Wellen der Helligkeit: Fakten, Mechanismen und Normen

Die Pulsationen des Lichtstroms von Lichtquellen sind durch Hygienestandards begrenzt und nehmen jedes Jahr ab. Aufgrund der Helligkeit der Bildschirme gibt es jedoch keine Hygienestandards. Trotz der Tatsache, dass Menschen bereits länger auf Monitore und Telefone schauen als in Offline-Szenen.


Lassen Sie uns sehen, wie und wie sich das Pulsieren der Helligkeit der beobachteten Szenen auswirkt und wie die Lichtquellen und Bildschirme in der Realität pulsieren.

Der Mechanismus des Einflusses von Helligkeitspulsationen auf die menschliche Gesundheit

Ein Enzephalogramm einer Person mit einem charakteristischen Peak bei der Frequenz pulsierenden Lichts wurde seit den 60er Jahren als Beweis für die schädliche Wirkung von Beleuchtungspulsationen auf das Nervensystem veröffentlicht.


Links ist das Steuer-EEG rechts mit einer Spitze bei einer Frequenz von 120 Hz, wenn die mit einer Frequenz von 120 Hz pulsierende Beleuchtung eingeschaltet ist.

Laut Neurophysiologen kann das Auferlegen eines hochfrequenten zusätzlichen Rhythmus auf das Nervensystem heute nicht mehr schaden. Das Bild zeigt nur die Empfindlichkeit des Nervensystems gegenüber Lichtpulsationen. Der Peak kriecht im EEG mit der Häufigkeit der Änderung eines signifikanten Umweltparameters heraus - gut gemacht, gesund!

Bei längerer intensiver visueller Arbeit sind jedoch ausgeprägte Lichtpulsationen sehr schädlich, da sie die Bewegung des Blicks beeinträchtigen.


Der gefrorene Blick ist blind, um zu sehen, muss man den Blick bewegen. Der Gesichtsausdruck einer der schönsten Frauen der Geschichte, Alfred Yarbus, 1965.

Der Blick einer Person bewegt sich krampfhaft - Sakkaden. Wellen mit Frequenzen von 100 Hz oder mehr werden vom Bewusstsein nicht wahrgenommen, aber die Luminanz sinkt in einem kurzen Moment eines Sprunges, um zu verhindern, dass der Blick auf einen neuen Punkt "fällt".

Der gleiche Effekt zeigt sich, wenn sich das Objekt schnell bewegt (Bleistifttest), sich die Kamera verschiebt und sich das Auge schnell bewegt: Der Betrachter sieht eine intermittierende Spur von den Phantomen der beleuchteten Objekte. Dies macht es schwierig, den Blick auf das beabsichtigte Ziel zu verschieben, Sakkaden werden häufiger und chaotischer.


Das Auftreten von Phantomen bewegter Objekte unter pulsierender Beleuchtung.

Die umfassendste und zuverlässigste Zusammenfassung der aktuellen Daten zu den Auswirkungen von Lichtpulsationen auf die menschliche Gesundheit sind die von IEEE empfohlenen Verfahren zur Modulation des Stroms in LEDs mit hoher Helligkeit zur Minderung von Gesundheitsrisiken für Zuschauer . Die im Dokument zitierten Studien zeigen Folgendes:

1. Hochfrequente Beleuchtungspulsationen verursachen erhöhte Müdigkeit, verminderte Sehleistung, Augenermüdung, Kopfschmerzen und Angstzustände.
2. Mit zunehmender Tiefe der Pulsationen nimmt die Schwere des negativen Aufpralls zu.
3. Mit zunehmender Häufigkeit verringert sich das Risiko von Nebenwirkungen.

Die optimistischste Schätzung der Obergrenze des Einflusses von Frequenzpulsationen basiert auf der Tatsache, dass die charakteristische Zeit für die Entwicklung des Aktionspotentials einer menschlichen Nervenfaser 5 ms beträgt, was einer Bandbreite von 200 Hz entspricht. Inländische GOST schreibt vor, Pulsationen oder Harmonische komplexer Pulsationen bei einer Frequenz von mehr als 300 Hz nicht zu berücksichtigen. In der Praxis reagiert jedoch ein komplexes System aus einer großen Anzahl interagierender Neuronen auf Frequenzen bis zu Kilohertz.

IEEE führt die folgenden Risikokriterien ein:

1. Ein geringes Risiko bei Frequenzen unter f = 90 Hz entspricht dem Welligkeitsniveau in Prozent, das 0,025⋅f nicht überschreitet. mehr als 90 Hz - nicht mehr als 0,08⋅f. Bei Frequenzen über 1250 Hz gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich der Welligkeit. Für die aktuelle Frequenz von 100 Hz sind die Welligkeitspegel, die dem geringen Risiko entsprechen, nicht höher als 8%.
2. ein sicheres Maß an Welligkeitstiefe, bei dem kein statistisch erfasster Effekt vorliegt - 0,01 0f für Frequenzen unter 90 Hz und 0,0333⋅f für Frequenzen über 90 Hz. Bei einer Frequenz von 100 Hz ist ein bekanntermaßen sicherer Welligkeitsgrad nicht höher als 3%.

Was das Gesetz über Pulsationen der Helligkeit sagt

Inländische Standards normalisieren "nur Welligkeit" bei Frequenzen bis zu 300 Hz, und dies ist richtig, da es unrealistisch ist, Millionen von Menschen dazu zu bringen, die spektralen Merkmale pulsierender Beleuchtung zu berücksichtigen, wäre es gut, mindestens eine Zahl zu berücksichtigen.

Eine Zahl hat jedoch immer noch nicht geklappt. Die Hygienestandards seit den Tagen der UdSSR haben das Pulsationsniveau in verschiedenen Situationen auf nicht mehr als 20%, 15%, 10% und 5% reguliert. Und im Laufe der Zeit wird die Anzahl der Regulierungsdokumente, aus denen hervorgeht, welche Art von Welligkeit zulässig ist, immer größer.

In nichtstaatlichen Standards können und sollten jedoch vereinfachte Normen verwendet werden. Es genügt zu akzeptieren, dass an Orten mit ständigem Aufenthalt von Menschen Pulsationen von nicht mehr als 3% zulässig sind . Dies ist gerechtfertigt und entspricht offensichtlich allen Hygienestandards und wird in den meisten Fällen automatisch durchgeführt.

Vor fünf Jahren war es äußerst schwierig, Helligkeitspulsationen zu erzielen, beispielsweise einer LED-Lampe von weniger als 15%. Und heute gibt es Fälle mit einer Welligkeit von mehreren zehn Prozent, insbesondere bei kleinen Lampen (wie G9 usw.), da es schwierig ist, einen voll funktionsfähigen Treiber in einem so kleinen Volumen und sogar für wenig Geld zu platzieren. Bei einer typischen modernen, gewissenhaft hergestellten LED-Lampe ist jedoch eine Beleuchtungswelligkeit von 1-2% die Norm. Und eine ausgezeichnete Norm!

Aber sei kein Perfektionist. Ein Pulsationsniveau von 0,5% oder weniger heute zu fordern, bedeutet, auf einen überteuerten Preis und manchmal sogar auf Täuschung zu stoßen. Es ist unangemessen teuer, etwas Ideales zu produzieren, jeder Entwickler wird dies bestätigen. Der Käufer kommuniziert nicht mit dem Entwickler, sondern mit dem Manager, dessen Aufgabe es ist, zu versprechen "- ja, natürlich haben wir genau das, was Sie brauchen."

Reale Werte der Helligkeitswelligkeit

2015 war ich in der Position des Schauspielers Der Chefredakteur der Zeitschrift "Lighting Engineering" beaufsichtigte eine Studie über die tatsächlichen Parameter von Beleuchtungsgeräten auf dem Markt. Insbesondere habe ich 5 Glühbirnen, die in einem akkreditierten Labor untersucht wurden, auf LampTest.ru übertragen. Um sicherzustellen, dass die Messergebnisse von AlexeyNadezhin mit unseren übereinstimmen, habe ich in die Statistikdaten von mehr als vierhundert Glühbirnen aus seinem Projekt aufgenommen.

Und mit den Studenten der Fakultät für Lichttechnik hat MPEI das Spektrum und die Tiefe der Pulsationen von 111 verschiedenen Monitormodellen gemessen, die in den Räumen des MPEI-Hostels gefunden wurden. In der Arbeit verwendeten wir den im Register der Messgeräte eingetragenen Lichtmesser-Helligkeitsmesser-Pulsmesser eLait02 und einen verifizierten Lichtmesser .

Und das haben sie offenbart:

Ein typischer Welligkeitsgrad von Natriumdampflampen liegt bei etwa 30%. Der typische Pulsationspegel von Leuchten mit 4 × 18-Leuchtstoffröhrenlampen mit einem „klassischen“ EMPR , der in den meisten Einrichtungen und Bildungseinrichtungen zu finden ist, liegt bei über 40%.


Eine typische Leuchtstofflampe pulsiert mit einer doppelten Frequenz der Netzspannung von 100 Hz mit einer Welligkeitstiefe von mehr als 40%.

Glühlampen pulsieren weniger fluoreszierend, sind aber auch gesund. Die LampTest-Daten stimmen mit den Daten überein, die der Technische Direktor Sergey Mamaev im Eco-E-Labor direkt gemessen hat. Dort habe ich einen Beutel mit verschiedenen Glühlampen mitgebracht, die in großen Filialisten gekauft wurden. Mit zunehmender Leistung wird das Leuchten des Glühfadens träger, der Grad der Welligkeit sinkt, bleibt aber immer noch über einem akzeptablen Wert.

Wellen im Lichtstrom von Glühlampen unterschiedlicher Kapazität. Im Folgenden wird das offensichtlich sichere Niveau gemäß den IEEE-Kriterien grün hervorgehoben.

Kompaktleuchtstofflampen (CFLs) pulsieren etwa halb so stark wie Glühlampen (6-10% gegenüber 15-20%). LED-Lampen gibt es in zwei Varianten - die meisten sind sehr gut, weniger pulsiert so viel wie gewünscht bis zu 100% (Horror-Horror). LED-Leuchten aller Streifen sind meist gut, geringe Welligkeit.


Der Welligkeitskoeffizient der untersuchten CFLs (a), LED-Lampen (b) und Büro-LED-Lampen, Straßen- und Industrie-LED-Lampen (g).

In den Jahren 2016-2017 habe ich die Position des Leiters eines Produktionsbeleuchtungslabors kombiniert und viele Leuchten verschiedener Hersteller gemessen. Heute ist die Welligkeit einer LED-Leuchte über 10% überraschend. Werte bis zu 3% sind die eigentliche Norm.

Und diese Veränderungen sind schnell eingetreten. Kürzlich fielen gebrauchte Exemplare eines der besten Schienenlichter für Beleuchtungsmuseen - ERCO - in die Hände von. Ein Wirkungsgrad von etwa 90 lm / W bei CCT = 3000 K und Ra = 90 ist das Niveau für ERCO vor zwei bis drei Jahren, ist aber heute akzeptabel. Aber was ist das? Ich drehe das Goniometer mit der Lampe und sehe ein Pfeifen auf dem Bildschirm. Ich überprüfe den Grad der Welligkeit - mehr als 30%. Thridonic Tridonic-Netzteile dieser Geräte müssen weggeworfen und durch moderne Netzteile mit einer Welligkeit von ~ 1% ersetzt werden.

Das Interessanteste sind die Helligkeitspulsationen der Bildschirme . Die strengsten Pulsationspegel von Haushaltsstandards sind in Wohnräumen mit Anzeigen aufgrund der folgenden Umstände begrenzt: Wenn Sie eine Szene gleichzeitig mit zwei Quellen beleuchten, die mit unterschiedlichen Frequenzen pulsieren, wirken sich beide Frequenzen und eine ganze Reihe ihrer Ableitungen, einschließlich der Niederfrequenzdifferenz, auf das Nervensystem aus. Selbst in der UdSSR wussten sie nicht, wie sie mit dem Pulsieren der Helligkeit von Monitoren umgehen sollten, und machten den Lichttechnikern gewöhnlich „die Nüsse“.

Die Welligkeit der Helligkeit der Monitore und Bildschirme wird durch die PWM-Steuerung der Hintergrundbeleuchtung verursacht. Daher ist die Welligkeit bei 100% Helligkeit normalerweise Null und nimmt mit abnehmender Helligkeit zu. Beispielsweise weist der AOC i2769vm-Monitor bei maximaler Helligkeit keine Welligkeit auf, bei 95% beträgt die Welligkeit 8,5% . bei halber Helligkeit (siehe Abbildung unten) 100% erreichen; und wenn die Helligkeit weniger als die Hälfte beträgt, beträgt die Welligkeitstiefe immer noch 100%, aber zwischen Lichtblitzen treten Dunkelheitspausen auf .


AOC i2769vm Welligkeit der Bildschirmhelligkeit. Hier und unten finden Sie Screenshots des Ecolight-AP- Programms

Ein typisches Beispiel für die Art und das Spektrum der Welligkeiten auf dem Bildschirm eines Smartphones am Beispiel des Samsung S7 Edge: Wenn die Helligkeit verringert wird, steigen die Welligkeiten von 5% auf 69% und die Grundfrequenz ändert sich von 60 Hz auf 241 Hz. Eine Frequenzänderung ist aufgrund des Konstruktionsmerkmals selbstleuchtender AMOLED-Bildschirme möglich. Beachten Sie, dass durch Erhöhen der Frequenz gemäß den IEEE-Kriterien die Welligkeitsparameter der Bildschirme nicht aus der Gefahrenzone entfernt wurden.


Die Form (oben) und das Welligkeitsspektrum (unten) des Samsung S7 Edge-Bildschirms bei Helligkeitsstufen von 100% und 50%.

Daher wurde vor statistischen Messungen die Helligkeit der Monitore und Bildschirme von Smartphones auf 50% eingestellt. Die Ergebnisse sind katastrophal. Nur ein kleiner Teil der Exemplare gelangte in die grüne und sogar in die gelbe Zone. Einige Bildschirme haben eine Hauptharmonische bei einer Frequenz von weniger als 70 Hz, was laut IEEE zu schweren Beschwerden, Kopfschmerzen und sogar epileptischen Anfällen führt.


Die Frequenz und Tiefe der Welligkeit der Bildschirme von Monitoren, Laptops und tragbarer Elektronik.

Ist die Welligkeit des Telefonbildschirms eine Katastrophe? Nein, aber beim Lesen ist es wünschenswert, die Helligkeit auf 100% einzustellen und beim Transport nicht auf das Telefon, sondern auf die Mädchen zu schauen.

Anmerkung 1: Der Beitrag ist eine beliebte Präsentation der Ergebnisse, die im Optical Journal in russischer Sprache und im OSA-Verlag in englischer Sprache veröffentlicht wurden .
Hinweis 2: Wenn Sie in Moskau sind und Zugriff auf eine große Anzahl eingeschalteter Monitore und Telefone haben (Ausstellungsraum eines Elektronikgeschäfts?), Schlage ich vor, alle Ihre Geräte erneut zu messen.