Candela càng cao có phải đèn chiếu càng xa không? Vậy Lumen cao thì sao?

Mình biết rằng khi tìm hiểu về đèn pin hay các loại đèn chiếu sáng khác, chúng ta thường bắt gặp những thuật ngữ như Lumen, Candela, Lux, và Throw. Đôi khi những đơn vị này khiến chúng ta bối rối, đặc biệt là câu hỏi muôn thuở: “Candela càng cao có phải đèn chiếu càng xa không? Vậy Lumen cao thì sao?”.

Trong bài viết này, mình sẽ cùng các bạn đi sâu phân tích những khái niệm này, mối liên hệ giữa chúng, và làm rõ câu hỏi trên nhé.

Các đơn vị đo lường ánh sáng: Lumen, Candela, Lux

Trước khi nói về độ chiếu xa (Throw), chúng ta cần hiểu rõ ba đơn vị đo lường ánh sáng cơ bản: Lumen, Candela và Lux. Hùng đã có bài viết trước đây, các bạn có thể xem qua: Lumens và Lux: Giải thích chi tiết về độ sáng, bài này Hùng sẽ nâng cao một chút.

Lumen (lm) – Tổng lượng ánh sáng phát ra: Lumen là đơn vị đo tổng quang thông (luminous flux) của một nguồn sáng. Hiểu đơn giản, nó cho biết tổng lượng ánh sáng khả kiến mà đèn phát ra theo mọi hướng. Một nguồn sáng 1 candela phát ra ánh sáng trong một đơn vị góc khối (steradian) sẽ có quang thông là 1 lumen. Lumen chỉ ra độ sáng tổng thể của nguồn sáng. Chỉ số lumen cao hơn có nghĩa là nguồn sáng đó phát ra nhiều ánh sáng hơn. Ví dụ, một cây nến có quang thông khoảng 1 lumen. Bóng đèn sợi đốt 60W có thể phát ra khoảng 800 lumen. Đối với dải đèn LED hoặc đèn chiếu sáng chung như đèn ống, bóng đèn, chỉ số lumen là cái đầu tiên chúng ta thường nhìn vào.

Candela (cd) – Cường độ sáng theo một hướng cụ thể: Candela là đơn vị đo cường độ sáng (luminous intensity). Thuật ngữ này có nguồn gốc từ tiếng Latin ‘Candela’ nghĩa là nến, và một candela gần bằng độ sáng của một ngọn nến. Tuy nhiên, định nghĩa hiện đại phức tạp hơn và liên quan đến bức xạ đơn sắc ở tần số 540 x 10^12 Hz. Nói một cách đơn giản, candela đo cường độ ánh sáng theo một hướng hoặc góc cụ thể. Nó cho bạn biết mức độ tập trung của ánh sáng sẽ xuất hiện ở một điểm cụ thể. Đèn có góc chùm hẹp và chiếu sáng tập trung sẽ có giá trị candela cao hơn so với đèn tỏa ánh sáng theo mọi hướng. Ví dụ: Đèn rọi hoặc đèn laser thường có chỉ số candela cao, trong khi bóng đèn thông thường có giá trị candela thấp hơn. Candela đo cường độ ánh sáng tại 1 mét.

Lux (lx) – Độ rọi trên một bề mặt: Lux là đơn vị đo độ rọi (illuminance). Nó đo lượng ánh sáng chiếu tới một diện tích bề mặt nhất định. Cụ thể, 1 lux bằng tổng lượng ánh sáng của một bề mặt 1 mét vuông được chiếu sáng bằng nguồn sáng 1 lumen đặt cách nhau 1 mét. Nói cách khác, 1 lux = 1 lumen/m². Giá trị lux phụ thuộc vào diện tích bề mặt và khoảng cách của nguồn sáng đến bề mặt đó. Khi khoảng cách tăng lên, giá trị lux giảm xuống, tuân theo quy luật nghịch đảo bình phương (giá trị lux tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách). Điều này có nghĩa là một nguồn sáng có thể tạo ra độ rọi cao khi chiếu gần và độ rọi thấp khi chiếu xa. Mức lux lý tưởng khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng; ví dụ, nhà ở cần khoảng 150 lx, trong khi trung tâm mua sắm có thể cần 750 lx. Lux là một giá trị quan trọng để đo hiệu quả chiếu sáng trên một khu vực làm việc. Mặc dù đèn pin không cố định vị trí, lux vẫn giúp chúng ta hiểu cường độ sáng trên bề mặt mà đèn chiếu tới.

Mối quan hệ giữa Candela, Lux và Lumens

Ba đơn vị này đều đo lường ánh sáng nhưng ở các khía cạnh khác nhau.

Lumen là đơn vị cơ sở, đo tổng lượng ánh sáng.

Candela là đơn vị phái sinh, đo lượng ánh sáng theo một hướng cụ thể. Về lý thuyết, 1 candela chiếu sáng đều theo mọi hướng (góc khối 4π steradian) sẽ tạo ra khoảng 12.57 lumen (1 cd × 4π sr ≈ 12.57 lm). Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là bạn không thể trực tiếp chuyển đổi giữa candela và lumen cho mọi nguồn sáng, vì mối quan hệ này phụ thuộc vào góc chiếu (beam angle).

Lux là đơn vị phái sinh từ lumen, đo độ rọi trên một diện tích bề mặt (lm/m²). Giá trị lux trên một bề mặt còn phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn sáng và giá trị candela theo hướng chiếu đó. Công thức liên hệ cơ bản là: 1 lux = 1 lumen/m².

Giải đáp: Candela cao có chiếu xa hơn không? Lumen cao thì sao?

Đây là câu hỏi trọng tâm của chúng ta. Dựa trên định nghĩa và mối quan hệ của các đơn vị, chúng ta có thể trả lời:

Candela càng cao, đèn chiếu càng xa (đúng, nhưng chưa hẳn là chính xác). Candela đo cường độ sáng theo một hướng cụ thể, tập trung. Độ chiếu xa (Throw) của đèn pin được định nghĩa theo tiêu chuẩn ANSI là khoảng cách mà đèn pin chiếu sáng một bề mặt đạt độ rọi 0.25 lux. Mức 0.25 lux tương đương với độ sáng của trăng tròn trong đêm quang đãng, đủ để nhìn đường đi. Vì candela đo độ tập trung của ánh sáng theo một hướng, một đèn pin có candela cao nghĩa là nó có khả năng chiếu một chùm sáng rất mạnh và tập trung vào một điểm. Chùm sáng tập trung này sẽ giữ được cường độ cao hơn khi đi xa hơn so với chùm sáng phân tán. Do đó, đèn pin có chỉ số candela cao hơn sẽ có thể đạt được mức độ rọi 0.25 lux ở khoảng cách xa hơn. Có một công thức đơn giản để chuyển đổi giữa Candela (cd) và Throw (độ chiếu xa tính bằng mét) theo tiêu chuẩn ANSI: Độ chiếu xa (m) = √(Candela × 4) Hoặc tương đương: Độ chiếu xa (m) = √(Candela / 0.25) Vì vậy, candela và độ chiếu xa có mối quan hệ trực tiếp với nhau: candela càng cao, độ chiếu xa càng lớn. Ví dụ:

• Đèn 10.000 cd chiếu xa khoảng 200m.
• Đèn 100.000 cd (100 kcd) chiếu xa khoảng 632m.
• Đèn 1.000.000 cd (1 Mcd) chiếu xa khoảng 2000m (2km).

Lumen cao không nhất thiết có nghĩa là chiếu xa hơn (không hoàn toàn đúng, chứ không hẳn sai). Như đã giải thích, lumen là tổng lượng ánh sáng phát ra theo mọi hướng. Một đèn pin có lumen cao có thể rất sáng tổng thể, nhưng nếu ánh sáng đó được phân tán rộng (góc chiếu rộng), cường độ sáng theo bất kỳ hướng cụ thể nào (candela) sẽ thấp. Ngược lại, một đèn pin có lumen thấp hơn nhưng có góc chiếu rất hẹp và tập trung ánh sáng mạnh vào một điểm có thể có candela cao hơn và do đó chiếu xa hơn đèn có lumen cao nhưng góc chiếu rộng. Để hiểu rõ hơn, hãy xem xét tỷ lệ Candela trên Lumen (cd/lm).

Đèn có chùm sáng tập trung (spot beam) có tỷ lệ cd/lm lớn. Chúng tốt cho việc chiếu sáng các vật ở xa.

Đèn có chùm sáng tỏa rộng (flood beam) có tỷ lệ cd/lm nhỏ. Chúng tốt cho các tác vụ ở gần, chiếu sáng diện rộng. Vì vậy, một đèn pin muốn chiếu xa cần không chỉ có lumen cao (tổng lượng ánh sáng) mà còn cần khả năng tập trung lượng lumen đó vào một chùm tia hẹp, tạo ra candela cao.

Tóm lại: Candela là chỉ số trực tiếp hơn để đo khả năng chiếu xa của đèn pin. Lumen cho biết độ sáng tổng thể, nhưng cách ánh sáng đó được phân bố (góc chiếu) mới quyết định đèn pin chiếu xa hay chiếu tỏa. Để chiếu xa hiệu quả, đèn pin cần có cả lumen cao (để có nhiều ánh sáng) và khả năng tập trung ánh sáng tốt (để có candela cao). Điển hình là các đèn pin sử dụng LED CULNM1 của Osram (anh em hay gọi là Osram 1mm) có độ chiếu xa rất tốt, cd rất cao, tuy nhiên lumen lại quá thấp dẫn đến tầm nhìn ở xa vô cùng hạn chế, nên không hẳn cd quá cao lại là đèn chiếu xa tốt, hay nói đúng hơn là xa hơn không có nghĩa là nhìn thấy được ở xa (nơi đèn chiếu tới).

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến độ chiếu xa của đèn pin?

Ngoài chỉ số Candela là thước đo kết quả, nhiều yếu tố kỹ thuật trong thiết kế đèn pin quyết định khả năng tập trung ánh sáng và do đó ảnh hưởng đến độ chiếu xa của nó:

Thiết kế chóa đèn: Đây là yếu tố quan trọng nhất trong việc tạo ra chùm sáng tập trung.

• Hình dạng: Chóa đèn hình parabol thuôn dài (elongated, parabola-shaped) là tốt nhất để “chuẩn trực” (collimate) ánh sáng, tức là làm cho các tia sáng song song với nhau, tạo ra điểm sáng trung tâm mạnh (hotspot) đặc trưng của đèn chiếu xa.
• Kích thước: Đường kính và độ sâu của chóa đèn càng lớn, khả năng tập trung ánh sáng càng tốt và độ chiếu xa càng tăng.
• Bề mặt: Chóa đèn trơn nhẵn (smooth, highly polished) cho độ chiếu xa tốt nhất. Bề mặt sần (orange peel hay thường gọi là OP) giúp làm mềm chùm sáng và tạo ra ánh sáng tỏa đều hơn.

Công nghệ LED: Loại LED được sử dụng cũng ảnh hưởng lớn. Các led nhân nhỏ thường sẽ chiếu xa hơn các led có nhân lớn, và cả led phẳng cũng vậy, nó chiếu xa hơn các led có cầu ở trên. Các nhà sản xuất LED như CREE thiết kế các loại LED đặc biệt để tối đa hóa độ chiếu xa, thường được ký hiệu bằng chữ “HI” (High Intensity) ở cuối tên mẫu (ví dụ: CREE XP-L HI V3).

Thiết kế thấu kính (Lens Optics): Thấu kính cũng đóng vai trò định hình chùm sáng.

• Thấu kính trơn nhẵn là lựa chọn tốt nhất cho đèn chiếu xa.
• Các loại thấu kính có cấu trúc hoặc sử dụng công nghệ TIR (Total Internal Reflector) thường được dùng để tạo ra chùm sáng tỏa rộng hơn, phân bố ánh sáng đều, do đó không lý tưởng cho đèn chiếu xa tối đa.

Góc chiếu (Beam Angle): Mặc dù không phải là một bộ phận vật lý riêng biệt như chóa đèn hay thấu kính, góc chiếu là kết quả của sự kết hợp giữa LED, chóa đèn và thấu kính. Góc chiếu hẹp sẽ tập trung ánh sáng mạnh hơn, làm tăng giá trị candela và lux (trên một bề mặt ở xa), do đó tăng độ chiếu xa.

Hiệu suất phát sáng (Luminous Efficacy): Mặc dù không trực tiếp tạo ra độ chiếu xa, hiệu suất phát sáng (lumen/watt) cho biết đèn chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng hiệu quả như thế nào. Đèn có hiệu suất cao có thể đạt được lượng lumen mong muốn với ít năng lượng hơn. Lumen tổng thể cao là nền tảng để đạt được candela cao, miễn là ánh sáng được tập trung hiệu quả.

Đèn có được canh chỉnh để focus đúng hay không: Đây là yếu tố tối quan trọng, rất nhiều đèn mình thấy có qui trình sản xuất và kiểm tra chất lượng khá tệ, chúng không được canh beam sẵn, hay lắp lệch, thậm chí còn focus sai… điều này sẽ ảnh hưởng rất nặng nề đến tầm chiếu xa của đèn và không tối ưu được hiệu quả.

Một vài quan niệm sai lầm phổ biến

Đánh đồng Watt với Độ sáng: Watt là đơn vị đo công suất tiêu thụ điện, không phải độ sáng. Đèn LED hiệu quả cao có thể cho lumen tương đương bóng sợi đốt nhưng với công suất thấp hơn nhiều. Watt cao cho độ sáng cao hơn chỉ đúng với cùng điều kiện: cùng led, choá …

Chỉ dựa vào Lumen để đánh giá độ sáng tổng thể: Lumen chỉ là một phần của câu chuyện. Khả năng tập trung ánh sáng (thể hiện qua Candela) cũng quan trọng không kém, đặc biệt đối với đèn pin chiếu xa.

Các bạn thấy đấy, Candela, Lux và Lumen là những đơn vị đo lường ánh sáng khác nhau, mỗi loại nói lên một khía cạnh riêng của nguồn sáng. Candela đo cường độ tập trung theo một hướng và có mối liên hệ trực tiếp nhất với độ chiếu xa của đèn pin. Lumen đo tổng lượng ánh sáng phát ra, còn Lux đo độ rọi trên một bề mặt cụ thể. Một đèn pin muốn chiếu xa tốt cần có cả lượng lumen đủ lớn và khả năng tập trung ánh sáng hiệu quả để đạt chỉ số candela cao. Việc hiểu rõ những khái niệm này và các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến khả năng chiếu xa (như thiết kế chóa đèn, LED, thấu kính) sẽ giúp các bạn lựa chọn được chiếc đèn pin phù hợp nhất với mục đích sử dụng của mình. Đó là trong giới hạn bài viết mình cũng chưa nói đến việc các thông số trên web nhà sản xuất chỉ dùng để tham khảo, chứ nó không đúng trên thực tế, họ (hầu hết các nhà sản xuất đèn pin đến từ Đại Lục) thường sử dụng các thông số ở điều kiện sáng nhất (Turbo) và trên thực tế thì sau vài chục giây thì những thông số này sẽ giảm còn phân nửa, hay thậm chí chưa đến 1 phần 3, và không phải cứ cùng dòng đèn pin là chất lượng chiếu xa ngang nhau (do chất lượng sản phẩm hay quy trình kiếm tra lắp ráp không đồng đều), thế nên việc chọn lựa chính xác nhất luôn phải đến từ trải nghiệm hoặc chí ít là đến từ các review “có tâm”.