Vielleicht sind Sie schon einmal auf ein Flackern im sichtbaren Licht gestoßen, das durch fehlerhafte Kabelverbindungen, verschlissene Glühbirnen und Probleme mit der Stromversorgung verursacht wurde. Eine weniger bekannte Art des Flackerns wird jedoch aus offensichtlichen Gründen oft übersehen – sie ist möglicherweise mit bloßem Auge nicht erkennbar.
Das stimmt; LED-Leuchten weisen unsichtbare Flackern auf, die erst sichtbar werden, wenn man ein Foto mit der Smartphone-Kamera macht oder wenn sie bei sich bewegenden Objekten einen Stroboskopeffekt erzeugen.
Da das Flackern von LEDs für das Auge nicht immer erkennbar ist, gibt es auf den ersten Blick keinen offensichtlichen Grund, auf flimmerfreie LED-Leuchten umzusteigen. Bei genauerer Betrachtung des Themas wird jedoch deutlich, warum flimmerfreies Licht wichtig ist.
Was ist Flimmern bei LED-Leuchten?
Das Flimmern bei LED-Licht bezieht sich auf schnelle Helligkeitsschwankungen, die mehrmals pro Sekunde auftreten. Die schnelle Geschwindigkeit des Flimmerns macht es für das Auge oft unsichtbar.
Sie kann jedoch neurologisch und physiologisch Auswirkungen auf unseren Körper. Zum Beispiel können Kopfschmerzen, Überanstrengung der Augen oder Müdigkeit aufgrund von übermäßigem Lichtflimmern auftreten. Noch schlimmer ist es, wenn sich die Schüler nicht konzentrieren können.
Obwohl Flimmern in den meisten Fällen nicht wahrnehmbar ist, können Sie es in einigen wenigen Fällen beobachten.
Er macht sich zum Beispiel bemerkbar, wenn er bei sich bewegenden Objekten einen stroboskopischen Effekt (ein optisches Phänomen, das durch die ungehinderte Beleuchtung eines sich bewegenden Objekts auftritt und es stationär oder langsamer als in Wirklichkeit bewegt erscheinen lässt) erzeugt.
Ebenso können Sie es in Form von vertikalen Streifen beobachten, nachdem Sie mit Ihrem Smartphone Fotos gemacht haben.
Woher kommt sie?
LED-Flackern hat zwei Hauptursachen: Pulsweitenmodulation (PWM) und AC-Strom.
Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, wie Wechselstrom Flimmern erzeugt. Jeder Wechselstrom (AC) weist von Natur aus Schwankungen auf.
Die Wechselspannung wechselt 50-60 Mal pro Sekunde zwischen negativer und positiver Spannung in Form von Sinuswellen. Es ist erwähnenswert, dass eine 120-Volt-Wechselstrom-Eingangsspannung dem durchschnittlichen Spannungsniveau entspricht. Das bedeutet, dass sie sich zwischen 120 und 170 Volt bewegen kann.
Die Wechselstromwellenform ist nicht kompatibel, da LED-Leuchten für Gleichstrom ausgelegt sind. Daher müssen die elektronischen Bauteile das schwankende Wechselstromsignal gleichrichten.
Eine einfache Gleichrichtung des Wechselstromeingangs reicht aus, um die LED zum Leuchten zu bringen. Allerdings kommt es zweimal pro Zyklus an den jeweiligen “Tälern” zu einer kurzen Unterbrechung oder einer drastischen Verringerung der Lichtabgabe. Infolgedessen flackert die LED-Lampe 100 bis 110 Mal pro Sekunde zwischen dem Aus- und dem Ein-Zustand hin und her.
Eine LED-Glühbirne mit hochwertigen elektronischen Bauteilen wandelt das Wechselstromsignal in ein gleichmäßiges Gleichstromsignal um, das kaum oder gar kein Flackern erzeugt. Daher hat die Elektronik einer LED-Glühbirne direkten Einfluss auf die Stärke des Flackerns.
PWM ist die zweite Flimmerquelle in einer LED-Glühbirne. Die Pulsbreitenmodifikation ist eine absichtliche Manipulation einer Gleichstromquelle zwischen dem Aus- und dem Ein-Zustand des Lichts. Durch die Veränderung der relativen Zeit zwischen dem Aus- und dem Ein-Zustand können verschiedene Helligkeitsstufen wahrgenommen werden.
LEDs haben einen Helligkeitswert zwischen 0-100%. Um jedoch die Illusion von 50% Helligkeit zu erreichen, sind sie in regelmäßigen Abständen entweder auf 0% (aus) oder 100% (ein).
PWM bietet eine schnelle und funktionelle Möglichkeit, die Dimm-Illusion zu erreichen. Je effizienter die PWM-Frequenz ist, desto weniger flackert die LED.
Jedes Flimmern, das aufgrund von PWM auftritt, ist auf PWM-Controller und Dimmer mit niedriger Frequenz zurückzuführen.
Messung von Flimmern in LED-Leuchten
Die Helligkeit der flackernden Lichtquelle führt zu schnellen Schwankungen. Die Stärke dieser Schwankungen lässt sich anhand einer Größe messen, die als Flimmeranteil bezeichnet wird.
Zur Berechnung des prozentualen Flimmerns wird die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Helligkeit während eines Flimmerzyklus gemessen.
Lichtquellen mit 0% Flicker bedeuten, dass sie nicht flimmern. Ein Flimmern von 100% bedeutet jedoch, dass sie zwischen dem Ein- und Aus-Zustand schwanken. Im Allgemeinen hilft eine Lichtquelle mit weniger als 5% Flimmern, die Flimmereffekte zu reduzieren.
Diagnose von LED-Lichtflimmern
Obwohl das Flimmern von LEDs kaum wahrnehmbar ist, kann die Stärke des Flimmerns für hochsensible Personen ein Problem darstellen.
Zwar lässt sich das Ausmaß des Flimmerns mit einem Belichtungsmesser oder einem Oszilloskop ermitteln, doch kostet ein solches Gerät mehrere hundert Dollar pro Testeinheit, was für die meisten Menschen keine praktikable Option darstellt.
Glücklicherweise können Sie die Stärke des Flackerns mit der integrierten Kamera-App Ihres Smartphones überprüfen. Wählen Sie die Einstellung „Zeitlupe“ und richten Sie die Kamera auf die Lichtquelle, die Sie überprüfen möchten. Starten Sie dann die Aufnahme und beenden Sie sie nach 4–5 Sekunden.
Spielen Sie nun das Video ab und schauen Sie es sich genau an. Wenn Ihre LED-Leuchte die Ursache ist, werden Sie ein wiederholtes Flackern oder Blinken feststellen. Ist die Lichtquelle jedoch stabil, liegt kein Flackern vor.
Warum ist eine flimmerfreie Beleuchtung für Videos wichtig?
Bei Außenaufnahmen sind Flimmern-Probleme sehr unwahrscheinlich. Bei Innenaufnahmen können sie jedoch ein Ärgernis sein, da das Flimmern sehr auffällig ist.
Man könnte annehmen, dass Wolfram- und LED-Leuchten nicht flackern, da sie mit Gleichstrom betrieben werden. Bei zahlreichen Anwendungen trifft dies jedoch nicht zu.
Wolframglühbirnen flackern unter normalen Bedingungen nicht. Bei Verwendung einer Wechselstromquelle erwärmt sich der Glühfaden der Glühbirne jedoch 60 Mal pro Sekunde und kühlt wieder ab.
Der erhitzte Glühfaden leuchtet und strahlt auch nach dem Abkühlen weiter. Wenn der nächste Zyklus beginnt, leuchtet er also wieder.
Im Allgemeinen kann das menschliche Auge dies nicht wahrnehmen, da alles viel zu schnell abläuft. Unter normalen Aufnahmebedingungen ist das Flackern nicht wahrnehmbar, da die Kamera in jedem Einzelbild dieselben Lichtimpulse erfasst.
Wenn jedoch die Bildfrequenz der Kamera erhöht wird, kommt es zu Bildern mit ungleichmäßigen Lichtimpulsen, die ein Flackern verursachen.
Daher müssen die Pulse mit der Bildrate übereinstimmen, um ein stabiles, konsistentes Video zu drehen, was mit einer flimmerfreien LED-Leuchte möglich ist.
Schlussfolgerung
Der Flickereffekt ist je nach Lichtquelle unterschiedlich stark ausgeprägt, da verschiedene Lichtquellen unterschiedliche Flimmerfrequenzen aufweisen.
Der beste Weg, um den Flimmereffekt abzuschwächen, ist die Entscheidung für eine flimmerfreie LED-Beleuchtung.
Sie minimieren nicht nur Verzerrungen bei der Videoaufzeichnung, sondern reduzieren auch Augenermüdung, Kopfschmerzen und andere Probleme im Zusammenhang mit Lichtflimmern.
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