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Helligkeitsangaben bei Projektoren (ANSI-Lumen, ISO 21118, Angaben ohne Normbezug)

Wie kommt die Lumenzahl auf einem Projektor-Datenblatt zustande — und was ist sie wert?

Die Helligkeit eines Projektors steht als Lichtstrom in Lumen im Datenblatt. Was diese Zahl wert ist, hängt daran, nach welchem Verfahren sie gemessen wurde — ohne einen solchen Bezug ist sie keine Angabe, sondern eine Behauptung.

In jedem Projektor-Prospekt steht eine Helligkeitszahl, und je größer sie ist, desto besser klingt das Gerät. Nur lässt sich diese Zahl auf ganz verschiedene Weise gewinnen: Die einen geben an, wie viel Licht auf der Bildfläche ankommt, die anderen nur, wie viel die Lichtquelle im Inneren abgibt. Zwei Zahlen sind erst dann vergleichbar, wenn sie auf dieselbe Weise entstanden sind — ähnlich wie beim Spritverbrauch eines Autos, wo die Angabe erst etwas sagt, wenn Du weißt, ob sie auf der Autobahn oder im Stadtverkehr gemessen wurde. Achte deshalb weniger auf die Höhe der Zahl und mehr darauf, ob ein Messverfahren daneben steht.

Ausführliche Erklärung

Das Lumen ist die Einheit des Lichtstroms und damit ein Maß dafür, wie viel Licht eine Quelle insgesamt abgibt; wie sich diese Größe zu Lux und zu Candela je Quadratmeter verhält, führt der Eintrag zu Leuchtdichte und der photometrischen Größenkette aus. Auf einem Datenblatt steht hinter dieser Einheit eine Zahl, die auf sehr unterschiedlichen Wegen entstanden sein kann. Zwei dieser Wege sind belastbar, weil hinter ihnen eine veröffentlichte Messvorschrift steht: „ANSI-Lumen" als eingebürgerter Name des Neun-Punkt-Verfahrens, benannt nach dem American National Standards Institute, und die Norm ISO/IEC 21118.

Neun Punkte auf einem weißen Bild

Beide Bezüge zielen auf dieselbe Größe: das Licht auf der Bildfläche und nicht das im Gerät. Im Einzelnen belegt ist das Verfahren der ISO/IEC 21118 — herausgegeben von der International Organization for Standardization und der International Electrotechnical Commission —, und dort steht es im normativen Anhang B.

Der Projektor wirft ein vollflächig weißes Bild auf einen weißen Messschirm. Dieses Bild wird gedanklich in ein Raster aus neun gleich großen Feldern geteilt, und in der Mitte jedes Feldes misst ein Beleuchtungsstärkemessgerät, wie viel Licht dort ankommt — der Messwert je Punkt steht in Lux. Aus den neun Werten wird der Mittelwert gebildet und mit der Bildfläche in Quadratmetern multipliziert. Das Ergebnis ist der Lichtstrom in Lumen.

Das ist genau die Rechnung von der Beleuchtungsstärke zurück zum Lichtstrom, die auf der Formelseite zum Projektor-Lichtstrom in die andere Richtung läuft. Die neun Punkte haben dabei einen Grund: Ein Projektor leuchtet die Bildmitte heller aus als die Ecken, und ein einzelner Messpunkt in der Mitte würde das Gerät heller aussehen lassen, als es über die Fläche ist.

Interessanter als das Raster sind die Bedingungen drumherum, denn sie sagen, welchen Betriebszustand die Zahl beschreibt:

Der Zoom steht am Weitwinkel-Ende, der Fokus auf schärfster Darstellung. Am Weitwinkel-Ende ist die Optik am lichtstärksten.
Helligkeit und Kontrast sind so eingestellt, dass auf einem Graustufen-Testbild acht Stufen unterscheidbar bleiben — die Stufen bei 0, 5, 10, 15, 85, 90, 95 und 100 Prozent. Damit fällt eine auf Maximalhelligkeit gedrehte Einstellung aus, in der die hellen Graustufen zu Weiß zusammenlaufen. Ein kalibrierter Bildmodus im Sinne der Bildkalibrierung ist damit trotzdem noch nicht verlangt — die Bedingung setzt eine Untergrenze und keinen Sollzustand.
Das Restlicht im Raum wird abgezogen. Die Norm empfiehlt eine Umgebungsbeleuchtung von höchstens 5 Lux und rechnet den gemessenen Umgebungsanteil aus dem Ergebnis heraus.
Die Lichtquelle ist neuwertig, das Gerät läuft bei Nennspannung in einem Raum zwischen 18 und 28 Grad Celsius, und gemessen wird zügig, sobald sich die Helligkeit stabilisiert hat.

Daraus folgt die praktisch wichtigste Eigenschaft der Zahl: Sie beschreibt einen sauber definierten Bestfall ab Werk. Im kalibrierten Bildmodus und nach einigen hundert Betriebsstunden liefert dasselbe Gerät weniger. Was das für die Auslegung bedeutet, steht auf der Formelseite zum Projektor-Lichtstrom.

Was die Norm zusätzlich verlangt

ISO/IEC 21118 ist mehr als eine Messvorschrift. Erarbeitet hat sie das gemeinsame Normungsgremium ISO/IEC JTC 1/SC 28, zuständig für Büro-Geräte — daher der Normtitel, der von „data projectors" spricht und nicht von Heimkinoprojektoren. Was sie regelt, ist das Datenblatt: welche Angaben ein Spezifikationsblatt für einen Frontprojektor enthalten muss, in welchen Begriffen und unter welchen Bedingungen gemessen. Die dritte Ausgabe stammt vom Februar 2020 und hat die Entwicklung der Lichtquellen (Laser, LED), die Anschlussvielfalt und die höheren Auflösungen nachgezogen.

Drei Festlegungen daraus haben unmittelbar mit dem Gerätevergleich zu tun.

Die Lichtstromangabe ist Pflicht. In der Angabentabelle der Norm steht sie als geforderte Position: Der Lichtstrom auf der Bildfläche ist zu messen und anzugeben. Ein Datenblatt, das sich auf diese Norm beruft, muss außerdem die Konformität ausweisen und die Begriffe der Norm verwenden. Das ist der eigentliche Wert des Normbezugs — er macht zwei Datenblätter überhaupt erst nebeneinanderlegbar.

Der angegebene Wert ist ein Produktionsmittelwert. Die Norm verlangt für Lichtstrom, Kontrastverhältnis und Randausleuchtung ausdrücklich Mittelwerte über die Produktion. Der Datenblattwert beschreibt damit die Serie und kein bestimmtes Exemplar.

Bei Auslieferung gilt eine Untergrenze von 80 Prozent. Für dieselben drei Angaben legt die Norm fest, dass ein Gerät zum Zeitpunkt des Versands mindestens 80 Prozent des Datenblattwerts erreichen muss. Ein einzelnes Exemplar darf ab Werk also bis zu ein Fünftel darunter liegen, ohne dass das Datenblatt falsch wäre. Dieselbe Zahl ist der Ursprung des verbreitetsten Irrtums über Lumenangaben.

Für das Kontrastverhältnis ist die Angabe nach dieser Norm freiwillig — wer sie macht, muss allerdings die Messbedingungen nennen. Genau daran scheitern die Kontrastzahlen auf vielen Datenblättern.

Angaben ohne Normbezug

Neben den beiden belastbaren Bezügen kursieren Zahlen, hinter denen keine veröffentlichte Messvorschrift steht: „LED-Lumen", „Laser-Lumen", „Lichtquellen-Helligkeit", „Lichtstrom der Lichtquelle" oder schlicht eine Lumenzahl ohne jeden Zusatz. Was diese Begriffe gemeinsam haben, ist eine Definitionsfrage und keine Messfrage: Sie beziffern nicht das Licht, das nach einem veröffentlichten Verfahren auf der Bildfläche ankommt.

Der Unterschied ist der Weg durch das Gerät. Zwischen der Lichtquelle und der Leinwand liegen Farbrad oder Farbfilter, Bildwandler, Objektiv und das Bildformat — jeder dieser Schritte kostet Licht. Eine Angabe, die vor diesem Weg abgreift, liegt zwangsläufig über dem, was auf der Bildfläche ankommt. Wie weit darüber, hängt am Gerät und lässt sich von außen nicht beziffern.

Die einzige Prüfung, die in der Praxis weiterhilft, ist deshalb eine Frage: Steht ein Messverfahren dabei? Wer es nennt, lässt sich überprüfen. Wer es weglässt, gibt eine Zahl heraus, gegen die niemand etwas einwenden kann — und genau das ist ihr Zweck.

Wenn das Objektiv wechselbar ist

Bei Geräten mit Wechseloptik gilt die Datenblattzahl der Kombination aus Gehäuse und Objektiv — was daraus folgt, steht beim Lichtstrom je Objektiv.

Häufiges Missverständnis

Hartnäckig hält sich die Behauptung, ISO-Lumen und ANSI-Lumen seien zwei verschiedene Einheiten, die sich mit einem festen Faktor ineinander umrechnen ließen: ISO-Lumen gleich 0,8 mal ANSI-Lumen. Es kursieren dazu sogar Umrechner im Netz. Die Zahl 0,8 hat einen realen Ursprung, aber einen ganz anderen.

Die 80 Prozent stehen in der Norm, und dort beschreiben sie die Fertigungsstreuung: Ein einzelnes ausgeliefertes Gerät muss mindestens 80 Prozent des Datenblattwerts erreichen, weil der Datenblattwert ein Mittelwert über die Produktion ist. Die Angabe verknüpft ein Exemplar mit der Serie desselben Herstellers. Sie verknüpft nicht zwei Messverfahren miteinander.

Zwei verschiedene Lumen gibt es ohnehin nicht. Das Lumen ist eine abgeleitete Einheit des Internationalen Einheitensystems und in beiden Fällen dieselbe; was sich unterscheidet, sind die Bedingungen, unter denen gemessen wird — Bildmodus, Zoomstellung, Umgebungslicht, Alter der Lichtquelle. Solche Unterschiede fallen von Gerät zu Gerät anders aus und ergeben deshalb keine feste Relation. Ein allgemeingültiger Umrechnungsfaktor hat in der Norm keine Grundlage.

Nützlich bleibt die Zahl trotzdem, nur an anderer Stelle: Sie sagt Dir, mit welcher Serienstreuung Du beim eigenen Exemplar rechnen musst. Wer den Lichtbedarf so knapp auslegt, dass 80 Prozent des Datenblattwerts nicht mehr reichen würden, plant ohne Reserve.

Nicht zu verwechseln mit

Leuchtdichte: Wie hell die Bildfläche für den Betrachter aussieht, in Candela je Quadratmeter. Das ist die Größe, die dem Helligkeitseindruck entspricht — der Lichtstrom des Projektors ist nur eine ihrer Voraussetzungen, neben Bildgröße und Leinwand-Gain.
Zielleuchtdichte: Der Sollwert, mit dem eine Bildplanung anfängt. Er steht am Anfang der Rechnung, die Lumenangabe am Ende.
Kontrastverhältnis: Das Verhältnis von Weiß zu Schwarz. Ein heller Projektor ist deswegen noch kein kontraststarker; beide Angaben beschreiben verschiedene Eigenschaften und werden verschieden gemessen.
Beleuchtungsstärke: Das Licht, das je Quadratmeter auf einer Fläche ankommt, in Lux. Sie ist die Größe, die im Neun-Punkt-Verfahren tatsächlich gemessen wird — im Datenblatt steht dann der daraus gerechnete Lichtstrom.

In der Planung

Auf dem Tisch liegen zwei Datenblätter. Das eine nennt 2.500 Lumen und setzt „ANSI" davor, das andere 3.800 Lumen ohne jeden Zusatz. Die Frage des Kunden ist naheliegend: Warum das schwächere Gerät?

Die Antwort beginnt eine Stufe vor dem Vergleich der beiden Zahlen. Zwei Größen zählen: wie kontrolliert das Licht in diesem Raum ist und wie groß das Bild werden soll; daraus folgt die Zielleuchtdichte. Dann kommt das Verfahren: Aus Bildfläche, Zielwert und Leinwand-Gain ergibt sich der nötige Lichtstrom, gerechnet auf der Formelseite zum Projektor-Lichtstrom. Erst mit diesem Bedarf in der Hand lohnt der Blick auf die Datenblätter.

Und dort gilt: Vergleichbar sind nur Zahlen mit demselben Normbezug. Die 3.800 ohne Zusatz sind für den Vergleich unbrauchbar, solange nicht geklärt ist, wie sie entstanden sind — unbrauchbar heißt hier weder falsch noch überhöht, sondern unbekannt. Bleibt die Frage beim Hersteller unbeantwortet, gibt es zwei Wege: einen unabhängigen Test mit eigener Messung heranziehen, oder das Gerät aus dem Vergleich nehmen. Und in beiden Fällen entscheidet am Ende, was der Projektor im kalibrierten Bildmodus über die Betriebsdauer liefert — eine Zahl, die auf keinem der beiden Datenblätter steht.

Verknüpfte Inhalte

Was Lumen, Lux und Candela je Quadratmeter unterscheidet, steht bei Leuchtdichte und der photometrischen Größenkette; welchen Zielwert eine Planung ansetzt, bei der Zielleuchtdichte. Die Rechnung vom Zielwert zum nötigen Lichtstrom führt die Formelseite zum Projektor-Lichtstrom, was die Leinwand dabei beiträgt der Leinwand-Gain. Dieselbe Frage nach der Messbedingung stellt sich beim Kontrastverhältnis, und warum der hellste Bildmodus für Film nicht taugt, erklärt die Bildkalibrierung. Warum die Zahl bei Geräten mit Wechseloptik erst mit dem Objektiv feststeht, führt der Lichtstrom je Objektiv aus. Warum bei Geräten mit Ultrakurzdistanz-Optik eine eigene Lichtrechnung dazukommt, erklärt der Laser TV.

Quellen

Die Angabenpflichten, der Produktionsmittelwert und die 80-Prozent-Untergrenze bei Auslieferung stammen aus ISO/IEC 21118:2020, gelesen über die öffentliche Leseprobe des Normhändlers. Das Neun-Punkt-Messverfahren samt Messbedingungen ist über die japanische Übernahme JIS X 6911:2015 (Japanese Industrial Standards) im Volltext geprüft, die nach eigenem Vorwort inhaltsgleich mit der Ausgabe von 2012 ist.