Melanopische Lux am Beispiel Blau-Filter eines Smartphones gemessen

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Wie wirkungsvoll sind die Blaufilter eines Smartphones wirklich?

Moderne Smartphones wie z.B. das Samsung Galaxy S8+ verfügt über die Möglichkeit den Blauanteil der Hintergrundbeleuchtung mittels Farbfilter zu reduzieren. Wie wirkungsvoll das ist, soll dieser Blogartikel basierend auf wissenschaftlichen Wirkungskurven (Melanopisches Wirkungsspektrum) zeigen.

EML und weitere Empfindlichkeitskurve des Auges, auch melanopisches Wirkspektrum
Quelle: http://www.ibpsa.org/proceedings/BS2017/BS2017_660.pdf

Grundlagen zu Photorezeptoren des Menschen

Vorweg sei für den weniger versierten Leser erwähnt, dass das Auge mehrere Rezeptoren besitzt. Diese reagieren unterschiedlich auf bestimmte Wellenlängen des Lichts. Vereinfacht gesagt unterscheidet man zwischen drei versch. Zapfen (verantwortlich für Farbsehen), den Stäbchen (aufgrund hoher Anzahl ermöglichen diese das Nachtsehen) sowie sog. Ganglienzellen (ipRGC) im unteren Bereich des Auges, welche den Melatoninhaushalt und somit den Tagesrhythmus steuern.

Nachstehende Tabelle zeigt hierzu eine kleine Übersicht zur Bedeutung der einzelnen Empfindlichkeitskurven.

Bezeichnung

Höchste Empfindlichkeit bei λ

Bedeutung

photopic555 nmBekannt als V(λ)-Kurve. Beschreibt die Lichtempfindlichkeitskurve des menschlichen Auges bei Tag (Tagsehen). Gemäß CIE gilt diese als Bewertungskurve für die klassische Lux-Messung.
Verantwortlich sind hauptsächlich die drei Zapfen.
erythropic565 nmL-Zapfen, Farbsehen für rot
chloropic535 nmM-Zapfen, Farbsehen für grün
cyanopic420 nmS-Zapfen, Farbsehen für blau/cyan
rhotopic507 nmStäbchen, durch hohe Empfindlichkeit geeignet für Nachtsehen (auch skotopisches Sehen bezeichnet)
melanopic480 nmAnregung der melanopsinhaltigen Zellen im unteren Bereich des Augapfels. (Empfindlich verstärkt für von oben einfallendes Licht). Diese steuern maßgeblich den Melatoninhaushalt (Schlafhormon). Der Wert ist gleichzusetzen mit EML (equivalent melanopic Lux)

Während Beleuchtungsstärkemessungen ausschließlich das Lichtspektrum gemäß der V(λ)-Kurve (photopic) anzeigen, kann mit einem Spektrometer, wie das Lighting Passport Pro des Herstellers Asensetek, jeweilig auch eine andere Bewertungskurve zugrunde gelegt werden.
Entsprechend kann zwischen photopischen, erythropischen, chloropischen, cyanopischen, rhotopischen und natürlich auch melanopischen Lux unterschieden werden.

Spannend insbesondere sind die melanopischen Luxwerte, welche direkt eine Indikation sind, wie intensiv die entsprechende Lichtquelle den Schlaf-Wach-Rhythmus (circadianen Rhythmus) des Menschen beeinflusst.

Messung der Hintergrundbeleuchtung eines Smartphones in Abhängigkeit der „Blau-Filter“-Einstellung

Für diese Messung wurde ein Samsung Galaxy S8+ mit voller Helligkeit mittels einem Lighting Passport Pro Standard gemessen. Der Sensor wurde direkt auf das Display auf eine weiße Stelle gesetzt.
Da über das Smartphone gleichzeitig auch der Sensor bedient werden musste, konnte das Display nicht gleichzeitig Eingabefeld und Lichtquelle sein. Das Problem wurde so gelöst, dass wir eine Messreihe einstellten. Es sollen 10 Messungen mit vorgegebenen Zeitabstand durchgeführt werden. Die ersten zwei Messungen konnten aufgrund der App-Umstellung nicht verwendet werden.
Die weiteren Messungen beziehen sich auf drei Einstellungen:

  1. Blaufilter vollständig ausgeschalten
  2. Blaufilter minimal aktiviert
  3. Blaufilter mit maximaler Einstellung

Die Messreihe läßt sich unter dieser Seite auswerten: Blau-Filter Bewertung eines Smartphones

Zusammengefaßt ergibt dies folgende Auswertung:

Parameter

1. Blaufilter ausgeschaltet

2. Blaufilter minimal

3. Blaufilter maximal

CCT 7924 K 6926 K 2655 K
CRI (Ra)(R1~R8) 75 69 59
Illuminance (photopic, V(λ)) 597 lux 589 lux 393 lux
λp (Peak-Wellenlänge) 453 nm 453 nm 621 nm
Melanopic lux (EML)* 715.1 lux 673.6 lux 224.1 lux
Rhodopic lux* 708.9 lux 671.5 lux 269 lux
Cyanopic lux* 685.3 lux 637.3 lux 95.5 lux
Chloropic lux* 623.3 lux 601.4 lux 318 lux
Erythropic lux* 581.5 lux 578 lux394.9 lux
Spektrumblaufilter ausblaufilter minblau-Filter max
Verhältnis melanopic/photopic1,1981,1440,570

*) Die Messwerte wurden basierend auf den Empfindlichkeitskurven eines 32jährigen Menschen kalkuliert. Voreinstellung

Fazit zur Blaufilter-Messung mittels melanopischem Wirkungsfaktor

Schon die Erfahrung gemacht? Wer abends noch viel sein Smartphone nutzt, wird mit einem Lichtspektrum konfrontiert, welches wach hält. Gerade für Kinder ist das nicht optimal, da so die Entwicklung des circadianen Rhythmus erschwert wird.
Entsprechend sinnvoll ist die Verwendung des integrierten Blaufilters. Weil dadurch auch die Gesamthelligkeit reduziert wird, wurde für diese Auswertung noch  das Verhältnis errechnet. (siehe letzte Tabellen-Zeile).

Das Ergebnis ist eindeutig. Mit eingeschaltetem Blaufilter reduziert sich der Blauanteil absolut um knapp 70%, bzw. das Verhältnis von relevanten Wirkanteil zur Gesamthelligkeit von 1,2 auf 0,57.

Entsprechend ist diese Funktion sehr wertvoll und kann auch mit einer entsprechenden Zusatzapp automatisch aktiviert, bzw. deaktiviert werden.

Ziel dieses Artikels war es zum einen nicht nur die Wirksamkeit des Blaufilters zu ergründen, sondern auch auf die weiteren lichttechnischen Parameter der Asensetek Spektrometer hinzuweisen, bzw. auch das Verständnis für die Zusammenhänge zu vermitteln.

Mehr zum Thema finden Sie auch nachstehend oder in unserem Lichtseminar in Würzburg am 5. Juli 2018

Ergänzender Artikel und Bezugsquellen zum Thema „Verhalten der menschlichen Photorezeptoren, melanopischen Wirkungsfaktoren“:

Die Wirkung von blauem Licht

https://de.wikipedia.org/wiki/Zapfen_(Auge)
http://lightforfitness.com/wp-content/uploads/2015/09/High-Lighted-eReaders-negatively-AFFECT.pdf
http://www.ibpsa.org/proceedings/BS2017/BS2017_660.pdf
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166223613001975
http://standard.wellcertified.com/light/circadian-lighting-design
https://fluxometer.com/rainbow/#!id=GalaxyS5Active/6500K-GalaxyS5Active

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