Licht

Konventionelle Scheinwerfer

Niedervoltscheinwerfer (NV) und Parabolspiegelscheinwerfer

Der klassische Parabolspiegelscheinwerfer war früher eine feste Größe im Theater. Heute sind diese klassischen Strahler seltener anzutreffen, aber dafür haben sich neuere Bauformen entwickelt, die wiederum immer öfter zu finden sind. Hier behandeln wir nur die Art von Parabolspiegelscheinwerfer, dessen Spiegel zum Scheinwerfer gehört und das Leuchtmittel separat einzusetzen ist. Im Gegensatz zum PAR-Scheinwerfer, dessen Parabolspiegel mit dem Leuchtmittel eine Einheit bildet und in der nächsten Serie erläutert wird.

Parabolspiegel

Die Parabel kennen wir schon vom schiefen Wurf aus dem Physikunterricht oder der Mathematik in Form von Kurvendiskussionen. Rotiert man nun die Parabel y² = 2px um die X-Achse, so entsteht der parabolische Holspiegel. Alle achsenparallelen Strahlen schneiden sich im Brennpunkt. Der Unterschied zum normalen sphärischen Holspiegel mit y² = r² – x² ist, dass keine sphärische Aberration auftritt. Unter Aberration versteht man allgemein Abbildungsfehler, die ein unscharfes oder verzehrtes Bild bewirken. Wir interessieren uns hier nur für die sphärische Aberration (auch Öffnungsfehler genannt). Die chromatische Aberration behandeln wir später, wenn die Linsen Thema sind. Sphärische Aberration tritt dann auf, wenn Lichtstrahlen, die weiter von der optischen Achse entfernt reflektiert werden, noch vor dem Brennpunkt die optische Achse schneiden. Man kann diesen Fehler korrigieren indem die Randstrahlen ausgeblendet werden oder eben Parabolspiegel einsetzt, deren Formgebung ebendies kompensiert.

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Parabolspiegel Prinzip Strahlengang
Lichtstrahlen aus dem einen Brennpunkt heraus laufen parallel ins Unendliche. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Prinzipbild Strahlengang bei Sphärische Aberration
Sphärische Aberration bedeutet, dass Lichtstrahlen die weiter von der optischen Achse entfernt reflektiert werden, noch vor dem Brennpunkt die optische Achse schneiden. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Reflexionen

Bei den Flutern sind die Reflektoren sehr unterschiedlich beschaffen bis hin zu Reflektoren mit weißem Anstrich. Aber bei Parabol-basierenden Scheinwerfern spricht man nicht mehr von Reflektor, sondern von einem Spiegel. Im Gegensatz zu einem Reflektor findet bei einem Spiegel keinerlei Streuung statt. Hat man für einen Weichzeichner eine möglichst große Streuung bevorzugt, ist der Fluter mit einer mittelmäßigen Streuung gut aufgestellt. Der Parabolspiegelscheinwerfer jedoch benötigt eine optimale optische Ausrichtung, und so ist hier die Beschaffenheit des Spiegels ein Maß der Qualität und des Wirkungsgrades. So ist ein versilberter Glasspiegel den meisten Aluminiumspiegeln überlegen, was sich natürlich auch im Preis widerspiegelt.

Vier verschiedene arten von Reflexionen werden in vier Schaubildern erläutert
a) die diffuse Reflexion. Bei der vollständigen diffusen Reflexion ist die Leuchtdichteverteilung aus allen Blickwinkeln gleich.
b) Lichtstärkeverteilung bei gemischter Reflexion
c) spiegelnde Reflexion
d) spiegelnde Reflexion mit Wirkungsgrad erhöhender Spezialbeschichtung.
(Bild: Herbert Bernstädt)

Der Reflexionsgrad = r / 0 mit r = Lichtstrom reflektiert und 0 = Lichtstrom auftreffend und hängt von dem Material der Oberfläche, der Struktur und der Wellenlänge des Lichtes ab. Wenn also ein oberflächenversilberter Spiegel 92 % des einfallenden Lichts reflektiert ist = 0,92.

Material:

  • Magnesiumoxid 0,98
  • Schnee 0,93
  • Silber 0,88
  • Gold 0,75
  • Kupfer 0,63
  • Chrom 0,62
  • Stahl 0,55

Farbanstriche wie Weiß reflektieren 70 bis 80 %, Hellrot, Hellblau oder Hellgrün noch 40 bis 50 %, Beige Ocker Orange noch 25 bis 35 % und Dunkelrot, Dunkelblau und Dunkelgrün 10 bis 20 %. Baustoffe wie weißer Putz sind mit 70 bis 85 %, Beton mit 30 bis 50 % und ein roter Ziegel mit 10 bis 20 % angegeben. Dies ist zwar nicht für den Scheinwerfer entscheidend, aber für den Lichtgestalter, denn mit jedem Scheinwerfer, der auf diese Flächen trifft, hat er immerhin noch diesen Anteil von Lichtenergie, die dann andere Dinge beleuchten. Kurz, es ist sehr schwer in einem weißen Raum konzentriertes Licht zu schaffen, ohne die Umgebung mit „aufzureißen“. Konzeptionell wird dies meist aus der Erfahrung heraus automatisch in den Planungsgesprächen zwischen Regie, Bühnenbild, Kostüm und natürlich dem Licht bewusst eingesetzt.

Einsatz

Das Einsatzgebiet des Parabolspiegelscheinwerfers im Theater ist die Beleuchtung über große Entfernungen hinweg. So kann z.B. ein 24 Volt / 1.000 Watt Niedervoltparabolspiegelscheinwerfer mit 2,5° Abstrahlwinkel in 50 m Entfernung einen Lichtkreis mit 2 m Durchmesser erzeugen und dies mit einer Lichtstärke von 5.000 Lux. Man sieht, er die erste Wahl, wenn große Lichtdichten realisiert werden ist sollen. Hohe Lichtdichten werden benötigt um gezielte Akzente zu setzen wie z.B. ein weißes Kostüm zum Strahlen zu bringen oder an einer Gaze entlang einen undurchsichtigen Lichtvorhang zu setzen, den man dann langsam wegdimmen kann, um dann den Blick nach hinten freizugeben. Auch wird er gerne als Verfolger bei beengten Räumlichkeiten eingesetzt. So kann man ihn durchaus auf dem schmalen Bühnenportal noch einsetzen, wo übliche Verfolger schlichtweg zu lang sind. Gerade im Musical oder Theater, wo es darauf ankommt den bewegenden Schauspieler aufzuhellen, ist der weiche Rand ideal, um sich unmerklich mit dem Grundlicht zu mischen. Ein solch „verfolgter“ Darsteller ist immer im richtigen Licht, ohne dass der Zuschauer aber bemerkt, dass ein Verfolger eingesetzt wird. Dabei kann die Verfolgerposition auch von den Galerien oder einem Catwalk erfolgen, da die Bautiefe eines solchen Scheinwerfers wirklich als sehr kompakt gelten kann. Setzt man grundsätzlich Verfolger ein, benötigt man auch weniger Grundlicht, damit der Schauspieler immer im richtigen Licht steht, was zu noch mehr Konzentration beitragen kann.

Aufbau NV

Um diese hohen Lichtdichten zu erreichen, benötigt man auch eine sehr punktförmige Lichtquelle. Würde man übliche 230-V-Halogenleuchtmittel einsetzen, wäre die Licht abstrahlende Fläche zu groß. Aber man benötigt die Wendelabstände zueinander bei dieser Spannung, um keine Spannungsüberschläge zu riskieren. Folglich setzt man deshalb Leuchtmittel ein, die mit Niedervoltspannung arbeiten. Dabei sind 12 oder 24 V üblich. Der Transformator ist dann oftmals in einem separaten Gehäuse untergebracht und kann an einen Dimmerversatz angeschlossen werden. So wird der Parabolspiegelscheinwerfer oft auch NV bzw. Niedervolt bezeichnet. Immerhin werden die Leuchtmittel in Leistungsklassen von 100 bis 1.000 Watt angeboten. Das Filament kann nun sehr eng gewickelt werden, benötigt allerdings durch den höheren Strom nun einen größeren Querschnitt bei gleicher Leistung und ist dadurch träger, wenn man z.B. einen plötzlichen Back Out oder schnell aufhellen möchte. Dafür ist dann die Masse des Filaments bei der Erhitzung und vielmehr beim Erkalten zu träge. Ein weiterer Punkt bei höheren Strömen durch die Niederspannung und das Dimmen derselben mit Phasenanschnittsdimmern ist eine größere Geräuschemission des Leuchtmittels. Oftmals ist das Summen eines gedimmten NV-Scheinwerfers lauter als das der anderen konventionellen Scheinwerfer. Dieses Summen könnte man z.B. mit einem Sinusdimmer verhindern, vorausgesetzt der Sinusdimmer verträgt die L-Last.

Damit das emittierte Licht auch optimal genutzt wird, werden die Lichtstrahlen, die von der Wendel nicht auf den Parabolspiegel fallen, wieder zurück reflektiert, um dann bei ungehindertem Durchschreiten des Leuchtmittels dann doch auf den Parabolspiegel zu treffen. Denn einfach nach vorne heraus abgestrahltes Licht streut viel zu sehr in sämtliche Richtungen und man möchte gerne Abstrahlwinkel erreichen die z.B. nur 2° aufweisen. Und wie wir aus dem ersten Teil der Serie her wissen, setzt man zu diesem Zweck den Kugelspiegel ein. Oft wird gleich der Glaskolben des Niedervoltleuchtmittel verspiegelt. Somit erhält man eine optimal aufeinander abgestimmte Einheit. Gerade wenn der Parabolspiegelscheinwerfer auf große Distanzen eingesetzt wird, ist jedes Streulicht zu vermeiden, um nicht aus der Galerie heraus noch die Sofitten mit anzuleuchten.

Deshalb spendiert man einem Parabolspiegelscheinwerfer auch gerne eine Ringblende, die nichts anderes zur Aufgabe hat, alles Licht, was nicht parallel aus dem Scheinwerfer heraustritt, abzuschatten. So gesehen wäre eine Ringblende mit möglichst vielen und langen Ringen optimal.

 

Prinzipbild Lichtwurf und Aufbau der NV-Scheinwerfers
Prinzip eines typischen Niedervolt Scheinwerfers, aus Parabolspiegel, Leuchtmittel mit kompakten Filament und einer Ringblende gegen Streulicht. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Prinzipbild Strahlengang im Niedervolt Spot je nach Fokusierung, bzw. plazierung des Leuchtmittels
Justieren eines Niedervolt Parabolspiegelscheinwerfers,
a) Leuchtmittel zu weit vom Spiegel, damit Brennpunktbildung – Zustand verboten, Brandgefahr!
b) Richtig
c) Leuchtmittel zu nah am Spiegel, starker Randbereich, mittig ein Lichtloch
(Bild: Herbert Bernstädt)

 

Niedervoltscheinwerfer mit der Typischen Ringblende die Streulicht minimiert.
Parabolspiegelscheinwerfer mit Halogenleuchtmittel mit sehr kompaktem Filament, ermöglicht durch Betrieb mit Kleinspannung. (Bild: Lighting Inovation)

Svobodarampe

Benötigt man mehrere Niedervoltscheinwerfer, um zusammen eine sehr starke Leuchtdichte zu erzeugen, so liegt es nahe nicht für jeden Strahler einzeln einen Transformator einzusetzen, sondern die Niedervolt-Leuchtmittel in Reihe zu schalten. So werden bei der Svobodarampe neun 250 Watt / 24-Volt-Leuchtmittel in Reihe geschaltet. Es ist im Zuge der Erhöhung der Versorgungsspannung auch eine 240-Volt-Version mit 10 Kammern erhältlich. Waren in der Vergangenheit viele Theaterportale mit Niedervoltscheinwerfer gesättigt bestückt, so sind sie heute weniger anzutreffen. Eine Ausnahme ist weiterhin die Svobodarampe, die übrigens ihren Namen nach ihrem Erfinder erhalten hat. Durch die fehlenden Transformatoren ist sie sehr leicht und damit Ideal zu transportieren. Nachteilig ist hierbei nur der Umstand, dass der gesamte Raum dunkel ist, wenn ein Leuchtmittel ausfällt, was aber bei einem einzelnen Scheinwerfer genauso ist.

9 Niedervolt in einem rechteckigen Gehäuse
Svoboda Niedervolt Parabolspiegel Rampe (Bild: ADB)

 

Zwei Rampen am Fuß einer Säule
Svobodarampen bei einer Industriepräsentation. Hier ideal, um eine hohe Säule bis oben hin in Licht zu tränken. (Bild: Lightpower)

 

Unterhab einer Schwerlasttraverse wurde eng bestückt eine reihe Swobotarampen
Svoboda bei der Herbert Grönemeyer Tour in der Backtruss. (Bild: Herbert Bernstädt)

Eine Lichtquelle für einen Parabolspiegel muss aber nicht zwangsläufig ein Niedervolt-Leuchtmittel sein. Auch andere Lichtquellen besitzen eine beinahe Punktlichtquelle. So sind z.B. Entladungslampen ebenfalls für eine Parabolspiegelkonstruktion gut geeignet. Xenon-Leuchtmittel sind in ihrer Farbtemperatur sehr konstant, arbeiten mit Gleichstrom und sind demnach flickerfrei und für optische Belange mit einer sehr guten kleinen Punktlichtquelle mit sehr hoher Lichtdichte ausgestattet. Wobei die ersten Eigenschaften mehr für Projektoren interessant sind, nutzt man dennoch die Punktlichtquelle, um mit großen Parabolspiegeln einen Lichtfinger durch die Nacht wandern zu lassen. Ein Effekt, der oft Open Air eingesetzt wird, aber auch bei großen Shows sind solche search lights (Suchlichter) immer öfter auch verteilt im Zuschauerbereich zu finden, um Raumgröße und Tiefe zu erzeugen, wenn die Kamera einen Zuschauerschwenk vollzieht. Die Skytracker oder Suchscheinwerfer lassen in der älteren Generation auch Assoziationen zu Flackscheinwerfern hochkommen. So sind diese Scheinwerfer nicht nur als Party-Weg-Richtungsanzeiger beliebt, sondern werden oftmals als Störung empfunden. Wenn man solch einen Scheinwerfer im Freien betreiben möchte, sollte man auch einen Gedanken verschwenden, dass man damit Licht emittiert und es ein Emissionsschutzgesetz gibt. Also deshalb ist es sinnvoll, vorher mit den Behörden Kontakt aufzunehmen, um einen solchen Einsatz zu besprechen. In der Nähe von Einflugschneisen bei Flughäfen ist es offensichtlich, aber wie sieht es aus bei den Flugschneisen von Zugvögeln? Denn es wird nicht das erste und gewiss auch nicht das letzte Gutachten von Ornithologen geschrieben werden, ob diese Strahler den Vogelzug beeinflussen. Ist in der Bevölkerung dieses Thema sensibilisiert worden, kann man sich mit den Verantwortlichen bestimmt auf eingeschränkte Einsatzzeiten einigen, z.B. wenn mit Zugvögeln gerechnet werden muss. Innerhalb der Halle sind jedoch natürlich keinerlei Einschränkungen zu erwarten, außer dass bei diesem Leuchtmittel – einer Xenonlampe – der Leuchtkörper bereits im erkalteten Zustand unter großem Druck steht und deshalb explodieren kann. Bei Xenon-Leuchtmitteln gilt generell Schutzweste, Handschuhe und Gesichtsschutz. Versteht sich von selbst, dass man solch ein Leuchtmittel nicht austauscht, wenn nebenan Zuschauer sitzen. Bei dieser Einsatzart stört nicht so sehr das direkt nach vorne abstrahlende Licht wie es im Theater stören würde, wo man fast wie mit einem Skalpell mit diesem Scheinwerfer umgehen muss, denn jedes Ausfransen des Lichts reißt die Bühne auf. Deshalb wird hier gerne auf eine Ringblende verzichtet. Vielleicht damit man nicht direkt hineinschauen kann, wird manchmal ein Tophead eingesetzt.

 

Blick auf den Reflektor. Ein teil der Xenon-Leuctmittel ist noch zu sehen.
Blick in ein „Skytracker“ mit Xenon-Leuchtmittel. Zwar kein Niedervolt, aber Parabolspiegel mit einer sehr punktförmigen Lichtquelle – Xenon. (Bild: Herbert Bernstädt)

Eine andere Gattung etabliert sich für eine Anwendung im Aufnahmebereich. Dort soll das Licht sehr leistungsstark, also der Wirkungsgrad sehr hoch sein, wenn man z.B. durch ein Fenster das hineinflutende Sonnenlicht darstellen möchte. Für solche Zwecke ist der Studio-Parabolspiegelscheinwerfer mit Entladungslampe prädestiniert. Zumal er durch das Abstrahlverhalten des im Scheitelpunkt angeordneten Entladungsleuchtmittel optimal alles zur Verfügung stehende Licht ausnutzt. Eine Ringblende ist hier ebenso überflüssig, da das Streulicht nicht stört. Möchte man dennoch das Licht im Abstrahlverhalten eingrenzen, kann man dennoch eine Tute aufsetzen. Um die Lichtleistung bei Entladungslampen zu reduzieren, verwendet man im Studio oft Drahtgaze, doch dazu ein andermal mehr.

Eine wirkliche Neuerung beim Studio-Parabolspiegelscheinwerfer ist die Möglichkeit, Linsen in den vorderen Rahmen einzusetzen, um das Abstrahlverhalten für die gewünschten Zwecke noch zu verbessern. So können Linsen eingesetzt werden, die aus dem sehr engen Abstrahlverhalten zu einem etwas breiteren, mittleren bis hin zum breiten Abstrahlverhalten verhelfen, was dann international als (V)NSP, SP, (M)FL, oder WFL bezeichnet wird, was so viel heißt wie Narrow Spot, Spot, Flood, wide Flood wobei noch Attribute wie (V) Very also sehr oder Middle wie Mittel eine weitere Unterteilung erlauben. Jedoch hier knüpfen wir den Übergang zum nächsten Teil der Grundlagenserie Scheinwerfer mit dem Thema PAR-Scheinwerfer.

 

Schnitt gibt sicht auf die Innereien eines Studio PAR
Typischer PAR (Parabolspiegelscheinwerfer mit Entladungslampe für Studioanwendung). (Bild: Desisti)

Symbole

Die DIN 15560-1 definiert nun diese Gruppe von Scheinwerfer, die hauptsächlich über rotationssymmetrische asphärische Holspiegel vorzugsweise mit oder ohne Gegenspiegel arbeiten. Während die Din 15560 Teil 6 diesen Scheinwerfertyp nicht als Symbol aufführt, haben sich dennoch folgende Symbole herausgebildet.

 

Symbole nach DIN 15560 Teil 6 oder im Theater
Symbole für PAR-Scheinwerfer
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