe nicht zweitklassig erscheint. Danach kommt 2A (CRI 70 – 79).

[1] In 1965 war die Leuchtstofflampe nicht neu. Sie hatte sich aber weitgehend durchgesetzt, so dass die Glühlampe in Arbeitsbereichen weitgehend abgelöst wurde.

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Über den Wolken muss das Licht unendlich sein

Wissenschaftliche Durchbrüche
bestehen oft darin, dass man alte Weisheiten
endlich in Tabellenform gepresst hat.
Anonymus

Zu diesem Artikel

Vor 5 Jahren überraschte die internationale Elite der Chronobiologen die Lichtwelt mit einer Erklärung[1]. Damit niemand auf die Idee kam, dass sie heimlich anderweitigen Interessen dient, haben alle ihre möglichen Interessenkonflikte dargelegt. Und zwar derart ausführlich, dass die Erklärung länger war als der Inhalt des Papiers. Diese sehr auffällige Erklärung habe ich damals in voller Schönheit kommentiert, z.B. Konflikte von Autoren mit Interessen.

Der Inhalt war eine Erklärung, wie man die Beleuchtung in Innenräumen gestaltet, damit der Mensch im Innenraum in Harmonie mit seinem circadianen Rhythmus leben kann. Die Pundits haben angegeben, tagsüber müsse im Innenraum eine melanopische Beleuchtungsstärke von 250 lx MEDI herrschen. Die jetzt existierenden Beleuchtungen wären dazu nicht in der Lage. (s. hierzu Minimale melanopische Beleuchtungsstärke für Jedermann ). Was die Damen und Herren für erforderlich halten, macht die Skizze deutlich

In diesem Beitrag geht es um die melanopische Beleuchtungsstärke am Tage. Um die Körperrhythmen gesund und munter zu halten, muss zwischen 06:00 morgens und 19:00 abends eine mel-EDI von 250 lx überschritten werden. (Anm.: mel-EDI wird auch mal MEDI oder mEDI geschrieben. Um die Normung der Schreibweise kümmern wir uns, wenn wir mit dem Rest fertig sind.)

Diese Beleuchtungsstärke unterscheidet sich von ihrer berühmteren Cousine durch mehrere Eigenschaften:

  • Sie ist vertikal, d.h. es zählt nur das horizontal fliegende Licht.
  • Sie ist abhängig von der Lichtfarbe bzw. vom Spektrum.
  • Sie ist vom Alter des Betrachters abhängig.

 

Man kann mel-EDI aus der in der Planung angegebenen Horizontalbeleuchtungsstärke überschlägig als ein Drittel des Planungswertes berechnen, also etwa 33%.Dazu kommt ein Abschlag, wenn das Spektrum vom Tageslicht D65 abweicht. Für „normale“ Leuchtstofflampen mit der Lichtfarbe neutralweiß beträgt der Abschlag rund 50 %. Somit hätten wir bei 500 lx Planungswert eine mel-EDI von 82,5 lx für einen 32-jährigen Beobachter. Bei einem angehenden Rentner muss der Wert noch halbiert werden. Der 65-jährige Beobachter erhält bei gleicher Lampe nämlich nur noch ca. 40 % der biologischen Dosis eines jungen Menschen.

Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, muss die Beleuchtung also mindestens um den Faktor 3 erhöht werden. Rechnerisch müsste sie etwa bei dem 6-fachen Wert liegen. Das ist mit künstlichem Licht schlecht machbar. Helfen tut das Tageslicht. Da es durch die Fenster horizontal einfällt, fällt der Faktor 0,33 erst einmal weg. Dann hat es auch noch das gewünschte Spektrum, wenn nicht besser. Also müssten wir die aus medizinischer Sicht erforderliche melanopisch wirksame Beleuchtung in Innenräumen mit Tageslicht lässig erreichen können.

Genau dies untersucht eine Gruppe Forschender in dem EU-Projekt MeLiDos (Metrology for wearable light loggers and op­tical radiation dosimeters).[2] Sie erheben hochaufgelöste persönliche Lichtexpositionsdaten unter Alltagsbedingungen an neun Standorten zwischen dem Äquator und Skandinavien (Schweden, Niederlande, Deutschland, Spanien, Türkei, Costa Rica und Ghana). Deren Sensoren messen die melanopische Bestrahlungsstärke direkt auf Augenhöhe, was wesentlich genauer ist als eine statische Berechnung am Schreibtisch.

In einem Beitrag zum 13. Symposium Licht und Gesundheit 2026, mit dem Titel “Wie viel Licht erreicht uns wirklich? Erkenntnisse aus der Dortmunder MeLiDos-Studie”, stellten Kai Broszio, Johannes Zauner und Manuel Spitschan vor, wie die melanopische Beleuchtungswirkung am Standort Dortmund aussieht.

Es wurden drei Größen betrachtet:

  • melanopische Beleuchtungsstärken (mel-EDI, lx)
  • Time-Above-Threshold-Metriken (TAT, Werte über 500 lx und 1000 lx in h/d)
  • zeitliche Lage der Lichtexposition (mittlerer Zeitpunkt der Exposition oberhalb 250 lx).

 

Die Anforderung der Chronobiologen hieße >TAT250 von 06:00 bis 19:00 Uhr.

Der Beitrag stellt die Messperiode Sommer-Herbst dar, wo die theoretisch mögliche Photoperiode in Dortmund ca. 10,5–16,5 h beträgt.

Das Ergebnis fällt sehr ernüchternd aus.

Melanopische Beleuchtungsstärken (mel-EDI)
Tageszeit 08:00–18:00 ca. 90 lx – 130 lx
Mittagsfenster 11:00–14:00 ca. 120 lx – 180 lx
Abend 18:00–22:00 ca. 5 lx – 15 lx

Der Grenzwert von 250 lx wurde 0,8 h – 1,4 h/Tag (Median) überschritten. Melanopische Beleuchtungsstärken von über 1000 lx sahen die Probanden 0,2 h/Tag. An den meisten Arbeitstagen wurden 1000 lx nie überschritten.

Die zeitliche Verteilung ergab ein weiteres ernüchterndes Ergebnis. Die Exposition oberhalb 250 lx war stark auf die Mittagsstunden konzentriert und weist eine geringe zeitliche Breite auf. Frühmorgendliche hohe Lichtreize, die für eine biologische Wirkung besonders wirksam wären, traten selten auf.

Das Ergebnis werten die Autoren wie folgt:

„Die Dortmunder Daten belegen exemplarisch ein urbanes Lichtparadox: Trotz langer Sommertage bleibt die persönliche melanopische Tageslichtexposition niedrig, während abendliche Lichtquellen präsent sind. Die resultierende Lichtprofil – „dim days, bright evenings“ – gilt als Risikofaktor für circadiane Instabilität, Schlafverkürzung und langfristige Gesundheitsfolgen (Lunn et al. 2017; Blume et al. 2019; Haus und Smolensky 2013; Abbott et al. 2020).

Die Ergebnisse zeigen ferner, dass Photoperiode allein kein verlässlicher Prädiktor für individuelle Lichtdosen ist. Entscheidend sind verhaltens- und umgebungsbedingte Faktoren, insbesondere Arbeitsorganisation und Innenraumaufenthalte.“

Warum war dieses Ergebnis zu erwarten?

Frühere Messungen

Im Rahmen des PLACAR-Projektes hatte Dr. Dieter Kunz von der Charité ähnliche Dosismessungen an Berliner Studierenden vorgenommen. Zwar waren die Messmethoden bei Weitem nicht so verfeinert wie heute. Aber Kunz’ Ergebnisse waren schockierend genug: junge Studenten, die ihre hellichten Tage im Dunkeln verbringen. Das Schlagwort biologische Nacht machte schon damals die Runde.

Bei dem damaligen Vortrag wurde das Ergebnis auch mit dem Verhalten der Probanden begründet. Niemand hält die Studenten davon ab, erhebliche Teile des Tages draußen zu verbringen. Ihre Situation ist nicht vergleichbar mit der der Arbeitnehmer, deren Arbeitsstunden nicht zufällig mit dem hellen Tag zusammenfallen. Wenn sie Schicht arbeiten, verbringen sie einen Teil des Tages mit Schlafen.

Wenn sich Studierende mit mehr Freiheiten als Arbeitnehmer auch an hellichten Tagen ihre Zeit lieber in dunklen Umgebungen verbringen, warum sollte es mit der Bevölkerung von Dortmund anders sein. Einen möglichen Grund kann man dem unteren Bild entnehmen, das jüngere Menschen an einem wunderbaren Sonnentag mittags bei ihrer Lieblingsbeschäftigung zeigt.

 

Physik der Beleuchtung

In meinen Blogs wird häufig dargestellt, dass die Beleuchtung in Arbeitsstätten anders “organisiert” ist als in Wohnräumen. Der Tageslichteinfall an einen Arbeitsplatz findet – wenn überhaupt – seitlich aus einer Richtung statt. Die Arbeitsplätze sind parallel zu dieser angeordnet, weil das Tageslicht sonst blendet. Ein Mensch, der im Freien sitzt oder steht, wird sich bei moderaten Lichtverhältnissen von 10.000 lx bis 20.000 lx selten geblendet fühlen. Anders, wenn er durch relativ dunkle Wände eingegrenzt wird. Aus diesem Grund sind die Arbeitsplätze im Prinzip etwa so angeordnet wie in diesem Bild dargestellt.

Wenn man die Beleuchtungsstärke in Richtung des Auges der in diesen Räumen sitzend arbeitenden Personen misst, wird man bei weniger als der Hälfte des Lichts aus der Fensterrichtung landen. Woher soll bei den abgebildeten Arbeitsplätzen eine mel-EDI von 250 lx in Richtung des Auges kommen?

Wenn bei deutschen Büroräumen von Tageslicht die Rede ist, kann man davon ausgehen, dass sie nach DIN 5034-1 gebaut worden sind. Diese verlangte, dass etwa in Raummitte ein Tageslichtquotient (Verhältnis der Beleuchtungsstärke außen und innen) von 0,9 % herrschen möge. Das ist bei Außenbeleuchtungsstärken von 10.000 bis 20.000 lx gerade mal 90 lx bis 180 lx. Die mickrigen Werte kommen aus dem Licht aus allen Einfallsrichtungen zusammen. Da das Licht aus der Fensterseite dominiert, in die die Mitarbeitenden nicht gucken, liegt der wahre Wert weit darunter.

Mit dem Anteil der künstlichen Beleuchtung sieht es auch nicht besser aus. In Arbeitsstätten fällt das Licht meist von der Decke und wurde immer auf Horizontalbeleuchtungsstärke getrimmt. Eine vertikale Komponente entsteht rechnerisch durch eine aus physiologischer Sicht  fragwürdige Aufspaltung in zwei Komponenten[3] oder durch die innere Reflexion. Diese wird in modernen Büros durch große Bildschirme oder Akustikpaneele am Arbeitsplatz erheblich behindert.

Wie die Helligkeitsverteilung in einem Gesamtraum aussehen müsste, wurde in einem Bild der lichttechnischen Industrie (licht.de) skizziert. Wie man  sie sich vor rund 30 Jahren vorstellte, war es genau umgekehrt.

Das linke Bild zeigt das einstige Ideal, das jetzt millionenfach die Bürohäuser besiedelt, das rechte die physiologisch günstigste Verteilung. Wenn man hier aber etwa eine Angleichung an den Himmel der Natur erkennen will, der irrt. Wie im Kapitel Falsche Vorbilder – Die Sonne und der Himmel dargelegt, ist der Himmel eher ein schlechtes Vorbild, wenn man ihn  nicht so hell machen kann wie in der Natur. Leuchtende Decken, die unten auf den Tischen Beleuchtungsstärken um 500 lx erzeugen, sehen immer grau aus. Ein blauer Himmel weist typischerweise Werte zwischen 2.000 cd/m2 und 10.000 cd/m2 auf (je nach Winkel zur Sonne). Ein trüber Berliner Wintertag hat eine recht gleichmäßige Leuchtdichte von etwa 1.000 cd/m² bis 2.000 cd/m². Solche Werte werden in Innenräumen schlecht erreicht.

Wer tagsüber einen Himmel erlebt, der auf der Erde etwa 5000 lx erzeugt, denkt nicht an einen schönen Tag, sondern an ein nahendes Gewitter. Wenn der Himmel nur 500 lx erzeugen kann, bricht das Gewitter über einem zusammen.

So könnte man statt einer “physiologisch-anregenden” Beleuchtung eine realisieren, die wegen ihres grauen Aussehens für eine einschläfernde Atmosphäre sorgt.

Das schlimmste Hindernis ist aber das Konzept der künstlichen Beleuchtung selber. Man beleuchtete Umgebungen seit Menschengedenken, damit sie sichtbar werden. Es kam also stets auf das reflektierte Licht an. Bis zum Jahr 2011 war Beleuchtung auch technisch so definiert. Eine Umdefinition einer fundamentalen Funktion der Beleuchtung, die nicht einmal die Fachleute bemerkt haben, ändert nichts an der Physik. Und diese Funktion bestand seit der Erfindung der künstlichen Beleuchtung in der Eiszeit.

Hingegen wurde das Licht, das das Auge trifft, ohne es der Beleuchtung eines Gegenstandes zu dienen, als Blendung bezeichnet. Der Beleuchtungstechniker versucht in der Regel, die Blendung zu minimieren, während die “Nutzwirkung”, die Beleuchtung der Arbeitsebene, maximiert wird.

In einem Büro wird jede Erhöhung einer Vertikalbeleuchtungsstärke dazu führen, dass die Leuchten direkt blenden und indirekt über die Reflexion auf den Bildschirmen.  Beide Effekte werden geringer, wenn die Leuchtdichten der Störquellen niedrig sind. Diese wurden aber bei Lichtplanungen entweder gar nicht oder nur teilweise indirekt berücksichtigt.[4] (Eine Abhandlung über die Bedeutung der Leuchtdichte findet sich in dem Kapitel Ein unmöglicher Umgang mit der wichtigsten Größe – Leuchtdichte) Die meisten heute existierenden Beleuchtungen sind ohne jegliche Berücksichtigung der realen Leuchtdichte unter der Leuchte geplant und erstellt worden. Dem Lichtplaner stehen für seine Arbeit Lichtstärkewerte zur Verfügung. Für Blendungen aller Art, psychologische Blendung, Reflexblendung, Kontrastblendung, sind aber Leuchtdichten maßgeblich. Daher ist es angemessen, wenn man die Erhöhung der Vertikalbeleuchtungsstärke mit der Blendung assoziiert.

Ausrichtung der Augen

Die Ausrichtung der Augen bei der Arbeit ist hinderlich für das Erreichen höherer biologisch wirksamer Beleuchtungsstärken. Zwar arbeiten viele Forschende mit der “vertikalen” Beleuchtungsstärke, aber der Mensch kann sie nicht sehen. Das folgende Bild zeigt, wie man sich die melanopisch wirksame Beleuchtung vorstellt.

Nach diesem Bild hat die Größe, nach der man seit Jahrzehnten geplant hat, Lichteinfall 90°, also die Horizontalbeleuchtungsstärke, keine Wirkung. Wenn man das Auge in die wahre Arbeitsposition dreht, bleibt nur noch ein kleiner Schlitz von 10° übrig, aus dem das melanopisch wirksame Licht ins Auge fallen kann. Nach ergonomischen Erkenntnissen liegt nämlich die Blickrichtung 35° unter der Horizontalen.

Hier habe ich bewusst ein altes Bild genommen, um auf das Alter dieser Erkenntnis hinzuweisen. Es sitzen aber nicht alle so vorbildlich wie die hier idealisiert abgebildete Dame. Viele Menschen sahen, als dieses Bild entstand, bei der Arbeit so aus wie links im unteren Bild, das 1976 aufgenommen wurde. Rechts sieht man ein Bild aus einer Broschüre einer Krankenkasse, die ich gestern bekam. Wer so guckt, auf den wird die Vertikalbeleuchtungsstärke keine melanopische Wirkung ausüben können.

Eine Arbeit, unter deren Autoren auch Kai Broszio war, hatte im Jahr 2017 festgestellt, dass übliche Bürobeleuchtungen nicht allzu viel Licht i.S. einer melanopischen Wirkung erzeugen können.[5] Diese Arbeit wurde in Kann die Bürobeleuchtung eine circadiane Wirkung entfalten kommentiert. Warum das so ist, kann man einfach aus der Physik ableiten. Warum es schlimmer aussieht als aus der Physik erwartbar, kann man an der Sitzhaltung ablesen.

Fazit

Leider scheint es so, dass die Dortmunder trotz Tageslichts nicht einmal in die Nähe der 250 lx mel-EDI kommen. Wie sind die Chronobiologen aber auf 250 lx gefolgt von 10 lx am Abend und 0 lx in der Nacht überhaupt gekommen? Wie ich in dem Beitrag Gnadenlos global darstellte, müsste man die Spanier wohl das halbe Jahr in abgedunkelte Räume stecken, weil draußen zu viel Licht ist. Wer kann sich einem solchen Schlaf-/Wach-Rhythmus unterwerfen? Wie realistisch ist dieser Rhythmus z.B. für Dortmund mit echten vier Jahreszeiten?

Das Konzept hat gleich fünf fundamentale Schönheitsfehler;

  • Der vorgegebene Tag existiert in unseren Breitengraden bestenfalls ein paar Mal im Frühling und im Herbst
  • Ein erheblicher Teil der Arbeitskräfte leistet Nacht- und Schichtarbeit, ein noch größerer Teil verbringt den Abend vor dem Fernseher, im Theater, bei Freunden oder in Lokalen.
  • In Deutschland bereiten sich allenfalls Kleinkinder ab 19:00 Uhr auf den Schlaf vor.
  • Die Bildschirme, die man gerne abends benutzt (Fernseher, Computer, Tablets), produzieren fast genauso viel Licht wie die Beleuchtung am Tage.
  • Man muss die vorhandene Beleuchtung tagsüber um ein Mehrfaches erhöhen.

 

Gerüchte sagen, die Vorstellungen kommen nicht von ungefähr. Sie sind wohl auf der ISS ermittelt worden. Tatsächlich wurde das Papier der Chronobiologen zum ersten Mal von einem amerikanischen Professor präsentiert, der seit 1987 für die NASA forscht. Seine Schäfchen sind keine Normalbürger in deutschen Fabriken und Büros, sondern Astronauten, die man fit machen will für die lange Reise zum Mars. Diese sind keine Normalbürger oder Arbeitnehmer, sondern menschliche Versuchskaninchen, die ständig unter gesundheitlicher Kontrolle stehen. Auf der ISS gibt es keine Jahreszeiten und der Tag ist etwa 1,5 Stunden lang. Man kann ihn künstlich auf 24 h trimmen, indem man Teile verdunkelt.

Bei solchen Menschen und ihren Arbeitsverhältnissen kann man den propagierten Tagesrhythmus lässig einhalten. Auch die 250 lx mel-EDI. Über den Wolken gibt es viel Licht. Man muss eigentlich nur für Abdunkelung sorgen. Was empfehlen die Forschenden den Dortmundern, die nur geringe Chancen für einen Aufenthalt auf der ISS haben?

Ich zitiere wörtlich:

"Tageslicht als Gesundheitsressource

  • Erhöhung von TAT250 lx durch gezielte Außenaufenthalte
  • Tageslichtorientierte Arbeitsplatz- und Pausenkonzepte"

Wer also eine Beleuchtung erleben möchte, die ihn mit der Außenwelt in Harmonie halten soll, kann dies nur im Außenraum erreichen. Warum man Tageslichtorientierte Arbeitsplatz- und Pausenkonzepte braucht, hatten wir mit unserer Forschungsarbeit zu Licht und Gesundheit nachgewiesen. (Endbericht von 1998 download). Zuvor hatte das Tageslicht als Beleuchtung im deutschen Arbeitsschutz schlicht nicht existiert.

Ich müsste diesen Beitrag meinen Lehrern widmen, die meine Schulkameraden und mich in den 1950ern in jeder Pause gnadenlos auf den Hof jagten, außer bei heftigem Regen. Vermutlich hatten sie die Weisheit von ihren Lehrern geerbt.

Wer die wahren Quellen finden will, liegt hier richtig: Meanwhile in Old Germany …

[1] Timothy M. Brown, George C. Brainard, Christian Cajochen, Charles A. Czeisler, John P. Hanifin, Steven W. Lockley, Robert J. Lucas, Mirjam Münch, John B. O’Hagan, Stuart N. Peirson, Luke L. A. Price, Till Roenneberg, Luc J.M. Schlangen, Debra J. Skene, Manuel Spitschan, Céline Vetter, Phyllis C. Zee, Kenneth P. Wright Jr Recommendations for healthy daytime, evening, and night-time indoor light exposure

[2] MeLiDos ist ein EURAMET-Projekt und wird kofinanziert durch Horizon EU, Projekt Nummer: 22NRM05

[3] Die Berechnung einer vertikalen und einer horizontalen Komponente aus einer Lichtrichtung geht nur auf bei diffus reflektierenden Oberflächen wie beim Büropapier. Sowohl für die Modellierungswirkung des Lichteinfalls als auch für die nicht-visuelle Wirkung ist die tatsächliche Einfallsrichtung maßgeblich.

[4] Die Daten von Leuchten, mit denen ein Lichtplaner arbeitet, enthalten keine Leuchtdichten. Diese fließen in die Berechnung der Blendung ein. Allerdings sind die hierzu benutzten Daten keine Messwerte, sondern nur mit Hilfe der Lichtstärke errechnete „mittlere“ Leuchtdichten.

[5] Kai Broszio, Mathias Niedling, Martine Knoop und Stephan Völker: Nicht-visuelle Beleuchtung: Reichen integrale Messgrößen aus?, Lux Junior 2017, Dörnfeld

 

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Auswirkungen dynamischer Arbeitsplatzbeleuchtung auf chronischen Stress bei Schichtarbeitern: Eine longitudinale Interventionsstudie

Wissenschaft ist die Kunst,
sich von einem Irrtum zum nächsten zu irren,
bis man Heureka sagen darf.
Anonymus

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Der kommentierte Beitrag ist die Kurzfassung eines Vortrags beim 13. Symposium Licht und Gesundheit der BAuA gemeinsam mit der TU Berlin. Die Autoren sind Sophie Schümann, Robert Herold, Katarzyna Burek, Dirk Pallapies, Thomas Brüning, Thomas Behrens, Volker Harth, Sylvia Rabstein, vom Zentralinstitut für Arbeitsmedizin und Maritime Medizin (ZfAM), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE), Hamburg, und Institut für Prävention und Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, Institut der Ruhr-Universität Bochum (IPA), Bochum. Zu diesem Projekt gibt es eine vollständige Beschreibung auf der DGUV-Homepage (Project No. FF-FP 0444). Mehr zum Hintergrund dieser Studie hier zum Download.

Zielsetzung

Das Ziel dieser Arbeit ist der Nachweis von behaupteten biologischen Wirkungen  von dynamischer Beleuchtung statt einer statisch gleichbleibenden. Dieser Nachweis sollte bei der Schichtarbeit erbracht werden, die allgemein als Stressfaktor gilt, weil sie die circadiane Rhythmik des Menschen durcheinanderbringt. Da die Arbeit auch die sozialen Beziehungen des Menschen durcheinanderwirft, wäre ein solcher Nachweis enorm bedeutsam.

Schichtarbeit und atypische Arbeitszeiten stören den Tagesrhythmus und können zu erhöhtem chronischem Stress führen. Da Licht ein wichtiger Regulator des Tagesrhythmus ist, können gezielte Maßnahmen zur Beleuchtung am Arbeitsplatz dazu beitragen, solche negativen Auswirkungen zu mildern. Diese Studie untersuchte, ob dynamische Beleuchtung am Arbeitsplatz den langfristigen physiologischen Stress beeinflusst, gemessen anhand der Cortisolkonzentration im Haar (HCC) als Biomarker für chronischen Stress bei Schichtarbeitern.

Methoden

Die gewählte Methode wird in der Praxis selten angewandt, weil sie aufwendig ist. Dies betrifft insbesondere den Zeitaufwand. Es wurde eine nicht randomisierte komparative Längsschnittstudie unter Schichtarbeitern eines deutschen Herstellers durchgeführt. Zwei Montagehallen wurden mit unterschiedlichen dynamischen Beleuchtungsszenarien ausgestattet: eine im Zwei-Schicht-System (Früh- und Spätschicht) mit erhöhter melanopischer Tageslichtäquivalentbeleuchtungsstärke (MEDI) am Morgen und reduzierter MEDI am Abend, und eine weitere im Drei-Schicht-System (Früh-, Spät- und Nachtschicht) mit dynamischer Nachtbeleuchtung, die die MEDI in der ersten Hälfte der Nachtschicht erhöhte und in der zweiten Hälfte reduzierte. Die Teilnehmer der Vergleichsgruppe wurden aus verschiedenen Abteilungen des Unternehmens rekrutiert, in denen keine Beleuchtungsänderungen vorgenommen wurden.

Nach der Basisuntersuchung T0 (10/2021–11/2021) wurde die Beleuchtung im Dezember 2021 umgestellt. Im Vergleich zur Ausgangssituation wurde in der Montagehalle 1 die melanopische Tageslichtäquivalenz (MEDI) morgens durch Variation der Lichtfarbe und des Lichtstroms dynamisch erhöht und gegen Abend wieder gesenkt. In der Montagehalle 2 wurde die Beleuchtung in der ersten Hälfte der Nachtschicht dynamisch erhöht und ab der Mitte der Nachtschicht wieder reduziert. Für die Analyse der kurzfristigen Auswirkungen wurden die Basis-T0-Messungen mit den ersten Folge-T1-Messungen (01/2022-02/2022) verglichen. Die längerfristigen Auswirkungen wurden mit weiteren Feldphasen ein Jahr nach T0 und T1 (T2: 11/2022, T3: 01/2023) untersucht.

Nach T1 wurden weitere Teilnehmer für die Vergleichsgruppe rekrutiert. Aus allen Teilnehmern der Vergleichsgruppe wurde eine randomisierte Untergruppe gebildet, um die Wirkung individueller Beleuchtungsempfehlungen in der Freizeit zu untersuchen, wobei T2 als Ausgangsbasis und T3 als Follow-up dienten. Die Empfehlungen wurden nach T2 und in T3 individuell über Studienhandys und andere Methoden kommuniziert. Die gesundheitlichen Endpunkte wurden sowohl anhand objektiver Messungen (Aktigraphie, Hormonspiegel in Speichel und Haaren, psychomotorische Wachsamkeit in der Mitte der Schicht) als auch anhand subjektiver Messungen (Schläfrigkeit, individuelle Wahrnehmung der Beleuchtung) bewertet. Darüber hinaus wurden photometrische Messungen am Arbeitsplatz sowie individuelle Lichtmessungen durchgeführt. Die statistischen Analysen umfassten die Verwendung von Algorithmen zur Ableitung der Endpunkte, multiple Imputationsmethoden und deskriptive Analysen. Je nach Endpunkt umfasste die orientierende Modellierung gemischte Modelle unter Berücksichtigung der wiederholten Messungen pro Person und der Anpassung für wichtige Störfaktoren.

Als Stressmarker wurde die Konzentration von Kortisol im Haar (HCC) als potenzieller biologischer Marker für chronischen Stress untersucht. HCC wurde bei anderen Untersuchungen als geeigneter Marker eingestuft, z.B. hier1M. Heming, P. Angerer, UM Nater, N. Skoluda, J. Weber : Selbstberichteter Stress und Haarkortisol bei Medizinstudierenden in Deutschland – eine Querschnittsstudie, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11248595/

Insgesamt wurden zwischen November 2021 und Februar 2023 173 Haarproben von 47 Teilnehmern an vier Messpunkten gesammelt. Der HCC-Wert wurde mittels Immunoassay bestimmt. Lineare gemischte Modelle (LMMs) der logarithmisch transformierten HCC-Werte wurden verwendet, um die Auswirkungen der dynamischen Beleuchtung und der Zeit zu bewerten, wobei Geschlecht, Alter, Body-Mass-Index, vorherrschendes Schichtsystem, Führungsposition und Arbeitsanforderungen berücksichtigt wurden.

Ergebnisse

Eine dynamische Beleuchtung am Arbeitsplatz veränderte zwar die melanopische Lichtexposition wirksam, führte jedoch nicht zu messbaren Veränderungen des langfristigen physiologischen Stresses bei Schichtarbeitern. Der allgemeine Rückgang des HCC könnte kontextuelle Einflüsse widerspiegeln, wie beispielsweise die Lockerung der Pandemie-Beschränkungen und damit verbundene Stressfaktoren.

Bewertung

Die Forschenden scheinen nach der eigenen Bewertung nicht sehr glücklich mit dem Ergebnis zu sein: "Die ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Interventionen keine negativen Einflüsse auf die Gesundheit haben. In Teilaspekten gibt es Hinweise auf eine positive Wirkung. " Das muss man allerdings an der Schwere der Aufgabe messen, die da Schichtarbeit heißt. Man sollte das Endergebnis lesen, wie es ist: Es ist nicht gelungen, den Nachweis zu führen, dass eine dynamische Beleuchtung die Folgen der Nachtarbeit ausgleichen kann.

 

 

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Wie kommt das Grauen in deutsche Büros?

Gedeckte Farben im Büro sind wichtig –
falls die Arbeit stockt,
kann man sich wenigstens
harmonisch langweilen..
Anonymus

Historisches

Ein Artikel von mir mit diesem Titel erschien in Mensch und Büro, einem ehemaligen Lifestyle-Magazin für das gehobene Büro zu Beginn der 1990er-Jahre. Danach durfte ich in gewissen Abständen ähnliche Artikel schreiben, die die Farblosigkeit von Büros thematisierten. Sie beruhten auf zahlreichen Betriebsstudien und Recherchen, die ich anstellte, weil ich nicht glauben wollte, dass das Grau systematische Ursachen hatte.

Die untersuchten Ursachen reichten in die 1950er-Jahre zurück, als das Bürowesen und die Beleuchtungstechnik neu geordnet wurden. Die DIN 4549 wurde erstmals im März 1954 herausgegeben. Sie trug den Titel "Schreibtische für Büro und Verwaltung" und legte die Grundlagen für das, was wir heute als Standard-Büromöbel kennen. Sie diente dem Zweck, die Maße (Höhe, Breite, Tiefe) zu vereinheitlichen, um Schreibtische mit genormten Schubladenelementen und Aktenordnern (DIN 476/ISO 216) kompatibel zu machen. Dies sollte sich erst wieder 1982 grundsätzlich ändern. Der Anlass war die Computerisierung der Bürowelt.

Auch die Beleuchtungstechnik wurde 1953 mit DIN 5035 Innenraumbeleuchtung mit künstlichem Licht neu geordnet. Auch hierzu folgte die relevante Änderung mit DIN 5035-7 im Jahr 1988. Zum grauen Look verhalf ebenso eine Technik, die schwer mit Normen regelbar ist: die Informatik. Diese beherrschte mit Beginn in den 1960ern zunehmend die Szene: Fernschreiber, Computerterminals, Drucker, Kopierer, PCs…

Der Vierte im Bunde war ein Werkstoff: Beton. Nicht als Material der Skelette, die später die Büros aufnahmen, sondern das Gesicht des Brutalismus, béton brut. Die Epoche des Brutalismus ist eine der markantesten und zugleich umstrittensten Phasen der modernen Architektur. Sie entwickelte sich ab den 1950er Jahren und prägte das Stadtbild weltweit bis in die Mitte der 1970er Jahre. Beton hat diverse gute Eigenschaften, aber eine schlechte: Er sieht immer grau aus, zementgrau, silbergrau oder anthrazit. Bei der Farbgebung spielt sogar die Herstellung eine Rolle, die Verschalung der Form verewigt sich durch den Beitrag des Schalöls zur Farbe der Fassade.

Exakt in diesem Zeitraum (Mitte der 1970er) wurden die Computer in den Büros sichtbar, und zwar in den Großraumbüros, die die prominentesten Artefakte des Brutalismus waren. Dahinter steckte eine gewisse Systematik, die man später nur schwer verstehen konnte. Die damaligen Benutzer der Computer kamen in den Genuss des zweifelhaften Vergnügens, die Großraumbüros zu besiedeln, weil man glaubte, Menschen mit repetitiven Tätigkeiten könne man in solche Räume stecken, während Personen mit höheren Aufgaben Einzel- oder Doppelzimmer geniessen durften.

Die damaligen Büros waren aus einem anderen Grund kompakt gebaut, den man heute sehr gerne vergisst: Die maximale Entfernung zwischen einem Computer und einem Terminal, an dem der Mensch sitzt, durfte maximal 30 m sein. Die Terminals wurden mit einem Koaxialkabel mit dem Computer verbunden, das nahtlos sein musste. Kompakt heißt auch, ohne viel Tageslicht. Der Ersatz, das Kunstlicht, konnte Farben nur schlecht wiedergeben, weil Lampen mit sehr guter Farbwiedergabe sehr viel mehr Strom brauchten.

Beitrag der Entwicklungen zum Grauen

Wenn ein solcher Beitrag in einem Lichtblog erscheint, liegt die Annahme nahe, dass Licht die Hauptrolle spielen würde. Das ist aber falsch, weil eine Eigenschaft der Beleuchtung zwischen 1953 und 2026 keinerlei grundsätzliche Änderungen erfahren hat: Alles Licht, das für allgemeine Beleuchtungszwecke dient, ist (mehr oder weniger) weiß. Zwar wird ein Farbfachmann Weiß immer als eine Graustufe sehen. Dem ist es aber nicht so. Denn man sieht kein Licht, sondern nur dessen Reflexion. So wird eine Fläche mit roten Pigmenten bei weißem Licht eben rot aussehen. Die Lichtqualität bestimmt, wie rot man sie sieht. Es sei denn, Rot fehlt in dem Spektrum wie z.B. tief im Wasser, dann sieht alles Rote schwarz aus. Entscheidend sind also die Reflexionseigenschaften der Möbel, der Geräte und der Wände im Innenraum.

Die Einführung der Computer war da sehr wirksam für die Farbgebung. Dies fing mit einem Forschungsvorhaben an, das ich mit drei Kollegen ausführte.[1] Der Auftraggeber der Studie war der Bundesminister für Arbeit und sorgte dafür, dass die Ergebnisse in die Praxis einflossen. Noch wirksamer war der Wunsch der deutschen Arbeitgeber, die Diskussion über die gesundheitliche Belastung der Computerarbeit zu kontrollieren. Diese bewirkten die Erarbeitung einer Sicherheitsregel für Bildschirmarbeitsplätze.[2] Am mächtigsten wirkte ein Urteil des Bundesarbeitsgerichts vom 6. Dezember 1983.

Das sogenannte Nikolaus-Urteil des Bundesarbeitsgerichts (BAG) vom 6. Dezember 1983 (Az. 1 ABR 43/81) ist ein Meilenstein der deutschen Arbeitsrechtsgeschichte. Es markiert den Zeitpunkt, an dem der Betriebsrat nach Meinung vieler eine echte Mitspracherechte bei der Einführung moderner Computertechnik erhielt. Die Gewerkschaften sahen in dem Urteil aber eine Katastrophe, weil das Urteil eine Gesundheitsgefährdung nur dann sah, wenn die Gestaltung des Arbeitsplatzes von den Sicherheitregeln abwich. Also musste alles nach diesen Regeln gestaltet werden, um ein Mitbestimmungsrecht des Betriebsrats auszuschließen. Nunmehr hatte der Betriebsrat allerdings das Recht, alle Änderungen im Büro prüfen zu lassen, ob sie denn den Sicherheitsregeln genügten. Ein Pyrrhussieg, wie er im Buche steht.

In den Regeln stand die Erläuterung dazu: “Bildschirm-Arbeitsplätze im Bürobereich sind Arbeitsplätze mit Einrichtungen, die grundsätzlich den Festlegungen der "Sicherheitsregeln für Büro-Arbeitsplätze" (ZH 1/535) entsprechen müssen. ... Unfall- und Gesundheitsgefahren können nach dem derzeitigen Erkenntnisstand vermieden werden, wenn die Arbeitsmittel am Bildschirm-Arbeitsplatz und die Arbeitsplatzumgebung den Festlegungen dieser Sicherheitsregeln entsprechen.“

Wie das Grauen seinen Lauf nahm

Damit war eine lichttechnische Größe im Arbeitsrecht angekommen: Reflexionsgrad.  Zwar stand in den Sicherheitsregeln nichts von Grau, aber dies: „Die farbliehe Gestaltung muss einem Reflexionswert zwischen 15 und 75 % entsprechen. Empfohlen werden mittlere Werte zwischen 20 und 50%.“

Das Grauen folgte erst später durch die Interpretation, insbesondere bei der IBM. Diese Firma verfolgt stets das Prinzip, in keinem Land der Erde gegen die örtlichen Gesetze zu verstoßen. Dazu gehören auch die Normen des Landes. IBM wollte erstens in Deutschland sichergehen, und zweitens in allen Ländern, die dem Beispiel Deutschlands folgen könnten. So gab man den Designern Order, alle Geräteoberflächen mit einem Reflexionsgrad von 0,45 zu versehen. Tatsächlich konnte ich fast immer und überall an IBM-Geräten 0,43 messen, was in der Messunsicherheit liegt. In der Welt der Farben und Architektur gilt dieser Wert als mittlere Helligkeit. Er liegt fast exakt im Zentrum der Skala zwischen Schwarz (0) und Weiß ( 1 bzw. 100%).[3]

In dem besagten Bereich liegen die Farben „Betongrau“ oder „Steingrau“, aber auch viele Salbeigreens, Terracotta-Nuancen oder kräftige Beigetöne. Die Presse nannte die neue “Standardfarbe” verächtlich Computerschmuddelgrau, während die amerikanischen Hersteller von Humbug-Gray sprachen. Humbug war abgeleitet von Hamburg, dem Sitz der Berufsgenossenschaft, die die Sicherheitsregeln erlassen hatte.

Ein weiterer Großkonzern, die Siemens AG, hatte diesbezügliche Anweisungen an die Designer aus einem ähnlichen Grund erlassen. Sie hatte festgestellt, dass ihre Fernschreiber in ca. 200 Ländern eingesetzt wurden, in denen jeweils andere Vorstellungen von Farben und Farbgebungen herrschten. Um nirgendwo anzuecken, sollten die Geräte unbunt sein. Damit sie trotzdem ein Gesicht hatten, sollte Kontrast hinein. Daher waren die Siemens-Geräte Schwarz/Grau oder Grau/Schwarz gewesen. Als dann die Sache mit den Sicherheitsregeln kam, wurden sie Beige, aber nicht so kräftig, damit sie nicht auffielen.

Ein weiterer Konzern, genau gesagt der Besitzer des Konzerns, hatte es mit der Unauffälligkeit. Heinz Nixdorf befahl seinen Designern, nur graue und kleine Geräte zu bauen, weil er meinte, die Menschen würden Computer nicht mit offenen Armen empfangen. Hersteller wie HP, Dell oder Canon folgten später willig dem Trend, denn wenn man nur eine Gehäusefarbe produziert, sinken die Logistik- und Lagerkosten drastisch.

Die ganze Sache erwischte die Hersteller von Büromöbeln auf dem falschen Fuss. Diese wollten das alte Eichehell ihrer Tische mit Farben aufpeppen und so einen Kontrast zu den Sichtbetonflächen der Büros setzen. Die Büros waren daher gegen Ende der 1960er Jahre sehr bunt geworden. Nunmehr kam die Kehrtwende, die durch die Erfahrungen der Büroplaner beschleunigt wurde. Wenn man ein gutes Farbkonzept realisiert hat, kann man später davon nicht ein wenig abweichen. Entweder bleibt man dem Konzept treu oder man macht alles neu. Das Letztere ist jedem Kaufmann zuwider, aber auch jedem Menschen, der rational denkt.

Sehr hilfreich erwies sich dabei die (Wieder-)Entdeckung von Melamin als Tischoberfläche. Als Resopal hatte es den Nierentischchen der 1950er Jahre gedient und die Küchen gepflastert. Jetzt waren die Büros dran. Und zwar passend zum Computerschmuddelgrau und fast mit dem gleichen Reflexionsgrad. Ein grauer Drucker passt zu einem grauen Laptop von einem völlig anderen Hersteller. Grau „beißt“ sich mit nichts.

Die einzigen Hersteller, die mit Farben experimentierten, waren die Bürostuhlhersteller. Leider sieht es niemand, wenn alle Stühle besetzt sind.

Für alle sollte später eine Anforderung der DIN 5035-7:1988 gelten: Größere Flächen, die sich im Bildschirm spiegeln könnten, wozu alle Wände gehören, müssen einen Reflexionsgrad zwischen 0,3 und 0,5 haben. Ich weiß nicht, ob jemand schon einmal einen Raum mit Wänden mit einem Reflexionsgrad von 0,3 gesehen hat? So etwas gibt es z.B. in Etablissements, wo man vieles besser nicht sieht, oder in Mahagoni-getäfelten Kabinetts, wo man sich zum Zigarrenrauchen zurückzieht. Mit dieser Norm wurde alles, was sich in einem Bildschirm reflektieren könnte, zum Problem erklärt. Dazu gehörte selbst die helle Oberbekleidung. Zum Glück hat die Norm nicht versucht, Bekleidungsvorschriften am Bildschirm zu etablieren. Bei wortgetreuer Anwendung war die Norm aber geeignet, jeden Arbeitsraum zu einem Ort des Grauens zu gestalten. Die naheliegende Lösung, die bereits in den besagten Sicherheitsregeln schon 1980 eingearbeitet worden war, Bildschirme optisch zu entspiegeln und mit einem hellen Hintergrund zu versehen, war für die lichttechnische Industrie zu effizient.

Des Grauens Ende?

Manchem designorientierten Hersteller geht das Ganze gehörig auf den Senkel. Zwar hatten skandinavische Hersteller bereits in den 1950ern auf Farbe gesetzt (Facit aus Schweden). Die Farben waren aber sehr dezent, z.B. helles Lindgrün. Einen gewaltigen Paukenschlag setzte es 1998: Der erste iMac – offiziell der iMac G3 – war der Befreiungsschlag für Apple und markierte 1998 das Ende der „grau-beigen Ära“, über die ich gerade bei den Bürogeräten schrieb. Die erste Ausgabe erschien in Bondi Blue (einem blau-grünen Transparent-Look), benannt nach dem Wasser am Bondi Beach in Australien. Es folgten fünf weitere Farbkonzepte, die Apple flavor nannte, also Geschmacksrichtung, Strawberry, Blueberry, Grape, Lime und Tangerine – ein direkter Angriff auf das triste Einheitsgrau der IT-Welt. Der direkte farbliche Partner des Bondi Blue kam 2000 mit dem MacOS X auch auf die Bildschirme: Aqua. Es war die radikale Abkehr vom grauen, flachen „Fenster-Design“ der 90er Jahre und ein Meilenstein des Skeuomorphismus (Design, das reale Materialien nachahmt).

Der iMac rettete Apple vor dem fast sicheren Bankrott. Die Geräte waren fast so bunt wie das damalige Apple-Logo. Dies war wohl das ikonischste Logo, entworfen von Rob Janoff. Es sollte den Apple II bewerben, der als einer der ersten Computer Farben auf dem Monitor darstellen konnte. Die Farben waren (von oben nach unten) Grün, Gelb, Orange, Rot, Violett, Blau.

Damit war aber bald Schluss, auch mit den Flavors von Apple. Die Farbkonzepte zu beliefern hatte sich zu einem logistischen Alptraum entwickelt. Das konnte sich nicht einmal die Firma Apple leisten, die sich von einer Pleitefirma (1988) zum wertvollsten Unternehmen der Welt gemausert hat. Das Produkt, das nicht nur Apple veränderte, das iPhone, kam mit einem gebürsterten Metall-Look (Skeuomorphismus). Hat der einstige Pionier des Computers mit dem Regenbogen  Menschlichkeit, Benutzerfreundlichkeit, Farbgrafik-Pionierarbeit ausdrücken wollen, will er seitdem Präzision, Hochwertigkeit, zeitlose Eleganz ausstrahlen.

Bleibt am Ende doch alles Grau?

Unermesslich grau, damit man seine Ruhe hat?

Im neuen Jahrhundert hat sich eine an sich erfreuliche Folge der Computerisierung zu einer Pest entwickelt: Moderne Büros sind unheimlich leise geworden, weil die lärmenden Maschinen fehlen. Das hat sich zwar bereits in den 1970ern angekündigt. Aber man dachte damals, das Problem beträfe nur wenige. Tatsächlich gab es in vielen Büros noch “Lärmquellen” wie raschelndes Papier oder Tastaturen, die angeblich mit Pieptönen besser funktionierten. Hier und da hantierte jemand noch mit einem Locher, der zum Inventar des Beamtendreikamps gehörte. Auch die weiteren Gerätschaften, die diesem Arsenal zugezählt werden, Bumser und Heftordner, haben die Szene verlassen.

Sie sind alle einem neuen “Werkzeug” gewichen, der menschlichen Stimme. Diese ist praktisch die einzige Lärmquelle, die übriggeblieben ist. Dummerweise ist sie auch das Werkzeug, mit dem man arbeitet. Anders als alle anderen Lärmquellen, die uns stören, greift die menschliche Sprache direkt in den Arbeitsablauf ein. Alle Menschen, die denken, schreiben, lesen oder tippen, werden von der inneren Stimme geleitet, die sehr störempfindlich ist.

So werden immer mehr Büros mit Schallpaneelen ausgestattet. Obwohl diese eigentlich jede Farbe haben können, greift das vollkommen ungeschriebene Gesetz, das hinter diesem Beitrag steckt: Grau beißt sich mit nichts! Ergo sehen immer häufiger Büros aus wie in diesem Bild

Die Farben dieses Bildes geben noch nicht alles wieder, was die bessere Akustik uns kostet. Wie in dem Beitrag Beleuchtungsstärke(n) dargestellt, ist die Vertikalbeleuchtungsstärke (bzw. alternativ die zylindrische) verantwortlich für die visuelle Kommunikation zwischen den Menschen in einem Raum. Diese Beleuchtungsstärken entstehen weitgehend durch Reflexionen  an den Wänden und auf den Möbeln. Sie können  in dem abgebildeten Raum gar nicht entstehen.

Selbst wenn es diese Beleuchtungsstärken physikalisch gäbe, würde man den Kollegen oder die Kollegin nur seitlich sehen, weil die Paneele nicht nur grau, sondern auch noch intransparent sind. Man blickt, wenn überhaupt, in Gesichter, auf die ein fahles graues Licht fällt, das von den Akustikschirmen reflektiert wird.

Die Akustikpaneele machen nicht nur die Arbeit des Lichtplaners zunichte. Sie verhindern auch die Ausbreitung des Tageslichts. Wenn man sie ungünstig anbringt, stören sie auch die Luftzirkulation.

Warum keine farbigen Schallschirme?

Man kann Schallschirme nicht nur in jeder Farbe kaufen, sondern sogar mit Gemälden darauf. Aber auch für sie gilt, woran selbst Apple gescheitert ist, Logistik. So kann man farbige Akustikpaneele nur auf Bestellung produzieren. Was man nicht kann, ist auch den bunten Büromöbeln zum Verhängnis geworden: Man kann die Farben später nicht mehr ändern. Entweder bleibt man seinem Farbkonzept treu oder macht alles neu. Allzu eng darf man mit dem Farbkonzept auch nicht sehen, denn die Struktur der Oberfläche von Schallschirmen kann man nicht frei wählen. Diese wird durch die erwünschte Funktion vorgegeben.

Bei diesen Objekten muss man noch dazu auf ihre Funktionalität achten. Schallschirme, die vor der Sprache schützen sollen, wirken nur, wenn sie vor der sprechenden Person platziert werden. Wer möchte die nächsten 10 oder 20 Jahre auf dasselbe Bild gucken?

Es gehört zwar nicht in ein Büro. Aber man kann sich ein Bild daraus machen, was passiert, wenn man der lieben Akustik zuliebe sichtbare Flächen anders formt, als man in freier Wahl tun würde. Dieses Bild stammt aus der Elphi in Hamburg. Die Wände und manche Deckenteile verdanken ihre Form der Akustik. Für mich eine erhebliche Einschränkung der Formgebung.

Bürodesign heute

Das Grau der 1990er ist heute passé. Der moderne Büroplaner greift zu Greige. Greige? Das ist Grau und Beige zusammen. Die 1980er sind wohl noch nicht ganz vorbei. Wer herausstechen will, nimmt sogar Weiß. Allerdings kann man bei Bürokonzepten wie Recimercial Design nicht auf Weiß setzen, Cremeweiß & Buttergelb oder Salbeigrün & Waldgrün sind in. Auch die ursprünglichen Resopaloberflächen strahlen heute in Eiche & Nussbaum, so auch zuweilen in Echtholz.

Neo-Mint gefällig, ein sehr helles, fast futuristisches Grün, das Frische und Technologie verbindet. Oder ein sanftes Koralle? Soll Optimismus in Team-Bereiche bringen, ohne die Augen zu überfordern. Möglicherweise nicht in alle Team-Bereiche.

Wenn es einem allzu bunt wird, ist zwar das alte Grauen weg, aber manchem Innenarchitekten graut es aus anderen Gründen.

[1] Cakir, A. et al Untersuchungen zur Anpassung von Bildschirmarbeitsplätzen an die physische und psychische Funktionsweise des Menschen, BMAS, Bonn, 1978

[2] ZH1/618 „Sicherheitsregeln für Bildschirmarbeitsplätze im Bürobereich“, VBG, Hamburg, 1980

[3] Die Angaben von Reflexionsgraden in der Lichttechnik entsprechen nicht der Helligkeitswirkung