Gare aux lumens ! Valeurs maximales pour les données photométriques

En audio, beaucoup ont déjà été confrontés à des situations où les caractéristiques des enceintes ou des amplificateurs promettent un système puissant, mais où, à l’écoute, on a l’impression d’entendre un poste de radio. Ces situations se retrouvent dans le secteur de l’éclairage. Les exemples suivants montrent comment il est possible d’obtenir des “valeurs maximales” flatteuses.

Google

Commençons par un exemple simple : nous avons mesuré l’éclairement avec notre luxmètre et nous connaissons l’angle du faisceau du projecteur et la distance entre le projecteur et le luxmètre. Aujourd’hui, plus besoin d’ouvrir un livre, tout est sur Internet. Nous cherchons donc sur Google un “calculateur de lux en lumen” et bien sûr nous en trouvons plusieurs.
Sitôt dit, sitôt fait, nous saisissons les données sur la première page, par exemple 150 lx à une distance de 15 m avec un angle de faisceau de 58°. Le site web nous calcule un flux lumineux de 26587 lm. Génial – c’est si simple ! Mais maintenant, faisons une comparaison et appelons un autre site Internet avec un “calculateur de lux en lumen”. Ce site web nous donne un résultat de 32578 lm. Cela représente une différence de 5991 lm d’un site à l’autre.
Et on ne sait déjà plus où on en est. D’où vient la différence ?

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Pour aller au fond des choses, voici les formules utilisées :

Site web a) Flux lumineux Φ (lm) = I (cd) x Ω /                  et Ω = 2π * ( 1 – cos ( α / 2) )
Site web b) Flux lumineux Φ (lm) = E (lx) x A (m²)             et A = (d² × π)/4 ; d/2 = r x tan (α /2)

En fait, les deux formules devraient donner le même résultat si on utilise I (cd) = E (lx) x r².

Néanmoins, les calcul donnent des valeurs différentes, car dans un cas, le calcul est effectué à l’aide de l’angle solide, notion basée sur la surface éclairée d’une surface sphérique de l’angle solide, alors que dans l’autre cas, c’est la surface d’une projection plane qui est utilisée. Dans le cas de la surface plane, lorsque les angles de rayonnement augmentent, l’aire augmente plus vite que l’aire de la surface sphérique. À l’extrême, par exemple un angle de rayonnement de 180°, la surface du plan devient infinie, alors que la surface de la sphère est finie à 180°.

Les valeurs utilisées dans notre exemple donnent une surface sphérique (A) de 177,25 m² relative à l’angle solide. La surface au niveau (B) est de 217,188 m².

Si on prend l’autre valeur dans chaque cas et on les insère dans les formules ci-dessus, on obtient les mêmes résultats.

WWW – Simplifié

Outre les variantes de surface, les pages web sont basées sur des formules simplifiées qui ne tiennent absolument pas compte de la répartition de la lumière sur la surface éclairée. Si l’on parle d’un angle de rayonnement sans autre précision, on suppose une demi-valeur d’angle. Cela signifie que l’angle du faisceau est défini là où l’intensité lumineuse ne représente que 50 % de l’intensité lumineuse la plus brillante, qui est généralement déterminée au centre. Les formules simplifiées, en revanche, supposent une luminosité constante sur toute la surface. Par conséquent, l’utilisation des pages de conversion pratiques sur Internet sert plutôt d’estimation approximative. De ce point de vue, la comparaison de la puissance électrique enregistrée d’un projecteur est plus significative. Si vous désirez toujours utiliser les valeurs d’éclairement mesurées (exprimées en lux) pour obtenir le flux lumineux, alors vous pouvez utiliser l’intégration numérique. Il existe également des formules pour cela, voir par exemple : ici (site en allemand).

L’intégration numérique permet de calculer le flux lumineux des cônes de lumière à symétrie de rotation à partir des éclairements. Une simplification ou une simple multiplication donne des valeurs plus élevées.

Même si vous ne disposez pas d’une sphère d’intégration ou d’un photogoniomètre, le flux lumineux peut être déterminé à l’aide d’un luxmètre et d’une intégration numérique. Avec bien plus de précision que les formules simplifiées que l’on trouve sur internet.

Ne vous précipitez pas

Si le fabricant confie son projecteur à un institut de mesures accrédité pour établir ses données photométriques, vous pouvez être sûr que dans ce cas, les valeurs sont déterminées correctement. La plupart des fabricants d’appareils destinés à l’industrie de l’événementiel ont adopté un photogoniomètre ou une sphère d’intégration pour impressionner l’utilisateur avec un grand nombre de résultats de mesure dans une grande variété de configurations d’appareils. Depuis l’introduction de la LED comme source lumineuse, s’est généralisée dans notre secteur la mesure immédiatement après l’allumage ou l’insertion du faisceau lumineux. Le temps, c’est de l’argent. Il est toutefois essentiel de tenir compte d’une caractéristique de la LED : sa luminosité diminue de façon exponentielle à mesure qu’elle chauffe. Dans la pratique, dans le secteur de l’événementiel, par exemple, le flux lumineux et l’éclairement sont souvent déterminés immédiatement après l’allumage. La procédure correcte serait d’attendre que le projecteur soit en régime établi. Cependant, il faut alors souvent bien plus d’une demi-heure avant de pouvoir appuyer sur le bouton de mesure. Certaines projecteurs, par exemple, n’atteignent jamais un régime établi, mais se régulent en passant d’un état à un autre, ce qui ne suppose une bonne gestion de la température.

Dans cet exemple, le flux lumineux diminue rapidement en peu de temps jusqu’à ce que la ventilation se mette en marche. Après plus de 3000 secondes, soit environ 50 minutes, le refroidissement du ventilateur n’est plus suffisant et le circuit de protection de la carte LED atténue la LED. Au cours de ce processus, elle se refroidit à tel point qu’elle peut à nouveau être à régime maximal peu de temps après. Ce cycle se poursuivant à l’infini, le projecteur ne trouve jamais une luminosité constante.

Tous présents et corrects

C’est presque comme aux Jeux olympiques. Dans la compétition pour la lumière la plus brillante, le projecteur est optimisé pour la mesure. La luminosité des projecteurs varie également en raison des fluctuations des LED miniaturisées. Il est donc légitime de sélectionner les plus brillantes d’un lot de production pour prendre l’avantage sur son concurrent. Les mesures sont moins bonnes si le filtre UV_IR a été oublié sur le projecteur de comparaison ou à mesurer, comme c’était le cas avec les lampes à décharge, par exemple. Ou bien les modules interchangeables, comme le module Gobo, sont retirés pour la mesure. Cela peut aussi ajouter quelques points de pourcentage, tout comme la recherche du réglage de la mise au point du zoom le plus lumineux, ce qui, là encore, est tout à fait normal. Le fait que les ventilateurs travaillent contre ou avec la convection naturelle peut améliorer ou détériorer le résultat de la mesure de 2,8 %. Pour chaque mesure, l’état de la lampe doit être décrit en détail.

Angle de faisceau

Angle de faisceau “Très étroit à très large”, a brillamment spécifié un fabricant dans sa brochure. Il n’était pas possible de la mesurer à nouveau de cette manière jusqu’à ce qu’elle soit clarifiée. L’angle du faisceau étroit a été spécifié avec le demi-angle (eng. Beamangel) et le réglage du zoom large avec un angle de 1/10 degré (eng. Field-Angel). Outre le fait qu’on compare ici des pommes et des poires, les angles peuvent aussi être mesurés différemment, et le résultat de la mesure ne doit pas forcément correspondre à ce que nous voyons avec nos yeux. Prenons, par exemple, un projecteur zoom ou un projecteur de profil ou une lyre asservie au faisceau bien net. Si nous projetons le cône de lumière verticalement sur un mur, nous aurons tendance à sortir le mètre pliant et à mesurer le cône de lumière d’un bord à l’autre. En connaissant la distance par rapport au projecteur, il est assez facile de calculer l’angle du faisceau à l’aide de formules trigonométriques. Mais dans les cas les plus rares, il ne s’agira probablement pas de l’angle du faisceau trouvé dans les données photométriques. En effet, si on définit le terme angle de faisceau avec l’angle de 50 % ou l’angle de demi-valeur, on doit spécifier l’angle présent dans le cône de lumière à 50 % de luminosité par rapport à la luminosité la plus forte. Et ce n’est généralement pas la zone marginale d’un rayon lumineux précis. En règle générale, le niveau de 50 % est déjà dépassé à l’intérieur du cercle lumineux. Maintenant, nous allons en mettre un de plus sur le dessus. Lorsque nous marchions le long du mur avec notre mètre pliant pour mesurer la distance jusqu’à la limite d’éclairement ou le diamètre, nous pouvions suivre cette ligne de mesure avec un luxmètre et mesurer où se trouvent les 100 %, les 50 % suivants et enfin les 10 % de luminosité pour l’angle de 1/10 de degré. Il faut noter que le luxmètre doit toujours être aligné perpendiculairement à la source, sinon l’erreur angulaire de l’appareil de mesure aura trop d’influence. De plus, la distance à la source lumineuse augmente avec l’éloignement du centre, ce qui a bien sûr aussi une influence, car selon la loi de la distance, la luminosité diminue comme le carré de la distance. C’est pourquoi les courbes de distribution de la lumière ou les angles du faisceau sont souvent déterminés à l’aide d’un plateau tournant, de sorte que a) la distance par rapport au capteur de lumière reste toujours la même et b) le capteur de lumière est toujours positionné perpendiculairement à la source lumineuse. Ceci étant, il existe une condition préalable importante. La loi de la distance photométrique stipule en gros qu’une distance minimale entre la source lumineuse et le capteur de mesure est nécessaire pour obtenir une certaine précision de mesure, en fonction des dimensions de la surface émettrice de lumière de la source et de l’angle de rayonnement attendu. Jusqu’à présent, nous avons traité exclusivement des cônes lumineux idéaux, à symétrie de rotation. En d’autres termes, la section simple passant par l’axe du cône de lumière. Outre les projections lumineuses asymétriques comme dans les projecteurs également mentionnés, l’influence du culot ou des corps de verre porte-électrodes sur l’image lumineuse avait déjà été constatée à l’époque dans les lampes à décharge et les lampes halogènes. C’est pourquoi les Américains avaient très tôt proposé l’utilisation d’un diagramme d’iso-illuminance pour évaluer la répartition de la lumière avec leur norme ANSI E1.9, qui devait indiquer une luminosité de 3 % comme dernière ligne et les gradations suivantes par pas de 10.

La détection de l’angle de rayonnement avec le plateau tournant correspond à la surface sphérique de l’angle solide. De plus, le capteur est correctement aligné et la distance par rapport au capteur est constante.

La détection linéaire de l’angle du faisceau correspond en revanche au comportement pratique de la projection, tout comme le projecteur projettera également la lumière sur la scène. Cependant, le capteur doit toujours être aligné sur la source lumineuse et la distance modifiée doit être compensée. Cette méthode n’est pas pratique pour les luminaires à large faisceau comme une lumière douce.

La courbe de répartition de la lumière de ce spot au profil bien dessiné montre clairement que l’angle de 50 % ou de demi-valeur ne correspond pas à la zone de bord bien dessinée que notre œil préfère comme limite.

Diagramme isographique de distribution de la lumière proposé selon ESTA E1.9. Contrairement à la courbe de répartition de la lumière, les influences des bases ou des motifs lumineux à symétrie non rotationnelle sont également visibles ici, mais cela ne convient qu’aux projecteurs à faisceau moyen ou étroit.

Définition de l’angle du faisceau :
       Demi-angle = 50 % d’angle (eng. Beamangle) ;
       angle de valeur 1/10 = angle de 10 % (eng. Fieldangle) ;
       Angle du bord = angle de 3 % (eng. cutoffangle).

Luxmètre ou sphère d’intégration

De nombreuses entreprises d’éclairage et lieux d’événements utilisent déjà un luxmètre. Avec l’avènement de la LED, cet appareil de mesure a évolué afin de contrer également l’erreur de mesure causée principalement par le pic bleu de la LED à lumière blanche et le filtre à spectre visible. Voir aussi ici. De temps en temps, on utilise aussi un spectromètre. Et une fois de plus, les résultats de mesure affichés sur le spectromètre portatif qui vient d’être étalonné sont différents de ceux que l’on peut lire dans les données photométriques du luminaire. Aucune mauvaise volonté ici, mais avec l’appareil de poche, on ne mesure par exemple la coordonnée de chromaticité (x y ou u’ v’) ou la température de couleur la plus proche en Kelvin (CCT) qu’en un seul point d’un cercle de lumière. Malheureusement, pour les mesures comparatives, il faudrait déterminer avec précision la position de la mesure dans le cône lumineux afin d’obtenir des valeurs reproductibles. Ici, dans le pire des cas, un décalage de quelques cm suffit pour les autres valeurs. En allant dans la zone périphérique, déjà visuellement distincte du centre, cela devient encore plus clair. C’est pourquoi les emplacements ou les températures de couleur sont souvent mesurés à l’aide d’une sphère d’intégration afin que toutes les plages soient incluses et que la comparabilité avec d’autres luminaires soit assurée. Ainsi, bien que la merveilleuse température de couleur de 3200 K soit présente au centre du cône lumineux, la fiche technique ne parle que de 3078 K car la zone de bord rougeâtre dans la sphère d’intégration contribue également au résultat du calcul de la moyenne.

Selon l’endroit où on place l’appareil de mesure portatif dans le cône de lumière (A-D), on obtiendra des résultats de mesure différents. Par conséquent, pour une mesure comparative, la mesure avec la sphère d’intégration est plus adaptée car elle égalise les erreurs de positionnement puisqu’elle prend en compte tous les rayons lumineux. Pour cela, on obtient aussi des valeurs, comme une température de couleur ou un emplacement de couleur, qui ne correspondent pas à celle mesurée, par exemple, au centre du projecteur tel qu’il est utilisé dans la pratique.

Rock ‘n’ roll ou Architecture

Mais pour être clair, la technique d’éclairage et les données photométriques sont fondamentalement des données fiables avec lesquelles on peut calculer et planifier. Les méthodes de mesure sont définies dans les normes DIN, elles sont éprouvées depuis des décennies et constituent une base fiable pour la planification. Du moins, c’est ainsi que cela se passe en architecture. En architecture, l’éclairage des bâtiments, des rues, des hôtels, etc. est entièrement planifié et simulé bien avant que la première appel d’offre pour un projecteur ne soit passé.

C’est tout à fait différent dans le secteur de l’événementiel. Ici, les ambiances lumineuses sont généralement développées de manière organique pendant les répétitions d’éclairage, le matériel étant choisi à partir de la richesse de l’expérience.

On sait ce qu’on peut attendre d’un projecteur de 1,2 kW. Avec les ampoules LED, la puissance de l’ampoule ne correspond plus à l’expérience. Ici, l’indication du flux lumineux Φ en lumen (lm) devient le premier point de référence pour décrire la luminosité du projecteur. Cependant, tant qu’il n’existe pas de mesure uniforme dans le secteur de l’événementiel, on ne peut que recommander de soumettre les projecteurs en question à une comparaison directe.

Compte tenu des écarts possibles dans les données photométriques dans le secteur de l’événementiel, il est tout de même conseillé de soumettre les projecteurs à une comparaison directe afin de constater par soi-même de quelle façon le flux lumineux déclaré, beaucoup plus élevé, se concrétise également dans l’image lumineuse.

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Pour plus d’informations :
cameolight.com
adamhall.com