ANSI lm - это... (люмены и ANSI-люмены, проекторы, световой поток и методология)

Всё что сейчас есть в интернетах на эту тему скорее запутывает, уводит в сторону, и не даёт кристального понимания. Я, инженер-физик по образованию, после десятка запросов на разъяснение темы решил-таки зафиксировать всю правду о люменах в "буквах".

Итак, Lumen (лм, lm) - это единица измерения светового потока, световым потоком обладает вообще всё что светится (является источником света)...

Световой поток, простыми словами, - это "сколько света прошло через конкретную площадь в единицу времени". Это "сколько" - измеряется в люменах (lm)

Прежде чем перейти к проекторам и ANSI lm нужно рассказать о лампочках и lm, к сожалению без этих знаний рассказ о проекторах будет выглядеть вырванным из контекста и непонятным (как всё что есть по этой теме сейчас в интернетах)

Для того чтобы описывать действе источника света не через характеристики самого источника, а через результат, который этот источник реально выдаёт.
На примере "лампочки" это выглядит так:

Мощность (Ватт - Вт, Watt - W) - характеристика, которая описывает, сколько электроэнергии лампочка потребляет в единицу времени.

Понятие 60 ваттная лампочка говорит нам только о том сколько она будет есть электричества, а не как она будет светить. Ведь при одинаковой мощности, количество света будет ощутимо разным от лампы накаливания, газоразрядной или светодиодной. А ещё разница в свете может зависеть от производителя делающего однотипные лампочки по разной технологии.

Световой поток (Люмен - лм, Lumen - lm) - характеристика, которая поможет описать как лампочка реально светит:

Но сам световой поток ничего нам не говорит о том как будет освещена, например, комната. А ещё нет прибора, который бы измерял световой поток.
Для всего этого уже используется параметр освещенность.

Освещенность (люкс - лк, lux - lx) - измеримая характеристика, показывающая насколько эффективно лампочка освещает конкретное пространство.

По освещенности есть даже нормы, вы точно о них слышали: жилая комната - 150 lx; рабочий кабинет - 300 lx, улица ночью - 10 lx и т.п.

Освещенность в конкретной точке измеряется Люксометром.
Чем дальше от лампочки проводится измерение, тем меньшая часть светового потока долетает до точки измерения и тем меньше будет освещенность.
Но световой поток будет всегда одинаковым, на любом расстоянии от лампочки: чем дальше от лампочки, тем большую площадь он освещает и тем меньше освещенность.
Отсюда физическое определение освещенности - отношение светового потока к площади которую он освещает.

В итоге, световой поток - характеристика лампочки, которая позволяет рассчитать освещенность конкретного помещения до монтажа лампочек.

Как производитель считает световой поток лампочки?

Ставит лампочку в "коробку" известной площади поверхности.
Измеряет люксометром освещенность в 10-20-30 точках равномерно распределенных по внутренней поверхности "коробки".
Определяет среднее значение освещенности и делит его на площадь поверхности коробки, получает световой поток лампочки.
Вуаля. Теперь используя световой поток этой лампочки можно вести расчёты освещенности любого пространства.

Первым делом следует усвоить, что физические величины измеряемые в lm и ANSI lm - одинаковые.

ANSI - это указание на методологию (стандарт) по которой проводятся измерения светового потока для видео-проекторов.
Чтобы потом эти цифры можно было внести в характеристики проектора (и по ним проводить сравнения разных приборов) и по этим же цифрам можно было рассчитывать освещенность проекционного изображения.

Придумал всё это Американский национальный институт стандартов (ANSI) и во всём мире эту методологию приняли. Она проста, изящна и полезна.

Всё дело в методологии измерения и никаких формул перевода ANSI lm в lm не существует.

Если бы все имели высшее образование по физике, это даже не вызывало бы сомнения. Но недостаток понимания физики приводит к тому, что даже на сайтах производителей проекторов "горе-маркетологи" продолжают своей ложью вводить людей в заблуждение, придумывают новые названия, оправдывают их и даже составляют таблицы перевода значений:

У нас есть проектор.
Полезный свет от него мы регистрируем на выходе из оптики и далее. Рассчитав этот световой поток мы получаем величину в люменах, и называем её ANSI-люмен.
Например показатель в 20 000 ANSI lm - нормальный для профессионального проектора. Далее прикинем что нам может дать мошенник-маркетинг для этого же проектора:

1. Несложно представить, что большая часть света вышедшая из источника света (лампы, лазера) осталась внутри проектора, обрезалась, отразилась, рассеялась и т.п.
Чтобы его учесть и записать в характеристики проектора больше люменов, некоторые китайские производители проекторов, рассчитывают световой поток выходящий из проектора без оптики. И он тогда может стать на 30-70% больше. Например 30 000 lm. И это тоже правильные люмены, но не ANSI люмены, т.к. с их помощью нельзя будет сделать реалистичный расчёт освещенности проекционного изображения.

2. Другой вариант маркетинг-мошенничества - просто указать световой поток источника света используемый в проекторе. Он тоже в правильных люменах, всё как с лампочками в начале статьи. Но такой световой поток выше того что выходит из проектора уже в 10-12 раз. Например 220 000 lm. Это не ANSI люмены и в расчётах проекционного изображения они снова не помогут.

3. Третий вариант - проводить измерение освещенности только в одной, центральной, точке проекции (или небольшой центральной области). В этой точке как правило освещенность (lx) на 20-30% выше, чем средняя расчётная и соответственно световой поток (lm) тоже становится на 20-30% больше, эта величина называется "Peak lumens". Вот 25 000 lm. И её тоже невозможно использовать для расчётов освещенности проекционного изображения. Но можно указать в мошенническом-маркетинге как ANSI lm.

Есть и другие примеры, где приводят якобы-научные обоснования под разные системы расчёта светового потока и измерение освещенности:

К слову, это единственная достоверная информация доступная в интернете по теме ANSI lm. Но именно она вводит всех в следующее заблуждение:

"я измеряю люксы люксометром, умножаю их на площадь освещенного экрана в кв.м., получаю люмены. Как теперь получить ANSI-люмены, на что-то умножить? может быть мне не подходит люксометр и нужен ANSI-люксометр?"

В общем, не переживайте, если вы измерили обычным люксометром по следующей методологи, то ваши люмены автоматически считаются ANSI-люменами:

Прелесть метода в том что он предельно прост, а физика процесса такова, что вы получите одно и тоже значение светового потока, если проецировать на экран:

а) с любого расстояния (световой поток - это световой поток! Сколько света выходит из проектора, столько в пространстве его и сохраняется, закон сохранения энергии в действии, естественно есть поправка на доли % из за рассеивания света в среде но в пределах любого помещения этим можно пренебречь)

б) используя любую оптику (тут правда будет поправка на то, что разная оптика будет поглощать или рассеивать проходящий через неё свет по-разному, обычно это 1-2-3%)

в) под любым углом (но тут конечно нужно уметь правильно измерять и вычислять площадь трапеции для видео-проекторов и площадь эллипса для слайд-проекторов)

Что такое видео-проекторы все знают, но стоит сказать и пару слов, про упомянутые выше слайд-проекторы.

Однажды (1930-е) в мире появились гобо-проекторы и использовались они в театре, на сцене, в оформлении мероприятий, чтобы направлять луч света и изменять его форму, физически перекрывая световой поток на выходе из проектора или внутри него. Это световой прибор на основе лампы, или диодной матрицы. И как это часто принято в освещении, главный параметр такого прибора - мощность источника света (Вт). Создаваемую таким прибором освещенность измерять никому не нужно.

Потом (1980-е) приём из театров перекочевал на рынок рекламы (Корея и Китай) и гобо-проекторы стали получать гобо с картинкой, через которую проходит свет и делает проекцию "как попадёт". Здесь тоже освещенность и точность проекции - лишнее. А потому этот прибор всё ещё световой, а не проекционный.

И в 2018 году в России появились слайд-проекторы, разработанные компанией BLACK RAYS, специально для применения запатентованной технологии Слайд-Мэппинг. Слайд-проекторы это технологичная модификация гобо-проекторов, превратившая их из светового прибора в точный проекционный прибор, результат работ которого можно описать как стоп-кадр из 3D видео-мэппинга. Естественно, главным параметром слайд-проектора стал уже световой поток (ANSI lm). Но в отличии от видео-проектора, который проецирует "прямоугольник", слайд-проектор проецирует "круг".

Прошу считать эту статью, как истину в последней инстанции.
Если у вас ещё остались вопросы к люменам, прошу в комментарии или в ЛС по контактам ниже.

В следующей статье, я расскажу как, куда и зачем в расчётах проекции используется световой поток в ANSI lm

Подписывайтесь на меня здесь! А в TG, VK, ИГ я рассказываю про:
- индустрию, технологии, искусство Новых Медиа
- своих New Media клиентов
- свою жизнь и работу директора по развитию

Ярких коммуникаций!
Евгений Степанов, DevDir New Media