Kekuatan Cahaya lampu Senter dalam satuan Watt dan Lumen

Tulisan ini (seperti beberapa tulisan yang lain) sebenarnya tidak sengaja di posting, bukan karena saya memiliki pengetahuan tentang materi yang dibahas, namun sekedar untuk membuat suatu rangkuman yang dapat memudahkan saya mengingat lagi jika diperlukan.

Asal muasal tulisan ini, sebenarnya adalah ketika saya sedang butuh focus lamp untuk Under Water Camera saya... cari punya cari ada beberapa merk yang menyodorkan spesifikasi kekuatan cahaya nya dalam satuan lumens dan ada yang menggunakan satuan watt. Tentu ini membuat perbandingan menjadi sulit, apalagi saya tidak pernah mempunyai pengalaman dengan barang tersebut.

Nah... ternyata dari hasil browsing di forum diskusi internasional dan dari mbah Wiki, ditemukan uraian yang menarik tentang kekuatan cahaya yang keluar dari sebuah lampu senter. Walaupun sedikit 'teoritis' dan membutuhkan pengetahuan fisika, saya optimis apa yang ditulis ini akan berguna bagi kita semua untuk mengerti bagaimana kekuatan cahaya diukur, bagaimana membandingkan kualitas cahaya senter berdasarkan spek yang ditulis.

Pertama, saya ingin menuliskan beberapa prinsip yang saya dapatkan berikut ini :

1. Watt adalah satuan untuk daya, bisa 2 arti :
1.a Daya yang dikonsumsi oleh sebuah lampu.
Sudah cukup jelas bahwa jika 'watt' yang dimaksud adalah daya yang dikonsumsi oleh lampu, maka ini akan menunjukkan seberapa cepat battery akan habis atau berapa banyak uang yang harus anda bayar tiap bulan (kalau pakai listrik PLN :)). --> selalu butuh variable 'waktu' untuk konversi ke mAh (battery) atau KWh (PLN).

1.b Daya yang dikeluarkan oleh sebuah lampu.
Istilah ilmiahnya : Radiant Flux, didefinisikan sebagai total daya dari radiasi elektromagnetik yang keluar dari satu lampu termasuk disini adalah cahaya infrared, ultraviolet, dan cahaya lain yang bisa terlihat (visible light).
Radiant Flux dapat diukur dari cahaya yang dikeluarkan (dari sebuah lampu) atau dapat juga diukur dari total cahaya yang diterima (pada sebuah bidang tertentu).

Perbandingan dari Radiant Flux dan Konsumsi Daya sebuah sumber cahaya atau lampu adalah effisiensi dari sistem atau lampu itu sendiri (satuan %), artinya seberapa banyak daya yang dikonsumsi dapat dikonversi menjadi energi cahaya (sisanya menjadi panas dan pemborosan lainnya).

Sampai disini, kita dapat mengatakan bahwa belum tentu sebuah lampu yang 'boros daya' mampu mengkonversi nya menjadi power yang besar. Jadi belum tentu lampu yang watt nya gede, dia bisa menghasilkan cahaya dengan kekuatan atau watt yang besar pula.




Kemudian ada satu lagi satuan atau konsep yang perlu kita ketahui....
Satuan Lumens, ternyata ini adalah satuan dari Luminous flux disebut juga luminous power. Ini adalah istilah dan satuan yang menyatakan seberapa kuat cahaya yang dapat ditangkap (oleh mata kita).
Luminous flux dengan demikian sangat tergantung pada sensitivitas mata kita dalam menerima cahaya.

Perlu dijelaskan lebih dahulu bahwa mata manusia hanya sensitif (hanya mampu melihat) cahaya dengan range panjang gelombang tertentu di dalam spektrum cahaya yakni antara 390 sampai 750 nm.

Cahaya Infra red, yang berada di sisi kanan spektrum cahaya (setelah warna merah), punya panjang gelombang diatas 0.74 micrometer.
Ultra Violet, sebaliknya berada di sisi kiri spektrum cahaya (sebelum warna ungu, namun setelah X-ray), punya panjang gelombang antara 10-400nm.

Kembali kepada satuan lumen dan konsep Luminous Flux, secara ekstrim misalnya, cahaya infra red dan ultra violet karena tidak dapat kita lihat, akan memiliki luminous flux setara dengan 0 lumens, terlepas dari berapapun besarnya kekuatan (watt) lampu (infrared atau ultraviolet) yang mengeluarkan cahaya ini.
Mata manusia paling sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang 555nm $28spektrum warna : hijau) yang berada ditengah tengah spektrum.

Dengan demikian suatu lampu yang mengeluarkan daya tertentu (misalnya 1 watt), akan menghasilkan luminous flux tertinggi jika lampu tersebut memancarkan gelombang cahaya 555nm (hijau).
Selengkapnya tentang panjang gelombang cahaya yang dapat ditangkap mata.

Disini kita menjadi sadar bahwa 'lumens', lumnious flux atau intensitas cahaya yang kita lihat sekarang bukan sekedar masalah power dan efisiensi lampu, namun juga masalah spektrum cahaya.
Istilah untuk hal ini adalah Luminous efficacy, cahaya mana yang paling 'manjur', paling tinggi intensitasnya, paling terang di mata kita walaupun dengan watt yang sama.
Cahaya dengan kekuatan 1 watt bisa menghasilkan luminous flux maksimum sebesar 683 lumens (diterima oleh mata sebesar 683 lumens) jika ia berwarna hijau (panjang gelombang 555nm).

Hubungan antara Lumens dan Watt (Luminous efficacy) ini dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

Lumen (luminous flux) adalah penjumlahan dari luminous intensity (candela) di semua panjang gelombang cahaya yang dapat dilihat oleh mata), artinya penjumlahan dari lumens yang dihasilkan oleh cahaya warna merah, hijau, kuning, biru dll.
Jelas bahwa maksimum lumen per watt (luminous efficacy) adalah 683 lumens, lampu yang bisa mengeluarkan cahaya yang bisa menghasilkan 683 lumens untuk 1 watt power adalah lampu yang 100% effisien. (untuk itu lampu tersebut harus menghasilkan cahaya dalam spektrum hijau 555nm saja).


Sekarang kita bisa mengerti bahwa effisiensi lampu (lumen / watt) juga tergantung dari spektrum warna yang dihasilkannya !




Ok ok... pasti sedikit pusing nih ya ? hehehehe.... kembali ke topik awal....
sekarang jika kita night dive apalagi sambil melakukan kegiatan fotografi bawah air, kita menginginkan lampu yang terang (lumens atau watt tinggi) namun, tentu saja, juga bisa bertahan lama (effisiensi tinggi).


Sedikit pelurusan :
efisiensi yang kita inginkan sebenarnya adalah efisiensi dari pemakaian energi baterei, artinya 4 buah baterei AA bisa menghasilkan sekian lumens. Namun nilai ini tergantung dari efisiensi jenis lampu yang dipakai atau disebu juga 'lighting efficiency' (disebut juga 'wall-plug efficacy) untuk tiap jenis lampu dapat dilihat di tabel dibawah ini :
note bahwa untuk jenis lampu (misalnya neon, LED, xenon, dll) yang sama bisa terjadi variasi kualitas produk (dari pabrikan) yang menjelaskan mengapa beberapa lampu dari jenis yang sama bisa memiliki nilai lighting efficiency yang berbeda.

Tabel yang menjelaskan lighting efficiency dapat dilihat dalam tabel dibawah ini. Diambil dari Wikipedia.

Category	Type	Overall luminous efficacy (lm/W)	Overall luminous efficiency[note 1]
Combustion	candle	0.3[note 3]	0.04%
	gas mantle	1–2[10]	0.15–0.3%
Incandescent	100–200 W tungsten incandescent (230 V)	13.8[11]–15.2[12]	2.0–2.2%
	100–200–500 W tungsten glass halogen (230 V)	16.7[13]–17.6[12]–19.8[12]	2.4–2.6–2.9%
	5–40–100 W tungsten incandescent (120 V)	5–12.6[14]–17.5[14]	0.7–1.8–2.6%
	2.6 W tungsten glass halogen (5.2 V)	19.2[15]	2.8%
	tungsten quartz halogen (12–24 V)	24	3.5%
	photographic and projection lamps	35[16]	5.1%
Light-emitting diode	white LED (raw, without power supply)	4.5–150 [17][18][19][20]	0.66–22.0%
	4.1 W LED screw base lamp (120 V)	58.5–82.9[21]	8.6–12.1%
	5.4 W LED screw base lamp (100 V 50/60 Hz)	101.9[22]	14.9%
	6.9 W LED screw base lamp (120 V)	55.1–81.9[21]	8.1–12.0%
	7 W LED PAR20 (120 V)	28.6[23]	4.2%
	7 W LED PAR20 (110-230 V)	60.0[24]	8.8%
	8.7 W LED screw base lamp (120 V)	69.0–93.1[21][25]	10.1–13.6%
	Theoretical limit (white LED)	260.0–300.0[26]	38.1–43.9%
Arc lamp	xenon arc lamp	30–50[27][28]	4.4–7.3%
	mercury-xenon arc lamp	50–55[27]	7.3–8.0%
Fluorescent	T12 tube with magnetic ballast	60[29]	9%
	9–32 W compact fluorescent	46–75[12][30][31]	8–11.45%[32]
	T8 tube with electronic ballast	80–100[29]	12–15%
	PL-S 11 W U-tube, excluding ballast loss	82[33]	12%
	T5 tube	70–104.2[34][35]	10–15.63%
Gas discharge	1400 W sulfur lamp	100[36]	15%
	metal halide lamp	65–115[37]	9.5–17%
	high pressure sodium lamp	85–150[12]	12–22%
	low pressure sodium lamp	100–200[12][38][39]	15–29%
Cathodoluminescence	electron stimulated luminescence	30[40]	5%
Ideal sources	Truncated 5800 K blackbody[note 2]	251[7]	37%
	Green light at 555 nm (maximum possible luminous efficacy)	683.002[9]	100%

Disini dapat dilihat bahwa lampu Xenon memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibanding lampu LED.
Lampu Neon (fluorescent) memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibanding rata-rata lampu LED.
Namun patut dicatat bahwa teknologi lampu dalam beberapa tahun belakangan ini mengarah pada perkembangan lampu LED yang secara teori diharapkan mampu mencapai effisiensi hingga 300 lumens/watt.
Patut dicatat bahwa Cree adalah perusahaan yang sangat aktif mengembangkan teknologi LED,
hingga tulisan ini dibuat, Cree sudah mampu menghasilkan LED dengan efisiensi 231 lumens/watt !!
Tentu saja nilai ini jauh diatas effisiensi lampu Neon yang maksimum hanya 104 lumens/watt.

Terakhir, saya membuat tabel yang menjadi kesimpulan pribadi dan untuk membantu menjadi jembatan keledai untuk mengkonversi watt ke lumens (dan sebaliknya).
Ada tambahan sumber data (source wikipedia) :

Tabel konversi watt ke lumens dari berbagai jenis lampu :

Jenis Lampu	Perkiraan Efisiensi (lumens/watt)
Lilin	0.3
Bolam (tungsten)	12 - 17
Bolam halogen	16 (glass) – 24 (quartz)
Xenon	30 - 50
Neon (fluorescent)	52-100
LED	4.5 – 150 (dan terus diteliti) Perkembangan efisiensi LED.
White LED	80 - 150

So, mulai sekarang anda bisa lebih mudah membandingkan kualitas senter LED anda.
Secara gampang saja saya akan memakai angka perkiraan 50 lumens / watt untuk lampu senter LED yang akan saya beli.


added, Sept 2013, ketemu satu bacaan tentang light efficiency (pdf) : http://www.energyrating.gov.au/wp-content/uploads/2011/02/2009-ref-manual-lighting.pdf


============================================================